TFT显示器、OLED接口及用于在安置于显示器上游的空间区域中检测边沿的空间位置的方法

摘要

本发明涉及一种TFT液晶显示器，如此，所述TFT液晶显示器用于再现图像内容。本发明是基于以下目标：提供使得在如此配备有显示器的装置的情况中有可能以特别有利的方式实现用于输入操作的输入接口的解决方案。根据本发明，借助于一种LC显示器来实现此目标，所述LC显示器包括：偏振层；第一衬底层；第一电极结构，其包括多个像素电极且被施加到所述第一衬底层；液晶层；及第二电极结构，其体现为全面积透明电极层(VCOM)且相对于所述多个像素电极用作反电极，其中所述LC显示器配备有用于在安置于所述LC显示器上游的区域中检测用户的手指或手的传感器装置，其中所述前述第二电极结构用作所述传感器装置的场提供电极。

说明书

技术领域

本发明涉及一种TFT液晶显示器，如此，所述显示器用以显示由数字计算机系统产 生的图像内容，其中在此显示器的范围内，提供输入装置，所述输入装置允许通过使用 电场交互作用效应经由类手势交互作用以非接触方式执行输入操作。

背景技术

从同一申请人的WO 2008/116642 A2已知一种具有用于使用户接口可视化的显示 器的移动蜂窝电话，其中此移动蜂窝电话具备可在空间上在所述显示器前方的区域中检 测用户的手指的位置所借助的电极布置。所述电极布置包括数个测量电极，其中可借助 于这些测量电极来检测电压，所述电压的电平与手指相对于移动蜂窝电话的空间位置紧 密相关。可使用这些电压电平基于三角测量方法或三边测量方法来计算手指的位置。借 助于手指的连续确定的位置，可执行光标或菜单控制且借此执行移动蜂窝电话的功能控 制。

发明内容

本发明的目标

本发明的目标是提供使在装置(如此，所述装置具备显示器)中以特别有利的方式实 施用于输入操作的输入接口变得可行所借助的解决方案，其中以在位于所述显示器前方 的区域中的手指或手移动的形式非接触地执行这些输入操作。

根据本发明的解决方案

根据本发明，所述目标由一种LC显示器实现，所述LC显示器包括：偏振层；第 一衬底层；第一电极结构，其包括多个像素电极且被施加到所述第一衬底层；液晶层； 及第二电极结构，其形成为全面积透明电极层(VCOM)且用作所述多个像素电极的反电 极，其中所述LC显示器具备用于在位于所述LC显示器前方的区域中检测用户的手指 或手的传感器装置，其中所述上述第二电极结构用作此传感器装置的场提供电极。

借助于根据本发明的概念，形成一种包括TFT LC显示器的传感器电路，其允许以 电容方式在TFT LC显示器前方检测物件位置。特定来说，根据本发明的概念能胜任于 包括TFT LC显示器的装置(举例来说，计算机、自动售货机、移动电话等)的基于手势 的控制且允许通过直接使用TFT LC显示器的透明电极作为场提供电极而在显示器前方 检测用户的手或手指的位置。借助于根据本发明的概念，解决了至今存在的问题：测量 场的传播受LC显示器的组件影响且借此阻碍以电场方式对手指的位置检测。以另一有 利方式，借助于根据本发明的概念，避免了由于显示器的操作而使至今为止借助于单独 的场提供电极产生的场受到影响。借助于根据本发明的概念，将已包含在TFT LC显示 器中的电极用于位置检测系统变得可行。

借助于根据本发明的概念，使形成直接集成到TFT LC显示器中的具有良好操作范 围的手势传感器系统变得可能。可以图形控制器芯片实施经提供以用于以有利方式实现 根据本发明的传感器系统的电子器件。接着，此图形控制器芯片优选地包括用于连接测 量电极的数个(举例来说，四个)输入。优选地借助于经屏蔽测量线来执行测量电极到图 形控制器芯片的输入的连接。所述图形控制器芯片可经配置使得可调整其信号处理特 性。所述经屏蔽线不能形成为个别经屏蔽电缆。举例来说，如果适用，那么其还可集成 到仅单层印刷电路板或柔性箔片印刷电路板中。

优选地，所述传感器装置至少部分地以电路方式集成到显示操作电路中。所述传感 器装置可经执行使得其包括布置在邻近于第二电极结构的边缘区域中的至少一个边缘 电极。所述传感器装置还可包括数个边缘电极。借助于此措施，基于从个别测量电极分 接的信号，使借助于三角测量方法执行用户的手指或手的位置确定变得可能。

优选地，所述显示装置被配置为矩形显示器。所述传感器系统优选地包括位于矩形 显示器的边缘及/或拐角区域中的数个边缘电极。第二电极结构(VCOM)优选地加载有方 波电压。所述方波电压的频率优选地在50Hz到80kHz的范围内。如果适用，那么第二 电极结构可被细分成不同段。所述第二电极结构还可进一步形成触摸传感器系统的功能 电极。

根据本发明的概念可经实施使得借助于显示控制器电路施加到共用电极的电压直 接用于场的产生。

根据另一方面，本发明还涉及一种包括OLED光源以及OLED接口的显示装置。

根据所述方面，本发明针对一种OLED接口，其可用于显示装置、尤其是移动通信 装置的显示装置中，且可用作用于电装置中的切换功能交互作用区的背景照明结构，举 例来说，背照式操作仪表框。

至今用作照明构件的OLED通常由数个有机层构造而成。在这种情况下，在很大程 度上，将由氧化铟锡(ITO)组成的空穴传输层HTL施加到布置在玻璃面板上的阳极。取 决于生产方法，通常在ITO与HTL之间施加PEDOT/PSS(聚(3，4-乙撑二氧噻吩)/聚磺苯 乙烯)层，其用于降低空穴的注入势垒且防止铟扩散到结中。施加到所述HTL的是包含 着色剂(大约5％到10％)或很少地完全由着色剂组成(举例来说，铝-三(8-羟基喹啉)，Alq3) 的层。将此层标示为发射体层EL。接着将电子传输层ETL施加到所述发射体层EL。最 后，在全真空中真空沉积由具有低电子功函数的金属或合金(举例来说，钙、铝、钡、钌、 镁银合金)组成的阴极。作为保护层且为减少对电子的注入势垒，在大多数情况中，在阴 极与ETL之间真空沉积非常薄的氟化锂、氟化铯或银层。由阴极注入电子(＝负电荷)， 而阳极提供空穴(＝正电荷)。空穴与电子朝向彼此漂移且在理想情况中在EL中相遇，出 于此原因，此层也称作复合层。电子与空穴形成称作激子的束缚态。取决于所述机制， 所述激子已构成着色剂分子的激发态，或激子的崩塌提供用于激发着色剂分子的能量。 此着色剂具有不同的激发态。激发态可变成基态且在这种情况下发射光子。所发射光的 色彩取决于激发态与基态之间的能距且可选择性地由着色剂分子的变化改变。至今为 止，非发射三重态仍成问题。同样可通过添加所谓的激发器来解决这些三重态。对于由 聚合物制造的有机LED，已确立缩写PLED(聚合物发光二极管)。将由小分子制造的 OLED标示为SOLED或SMOLED。通常用作PLED中的着色剂的是聚(对苯撑乙烯)(PPV) 的衍生物。最近，使用着色剂分子，此导致预期为在上述荧光分子的情况下的效率的四 倍高的效率。在这些更高效的OLED中使用金属有机络合物，其中从三重态执行光发射 (磷光现象)。这些分子也称作三重发射体；顺便提及，着色剂可由光激发，此可导致发 光。目标是产生使用有机电致发光的自照明显示器。OLED显示器胜过常规液晶显示器 的一个优点为非常高的对比度，因为其在不进行背景照明的情况下发挥作用。尽管LCD 仅充当彩色滤光片，但OLED发射彩色光。此方法显著更高效，借此OLED消耗更少能 量。出于此原因，OLED TV装置产生比LC显示器少的热量，在LC显示器中背景照明 所需的能量的一大部分被转换成热量。基于低能量消耗，OLED可很好地用于小型移动 装置中，举例来说，笔记本计算机、蜂窝电话及MP3播放器。基于不需要背景照明， 以非常薄的方式构造OLED为可行的。OLED显示器及OLED TV装置由于体积小及重 量明显较低而也具有胜过涉及运输成本的当前LCD及等离子装置的优点。此外，从弗 劳恩霍夫研究所(Fraunhofer Institute)的出版物已知构造OLED面板元件使得可通过接触 其来将其接通及关断。

因此，本发明的基础是形成可结合OLED结构实施提供特别有利的交互作用功能的 交互作用区所借助的解决方案的目标。

根据本发明，上述目标通过一种OLED接口来实现，所述OLED接口包括：

-面板层，

-阳极电极层，

-阴极电极层，

-有机发光层结构，其容纳于所述阳极电极层与所述阴极电极层之间，及

-评估电路，

-其中所述评估电路经配置使得与至少所述阳极电极层及/或所述阴极电极层协作地 实施传感器系统，以用于在用户未触摸所述OLED接口或覆盖所述OLED接口的面板元 件的情况下或触摸所述OLED接口或覆盖所述OLED接口的面板元件之前在位于所述面 板层前方的区域中检测他/她的手指或手。

在这种情况下，使用OLED结构以有利方式实施用户接口变得可行，所述用户接口 允许分别借助于静电场及电场效应在位于所述OLED结构前方的区域中检测用户的手指 或手的移动且在这种情况下利用所述OLED结构的至少一个电极系统。经由评估电路检 测的位置或移动信息可用于产生鼠标控制信号或用于产生其它切换及控制信号。

特定来说，还借助于对用户的手指相对于OLED结构的移动或位置的空间检测来执 行与OLED结构的功能性直接相关的控制动作为可行的。举例来说，可使用所检测的移 动来辨识在不必物理接触OLED结构或容纳所述OLED结构的装置的情况下协调接通、 关断及亮度控制的手势。

OLED结构可与LCD或TFT结构一起形成显示装置。使用OLED结构的电极层中 的一者(优选地阳极电极层)作为LCD或TFT结构的VCOM电极为可行的。

根据本发明的特定方面，阳极电极层、阴极电极层或在OLED结构与TFT结构的 组合中提供于TFT结构上且此处与OLED结构相对的侧上的另一电极层被细分成多个 电极段使得这些电极段形成包括若干段行及段列的段阵列。所述评估电路与所述电极段 耦合且经配置使得其可采取其中经由电极层的电极段执行在接触时的位置检测的切换 状态，且可进一步采取其中可执行在位于OLED结构前方的区域中对用户的手指的非接 触位置或移动检测的切换状态。

此外，所述评估电路可经配置使得还借助于其使用电极段的用于在非触摸模式中检 测用户的手指的位置的一部分在非触摸模式中进行检测，其中通过将段阵列中的数个电 极段组合成电极群组来执行非接触位置或移动检测。

在这种情况下，结合OLED结构以有利方式实施显示装置变得可行，其中OLED结 构的电极的至少一部分用于实施用于检测用户的手或手指相对于OLED结构的空间位置 或移动的传感器系统。

可临时使电极段作为在用户接触OLED结构之前执行检测用户的手指的位置或移动 所借助的电极系统操作。刚执行了对OLED结构或对包括OLED结构的显示或照明装置 的物理组件的接触，便可借助于直接邻近电极段或彼此交叉的邻近行及列电极段来执行 触摸模式中的位置分析。电极群组优选地包括在OLED接口中形成伸长链的电极段。用 于在非触摸模式中检测手指的位置的链优选地沿着OLED结构或包括OLED结构的显示 装置的边缘区域相对靠近地延伸。临时作为用于位置或移动检测的传感器电极系统操作 的段链可相对于彼此具有不同的定向，尤其是可彼此平行对准且彼此间隔开。位置确定 中还可包含基于已从相对于彼此交叉地对准、尤其是相对于彼此垂直对准的电极段链收 集的检测结果的评估结果。

可通过检测及评估两个直接邻近电极段的电场耦合来执行检测手指在接触OLED结 构或包括OLED结构的显示装置时的位置。为了检测邻近电极段的此短电场耦合，所述 段阵列优选地经构造使得将电极段的第一子组组合成单独段行且同样将第二子组组合 成单独段列。使段行与段列彼此隔离。使相应电极段行中的相连电极段之间的连接链路 与段列中的相连电极段的连接链路隔离。将相应交越点配置为防止交越段中的这些连接 链路的电连接所借助的隔离桥接器。优选地，将电极阵列设计成包括紧密相邻菱形、六 边形、多边形或其它紧密网状邻近块的场的形式。因此，邻近于形成段列的组成部分的 电极段紧邻定位的是形成段行的组成部分的电极段。借此，OLED结构或包括OLED结 构的显示器的接触点对应于所述段行与所述段列的引起最高电容性耦合的交越点。因 此，通过检测具有高电容性耦合的交越点来执行在触摸检测模式中确定x及y位置。此 外，还可通过确定哪一段行及哪一段列可具有与用户的手指的最高电容性耦合来检测触 摸模式中的接触位置。于是所述接触位置对应于此段行与所述段列的交越点。然而，在 非触摸模式中，通过检测数个段列与数个段行的电容性耦合的相应位置相依信号电平来 执行确定x及y位置，所述位置相依信号电平指示手指距相应段行及相应段列的距离。 接着，根据这些电平值，可计算手指的位置，或可至少描述手指的移动的路程。优选地 通过处理数个方法(优选地在彼此当中进行加权，举例来说，针对不同电极段群组及群组 组合调整的三角测量及三边测量方法)来执行此计算。经由段行及段列将与接地的电容性 耦合或另一电压注入检测为模拟电平。接着借助于ADC系统来转换此模拟电平且使其 经受数字数据处理。

在本发明的特别优选的实施例中，使用靠近边缘定位的段行及段列在非触摸模式中 执行大致矩形OLED结构或包括OLED结构的显示装置中的位置或移动确定。在这种情 况下，靠近边缘定位的这些段行及段列形成电极框架。此电极框架允许通过评估靠近边 缘定位的段列与接地或与OLED结构的电极的电位的受手指影响的电容性耦合来检测用 户的手指的x位置。

可借助于上部及下部水平段行与接地或与OLED结构的电极的电位的受手指影响的 电容性耦合来确定手指的y位置。优选地可将到接地的反电位施加到用作OLED结构的 电极层的阳极电极，所述电极层大致延伸跨越面板层的与用户相对的背侧上(即，电极段 阵列的与用户相对的背侧上)的整个表面积。

优选地，借助于多路复用器装置执行在第一切换状态与第二切换状态之间的切换。 可将此多路复用器装置设计为提供用于非触摸模式的某一时间阶段及用于触摸模式的 某一时间段的时间多路复用器装置。如果适用，那么某些电极段群组还可以程序控制的 方式使用且连续地用作用于非触摸模式中的位置及移动检测的电极段链，且与其平行的 某些电极段链可用于触摸模式中的二维位置检测。接着，用户接口优选地经形成使得其 不需要其电极段链用于非触摸位置确定的那些区域的触摸检测功能。

可借助于电路方式措施以时间顺序执行或可同时存在触摸检测模式及非触摸检测 模式。在顺序激活中，代替相应模式的持续时间的固定定义，在相应模式之间的切换可 经调整使得(举例来说)只要检测到接触就将用于采取(非触摸模式的)第二操作状态的时 钟部分置零或将其减小。优选地，当电极段行与电极段列彼此或在每一情况中与接地的 电容性耦合超过某一阈值时，会检测到接触。借助于抑制非触摸分析模式，可简化信号 处理，因为可以比在非触摸模式中更低的敏感性及更简单的评估操作来执行触摸模式中 的信号评估。类似地，只要未检测到接触，就以有利方式减小用于采取第一操作状态的 时钟部分。然而，由于优选地甚至在(举例来说)未检测到满足接触指示阈值准则的接近 时也可特别可靠地辨识接触动作，因此以某些(然而，优选地相对大的)时间间隔执行接 触检测以借此实现功能安全的益处。

以有利方式，可将非触摸模式细分成至少两种子模式。第一子模式为大距离模式。 在此模式中，举例来说，仅执行唤醒功能及z轴距离(大致垂直于显示器的距离)的粗略 检测。只有当降到低于沿z方向的最小距离时才执行第二子模式的处理。在此第二子模 式中，通过评估由电极段形成的电极群组与接地的耦合或评估耦合到此电极群组中的场 来执行更敏感的位置确定。举例来说，当低于其时执行检测x、y及z位置的极限距离 对应于靠近边缘定位的段行及段列已允许足够准确的位置确定的距离。根据实验检验， 当手指到显示器的距离小于显示器对角线的约2/3时，有规律地给出这些先决条件。

结合第二切换状态，可在低于最小距离时相连地激活不同的电极段群组。借此，用 于非触摸模式中的位置检测的电极段行及电极段列可在显示器中“游动”且在这种情况 下取得手指的相应位置的最优检测位置。此外，可激活且同时评估数个电极段行及电极 段列。在这种情况下，同时激活的电极段群组可分别为彼此间隔开的行及列或还可为相 对于彼此交叉地对准的行及列。对于中间距离(即，显示器对角线的25％到50％的距离)， 可通过三角测量及三边测量、尤其是借助于评估靠近边缘定位的段行及段列的模拟信号 电平来确定手指的位置。在进一步接近期间，可将手指的位置确定为段列与段行的具有 与接地或优选地OLED电极的另外显著电位电平的最高电容性耦合的交越点。可分别根 据与接地的电容性耦合的相应电平及电位的电平来确定z距离。

还可组合、尤其是以加权方式组合交越点概念与三边测量概念且将其用于位置确 定。

优选地，在第二切换状态(即，非触摸模式)中，激活构成靠近边缘定位的上部水平 段链的第一电极群组，且激活构成靠近边缘定位的下部水平段链的第二电极群组。借助 于这两个电极段群组，可接着计算位于这些水平极限之间的手指的y位置。

为在第二切换状态(非触摸模式)中检测x位置，优选地使用构成靠近边缘定位的左 垂直段链及靠近边缘定位的右垂直段链的电极群组。

此外，使用连续改变的电极群组来检测手指位置使得(举例来说)相应经评估电极段 群组跨越OLED接口、尤其是OLED显示装置以自适应切换的方式游动(举例来说，垂 直游动的行或水平游动的列)为可行的。

此外，可借助于相应评估概念来评估彼此交叉地对准、尤其是彼此近似垂直对准的 电极段链的电平值。

如在第二切换状态(非触摸模式)的情景中已提及，优选地通过形成电极群组而发生 x、y及z信息的检测，且检测这些电极群组与接地的耦合。此相应耦合与手指距相应电 极群组的距离紧密相关。根据与接地的这些相应耦合值或借助于由用户的手指引起且与 手指的距离相关的另一电位耦合，接着可检测距相应电极群组的距离且可根据不同的距 离信息来确定手指的位置。

作为实例，可将评估电路设计为ASIC且可将其布置在紧密接近OLED结构的面板 层处。举例来说，可借助于柔性导体路径、借助于夹式接触结构或还借助于ASlC在面 板层上的直接定位来执行评估电路到电极段的离散导体路径的连接。布置在面板层上的 电极段经由导体段连接到所述ASIC。在面板层的区域中，可能已将垂直及水平电极段 组合成电极行及电极列，其中这些列及行彼此隔离且电极段群组个别地与ASIC或多路 复用器连接。

优选地，电极段被构造为圆形盘、菱形、六边形、八边形、镰刀形结构或紧密邻近 的其它多边形或部分地具有咬合式几何形状(举例来说，所谓的骨骼或铺路石外形)。在 设计中，作为相应段、尤其是菱形，可形成菱形链。菱形的一部分用于设计水平菱形链， 菱形的剩余部分用于形成垂直菱形链。细的间隔件间隙在电极段之间延伸，所述间隙防 止电极段行中的段与交叉电极段列中的电极段之间的电接触。以此方式，以密集堆填的 方式配置所述电极段，其中仅构成行状或列状链的电极段彼此导电地连接。

在内部，所述ASIC优选地经构造使得其调整电极段行及电极段列的布线，使得其 可用于处理触摸模式且还用于处理非触摸模式。优选地，在ASIC中提供调整，其允许 考虑到电极群组的某些系统特性以及当在工作模式之间改变或群组设计变化时的转变 现象使得以充足方式补偿这些特性及现象。

特定来说，对于正用一只手抓握的装置(举例来说，蜂窝电话)，在信号处理的情景 中处理在至少大的程度上补偿由抓握装置引起的场干扰所借助的校准例程为可行的。最 初，非触摸模式中的手势检测可需要某一手势，举例来说，在显示器前方于显示器对角 线的大约66％的距离处执行的指尖沿着假想圆形路径的顺时针移动。借助于此特定手 势，可激活非触摸检测模式且另外可执行传感器技术的校准。

优选地，经由用户接口执行与所检测位置相关的显示。可以声学方式且优选地还借 助于机械反馈装置(举例来说，电磁位移块体元件)以触觉方式传递某些窗口或菜单项在 图形用户接口中的滑动移动。

在手指的接近也与向下触摸到OLED显示器组合的情况下，可将在非触摸接近阶段 中确定的位置与接着在触摸模式中检测的接触位置进行比较。借助于所实施的内部校准 程序，可借助于最初在非触摸阶段中收集的信息且借助于在触摸模式中极其可靠地收集 的位置信息来调适相连检测动作的评估参数。对于使手指从显示装置举起也为如此。此 处，借助于最后唯一确定的接触位置，可针对非触摸模式中的位置确定来执行借助于内 部参数的相应修改进行的自动内部精细调整。

特定来说，在相对小格式的触摸屏中，可执行位置检测使得在手指距显示装置的距 离较大的情况下，检测手指的位置的检测范围具有比显示装置大的尺寸。

可执行x及y位置、尤其是沿方向y的处理使得此处产生偏移，所述偏移导致当前 定位于显示器中的光标或选定菜单项不被用户的手指覆盖。

应理解，在本描述的情景中，作为接口或显示器接触的是手指到OLED面板结构、 尤其是显示面板上的轻向下触摸。在这方面，并不或至少不无法避免地电接触并入到 OLED接口中的电极系统。在此情况下，手指搁置于隔离面板或膜或箔片元件上。通常， 既定在OLED接口中的所有电极系统由隔离透明玻璃或塑料层覆盖。可借助于足够指示 性信号电平来检测接触状态。

还可借助于随同z轴距离的特殊动态特性来检测触摸状态及非触摸状态。以此方式， z动态性质通常在手指向下触摸时接近于零或表示指尖随着向下触摸压力的增加而变 平。此现象可用作选择指示符。此外，可在非触摸模式中使用z动态性质及某些z动态 性质准则作为选择指示符。举例来说，z动态性质准则可经界定使得指尖近似垂直于显 示器沿着短的距离快速降低且再次举起满足所述准则。接着此z动态性质准则描述“垂 直鼠标敲击”。

取决于是触摸模式还是非触摸模式为作用中的，用户接口可变化且在这方面具有提 供相应模式的特殊处置优点的特性。举例来说，在非触摸模式中，如果适用，那么可提 供比在触摸模式中更粗略的图形菜单项结构或者稍慢或更迟缓的光标动态性质。

基于根据本发明的概念，激活交叉地且纵向地对准的电极段链使得允许多点检测、 尤其是对两个手指的检测也为可行的。举例来说，为了进行此操作，可产生各自提供手 指位置的值的数个区。激活此多点检测模式可取决于满足某些距离准则或还取决于某些 最初需要的曲线，即，手势。在多点检测模式的情景中，可调节直观上可有利调节的交 互作用(举例来说，图像内容的缩放操作、旋转以及拖放动作)，而在这方面不触摸显示 器。

根据另一解决方案思想，本发明还涉及一种背照式触摸垫组件。其包括载体层、 OLED结构及粘结到所述载体层的电极层。

所述电极层被细分成多个电极段，其中在这方面这些电极段形成包括若干段行及段 列的段阵列。由OLED结构照明的触摸垫组件进一步包括评估电路，所述评估电路经配 置使得其可采取其中借助于电极层的电极段执行接触检测的切换状态。另外，评估电路 允许采取其中可在位于所述触摸垫组件前方的区域中执行用户的手指的非接触位置或 移动检测的切换状态。非接触位置或移动检测通过将段阵列中的数个电极段组合成行状 或列状电极段群组而发生。此触摸垫组件可如上文关于显示装置所描述而构造及设计。

此触摸垫组件可用于实施另外还允许非接触位置检测的触摸垫。

此些触摸垫可并入于迄今为止通常用于触摸垫的安装位置中，举例来说，在笔记本 计算机中。还可将根据本发明的用于在触摸模式中以及在非触摸模式中对手指位置的组 合检测的结构集成到其它装置、尤其是家具及车辆车厢设备中以在空间有限的区域中实 施相应输入区，即，也允许非触摸交互作用的输入区。

附图说明

结合图式由以下描述得出本发明的进一步细节及特性。

图1展示用于图解说明显示器的多层构造以及用作传感器系统的场提供电极的连续 电极结构的定位的示意图；

图2展示测量系统的输入电路(GestIC电子器件)的示意图；

图3展示选定测量电极处的电压电平的典型时间进程；

图4展示用于图解说明在10kHz的工作频率下选定测量电极处的电压电平的时间 进程的曲线图；

图5展示类似于图4的曲线图，其用于图解说明借助两个取样点个别地测量产生器 信号(VCOM)的每一边缘的振幅所根据的评估概念；

图6展示也类似于图4的曲线图，其用于图解说明在每一情况中紧接在边缘之后设 定仅一个取样点所根据的另一评估概念；

图7展示用于图解说明根据本发明并入有OLED结构的照明位置传感器装置的设计 的示意图；

图8展示用于图解说明结合OLED结构实施的照明输入装置的设计的示意图，所述 OLED照明输入装置包括布置成阵列状的电极段，所述电极段用于接触检测且还用于非 触摸模式中的手指位置检测；

图9展示用于进一步图解说明图7的照明输入装置的配置的横截面图；

图10展示用于图解说明以电极段阵列形成临时用作用于检测手指的位置的场电极 的两个水平及两个垂直电极段群组的示意图；

图11展示用于图解说明借助于对借助于左及右段列检测的电压电平的三边测量确 定坐标的布局；

图12展示用于描述根据本发明的位置确定方法的简化变化形式的流程图。

具体实施方式

图1中以透视图解的形式图解说明LC显示器(液晶显示器)的设计。此些LC显示器 具有多层设计。从照明源1发射的光穿过偏振器层2。由导电透明电极4组成的结构被 施加到位于上面的玻璃衬底3。在TFT(薄膜晶体管)LC显示器中，晶体管也集成到此 层中。个别电极构成显示器的像素。在彩色显示器中，三个电极属于一个像素。TFT显 示器中的液晶填充物5的反电极6位于第二衬底7上面且是连续构造的。将此电极6标 示为“共用电极”。将其电位标示为VCOM。此外，位于彩色显示器的衬底7上的是彩 色滤光片。在顶部处布置有分析器层(第二偏振器，其偏振轴相对于第一偏振器2垂直对 准)。

当在像素电极4与VCOM电极6之间存在电压时，光的偏振在穿过液晶层时改变。 出于此原因，像素的照明功率取决于电极电压。

存在激活TFT面板的两种变化形式：VCOM作为DC电压及VCOM作为AC电压。 在第二情况中，VCOM通常具有方波形式，其包括大约5V的振幅及大约60Hz(当以 “帧反转”激活时)到大约50kHz(当以“线反转”激活时)的频率。通常，此频率在5kHz 到40kHz的范围内。

共用电极6为显示器的最外导电层，其是连续形成的且覆盖完整显示表面。

根据本发明，此VCOM层6在AC操作模式中操作且至少部分地用作产生器或场提 供电极。

在此解决方案概念中，所述显示器、尤其是其VCOM电极6变为手势传感器的组 件且不再用作干扰源，而是产生产生器信号。

不过，只要VCOM信号具有相对低的频率，就可借助于特定取样逻辑来实现传感 器系统的相对高的操作范围及稳定性。对于此，可如下文中将更详细描述的那样继续。 其在经提供以用于检测及预评估存在于测量电极处的电压的传感器电路(即，“GestIC 电子器件”)直接集成到显示控制器中时为特别有利的。

在图2中，根据本发明的传感器电路的输入级是以其基本设计来图解说明的。此处 所展示的电极E1由显示器的VCOM电极(图1的参考编号6)构成。在此电极E1处存在 VCOM信号。借助于用户的位于TFT LC显示器前方的区域中的手M，执行对存在于测 量电极E2处的电压的操纵。此电压可由此处以简化方式图解说明的测量电路B、R检 测。此所检测电压与手M相对于两个电极E1、E2的空间位置紧密相关。通过在VCOM 电极E1的附近使用数个测量电极E2，允许在三角测量方法中使用所测量的电压电平且 以此方式计算手相对于测量电极E2的位置。相应信号可用于优选地由借助于显示器所 描绘的图像内容以图形方式支持的菜单或光标控制。

如从图2进一步可见，使用来自产生器G的方波电压操作产生器电极E1。测量电 极E2(此处仅展示一个测量电极)与E1及待检测的物件M电容性耦合。将相应电容标示 为C1及C2。E2处的电压由具有高阻抗输入(展示为等效电阻R)的缓冲器B检测且被馈 送到其它电路组件。此处，输入电路具有低通特性。C1及C2以及R分别针对实际应用 的值可分别具有大约1pF到10pF及10MΩ。

图3中展示针对100kHz的工作频率在选定测量电极(图2中的电极E2)处的电压 特性，曲线上小的圆形符号指示在于GestIC电子器件中实施信号测量时在所述信号测量 期间的取样点。如从图3可见，信号电压的振幅在取样点处比紧接在斜坡之后低。此受 输入级的所提及低通特性影响。此效应在低工作频率下变得越来越大。图4中描绘针对 10kHz的工作频率的信号特性。为了在减小工作频率期间抵消信号减小，可使用利用方 波信号中存在较高频率分量的替代取样逻辑。

图5中图解说明借助产生器信号(VCOM)的每一斜坡处的两个取样点个别地测量测 量电极处的信号振幅所根据的测量概念。

根据本发明，在对LC显示器的位置分辨率的要求较低的情况下，其可进一步借助 每斜坡仅一个取样点来操作。

接着，优选地如图6中所图解说明而仅接在斜坡之后定位取样点。假定取样仅需要 短的时间量(1μs左右)，且可假定在取样过程期间信号电压为准恒定的。

借助于根据本发明的概念，除通过省略额外电极而减小成本之外，还产生特别高的 范围而无需对显示器及其激活进行改变。此外，根据本发明的概念可在无用于显示器的 额外屏蔽措施的情况下实施且出于此原因也不减损显示器的亮度。可将用于以有利方式 检测及评估测量电极处的电压的电路直接集成到显示控制器中。

图7示意性且高度简化地展示根据本发明的OLED接口的横截面图。其包括面板层 GL、阳极电极层A、阴极电极层K及容纳在阳极电极层A与阴极电极层K之间的有机 发光层结构O。

所述OLED接口进一步包括评估电路PU。评估电路PU经配置使得与至少阳极电 极层A及/或阴极电极层K(此处展示具有阳极层的变化形式)协作地实施传感器系统， 以用于分别在用户触摸OLED装置或覆盖OLED装置的面板元件之前及未触摸OLED 装置或覆盖OLED装置的面板元件的情况下在面板层GL前方的区域中检测此用户的手 指F或手。

借助于所展示的组合件，如上文已描述，结合OLED结构实施用户接口变得可行， 此允许分别借助于静电场及电场效应在位于OLED结构前方的区域中检测用户的手指F 或手的移动且在这方面使用OLED结构的电极。在此处所展示的实例中，借助于方波产 生器来执行OLED结构的电压供应器。可借助于脉宽调制来调整照明强度。通过交变 DC电压来操作OLED结构允许经实施而包含阳极电极A的位置传感器系统的特别有利 的操作模式。举例来说，以此方式，可针对每一电压循环或针对选定数目个电压循环来 检测电位的耦入、与接地的电容性耦合或与OLED结构的电极A、K中的一者的电位的 电容性耦合。这些电平是针对相应传感器电极EL确定的且用于计算手指的位置。

图8高度简化地展示根据本发明的OLED接口技术在显示装置中的特定应用情况。 此显示装置包括由透明且隔离材料组成的面板层1。施加到此面板层1的是粘结到面板 层1的透明电极层。此电极层被细分成多个电极段2。所有电极段2的集合构成此处可 见的段阵列。在相应的水平及垂直连续邻近段2借助于小的连接线段3、4彼此连接时， 此段阵列形成段行Z1、Z2、Z3、Z4及Z5以及段列S1、S2....S9。段行Z1...Z5及段列 S1...S9彼此隔离且在每一情况中具备跨越面板层选路的离散馈送线LZ1/5及LS1/9。如 果连接线段3、4在显示器的区域中彼此交叉，那么其也彼此隔离。

段列及段行经由这些馈送线LZ1/5及LS1/9与此处未详细展示的评估电路连接。此 评估电路经配置使得其可采取其中经由电极层的电极段执行接触检测的第一切换状态， 且可采取其中可执行在显示装置前方的区域中对用户的手指的非接触位置检测的第二 切换状态，其中通过将段阵列中的数个电极段2组合成电极群组、尤其是电极行Z1...Z5 或电极列S1...S9来执行非接触位置检测。电极段2或由其形成的电极段链在功能上大 致对应于图1中所展示的传感器电极EL。图9中高度简化地描绘图2的OLED接口的 组合件。面板层1优选地由塑料或玻璃材料组成且具有(举例来说)0.8mm的厚度。在面 板层1上提供于两个侧中的每一者上的是透明导电涂层(举例来说，ITO涂层)。这些层 中的一者用作OLED结构O的电极。优选地，阳极电极层A位于包括电极段2的电极 阵列与阴极电极层之间。

在集成及处置位置中面向用户的上部侧具有在这种情况下被细分成多个段2的结构 化层，在这方面，所述多个段2包括紧密邻近段，举例来说，划分成如图8中所展示的 行及列的菱形。借助于专用馈送线来执行分组成行及列的电极段的电接触。将用作OLED 结构O的阳极电极A的电极执行为连续透明ITO层。如此构造的面板结构形成可用作 自照明触摸垫且用作用于非接触输入操作的接口的自照明面板元件。所述电极层由此处 未展示的其它隔离透明层覆盖且借此特定来说可能不能直接从用户侧进行电接触。

现在，如图10中所图解说明，在此处所展示的示范性实施例中，在相应切换状态 中，菱形链中的靠近边缘定位的四者(即，由靠近边缘定位的电极段2的水平组合形成的 段行Z1及Z5以及由靠近边缘定位的电极段2的垂直组合形成的段列S1及S9)用于在 玻璃上进行手指位置或手指移动检测。出于此原因，通过使用分组成行及列的电极段来 构造“帧”手势检测电极。

此处，由阴影线突出显示用于非触摸模式中的手指位置检测的靠近边缘定位的上部 水平电极段群组Z1及下部水平电极段群组Z5以及两个左及右电极段列S1及S9。两个 水平电极段群组Z1及Z5用于检测用户的手指的y位置。与经由这两个电极段群组Z1 及Z5检测y位置同时地或如果适用那么还紧接在所述检测之后，可借助于此执行评估， 经由左边缘区域中的电极段列S1形成左伸长检测电极(左垂直菱形链)，且借助于将右边 缘区域中的电极段连接在一起，形成右电极段列S9(右垂直菱形链)。接着可借助于这两 个电极群组来确定接近的手指的x位置。此外，根据测量信号，可确定手指到OLED接 口的距离。为确定x及y位置，还可基于其它评估方法来确定由行状及列状电极段群组 检测的信号电平。特定来说，也可使用相对于彼此交叉地对准的电极段群组来进行x及 y位置确定。为确定x及y位置，可以累积加权方式使用不同的评估方法。

在具备相应OLED接口的装置中，可以在手指触摸OLED接口之前降到低于某一距 离而开始检测手或手指的定位。

用户的手指刚向下触摸到OLED接口，便使用电极段2来呈现众所周知的触摸垫功 能。

在OLED接口的区域中提供其它电极为可行的，举例来说，所述其它电极仅用于支 持“非触摸模式”中的位置检测。举例来说，借助于这些额外电极，可执行对手在较 大距离处的存在的检测。

举例来说，对其中触摸分析电极用作用于非接触位置检测的位置检测电极的操作模 式的改变则仅在低于某一最小距离时发生。刚已检测到与OLED接口的接触，便可抑制 在手指触摸OLED接口之前对这些手指的位置检测的实现。此外，只要尚未低于某一最 小距离，就可抑制在触摸模式中对电极段的评估。

无接触的手指位置检测模式(非触摸或GestIC模式)及包含接口接触的手指位置检测 模式(触摸模式)可各自由多路复用器、尤其是时间多路复用器激活。GestIC模式可包含 使用群组驱动器来选择相应电极群组，其中借助于所述群组驱动器确定哪一电极段群组 或如果适用那么确定甚至哪些个别电极段暂时用于在非触摸模式中检测手指的位置。所 述群组驱动器可将关于暂时电极段群组的信息转发到补偿电路，如此，所述补偿电路界 定在评估借助于相应电极段群组检测的电场现象时考虑的某些特性或预设定及参考电 平值。特定来说，这些特性可描述暂时作用中电极系统在不受影响状态中的总体电容或 接地且借此引起某一预校准。

可在ASIC 10中以有利方式实施用于临时激活电极段行及电极段列以及用于评估借 助于经激活电极段群组检测的静电场环境的电路，ASIC 10优选地紧邻面板层1而布置、 尤其是粘结到面板层1。优选地，此ASIC 10经配置使得除在非触摸模式中检测手指的 位置之外，其还提供触摸模式中的评估，即，触摸屏功能性。此ASIC 10优选地经设计 使得可通过编程来界定某些功能。所述ASIC可经设计使得其界定哪些电极段群组、尤 其是电极段阵列中的哪些电极段行Z1...Z5及电极段列S1...S9暂时用于非触摸模式中的 位置检测。

ASIC 10自身以共用触摸屏电路的方式提供关于x及y位置以及触摸状态的信号。 另外，ASIC 10还分别提供z位置及信号，所述z位置及信号提供对在接触显示器之前 用户的手指距此显示器的距离的结论。可在ASIC中处理执行所检测位置或移动信息的 某一预评估的后台程序。以此方式，特定来说，也可由ASIC产生“鼠标点击信息”。 ASIC 10使用经提供以用于触摸模式中的x及y位置检测的电极段2且以某些间隔从这 些电极段群组Z1...Z5及S1...S9中进行选择。这些电极段群组Z1...Z5及S1...S9连接到 评估系统。借助于此评估系统，可检测用户的手指或手距OLED接口的距离，即，z位 置。在这方面，所述检测是基于由于手指或手到OLED接口前方的区域中的进入及定位 而与接地的电容性耦合、电位的耦入的变化及/或电极群组附近的介电特性的变化。可借 助于临时作为传感器电极操作的电极群组经由不同的测量方法来检测用户对电极段群 组Z1...Z5及S1...S9附近的介电特性的影响。举例来说，典型的测量方法是将受用户的 手指影响的经激活电极段群组与接地的耦合检测为在一范围内变化的模拟电平。

图11中以图式的形式进一步描绘根据本发明的OLED接口及借助其执行的对用户 的手指的位置的检测。借助于靠近边缘定位且组合成段列S1及S9的电极段2，检测指 示用户的指尖4距OLED接口的距离I1、I2的信号电平。接着，根据这些信号电平来计 算x位置及z距离。经由连续地连接显示装置的某些电极段群组与评估电路的群组驱动 器来执行电平检测。电极群组处的电压电平经由以简化方式描绘的放大器被检测为具高 电阻且将其馈送到μC。所述μC包括ADC且根据如此实现的数字电平信息来计算指尖 4的x、y及z坐标。电极段2位于形成TFT显示结构的一部分的面板层上。所述TFT 显示结构包括直接用作OLED结构O的阳极电极或如果适用那么还用作阴极的VCOM 电极(VCOM)。OLED结构O、TFT结构TFT及上部传感器电极阵列具有分层设计。OLED 结构O与TFT结构TFT共享一个透明电极层来分别作为OLED结构的VCOM电极及阳 极电极。还可将TFT结构实施为简单的LCD结构。

此处，施加到OLED结构O的电极的是无电位反转的以简化方式描述为方波电压的 交变电压。电路装置包括Rx及Tx连接。举例来说，借助于相应通道多路复用，使用多 个电极段链来进行非接触位置确定为可行的。可执行在非触摸模式中评估存在于相应电 极段链处的信号电平，使得执行多物件检测(即，举例来说，两个指尖的检测)及相应位 置检测。

图12中描绘简化流程图。如从图12可见，最初，检查是否已低于距OLED结构的 某一最小距离。当此为真时，使系统从简单节能操作模式切换成主操作状态。当检测到 接触状态时，借助于电极段阵列来执行接触位置的检测。使此触摸模式维持如此长久直 到接触结束为止。用户的手指刚从OLED接口升起时，便检查是否尚未超过接口表面对 角线的(举例来说)66％的某一距离阈值。当未超过此距离阈值时，检测系统在非触摸模 式中操作，其中关于与接地的电容性耦合来评估连续激活的电极段行Z1...Z5及电极段 列S1...S9或仅靠近边缘定位的电极段群组(即，电极段阵列中的电极段行Z1及Z5以及 电极段列S1及S9)。可根据取决于手指的暂时位置的模拟值来计算手指的x、y及z位 置。

以有利方式，可将根据本发明的技术实施为具备触摸屏电极的OLED面板元件，其 中这些触摸屏电极连接到根据本发明的评估电路。接着可将此面板元件集成到显示器 中。面向用户的侧上的隔离透明覆盖层优选地另外覆盖面板元件的电极，使得在触摸模 式中也不执行电极段的电接触。

特定来说，根据本发明的技术能胜任于例如蜂窝电话、电子书及平板PC等移动通 信装置。

电极阵列中的电极段可集成到多层透明面板结构中。为了实现个别电极段之间的交 叉桥接点的特别可靠的隔离，可将在每一情况中形成电极段行的电极段布置在透明且隔 离层的第一侧上，且可将经连接以形成电极段列-因此相对于所述行交叉地延续-的电极 段布置在此层的相对侧上或还可布置在另一层上。此外，在此夹层结构的背对用户的侧 上，可配置大致覆盖整个表面的背部屏蔽层。特定来说，此背部屏蔽层还可由液晶结构 的所谓的VCOM层形成。优选地，此VCOM层又用作OLED结构的电极。

本发明主要涉及一种提供触摸屏功能性以及非触摸位置分析功能性的OLED接口， 其中借助于联合使用的电极段来实施这些功能性。根据本发明的概念也可复制到不直接 覆盖显示器的平坦结构。这些平坦结构可用于实施至少临时照明的触摸垫，所述触摸垫 另外还允许非接触位置检测。此些触摸垫可并入于迄今为止触摸垫共有的位置处，举例 来说在笔记本计算机中。还可将根据本发明的用于在触摸模式中以及也在非触摸模式中 对手指位置的组合检测的结构集成到其它装置、尤其是家具及车辆乘客车厢设备中，以 便此处在空间有限的区域中实施相应的临时照明输入区，即，也允许非触摸交互作用的 输入区。

可以特别有利的方式以组合形式实施在以上描述中所描述的发明性综合体-使用 TFT显示器的VCOM电极进行手势检测及使用OLED结构的阳极电极进行手势检测。 在此情况中，OLED结构的阳极电极优选地用作TFT显示结构的VCOM电极。接着， 可给如此形成的层结构提供多段电极阵列，其中优选地OLED结构的层状电极又用作场 提供电极。