用于图像触摸感测的矩阵传感器的制造方法
【专利说明】
本发明的背景
技术领域
[0001]本发明的实施例一般涉及用于触摸感测的方法和设备，以及更具体来说涉及具有用于改进绝对感测的网格电极的电容触摸感测装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]包括接近传感器装置(通常又称作触摸板或触摸传感器装置)的输入装置广泛用于各种电子系统中。接近传感器装置通常包括常常通过表面来区分的感测区，其中接近传感器装置确定一个或多个输入物体的存在、位置和/或运动。接近传感器装置可用来提供电子系统的接口。例如，接近传感器装置常常用作较大计算系统的输入装置(例如笔记本或台式计算机中集成的或者作为其外设的不透明触摸板)。接近传感器装置还常常用于较小计算系统(例如蜂窝电话中集成的触摸屏)中。
[0003]许多接近传感器装置利用传感器电极阵列来测量指示传感器电极附近的输入物体(例如手指或触控笔)的存在的电容的变化。一些电容实现利用基于传感器电极与输入物体之间的电容耦合的变化的“自电容”或(或“绝对电容”)感测方法。在各个实施例中，传感器电极附近的输入物体改变传感器电极附近的电场，因而改变所测量电容耦合。在一个实现中，绝对电容感测方法通过相对参考电压(例如系统地)来调制传感器电极以及通过检测传感器电极与输入物体之间的电容耦合进行操作。绝对电容感测方法在检测单个输入物体的存在方面极为有效，甚至在单个输入物体与接近传感器装置的表面间隔较远时也极为有效。
[0004]其他电容实现利用基于传感器电极之间的电容耦合的变化的“互电容”(或“跨电容”)感测方法。在各个实施例中，传感器电极附近的输入物体改变传感器电极之间的电场，因而改变所测量电容耦合。在一个实现中，跨电容感测方法通过下列步骤进行操作:检测一个或多个发射器传感器电极(又称作“发射器电极”)与一个或多个接收器传感器电极(又称作“接收器电极”)之间的电容耦合。发射器传感器电极可相对于参考电压(例如系统地)来调制，以传送发射器信号。接收器传感器电极可相对于参考电压基本上保持为恒定，以促进所产生信号的接收。所产生信号可包括与一个或多个发射器信号和/或与一个或多个环境干扰源(例如其他电磁信号)对应的(一个或多个)影响。传感器电极可以是专用发射器电极或接收器电极，或者可配置成既传送发射器信号又接收所产生信号。跨电容感测方法在检测感测区中的多个输入物体的存在和运动中的输入物体方面极为有效。但是，跨电容感测方法一般依靠密集(compact)电场，该电场对于检测与接近传感器装置的表面间隔开的物体的存在或接近不是很有效的。
[0005]因此，需要改进的接近传感器装置。
【发明内容】
[0006]本文所述的实施例包括具有电容感测装置的显示装置、处理系统以及使用电容感测装置来检测输入物体的存在的方法，其全部包括用于改进绝对感测的网格电极。其他实施例包括具有电容感测装置的显示装置、处理系统以及使用电容感测装置来检测输入物体的存在的方法，其中电容感测装置包括分立传感器电极的矩阵。
[0007]在一个实施例中，提供一种具有集成电容感测装置的显示装置。该显示装置包括多个传感器电极，其各包括配置成被驱动以进行显示更新和电容感测的至少一个公共电极。网格电极至少部分设置在多个传感器电极的第一传感器电极与第二传感器电极之间。网格电极配置成屏蔽第一传感器电极和第二传感器电极。处理系统耦合到传感器电极和网格电极。处理系统配置成在第一处理模式调制第一传感器电极和第二传感器电极，以获取绝对电容的变化的测量，所述绝对电容的变化的测量指示输入物体在电容感测装置的感测区中的位置信息，所述位置信息基于所述测量。
[0008]在另一个实施例中，提供一种用于输入装置的处理系统。处理系统包括传感器模块，其具有耦合到网格电极的传感器电路，该网格电极设置在多个传感器电极的第一传感器电极与第二传感器电极之间。多个传感器电极的每个包括配置成被驱动以进行显示更新和电容感测的至少一个公共电极。传感器模块配置成在第一操作模式调制第一传感器电极和第二传感器电极，以获取第一传感器电极、第二传感器电极和输入物体之间的绝对电容的变化的测量，并且采用配置成屏蔽第一传感器电极免受第二传感器电极影响的屏蔽信号来驱动网格电极。
[0009]在又一实施例中，提供一种使用电容感测装置来检测输入物体的存在的方法。电容感测装置具有设置在多个传感器电极的第一传感器电极与第二传感器电极之间的网格电极，其中多个传感器电极的每个包括显示装置的至少一个公共电极。该方法包括:在处于第一操作模式的同时通过驱动到第一传感器电极并且采用第一传感器电极进行接收来获取绝对电容感测的变化的测量；在处于第一操作模式的同时采用屏蔽信号来驱动网格电极，屏蔽信号屏蔽第一传感器电极和第二传感器电极；以及基于绝对电容耦合的变化的测量来确定位置信息。
【附图说明】
[0010]为了能够详细了解本发明的上述特征，可通过参照实施例进行以上概述的本发明的更具体描述，一部分实施例在附图中示出。但是要注意，附图仅示出本发明的典型实施例，并且因此不是被理解为对其范围的限制，因为本发明可容许其他同样有效的实施例。
[0011]图1是输入装置的示意框图。
[0012]图2A示出可在图1的输入装置中使用的传感器元件的简化示范阵列。
[0013]图2B示出可在图1的输入装置中使用的传感器元件的备选阵列。
[0014]图2C示出可在图1的输入装置中使用的传感器元件的备选阵列。
[0015]图2D示出可在图1的输入装置中使用的传感器元件的又一备选阵列。
[0016]图3是图1的传感器元件的简化截面图，示出与显示器的像素元件对齐的传感器电极的有源部分。
[0017]图4是图1的传感器组合件的另一个实施例的简化截面图，示出传感器电极之上的网格电极偏移。
[0018]图5是图1的传感器组合件的又一实施例的简化截面图，示出传感器电极之上的网格电极偏移，其中一些传感器电极与网格电极对齐。
[0019]图6是工作在跨电容模式的传感器元件的简化示意平面图。
[0020]图7是工作在跨电容模式的传感器元件的另一个简化示意平面图。
[0021]图8是用于检测输入物体的存在的方法的一个实施例的流程图。
[0022]图9是用于检测输入物体的存在的方法的另一个实施例的流程图。
[0023]图10是用于检测输入物体的存在的方法的又一实施例的流程图。
[0024]图11是具有集成输入装置的示范显示装置的一个实施例的分解侧视图，示出网格电极的备选位置。
[0025]图12A-12E示出各种不同形状的传感器电极和网格电极。
[0026]为了便于理解，相同的参考标号在可能的情况下用于表示附图共有的相同元件。预期的是，一个实施例中公开的元件可有利地用于其他实施例而无需叙述。这里所参照的附图不应当被理解为按比例绘制，除非具体说明。另外，附图通常经过简化，并且为了呈现和说明的清楚起见而省略细节或组件。附图和论述用于说明以下所述的原理，其中相似标号表示相似元件。
【具体实施方式】
[0027]以下详细描述实际上只是示范性的，而不是要限制本发明或者本发明的应用和使用。此外，并不是意在通过前面的技术领域、【背景技术】、
【发明内容】
或者以下【具体实施方式】中提供的任何明确表达或暗示的理论进行限制。
[0028]本技术的各个实施例提供用于改进可用性的输入装置和方法。具体来说，本文所述的实施例有利地利用绝对感测技术来提供感测区中的良好输入物体位置，甚至在多个输入物体存在的情况下或者当输入物体处于运动时的应用中也是这样。另外，一些其他实施例提供绝对与跨电容感测模式之间的切换，因而允许适当的感测模式用来最佳地确定感测区中的一个或多个物体的位置和运动。
[0029]图1是按照本技术的实施例的输入装置100的示意框图。在一个实施例中，输入装置100包括具有集成感测装置的显示装置。虽然本公开的所示实施例示为与显示装置集成，但是预期的是，本发明可在没有与显示装置集成的输入装置中实施。输入装置100可配置成向电子系统150提供输入。如本文档所使用的术语“电子系统”(或“电子装置”)广义地表示能够电子地处理信息的任何系统。电子系统的一些非限制性示例包括所有尺寸和形状的个人计算机，例如台式计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板电脑、万维网浏览器、电子书阅读器和个人数字助理(PDA)。附加示例电子系统包括合成输入装置，例如包括输入装置100和独立操纵杆或按键开关的物理键盘。其他示例电子系统包括诸如数据输入装置(包括遥控装置和鼠标)和数据输出装置(包括显示屏幕和打印机)之类的外设。其他示例包括远程终端、广告亭和视频游戏机(例如视频游戏控制台、便携游戏装置等)。其他示例包括通信装置(包括蜂窝电话、例如智能电话)和媒体装置(包括记录器、编辑器和播放器(例如电视机、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机))。另外，电子系统可能是输入装置的主机或从机。
[0030]输入装置100能够实现为电子系统的物理部分，或者能够与电子系统在物理上分隔。适当地，输入装置100可使用下列的任一个或多个与电子系统的部分进行通信:总线、网络和其他有线或无线互连。示例包括I2C、SP1、PS/2、通用串行总线(USB)、蓝牙、RF和IRDA0
[0031]图1中，输入装置100示为接近传感器装置(又常常称作“触摸板”或“触摸传感器装置”)，其配置成感测由一个或多个输入物体140在感测区170中提供的输入。示例输入物体包括手指和触控笔，如图1所示。
[0032]感测区170包含输入装置100之上、周围、之中和/或附近的任何空间，在该空间中输入装置100能够检测用户输入(例如由一个或多个输入物体140所提供的用户输入)。特定感测区的尺寸、形状和位置可以逐个实施例极大地改变。在一些实施例中，感测区170沿一个或多个方向从输入装置100的表面延伸到空间中，直到信噪比阻止充分准确的物体检测。在各个实施例中，这个感测区170沿特定方向所延伸的距离可以是大约小于一毫米、数毫米、数厘米或者以上，并且可随所使用的感测技术的类型和预期的精度而极大地改变。因此，一些实施例感测输入，该输入包括没有与输入装置100的任何表面相接触、与输入装置100的输入表面(例如触摸表面)相接触、与耦合某个量的外加力或压力的输入装置100的输入表面相接触和/或它们的组合。在各个实施例中，可由传感器电极位于其中的壳体的表面、由施加在传感器电极或者任何壳体之上的面板等，来提供输入表面。在一些实施例中，感测区170在投射到输入装置100的输入表面上时具有矩形形状。
[0033]输入装置100可利用传感器组件和感测技术的任何组合来检测感测区170中的用户输入。输入装置100包括用于检测用户输入的多个感测元件124。感测元件124包括多个传感器电极120和一个或多个网格电极122。作为若干非限制性示例，输入装置100可使用电容、倒介电、电阻、电感、磁、声、超声和/或光学技术。
[0034]一些实现配置成提供跨越一维、二维、三维或更高维的空间的图像。一些实现配置成提供沿特定轴或平面的输入的投影。
[0035]在输入装置100的一些电阻实现中，柔性和导电第一层通过一个或多个隔离元件与导电第二层分隔。在操作期间，跨多层创建一个或多个电压梯度。按压柔性第一层可使它充分偏斜以便在多层之间创建电接触，从而产生反映多层之间的接触点的电压输出。这些电压输出可用于确定位置信息。
[0036]在输入装置100的一些电感实现中，一个或多个感测元件124获得由谐振线圈或线圈对所感应的回路电流。电流的幅值、相位和频率的某个组合随后可用来确定位置信息。
[0037]在输入装置100的一些电容实现中，施加电压或电流以创建电场。附近的输入物体引起电场的变化，并且产生电容耦合的可检测变化，该变化可作为电压、电流等的变化来检测。
[0038]—些电容实现利用电容感测元件124的阵列或者其他规则或者不规则图案来创建电场。在一些电容实现中，独立感测元件124可欧姆地短接在一起，以便形成较大传感器电极。一些电容实现利用电阻片，该电阻片可以是电阻均匀的。
[0039]如上所述，一些电容实现利用基于传感器电极120与输入物体之间的电容耦合的变化的“自电容”或(或“绝对电容”)感测方法。在各个实施例中，传感器电极120附近的输入物体改变传感器电极120附近的电场，因而改变所测量电容耦合。在一个实现中，绝对电容感测方法通过相对参考电压(例如系统地)来调制传感器电极120以及通过检测传感器电极120与输入物体140之间的电容耦合进行操作。
[0040]另外，如上所述，一些电容实现利用基于传感器电极120之间的电容耦合的变化的“互电容”(或“跨电容”)感测方法。在各个实施例中，传感器电极120附近的输入物体140改变传感器电极120之间的电场，因而改变所测量电容耦合。在一个实现中，跨电容感测方法通过下列步骤进行操作:检测一个或多个发射器传感器电极(又称作“发射器电极”)与一个或多个接收器传感器电极(又称作“接收器电极”)之间的电容耦合，如下面进一步描述。发射器传感器电极可相对于参考电压(例如系统地)来调制，以传送发射器信号。接收器传感器电极可相对于参考电压基本上保持为恒定，以促进所产生信号的接收。所产生信号可包括与一个或多个发射器信号和/或与一个或多个环境干扰源(例如其他电磁信号)对应的(一个或多个)影响。传感器电极120可以是专用发射器电极或接收器电极，或者可配置成既传送又接收。
[0041]图1中，处理系统110示为输入装置100的一部分。处理系统110配置成操作输入装置100的硬件，以检测感测区170中的输入。处理系统110包括一个或多个集成电路(IC)的部分或全部和/或其他电路组件。(例如，互电容传感器装置的处理系统可包括:发射器电路，配置成采用发射器传感器电极来传送信号；和/或接收器电路，配置成采用接收器传感器电极来接收信号。)在一些实施例中，处理系统110还包括电子可读指令，例如固件代码、软件代码等。在一些实施例中，组成处理系统110的组件共同位于例如输入装置100的(一个或多个)感测元件124的附近。在其他实施例中，处理系统110的组件在物理上是独立的，其中一个或多个组件靠近输入装置100的(一个或多个)感测元件124，而一个或多个组件在其他位置。例如，输入装置100可以是耦合到台式计算机的外设，并且处理系统110可包括配置成运行于台式计算机的中央处理单元上的软件以及与中央处理单元分隔的一个或多个IC (也许具有关联固件)。作为另一个示例，输入装置100可在物理上集成到电话中，并且处理系统110可包括作为电话的主处理器的一部分的电路和固件。在一些实施例中，处理系统110专用于实现输入装置100。在其他实施例中，处理系统110还执行其他功能，例如操作显示屏幕、驱动触觉致动器等。
[0042]处理系统110可实现为操控处理系统110的不同功能的一组模块。各模块可包括作为处理系统I1的一部分的电路、固件、软件或者它们的组合。在各个实施例中，可使用模块的不同组合。示例模块包括:硬件操作模块，用于操作诸如