Сенсорное дисплейное устройство
Описан тактильный датчик, содержащий дисплейное устройство с подложкой, причем на данной подложке расположен, по меньшей мере, один дисплейный электрод для отображения образа на дисплейном устройстве. Интерфейс соединен с, по меньшей мере, одним дисплейным электродом для приема отображаемых данных в дисплейном устройстве. Кроме того, наличествует измерительная схема, соединенная с, по меньшей мере, одним дисплейным электродом. Обеспечено коммутирующее средство для подключения интерфейса к, по меньшей мере, одному дисплейному электроду, когда коммутирующее средство находится в первом рабочем состоянии, и подключения измерительной схемы к, по меньшей мере, одному дисплейному электроду, когда коммутирующее средство находится во втором рабочем состоянии. Технический результат - надежность распознавания прикосновения к экрану и улучшенная совместимость с имеющимися схемами управления с дисплеями. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.
Уровень техники
В электрическом оборудовании для разных областей применения, например в мобильных телефонах, персональных цифровых помощниках (PDA) и промышленной аппаратуре управления, часто применяют дисплейное устройство некоторого типа для снабжения оператора устройства информацией. В более простых случаях применения дисплейное устройство представляет собой канал однонаправленной связи, т.е. дисплей служит для представления информации оператору, но не для получения информации в обратном направлении. Для обеспечения взаимодействия с оператором обычно используют нажимные кнопки или клавиатуру. Если электрическая аппаратура является портативной, как, например, PDA, то на устройстве обычно не остается места для клавиатуры, и изготовитель, например, того же PDA, должен обеспечить другое средство для предоставления возможности ввода данных в устройство.
Как широко известно в предшествующем уровне техники, средство ввода может быть выполнено в виде сенсорного дисплея, позволяющего вводить данные без потребности в отдельной клавиатуре. Предложено много различных технологий для создания сенсорных устройств, и наиболее распространенным решением в настоящее время является использование отдельного прозрачного сенсорного слоя, который располагают поверх дисплея. Сенсорный слой обычно выполнен в виде двух гибких наложенных пластиковых листов, которые разделены небольшим промежутком с помощью изолирующих прокладок. На поверхностях листов, обращенных друг к другу, расположена матричная структура электрических проводников, и данная структура устанавливает электрический контакт между листами в том месте, где нажимают на сенсорный слой. Тогда блок управления, сканирующий матричную структуру на пластиковых листах, может распознавать электрический контакт между листами и определять координаты нажатия на дисплее.
Даже несмотря на то что отдельный сенсорный слой дает возможность вводить данные в устройство без потребности в клавиатуре, данный слой не является эффективным подходом к реализации сенсорного дисплея, поскольку прозрачность сенсорного слоя не является абсолютной, что в некоторых обстоятельствах затрудняет просмотр информации, представляемой на дисплее. Неудовлетворительная прозрачность сенсорного слоя еще более заметна, когда в дисплейном устройстве применена технология устройства обратной подсветки или передней подсветки для обеспечения возможности просмотра информации на дисплее в условиях плохого освещения.
Другой подход к созданию сенсорного дисплея состоит в создании дисплея с датчиком, расположенным под дисплеем, а не поверх дисплея. В этом случае датчик должен распознавать касание на дисплее не только посредством распознавания электрического контакта между проводниками, как в вышеописанном решении, но и путем использования емкостных или отражательных свойств дисплея. В первом случае, емкостная связь сквозь дисплей с пальцем, касающимся дисплея, дает возможность распознавания касания на дисплее, а также определения координат касания. В последнем случае, для распознавания касания на поверхности дисплея можно, с применением света или звука, воспользоваться изменениями отражательных свойств дисплея в точке контакта.
Тактильную чувствительность дисплеев пробовали обеспечивать без применения отдельных датчиков, расположенных поверх или снизу поверхности дисплея. Подход состоит в использовании дисплейных электродов, образующих пиксели или сегменты символов на дисплее для восприятия касания.
В патенте США 5043710 предлагается тактильный датчик, содержащий жидкокристаллический дисплей (LCD), в котором касание на дисплее воспринимается обнаружением изменений диэлектрических свойств дисплея. Механическое усилие, прилагаемое к LCD перпендикулярно гибкой стеклянной подложке над одним из дисплейных электродов, вызывает временное нарушение порядка молекул жидкого кристалла с изменением, тем самым, диэлектрической постоянной жидкого кристалла под дисплейным электродом. Каждый дисплейный электрод LCD соединен с интегрирующей схемой, в которой изменение диэлектрической постоянной жидкого кристалла, когда сегменты LCD находятся в возбужденном состоянии, вызывает электрический импульс, показывающий касание на LCD. Однако решение в соответствии с патентом США 5043710 становится сложным вследствие большого числа интегрирующих схем, необходимых для восприятия касания. Кроме того, для восприятия касания передняя стеклянная панель должна быть гибкой, а это делает дисплей менее долговечным. Дополнительно к вышеизложенному, ресурс дисплея сокращается также из-за многократных сжатий жидкого кристалла в дисплее.
В патенте США 4224615 предлагается LCD с гибкой передней стеклянной панелью, и данный LCD можно использовать как устройство для приема данных от человека - оператора. Оператор устройства, содержащего сенсорный дисплей, касается гибкой передней панели дисплея, при этом передняя панель отклоняется к задней подложке, что увеличивает емкость между дисплейными электродами, находящимися в нажимаемой области. Измеренную емкость между передним и задним дисплейными сегментами сравнивают с емкостью опорной ячейки, что позволяет распознавать касание, даже если затронутые дисплейные сегменты включены, т.е. представляют какой-то образ на дисплее. Как и в случае с патентом США 5043710, в изобретении согласно патенту США 4224615 используют изменение диэлектрической константы сжимаемого жидкого кристалла для восприятия касания. Для решения согласно патенту США 4224615 характерны проблемы прочности и ожидаемого срока службы, аналогичные присутствующим в изобретении согласно патенту США 5043710.
В заявке на патент США 2001/0020578 предлагается LCD с тактильной чувствительностью, в котором схема датчиков расположена под поверхностью дисплея. Датчики предпочтительно размещены под дисплеем на участках дисплея, где не размещены дисплейные сегменты. В качестве альтернативы, дисплейные сегменты дисплея могут применяться как датчики, при условии, что передний и задний сегменты замыкаются. Когда дисплейные электроды действуют как датчики касания, на экране невозможно представлять никакой информации вследствие замыкания дисплейных электродов. Поэтому с дисплейными сегментами связаны микропроцессоры для попеременного переключения между представлением информации на дисплее и тактильной чувствительностью.
В патенте США 4910504 предлагается дисплейное устройство с сенсорным управлением, в котором касание на дисплее воспринимается посредством измерения емкости между различными дисплейными электродами на передней подложке. Тогда передняя подложка может быть жесткой для защиты дисплея от деформации. Чувствительный элемент, измеряющий емкость между электродами, подсоединен к питающим выводам дисплея. Общий противоэлектрод расположен на задней подложке, по существу, известным образом. Как показано ниже, противоэлектрод будет действовать как средство замыкания цепи между электродами на передней подложке и, тем самым, снижать точность сенсорного дисплея, независимо от того, в каком месте на экране произведено касание. Кроме того, многочисленные паразитные емкости в необходимой схеме управления дисплеем будут создавать помехи схеме измерения емкости, что затрудняет определение места и самого факта совершения касания.
В патенте DE 19802479 предлагается сенсорный дисплей для применения, например, в лифтах. Передняя поверхность дисплейного элемента снабжена электропроводящим слоем, который является таким тонким, что дисплейный элемент является видимым сквозь электропроводящий слой. Для распознавания касания на дисплее, к электропроводящему слою подсоединена схема анализа. Однако при расположении электропроводящего слоя спереди дисплейного элемента ухудшается видимость дисплейного элемента. Кроме того, электропроводящий слой будет подвергаться износу от воздействия пользователей дисплея, а это предполагает, что долговечность дисплея будет не достаточной для многих применений.
Для изготовителей схем управления дисплеем очень важно, чтобы схема, применяемая для распознавания касания на экране, не наносила ущерб характеристикам или ожидаемому сроку службы схемы управления. Следовательно, существует потребность в сенсорном дисплее, который работает как «нормальный» дисплей с точки зрения устройств управления.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является преодоление вышеописанных проблем известных технологий для создания тактильного датчика, который был бы долговечен и обеспечивал надежное распознавание касания на дисплее. Настоящее изобретение основано на понимании того, что дисплею соответствуют специальные физические характеристики, которые влияют на надежность распознавания касания на дисплее.
Особыми преимуществами настоящего изобретения являются надежность распознавания прикосновения к экрану, повышенная прочность тактильного датчика и улучшенная совместимость с имеющимися схемами управлениями дисплеями.
Конкретной особенностью настоящего изобретения является обеспечение тактильного датчика с базовой конфигурацией, позволяющей надежно распознавать прикосновение к дисплею без деформации дисплея или необходимости специально разработанной схемы управления дисплеем. Тогда разработчик системы, содержащей тактильный датчик согласно настоящему изобретению, может свободно выбирать схемы управления, что снижает общую стоимость системы.
Вышеупомянутые задачи, преимущества и признаки, вместе с другими многочисленными задачами, преимуществами и признаками, которые очевидны из нижеследующего подробного описания, достигаются, в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, с помощью тактильного датчика, содержащего
дисплейное устройство с подложкой, причем на данной подложке расположен, по меньшей мере, один дисплейный электрод для отображения образа на дисплейном устройстве;
интерфейс, соединенный с, по меньшей мере, одним дисплейным электродом, для приема отображаемых данных в дисплейном устройстве;
измерительную схему, соединенную с, по меньшей мере, одним дисплейным электродом;
коммутирующее средство для подключения интерфейса к, по меньшей мере, одному дисплейному электроду, когда коммутирующее средство находится в первом рабочем состоянии, и подключения измерительной схемы к, по меньшей мере, одному дисплейному электроду, когда коммутирующее средство находится во втором рабочем состоянии.
Следовательно, тактильный датчик в соответствии с настоящим изобретением сможет надежно распознавать прикосновение к дисплею при посредстве схемы измерения емкости, даже несмотря на то что в дисплее присутствуют большие паразитные емкости.
Тактильный датчик в соответствии с настоящим изобретением может содержать измерительную схему, которая является схемой измерения емкости.
Тактильный датчик в соответствии с настоящим изобретением может содержать измерительную схему, которая является схемой измерения сопротивления.
В соответствии с настоящим изобретением измерительная схема может содержать сигнал-генератор, соединенный с, по меньшей мере, одним из дисплейных электродов, для подачи заранее определенного тест-сигнала на дисплейный электрод, и схему анализа сигнала, соединенную с, по меньшей мере, одним дисплейным электродом для приема тест-сигнала от сигнал-генератора.
В соответствии с настоящим изобретением схема анализа сигнала может быть выполнена с возможностью обнаружения отклонения тест-сигнала, когда коммутирующее средство находится во втором рабочем состоянии.
В соответствии с настоящим изобретением сигнал-генератор может быть выполнен с возможностью подачи тест-сигнала на сегменты на задней подложке или на сегменты на передней подложке дисплейного устройства.
В соответствии с настоящим изобретением сегменты на подложке, которые не подключены к сигнал-генератору, могут быть переведены в высокоомное состояние.
Настоящее изобретение относится также к способу распознавания прикосновения к дисплею с подложкой, причем на данной подложке расположен, по меньшей мере, один дисплейный электрод для отображения образа на дисплейном устройстве, при этом упомянутый дисплейный электрод соединен с интерфейсом для приема отображаемых данных в дисплейном устройстве, при этом способ содержит следующие этапы:
отключают, по меньшей мере, один дисплейный электрод от интерфейса;
подключают упомянутый дисплейный электрод к измерительной схеме и
обнаруживают изменение электрических характеристик дисплейного электрода вследствие создания электрической связи с объектом, касающимся дисплейного устройства вблизи дисплейного электрода.
Способ в соответствии с настоящим изобретением может содержать этапы, состоящие в том, что подают заранее определенный тест-сигнал на дисплейный электрод и обнаруживают отклонение тест-сигнала вследствие создания электрической связи с объектом, касающимся дисплейного устройства вблизи дисплейного электрода.
Способ в соответствии с настоящим изобретением может содержать этап, состоящий в том, что обнаруживают создание емкостной связи с объектом, касающимся дисплейного устройства вблизи дисплейного электрода.
Способ в соответствии с настоящим изобретением может содержать этап, состоящий в том, что обнаруживают создание гальванической связи с объектом, касающимся дисплейного устройства вблизи дисплейного электрода.
Краткое описание чертежей
Другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания в связи с прилагаемыми чертежами.
Фиг. 1a - конструкция, по существу, известного дисплея;
фиг. 1b - расположение некоторых паразитных емкостей, относящихся к, по существу, известному дисплею;
фиг. 2 - принципиальная схема тактильного датчика в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг. 3 - более подробное изображение функции тактильного датчика в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения; и
фиг. 4 - более подробное изображение функции тактильного датчика в соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
В настоящее время наиболее распространенным на практике дисплеем является жидкокристаллический дисплей (LCD), конструкция и действие которого хорошо известны специалистам. В зависимости от конкретной области применения широко используются варианты LCD-дисплея, например дисплеи на тонкопленочных транзисторах (TFT), а также другие технологии дисплеев, например дисплеи с плазменной панелью (PDP), вакуумные люминесцентные дисплеи (VFD), сегнетоэлектрические жидкокристаллические дисплеи (FLC), дисплеи текстурного типа на холестерических жидкокристаллических кристаллах со стабилизированной поверхностью (SSCT), дисплеи на органических светоизлучающих диодах (OLED) и дисплеи на жидких кристаллах на кремнии (LCOS). Для простоты нижеследующий текст содержит описание сенсорного дисплея в виде LCD, в котором обнаруживается изменение емкости в дисплее. Однако настоящее изобретение не ограничено упомянутым дисплеем, а может быть реализовано в дисплее любого типа, содержащем, по меньшей мере, одну подложку, на которой расположен, по меньшей мере, один дисплейный электрод, который может быть соединен емкостной, гальванической или индуктивной связью с внешним объектом.
На фигуре 1a представлены виды сверху и сбоку участка, по существу, известного дисплея 10. Крайнее левое изображение на фигуре 1a представляет широко известную конфигурацию из семи сегментов 11, в которой разные цифры могут быть представлены в зависимости от сегментов 11, которые являются активными. Каждый сегмент 11 доступен по тонким проводникам 12, продолжающимся от сегмента 11 к электрическим выводам 13, обычно созданным на краю дисплея 10. Сегменты 11 выполнены с внутренней стороны передней подложки 14 и задней подложки 15 дисплея 10. В этой связи следует особо подчеркнуть, что подложки, применяемые в дисплее, могут быть выполнены из стекла или пластика, на которое(ый) нанесено покрытие из подходящего электрического материала, например оксида индия и олова (ITO), для образования сегментов 11, или, по меньшей мере, одна подложка в дисплее может быть выполнена из электрического материала, например алюминия, и такой формы, чтобы обеспечить сегменты 11. Например, в дисплеях OLED предварительно выполняют ребристую структуру на фигурных анодных токопроводящих дорожках из ITO на стеклянной подложке. На подложку наносят покрытие из органических материалов и металла катода, при этом ребристая структура автоматически создает дисплей OLED с электрической изоляцией металлических катодных токопроводящих дорожек, образованных поверх нанесенных органических материалов. В зависимости от применяемой технологии дисплея, дисплей может содержать дополнительные элементы, кроме передней подложки 14 и задней подложки 15, но данные элементы не показаны для ясности. Например, дисплей может также содержать первый поляризатор, расположенный поверх передней подложки 14, и второй поляризатор, расположенный под задней подложкой 15. Кроме поляризаторов, пространство между передней подложкой 14 и задней подложкой 15 может быть заполнено жидкими кристаллами 16 известным способом.
Крайнее правое изображение на фигуре 1a представляет другой вариант конструкции дисплейных электродов 11 на дисплее 10. Вместо конфигурации из семи сегментов 11, дисплейные электроды 11 расположены в виде матрицы пикселей 11′. За счет большего количества проводников 12 и выводов 13 данная конфигурация облегчает представление более сложных изображений, чем конфигурация из семи сегментов 11. Однако отображающие функциональные возможности матричной конфигурации пикселей аналогичны соответствующим возможностям конфигурации из семи сегментов 11. В этой связи следует понимать, что термин сегмент служит для описания дисплейного электрода на подложке или в металлическом слое в дисплее. Термин нельзя толковать только как описание дисплейного электрода в конфигурации из семи сегментов, он может относиться к электроду любой формы, например к пикселю в вышеописанной матричной конфигурации.
Сегменты 11 на задней подложке 15 обычно соединены между собой так, чтобы свести к минимуму количество проводников 12 и выводов 13 на дисплее, т.е. сегменты 11 на задней подложке 15 всегда будут с одинаковым потенциалом, тогда как образы на дисплее 10 представляются путем изменения потенциала сегментов 11 на передней подложке 14 относительно потенциала сегментов 11 на задней подложке 15.
На фигуре 1b представлен упрощенный вид размещения некоторых паразитных емкостей в дисплее LCD 10. Промежуток между подложками 14, 15 на фигуре представлен для большего понимания в сильно увеличенном виде. Как можно видеть из фигуры, первая емкость C1 возникает между сегментами 11 на передней подложке 14 и сегментами 11 на задней подложке 15. Основной составляющей C1 является емкость между такими сегментами 11 на передней и задней подложках, которые находятся поверх один другого. Однако очевидно, что емкость C1 включает в себя также паразитные емкости между каждым сегментом 11 на передней подложке 14 и всеми сегментами 11 на задней подложке 15.
Вторая емкость C2, C2′ возникает между различными сегментами 11 на каждой подложке 14, 15. Основной составляющей C2 является емкость между соседними сегментами, однако понятно, что C2 включает в себя также емкость между одним конкретным сегментом 11 и всеми остальными сегментами 11 на той же подложке 14, 15.
Когда пользователь тактильного датчика касается дисплея, возникает третья емкость C3, C3′ между сегментами 11 на передней 14 и задней 15 подложке и пальцем 17 пользователя. Величина третьей емкости C3, C3′ зависит, помимо прочего, от толщин подложек и свойств объекта, касающегося дисплея 10.
Четвертая емкость C4 возникает между каждым из сегментов и потенциалом заземления через окружающую среду и зависит от расстояния до ближайшего заземления, а также от свойств окружающей среды (т.е. диэлектрической постоянной воздуха окружающей среды, относительной влажности и т.д.).
Что касается значений разных паразитных емкостей, то C1 намного больше, чем C2 и C3, вследствие малого расстояния между передней подложкой 14 и задней подложкой 15. По той же причине значения C3 и C3′ почти равны, тогда как величина C2 зависит от размера дисплея 10, а также от расстояния между сегментами 11. Если сегменты 11 на задней подложке 15 соединены между собой, то паразитная емкость C2′ становится ничтожной по сравнению с гальваническим контактом, обеспечиваемым тонкими соединительными проводниками 12 на подложке 15. Увеличение емкости C2 из-за касания на дисплее с покрытием двух соседних сегментов затруднит распознавание вследствие относительно большой емкости C1 и наличия замкнутых накоротко сегментов на задней подложке.
На фигуре 2 представлен первый вариант осуществления тактильного датчика 20 в соответствии с настоящим изобретением. Интерфейс 21 соединен со схемой (не показана) управления дисплеем. Следует подчеркнуть, что схема управления дисплеем не является специально разработанной для сенсорного дисплея в соответствии с настоящим изобретением, а, напротив, может быть изготовлена для управления обычными дисплеями без тактильной чувствительности. Интерфейс в простейшем виде может представлять собой контакт, обеспечивающий схему управления дисплеем электрическими подключениями к дисплейным электродам 11 на дисплее 10. В качестве альтернативы, интерфейс содержит буферы и средство согласования полных сопротивлений для обеспечения оптимальной рабочей точки для схемы управления дисплеем и, тем самым, увеличения срока службы устройства управления дисплеем.
Интерфейс 21 соединен с группой переключателей 22, которая в первом рабочем состоянии подключает интерфейс 21 к дисплейным электродам 11 на передней подложке 14 и задней подложке 15 дисплея 10. На фигуре 2 для ясности изображены только переключатели 22, относящиеся к одной паре сегментов 11; однако, на фигуре штриховыми линиями показано, что каждый сегмент 11 или группа сегментов 11 в том случае, если сегменты 11 на задней подложке 15 являются взаимно соединенными (частично или полностью), на передней подложке 14 и задней подложке 15 подключаются к интерфейсу 21 переключателем 22. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения сегменты 11 на задней подложке не имеют взаимных соединений, а являются индивидуально доступными в сенсорном устройстве 20. Интерфейс 21 группирует проводники 23 от сегментов 11 на задней подложке 15, что дает возможность применить стандартную схему управления дисплеем, предназначенную для управления дисплеями с общим электродом на задней подложке 15. Как поясняется ниже, точность тактильного датчика повышается, если не выполнять взаимные соединения проводников 23 от сегментов 11 на задней подложке 15, пока упомянутые проводники не достигают интерфейса 21, что позволяет изолировать каждый сегмент 11 посредством переключателей 22. При отсутствии взаимных соединений между сегментами 11 на задней подложке 15 можно также распознавать, по меньшей мере, два одновременных касания на дисплее 10, т.е. можно отличать касание пальцем от ненамеренного касания всей рукой, что обычно называют «непризнанием ладони».
Когда переключатели 22 находятся в первом рабочем состоянии, дисплей 10 не чувствителен к касаниям его поверхности, а действует как обычный дисплей. Однако блок 24 управления в тактильном датчике 20 управляет переключателями 22 в устройстве так, что переводит их во второе рабочее состояние, в котором дисплей 10 отключен от интерфейса 21. Вместо этого, сегменты 11 на одной из подложек подключаются к сигнал-генератору 25, который подает тест-сигнал на сегменты 11. На фигуре к сигнал-генератору 25 подключаются сегменты 11 на передней подложке 14, но в альтернативном варианте осуществления к сигнал-генератору 25 могут подключаться сегменты 11 на задней подложке 15 вместо сегментов 11 на передней подложке 14. В соответствии с вышеизложенным, относительно большая емкость C1 делает равнодопустимым подключение к сигнал-генератору 25 либо сегментов 11 на передней подложке 14, либо сегментов 11 на задней подложке 15 без потери функций сенсорного дисплея.
Когда сегменты 11 на передней подложке 14 подключены к сигнал-генератору 25, сегменты 11 на задней подложке 15 приводятся в состояние с высоким полным сопротивлением либо простым их отключением от интерфейса 21, либо, как показано на фигуре 2, их подключением к земле логических сигналов через высокоомный резистор 26. Как изложено выше, информация на дисплее 10 зависит от разности потенциалов между сегментами 11 на передней подложке 14 и сегментами 11 на задней подложке 15. Высокоомное состояние сегментов 11 на задней подложке 15 и относительно высокая емкость C1 будут обеспечивать сохранение любой разности потенциалов между различными сегментами 11 на подложках 14, 15, даже если тест-сигнал подается на сегменты 11 на одной из подложек 14, 15. Поэтому изменение потенциала на сегменте на передней подложке 14 изменит потенциал на сегменте 11, расположенном непосредственно ниже на задней подложке 15. Следовательно, информация, представляемая на дисплее, когда переключатели 22 находятся в первом рабочем состоянии, будет сохраняться, когда переключатели 22 подключают сигнал-генератор 25 к сегментам 11 на передней подложке 14 во втором рабочем состоянии.
Схема 27 анализа сигнала 27 соединена с сегментами 11 на передней подложке 14. Поскольку емкости C1 и C2 дисплея хорошо известны и создаются при изготовлении дисплея, отклик дисплея на тест-сигнал, когда никакой посторонний объект не касается дисплея, также хорошо известен. Когда оператор устройства касается пальцем дисплея, вышеописанная емкость C3 становится частью нагрузки сигнал-генератора. Поэтому отклик на тест-сигнал будет изменяться, что укажет схеме 27 анализа сигнала наличия факта касания, по меньшей мере, одного сегмента 11 на дисплее 10. Поскольку к схеме 27 анализа сигнала подключаются все сегменты 11 на передней подложке 14, данная схема может определить сегмент 11 или сегменты 11, на который(ые) воздействует касание. После этого схема анализа сигнала может выдать во внешний блок управления (не показан) в ответ на касание либо обычный сигнал «клавиша нажата», либо, предпочтительно, более подробную информацию относительно конкретных сегментов 11, на которые воздействует касание.
На фигуре 3 показаны функция сигнал-генератора 25 и схемы 27 анализа сигнала в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. Когда переключатели находятся во втором рабочем положении, сигнал-генератор 25 подает прямоугольный сигнал 31 на сегменты 11 на передней подложке 14 через группу резисторов 32. На фигуре для ясности изображены только два резистора 32. Реальное количество резисторов 32 зависит от количества сегментов 11, которые предполагается использовать для распознавания касания на дисплее. Поскольку сегменты 11 на задней подложке 15 отключены и переведены в высокоомное состояние, то нагрузка, создаваемая только сегментами 11, будет представлять собой емкости C1 и C2, последовательно включенные с небольшой емкостью C4 на фигуре 1b. Поэтому при переводе сегментов 11 на задней подложке 15 в высокоомное состояние, большая емкость C1 оказывается соединенной последовательно с небольшой емкостью C4, что уменьшает превалирующую составляющую C1. В случае взаимного соединения электродов 11 на задней подложке 15 точность тактильного датчика будет несколько хуже из-за создания емкостной связи между различными сегментами 11 на передней подложке 14 через соединенные накоротко задние сегменты 11 и емкости C1 между каждым передним и задним сегментом 11. Небольшая емкость, образованная связью C1, C2 и C4, будет немного изменять вид тест-сигнала 33 в точке справа от резисторов на фигуре 3. Вместо квадратного сигнала, тест-сигнал будет характеризоваться широко известным экспоненциальным нарастанием, обусловленным зарядом емкостей C1, C2 и C4 через постоянные резисторы 32. В предпочтительном варианте, время нарастания или спада тест-сигналов, подаваемых в нагрузку, измеряется схемой 27 анализа сигнала для определения, не изменилась ли емкостная нагрузка. Возможны небольшие изменения времени нарастания, обусловленные изменениями окружающей среды, в которой работает тактильный датчик 20. Данные небольшие изменения не будут вынуждать схему 27 анализа сигнала вырабатывать выходной сигнал, сообщающий о касании на дисплее 10, а будут восприниматься как вызванные средой изменения тест-сигнала.
Когда оператор 17 устройства 20 касается дисплея 10, емкостная нагрузка, включенная на сигнал-генератор 25, возрастет из-за емкости C3 с соответствующим увеличением времени нарастания и спада тест-сигнала 34 справа от резисторов 32. Емкость C3 велика по сравнению с последовательно соединенными C1, C2 и C4 и потому составляет большую часть суммарной емкости, включенной на сигнал-генератор. Точная величина удлинения времени нарастания не имеет решающего значения, если только данная величина является достаточно большой, чтобы касание на дисплее можно было отличать от вышеописанных небольших изменений, обусловленных окружающей средой. Схема анализа сигнала может быть выполнена в виде простого компаратора, вырабатывающего выходной сигнал в том случае, если время нарастания превосходит заданную величину, или может быть интеллектуальной в том смысле, что данная схема анализирует долговременный характер изменения времени нарастания и компенсирует изменения окружающей среды.
Блок 24 управления выполнен с возможностью периодического перевода переключателей 22 между первым и вторым рабочими состояниями. Скорость, с которой блок 24 управления изменяет состояние переключателей 22, зависит от емкости C1, сопротивления между каждым сегментом и заземлением сигнала и инерционностью жидкого кристалла, т.е. от того, сколько времени требуется кристаллам в дисплее на вращение в отсутствие внешнего электрического поля.
Резисторы 32 на фигуре 3 могут быть реализованы в форме традиционных резисторов 32 или, как в альтернативном варианте осуществления на фигуре 4, в форме коммутируемых емкостей 42. Коммутируемая емкость 42 известная, по существу, хорошо подходит для интегрирования на микросхеме, что позволяет объединять электронику тактильного датчика с дисплеем 10 в виде единого блока.
В вышеописанном варианте осуществления настоящего изобретения описана схема измерения емкости в виде сигнал-генератора 25 и схемы 27 анализа сигнала, где схема 27 анализа сигнала измеряет время нарастания или спада тест-сигнала. Однако очевидно, что схема измерения емкости может также измерять ток, подаваемый в дисплей при постоянных или изменяющихся напряжении и частоте, измерять разность фаз между током и напряжением, подаваемыми на дисплей, или измерять емкость между, по меньшей мере, одним сегментом 11 дисплея 10 и окружающей средой любым другим подходящим способом.
В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения дисплейный электрод 11 может быть расположен на подложке 14, 15 так, чтобы можно было распознавать гальванический контакт между дисплейным электродом 11 и объектом, касающимся дисплейного устройства 10. Например, дисплей может быть выполнен в виде матрицы светоизлучающих диодов (LED), в которой каждый диод дисплея припаян к паре контактных площадок на печатной плате (PCB). Тогда каждая контактная площадка образует дисплейный электрод 11, который может быть отключен от схемы управления дисплеем и использован для распознавания касания на дисплейном устройстве 10. Поэтому, если субъект касается дисплейного электрода 11, то субъект будет выполнять функцию конденсатора, получающего заряд от дисплейных электродов 11. Небольшой определимый ток будет протекать от дисплейного устройства 10 через палец субъекта и, тем самым, показывать касание на дисплейном устройстве 10.
В еще одном альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения на дисплейный электрод 11 может подаваться высокое напряжение, когда переключатели находятся во втором рабочем состоянии. Тогда дисплейные электроды 11 на подложках 14, 15 могут быть расположены между подложками 14, 15, как описано применительно к вышеупомянутому LCD, в котором очень большое сопротивление подложки по-прежнему допускает протекание тока, достаточно большого для обнаружения, когда субъект прикасается спереди к дисплейному устройству 10.
В еще одном альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения сенсорные области образованы на одной стороне третьей подложки в соответствии с описанием, относящимся к фигуре 1 (т.е. подложки, выполненной, например, из стекла или пластика, на которую нанесено покрытие из подходящего электрического материала, например оксида индия и олова (ITO), для образования требуемых сенсорных областей). В этом случае третья подложка может быть размещена перед дисплеем любого типа для придания дисплею тактильной чувствительности. Сенсорные области предпочтительны на внутренней стороне подложки, т.е. на стороне, которая обращена к дисплею и не находится в непосредственном контакте с пользователями сенсорной подложки, чтобы обеспечить длительный срок службы сенсорной подложки, даже в условиях тяжелого износа. Третья подложка будет, кроме придания дисплею тактильной чувствительности, выполнять также функцию защитной панели, поскольку упомянутая подложка расположена перед дисплеем.
1. Тактильный датчик (20), содержащий
дисплейное устройство (10) с первой подложкой (14), причем на первой подложке расположен, по меньшей мере, один дисплейный электрод (11), и со второй подложкой (15), причем на второй подложке расположен, по меньшей мере, один дисплейный электрод (11) для отображения образа на дисплейном устройстве (10);
интерфейс (21), соединенный с, по меньшей мере, одним дисплейным электродом (11) на первой подложке для приема отображаемых данных в дисплейном устройстве (10), причем указанные отображаемые данные обеспечивают величину напряжения между, по меньшей мере, одним дисплейным электродом (11) на первой подложке (14) и, по меньшей мере, одним дисплейным электродом (11) на второй подложке (15); измерительную схему (25, 27), соединенную с, по меньшей мере, одним дисплейным электродом (11) на первой подложке;
коммутирующее средство (22) для подключения интерфейса (21) к, по меньшей мере, одному дисплейному электроду (11) на первой и второй подложках, когда коммутирующее средство находится в первом рабочем состоянии, и подключения измерительной схемы (25, 27) к, по меньшей мере, одному дисплейному электроду на первой подложке, когда коммутирующее средство находится во втором рабочем состоянии, в котором коммутирующее средство выполнено с возможностью сохранять величину напряжения между, по меньшей мере, одним электродом на первой подложке и, по меньшей мере, одним электродом на второй подложке, когда коммутирующее средство находится во втором рабочем состоянии.
2. Тактильный датчик (20) по п.1, в котором измерительная схема (25, 27) представляет собой схему измерения емкости.
3. Тактильный датчик (20) по п.1, в котором измерительная схема (25, 27) представляет собой схему измерения сопротивления.
4. Тактильный датчик (20) по п.1, в котором измерительная схема (25, 27) содержит сигнал-генератор (25), соединенный с, по меньшей мере, одним дисплейным электродом (11) для подачи заранее определенного тест-сигнала на дисплейный электрод, и схему (27) анализа сигнала, соединенную с, по меньшей мере, одним дисплейным электродом для приема тест-сигнала от сигнал-генератора.
5. Тактильный датчик (20) по п.4, в котором схема (27) анализа сигнала выполнена с возможностью обнаружения отклонения тест-сигнала, когда коммутирующее средство (22) находится во втором рабочем состоянии.
6. Тактильный датчик (20) по любому из пп.4 или 5, в котором сигнал-генератор (25) выполнен с возможностью подачи тест-сигнала на сегменты (11) на передней подложке (14) дисплейного устройства (10).
7. Тактильный датчик (20) по любому из пп.4 или 5, в котором сигнал-генератор (25) выполнен с возможностью подачи тест-сигнала на сегменты (11) на задней подложке (15) дисплейного устройства (10).
8. Тактильный датчик (20) по любому из пп.1-5, в котором сегменты (11) на подложке (14, 15), которые не подключены к сигнал-генератору (25), могут быть переведены в высокоомное состояние.
9. Способ распознавания прикосновения к дисплейному устройству (10), причем упомянутое дисплейное устройство содержит первую подложку (14), и на первой подложке расположен, по меньшей мере, один дисплейный электрод (11), и вторую подложку (15), и на второй подложке расположен, по меньшей мере, один дисплейный электрод (11) для отображения образа на дисплейном устройстве (10), при этом упомянутые дисплейные электроды (11) на первой и второй подложках соединены с интерфейсом (21) для приема отображаемых данных в дисплейном устройстве, при этом способ содержит следующие этапы:
отключают, по меньшей мере, один дисплейный электрод (11) на первой и второй подложках от интерфейса (21);
подключают упомянутый дисплейный электрод (11) на первой подложке к измерительной схеме (25, 27); и
обнаруживают изменение электрических характеристик дисплейного электрода (11) вследствие создания электрической связи с объектом (17), касающимся дисплейного устройства (10) вблизи дисплейного электрода на первой подложке,
в котором, по меньшей мере, один электрод на второй подложке подключен так, чтобы сохранять уровень напряжения между, по меньшей мере, одним электродом на первой подложке и, по меньшей мере, одним электродом на второй подложке.
10. Способ по п.9, содержащий следующие этапы:
подают заранее определенный тест-сигнал на дисплейный электрод (11) и обнаруживают отклонение тест-сигнала вследствие создания электрической связи с объектом (17), касающимся дисплейного устройства 10 вблизи дисплейного электрода.
11. Способ по п.9 или 10, в котором электрическая связь является емкостной связью.
12. Способ по п.9 или 10, в котором электрическая связь является гальванической связью.
