特許第6205024号(P6205024)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6205024
(24)【登録日】2017年9月8日
(45)【発行日】2017年9月27日
(54)【発明の名称】タッチ・スクリーン液晶ディスプレイ
(51)【国際特許分類】
   G06F 3/041 20060101AFI20170914BHJP
   G06F 3/044 20060101ALI20170914BHJP
【ＦＩ】
   G06F3/041 412
   G06F3/041 512
   G06F3/044 122
   G06F3/044 126
【請求項の数】12
【全頁数】61
(21)【出願番号】特願2016-134047(P2016-134047)
(22)【出願日】2016年7月6日
(62)【分割の表示】特願2014-104486(P2014-104486)の分割
【原出願日】2007年6月8日
(65)【公開番号】特開2016-189216(P2016-189216A)
(43)【公開日】2016年11月4日
【審査請求日】2016年7月6日
(31)【優先権主張番号】60/804,361
(32)【優先日】2006年6月9日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】60/883,979
(32)【優先日】2007年1月8日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】11/760,036
(32)【優先日】2007年6月8日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】11/760,049
(32)【優先日】2007年6月8日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】11/760,060
(32)【優先日】2007年6月8日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】11/760,080
(32)【優先日】2007年6月8日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】503260918
【氏名又は名称】アップル インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100086771
【弁理士】
【氏名又は名称】西島 孝喜
(74)【代理人】
【識別番号】100088694
【弁理士】
【氏名又は名称】弟子丸 健
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100121979
【弁理士】
【氏名又は名称】岩崎 吉信
(72)【発明者】
【氏名】ホテリング スティーヴン ピー
(72)【発明者】
【氏名】チェン ウェイ
(72)【発明者】
【氏名】クラー クリストフ エイチ
(72)【発明者】
【氏名】イライアス ジョン グリーア
(72)【発明者】
【氏名】ヤオ ウェイ
(72)【発明者】
【氏名】ゾン ジョン ゼット
(72)【発明者】
【氏名】ホッジ アンドリュー バート
(72)【発明者】
【氏名】ランド ブライアン
(72)【発明者】
【氏名】デン ボア ウィーレム
【審査官】 松田 岳士
(56)【参考文献】
【文献】 特開平１１−３０５９３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】 特開平０８−１０６３５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】 特開平０８−００６７２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】 特開平０７−１９１８０６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０６Ｆ ３／０３−３／０４７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の駆動セグメントを有する集積液晶ディスプレイタッチスクリーンを動作させる方法であって、各駆動セグメントは１つ以上のディスプレイ行と重なっており、ディスプレイの更新は、タッチスキャンと同時に行うことが可能であり
各フレームの間に予め定められたリフレッシュレイトで前記ディスプレイの一部を更新するステップと、
前記ディスプレイの一部の前記更新と同時に、各フレームの間に予め定められたスキャンレイトで前記複数の駆動セグメントを刺激するステップと、
現在更新されているディスプレイ行と重なる駆動セグメントを同時に刺激することを防止しつつ、同時の更新及び刺激を可能にするように、前記複数の駆動セグメントを刺激するシーケンスを、第１のシーケンスから、前記第１のシーケンスとは異なる第２のシーケンスへ変更するステップと、を含み、
第１のシーケンス及び第２のシーケンスにおける前記複数の駆動セグメントの刺激は、各フレームの間に行われる、方法。
【請求項2】
前記予め定められたスキャンレイトは、前記予め定められたリフレッシュレイトの２倍である、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
複数行のディスプレイ画素を有する集積液晶ディスプレイタッチスクリーンであって、底部から最上部にわたって、
アクティブマトリクス層を上部に有する底部基板と、
液晶層と、
タッチスキャンのタッチ駆動電極として動作し、ディスプレイ更新のための前記ディスプレイ画素のカウンタ電極（Ｖｃｏｍ）として動作するように構成された第１の複数の電極と、
上部基板と、
タッチ感知電極として動作するように構成された第２の複数の電極と、を備え、
前記タッチ駆動電極及び前記タッチ感知電極は、前記タッチ駆動電極の１つと前記タッチ感知電極の１つとの各交差位置で相互容量結合ノードを形成するようにお互いに離間しており、
前記タッチ駆動電極は、複数のタッチ駆動セグメントを形成し、各タッチ駆動セグメントは、前記複数行のディスプレイ画素の１つ以上の行と重なるタッチ駆動電極のグループから構成され、
前記複数行のディスプレイ画素は、前記ディスプレイ更新の間に、予め定められたリフレッシュレイトで更新されるように構成され、
前記タッチ駆動セグメントは、予め定められたスキャンレイトで前記タッチスキャンの間に前記タッチ駆動セグメントに駆動信号を印加するように構成された駆動回路と、
前記集積液晶ディスプレイタッチスクリーンに物体が接近した時の電界の摂動による、前記タッチ感知電極と前記タッチ駆動電極との間の相互容量の変化を測定するように構成された容量感知回路と、
前記複数行のディスプレイ画素の前記ディスプレイ更新を実施し、同時に、駆動セグメントの前記タッチスキャンを実施するように構成された回路に接続され、
現在更新されているディスプレイの領域は、駆動信号が現在印加されているタッチ駆動セグメントと重ならない、集積液晶ディスプレイタッチスクリーン。
【請求項4】
前記回路は、さらに、前記予め定められたリフレッシュレイトで前記複数行のディスプレイ画素を更新し、
前記予め定められたスキャンレイトで前記タッチ駆動セグメントを駆動し、
現在更新されているディスプレイ行と重なるタッチ駆動セグメントを同時に駆動することを防ぐために、前記タッチ駆動セグメントを駆動するシーケンスを変更する、ように構成される、請求項３に記載の集積液晶ディスプレイタッチスクリーン。
【請求項5】
前記スキャンレイトは、前記リフレッシュレイトと同じである、請求項３に記載の集積液晶ディスプレイタッチスクリーン。
【請求項6】
前記スキャンレイトは、前記リフレッシュレイトの整数倍である、請求項３に記載の集積液晶ディスプレイタッチスクリーン。
【請求項7】
前記スキャンレイトは、前記リフレッシュレイトの２倍である、請求項６に記載の集積液晶ディスプレイタッチスクリーン。
【請求項8】
各タッチ駆動セグメントは、Ｍディスプレイ行（Ｍは偶数）と重なり、
前記回路は、現在駆動されていないタッチ駆動セグメントに対応するＭ／２ディスプレイ行を更新する間に、前記複数のタッチ駆動セグメントの１つを駆動するように構成される、請求項３に記載の集積液晶ディスプレイタッチスクリーン。
【請求項9】
前記スキャンレイトは１２０回／秒であり、前記リフレッシュレイトは６０フレーム／秒である、請求項４に記載の集積液晶ディスプレイタッチスクリーン。
【請求項10】
前記複数のタッチ駆動セグメントは、前記ディスプレイのフレームの１つの更新の間に、少なくとも２つの異なるシーケンスで駆動される、請求項４に記載の集積液晶ディスプレイタッチスクリーン。
【請求項11】
請求項４に記載の集積液晶ディスプレイタッチスクリーンを動作させる方法であって、 前記集積液晶ディスプレイタッチスクリーンは、複数の電極（ＣＩｃ）を有し、
前記方法は、前記タッチスキャンにおいて前記複数の電極に刺激波形を印加することを含む、方法。
【請求項12】
ディスプレイの複数行の更新の間に、前記刺激波形とは異なる定電圧を前記複数の電極（ＣＩｃ）に印加することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一体化された液晶ディスプレイ・タッチ・スクリーンに関する。
【背景技術】
【0002】
関連出願のクロス・リファレンス
本出願は、以下の各出願に対する優先権を主張し、それら出願全てを参考文献としてここに援用する。
・米国仮特許出願第６０／８０４，３６１号、２００６年６月９日出願
・米国仮特許出願第６０／８８３，８７９号、２００７年１月８日出願
・米国特許出願第１１／７６０，０３６号「タッチ・スクリーン液晶ディスプレイ」本願と同時出願（弁理士事件番号：第１１９−０１０７ＵＳ１）
・米国特許出願第１１／７６０，０４９号「タッチ・スクリーン液晶ディスプレイ」本願と同時出願（弁理士事件番号：第１１９−０１０７ＵＳ２）
・米国特許出願第１１／７６０，０６０号「タッチ・スクリーン液晶ディスプレイ」本願と同時出願（弁理士事件番号：第１１９−０１０７ＵＳ３）
・米国特許出願第１１／７６０，０８０号「タッチ・スクリーン液晶ディスプレイ」本願と同時出願（弁理士事件番号：第１１９−０１０７ＵＳ４）
【0003】
本出願は、以下の出願に関連しており、それら出願全てを参考文献としてここに援用する。
・米国特許出願第１１／３６７，７４９号「多機能ハンドヘルド機器」２００６年３月３日出願
・米国特許出願第１０／８４０，８６２号「マルチポイント・タッチ・スクリーン」２００４年５月６日出願
・米国特許出願第１１／３８１，３１３号「マルチポイント・タッチ・スクリーン」２００６年５月２日出願
・米国特許出願第１１／３６７，７４９号「多機能ハンドヘルド機器」２００６年３月３日出願
・米国特許出願第１１／６５０，０４９号「ＩＴＯ金属電極を備えた両面タッチ感応パネル」２００７年１月３日出願
【0004】
今日では多種のハンドヘルド電子機器が存在しており、それら機器のそれぞれは何らかの種類のユーザーインターフェースを利用している。ユーザーインターフェースには、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の様なディスプレイの形態の出力機器と、１つ又はそれ以上の入力機器が含まれ、それら入力機器は、機械的に作動させる（例えば、スイッチ、ボタン、キー、ダイヤル、ジョイスティック、ジョイパッド）か、電気的に作動させる（例えば、タッチパッド又はタッチ・スクリーン）ことができる。ディスプレイは、テキスト、マルチメディア・データ、グラフィックの様な視覚情報を提示することができるように構成され、入力機器は、電子機器内で、コマンドを発行する、選択を行う、又は、カーソル又はセレクタを移動させる、といった様なオペレーションを行うことができるように構成されている。
【0005】
近年、各種機器を単一のハンドヘルド機器に一体化することに関して研究が進められてきた。これは、更に発展し、多くのユーザーインターフェース・モデルと機器を単一ユニットに一体化しようという試みに行き着いている。タッチ・スクリーンは、実用面及び美観、両方の理由で、その様なシステムに利用することができる。加えて、マルチタッチ可能タッチ・スクリーンは、その様な機器に様々な利点をもたらすことができる。
【0006】
これまで、タッチ・スクリーンは、シングルタッチにせよマルチタッチにせよ、従来のＬＣＤスクリーンを製作し、そのスクリーンの前面に実質的に透明なタッチ感知機器を配置することによって製造するのが当然であると考えられてきた。しかしながら、これには、実質的な製造諸費用を含め、数多くの欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】米国仮特許出願第６０／８０４，３６１号
【特許文献2】米国仮特許出願第６０／８８３，８７９号
【特許文献3】米国特許出願第１１／７６０，０３６号
【特許文献4】米国特許出願第１１／７６０，０４９号
【特許文献5】米国特許出願第１１／７６０，０６０号
【特許文献6】米国特許出願第１１／７６０，０８０号
【特許文献7】米国特許出願第１１／３６７，７４９号
【特許文献8】米国特許出願第１０／８４０，８６２号
【特許文献9】米国特許出願第１１／３８１，３１３号
【特許文献10】米国特許出願第１１／６５０，０４９号
【特許文献11】米国特許出願第１１／６１９，４６６号
【特許文献12】米国特許第６，３２３，８４６号
【非特許文献】
【0008】
【非特許文献1】Ｊ．ＨｅｃｔｏｒとＰ．Ｂｕｃｈｓｃｈａｃｈｅｒ，“Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｏｐｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ａｎ ＡＭＬＣＤ Ｍｏｂｉｌｅ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｈｉｐｓｅｔ”，ＳＩＤ ０２ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ．６９５−６９７
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の１つの実施形態によれば、一体化された液晶ディスプレイ・タッチ・スクリーンが提供されている。タッチ・スクリーンは、上にディスプレイ制御回路が形成されている第１基板（例えば、ＴＦＴプレート又はアレイ・プレート）と、第１基板に隣接する第２基板（例えば、カラーフィルタ・プレート）を含んでいる。タッチ・スクリーンは、更に、１つ又はそれ以上のタッチ感知要素を含んでおり、全てのタッチ感知要素は、両基板の間に配置されている。
【0010】
両基板の間のタッチ感知要素は、第２基板上に堆積された複数のタッチ駆動電極を、複数のタッチ感知電極にセグメント化された導電ブラック・マトリクスと共に含んでいる。或いは、両基板の間のタッチ感知要素は、第２基板上に堆積された複数のタッチ駆動電極を、ブラック・マトリクスの裏の複数のタッチ感知金属ラインと共に含んでいてもよく、このブラック・マトリクスはポリマー・ブラック・マトリクスとすることができる。何れの場合も、複数のタッチ駆動電極は、ＬＣＤのＶCOMの役目も果たすことができるように構成されている。
【0011】
両基板の間のタッチ感知要素は、更に、基板上に堆積されたパターン形成されていないインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）タッチ感知層と、タッチ感知層の周囲に配置された複数のスイッチと、第１のスイッチのサブセットが（例えば、２つの隣接する側から）接続されている第１バスと、第２の複数のスイッチのサブセットが（例えば、他の２つの隣接する側から）接続されている第２バスを含んでいてもよい。タッチ感知層は、第２基板上に堆積され、ＬＣＤのＶCOMにもなる。各スイッチは、薄膜トランジスタを含んでいてもよい。
【0012】
両基板の間のタッチ感知要素は、更に、複数の行にパターン形成されたＩＴＯタッチ感知層と、複数の行の第１端に配置され、第１バスに接続されている複数のスイッチと、複数の行の第２端に配置され、第２バスに接続されている複数のスイッチと、を含んでいてもよい。タッチ感知層は、第２基板上に堆積され、ＬＣＤのＶCOMにもなる。各スイッチは、薄膜トランジスタを含んでいてもよい。
【0013】
両基板の間のタッチ感知要素は、更に、第２基板上に堆積されたセグメント化ＩＴＯ層と、やはり第２基板上に形成され、各ＩＴＯセグメントを、所与の時期に、ディスプレイＶCOM、タッチ駆動、又はタッチ感知の内の１つとして構成できるようにする複数のスイッチを含んでいてもよい。各スイッチは、薄膜トランジスタを含んでいてもよい。
【0014】
両基板の間のタッチ感知要素は、更に、第２基板上に堆積され、複数のタッチ感知電極にパターン形成されている第１ＩＴＯ層を、第２基板上に堆積され、複数のタッチ駆動電極にパターン形成されている第２ＩＴＯ層と共に含んでいてもよい。各タッチ駆動電極は、ディスプレイＶCOMに使用することもできる。
【0015】
両基板の間のタッチ感知要素は、更に、第２基板上に堆積され、複数のタッチ駆動電極にパターン形成されている第１ＩＴＯ層を、第２基板上に堆積され、複数のタッチ感知電極にパターン形成されている第２ＩＴＯ層と共に含んでいてもよい。各タッチ感知電極は、ディスプレイＶCOMに使用することもできる。
【0016】
両基板の間のタッチ感知要素は、第２基板上に堆積され、複数のタッチ駆動電極と複数のタッチ感知電極とにセグメント化されたＩＴＯ層を含んでいてもよい。タッチ駆動電極は、抵抗を小さくする金属セグメントを含んでいてもよい。タッチ感知要素は、更に、タッチ駆動電極とタッチ感知電極間の電界の、タッチ感知に有効に寄与しない部分、例えば、機器の外部からユーザーの指又は他のタッチ物体が機器と相互作用するタッチ面に通らない電界部分、を遮断することができるように構成された複数のガード・トレースを含んでいてもよい。
【0017】
両基板の間のタッチ感知要素は、更に、第２基板上に堆積され、複数の個別にアドレス指定可能なタッチ・ピクセルにパターン形成されているＩＴＯ層を含んでいてもよい。各タッチ・ピクセルは、駆動電極と感知電極を含んでいてもよい。各駆動電極に接続されている複数の駆動ラインと、各感知電極に接続されている複数の感知ラインを設けることもできる。駆動及び／又は感知ラインは、導電ブラック・マトリクスで形成してもよいし、ブラック・マトリクスの裏に設置した金属トレースであってもよく、このブラック・マトリクスは、ポリマー・ブラック・マトリクスとすることができる。
【0018】
両基板の間のタッチ感知要素は、更に、第２基板上に堆積され、各ディスプレイ・ピクセルに対応する少なくとも２つのプレートにセグメント化されている第１ＩＴＯ層と、第２基板上に配置され、各ディスプレイ・ピクセルに対応するアイランドにセグメント化されている第２ＩＴＯ層と、ディスプレイのＶCOM電極と少なくとも２つのプレートの内の一方との間に接続されているスイッチを含んでいてもよい。この配置では、ＶCOMをタッチ駆動ラインとして使用できるようになる。この配置では、更に、ディスプレイ・データ・ラインをタッチ感知ラインとして使用できるようになる。
【0019】
両基板の間のタッチ感知要素は、更に、第２基板上に配置された複数のタッチ感知電極にパターン形成されているＩＴＯ層を、複数のタッチ駆動電極として働くように構成されたディスプレイ選択ライン回路と共に含んでいてもよい。ディスプレイ選択ライン回路は、第１基板上に形成することができる。
【0020】
別の実施形態では、上記各実施形態による一体化されたＬＣＤタッチ・スクリーンを組み込んだ電子機器が提供されている。電子機器は、デスクトップ・コンピュータ、タブレット・コンピュータ、又はノートブック・コンピュータの形態を取ることができる。電子機器は、ハンドヘルド・コンピュータ、携帯情報端末、メディア・プレーヤー、及び携帯電話の形態を取ることもできる。幾つかの実施形態では、機器は、上記の１つ又はそれ以上、例えば、携帯電話とメディア・プレーヤー、を含んでいてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】マルチポイント感知配列を示している。
【図2】マルチポイント感知システム上の多数の接点パッチを示している。
【図3】相互容量回路の簡略配線図示している。
【図4】マルチポイント感知配列を操作するプロセスを示している。
【図5】ＬＴＰＳトランスフレクティブ・サブピクセルの代表的なレイアウトを示している。
【図6】ＬＴＰＳの簡略化モデルを上と横から見た図を示している。
【図7】サブピクセルの回路図を示しており、そのガラス基板上に構成要素が製作されていることを示している。
【図8】ＬＣＤ製造の基本的なプロセスフローを示している。
【図9】完成した小型ＬＣＤモジュールを示している。
【図10】別体のタッチ・ドライバと各ＬＣＤドライバ・チップを有するタッチ・スクリーンＬＣＤのブロック図を示している。
【図11】一体化されたＬＣＤとタッチ・ドライバ・チップを有するタッチ・スクリーンＬＣＤのブロック図を示している。
【図12】タッチ・スクリーンＬＣＤの基本的な積層構成を示している。
【図13】タッチ・スクリーンＬＣＤの代わりの実施形態を示している。
【図14】或る電極パターンを示している。
【図15】タッチ・スクリーンＬＣＤの積層構成図の実施形態を示している。
【図16】図１５に示すタッチ・スクリーンＬＣＤのタッチ・ピクセル回路を示している。
【図17】プラスチックカバーに保護されたタッチ感知層を示している。
【図18】タッチ・スクリーンの或る領域の、出力列及び関連する出力ゲートのセットを示している。
【図19】タッチ・スクリーンＬＣＤのタッチ・ピクセルのレイアウトを示している。
【図20】タッチ・スクリーンＬＣＤの１つの実施形態の積層構成図を示している。
【図21】タッチ・センサ・アレイを示している。
【図22】コンセプトＡ及びＢの物理的実装を、ケーブル配線とサブシステム配置の上面図及び側面図で示している。
【図23】下ガラス構成要素の１つの可能なアーキテクチャを示しているハイレベル・ブロック図である。
【図24】細長い導電ドットを示している。
【図25】タッチ／ＬＣＤドライバ一体型回路のハイレベル・ブロック図を示している。
【図26】ここで説明している様々なＬＣＤ実施形態で使用されるフレキシブルプリント回路を示している。
【図27】同時に起こるディスプレイ更新とタッチ走査の処理を示している。
【図28】開回路ＶCSTタッチ駆動オプションを示している。
【図29】Ｄｒｉｖｅ−ＶCSTタッチ駆動オプションを示している。
【図30】タッチ駆動がタッチ感知とＬＣＤ ＶCOM変調の両方に使用される状況に合わせた電気モデルを示している。
【図31】ＶSTMが両側で導電ドットを介してＣstラインに接続されていることを示している。
【図32】タッチ・スクリーンＬＣＤの製造プロセスフローを示している。
【図33】ＶCOMのワンライン反転をタッチ刺激信号として使用することを示している。
【図34】タッチ・スクリーンＬＣＤの代わりの実施形態の積層構成図を示している。
【図35】タッチ・スクリーンＬＣＤの製造プロセスフローを示している。
【図36】タッチ駆動層を導電ブラック・マトリクスに置き換えた或る実施形態を示している。
【図37】タッチ・スクリーンＬＣＤの或る実施形態の回路図を示している。
【図38】タッチ・スクリーンＬＣＤの積層構成図を示している。
【図39】タッチ・スクリーンＬＣＤのディスプレイ・ピクセルの１行ずつの更新を示している。
【図40】タッチ・スクリーンＬＣＤのタッチ感応ディスプレイ行のセットに対するタッチ感知プロセスを示している。
【図41】タッチ・スクリーンＬＣＤの異なる各領域に位置する３つのピクセルに対するタッチ検知のプロセスを示している。
【図42】タッチ・スクリーンＬＣＤの別の実施形態の回路図を示している。
【図43】図４２に示す実施形態の積層構成図を示している。
【図44】タッチ感知層を導電ブラック・マトリクスに置き換えた或る実施形態を示している。
【図45】タッチ・スクリーンＬＣＤの別の実施形態の積層構成図を示している。
【図46】図５５に示す実施形態の上面図を示している。
【図47】タッチ・スクリーンＬＣＤの別の実施形態を示している。
【図48】図４７の実施形態の等価回路を示している。
【図49】図４７と図４８の実施形態のタッチ感知で使用される波形を示している。
【図50】図４７の実施形態でのタッチ・スクリーン一体化の更なる態様を示している。
【図51】タッチ・スクリーンＬＣＤの別の実施形態を示している。
【図52】図５１と図５３の実施形態のタッチ感知で使用される波形を示している。
【図53】図５１の実施形態の等価回路を示している。
【図54】図５１の実施形態のタッチ・スクリーン一体化の更なる態様を示している。
【図55】タッチ・スクリーンＬＣＤの積層構成図を示している。
【図56】タッチ・スクリーンＬＣＤの更新のプロセスを示している。
【図57】タッチ・スクリーンＬＣＤの或る実施形態の積層構成図を示している。
【図58】タッチ・スクリーンＬＣＤの或る実施形態の積層構成図を示している。
【図59】独立的に更新又はタッチ走査が行われる３つの領域に分割された一例的なＬＣＤディスプレイを示している。
【図60A】３つの領域を有するタッチ・スクリーンＬＣＤの更新とタッチ走査を示している。
【図60B】３つの領域を有するタッチ・スクリーンＬＣＤの更新とタッチ走査を示している。
【図61A】タッチ・スクリーンＬＣＤの電極レイアウトを示している。
【図61B】タッチ・スクリーンＬＣＤの電極レイアウトを示している。
【図62】タッチ・スクリーンＬＣＤの回路構成要素を示している。
【図63】タッチ・スクリーンＬＣＤの更新配列のスナップショットを示している。
【図64】ＩＴＯ内の金属ラインとギャップがどのようにブラック・マトリクスの裏に全体的に又は部分的に隠されるかを示している。
【図65】タッチ・スクリーンＬＣＤの或る積層構成図を示している。
【図66】３つの領域にセグメント化されたタッチ・スクリーンＬＣＤを示している。
【図67】タッチ・スクリーンＬＣＤ内でディスプレイ更新とタッチ走査を行うプロセスを示している。
【図68】タッチ・スクリーンＬＣＤを３つの領域にセグメント化する場合の配線とＩＴＯレイアウトを示している。
【図69】タッチ・スクリーンＬＣＤの、ガード・トレースを含んでいる領域の上面図と断面図を示している。
【図70】タッチ・スクリーンＬＣＤの、ガード・トレースを含んでいない領域の上面図と断面図を示している。
【図71】一例的なディスプレイの、６つのタッチ・ピクセルとそれらの信号配線を保有している領域を示している。
【図72】タッチ・スクリーンＬＣＤの別の実施形態の積層構成図を示している。
【図73】タッチ・スクリーンＬＣＤの別の実施形態の積層構成図を示している。
【図74】タッチ・スクリーンＬＣＤのＶCOM信号結合を強調表示した回路図を示している。
【図75】一例的なディスプレイを示している。
【図76】タッチ・スクリーンＬＣＤで可能な走査パターンを示している。
【図77】図７９の実施形態の回路図を示している。
【図78】セグメントＩＴＯ層を示している。
【図79】タッチ・スクリーンＬＣＤの別の実施形態の積層構成図を示している。
【図80】図７９の実施形態の積層構成図と配線を組み合わせた図を示している。
【図81】図７９の実施形態の物理的具現化を示している。
【図82】面内切り替えＬＣＤセルを示している。
【図83】面内切り替えＬＣＤセルの電極の編成を示している。
【図84】ＩＰＳベースのタッチ・スクリーンＬＣＤの或る実施形態の回路図を示している。
【図85】図８４に対応している積層構成図を示している。
【図86】ＩＰＳベースのタッチ・スクリーンＬＣＤの別の実施形態の積層構成図を示している。
【図87】ＩＰＳベースのタッチ・スクリーンＬＣＤの或る実施形態であるコンセプトＦの物理的モデルを示している。
【図88】図８７の実施形態に対応する積層構成図を示している。
【図89】全ガラス・タッチ・スクリーンＬＣＤの側面図を示している。
【図90】プラスチック層を含んでいるタッチ・スクリーンＬＣＤの側面図を示している。
【図91】複数のプラスチック層を有するタッチ・スクリーンを示している。
【図92】両面にＰＥＴ層がパターン形成され、ＰＥＴ層を貫いて接続されている、タッチ・スクリーンを示している。
【図93】組合せＰＥＴ／ガラスタッチ・スクリーンを示している。
【図94】タッチ・スクリーンＬＣＤ機器アッセンブリを示している。
【図95】透明なプラスチック・ハウジングの内側にパターン形成されたタッチ層を有するタッチ・スクリーンＬＣＤを示している。
【図96】タッチ・スクリーンＬＣＤと共に使用することができるパターン形成されたＰＥＴ基板を示している。
【図97】図９６のＰＥＴ基板に接合されたフレキシブルプリント回路を示している。
【図98】図９７のアッセンブリに貼り付けられたカバーを示している。
【図99】ガラス上のレベルシフター／デコーダ・チップの簡略図を示している。
【図100】修正されたタッチ／ＬＣＤドライバ及び周辺トランジスタ回路を示している。
【図101】完全に一体化されたタッチ／ＬＣＤドライバの簡略ブロック図を示している。
【図102】タッチ・スクリーンＬＣＤの用途を示している。
【図103】タッチ・スクリーンを組み込んだコンピュータ・システムのブロック図を示している。
【図104】本発明によるタッチ・スクリーンＬＣＤと共に使用することができる各種電子機器及びコンピュータ・システムの形状因子を示している。
【図105】複数のＩＰＳ ＬＣＤサブピクセルが接続されて複数のタッチ感知列を形成している状態を示している。
【図106】複数のＩＰＳ ＬＣＤサブピクセルが接続されて複数のタッチ感知行を形成している状態を示している。
【図107】一体化されたタッチ感知を有するＩＰＳ ＬＣＤを示している。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明は、添付図面と併せて以下の説明を参照することで理解が最も深まるであろう。
【0023】
以下の説明は、当業者が本発明を整備し使用できるようにするために提示しており、特定の用途並びにその要件と関連付けて提供している。開示した実施形態に対する様々な修正は、当業者には自明のことであり、ここで定義した一般原則は、本発明の精神と範囲から逸脱すること無く、他の実施形態及び用途に適用することができる。而して、本発明は、ここに示す実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と矛盾しない最大の範囲まで許容されるものとする。
【0024】
１．ＬＣＤとタッチ感知の背景
ここでは、タッチ感知技術を液晶ディスプレイに一体化する技法を開示する。
当業者には既知であるが、ＬＣＤは、複数の層、最も基本的には上ガラスと液晶と下ガラス、を含んでいる。上下各ガラスは、特定のディスプレイ・ピクセルの液晶を保有する各セルの境界を与えるため、パターン形成される。上下各ガラスは、更に、導電材料と薄膜トランジスタの様々な層でパターン形成され、各液晶セルを横断する電圧を変化させて液晶の向きを操作し、それによってピクセルの色と明度を制御することができるようになっている。
【0025】
参考文献として援用している各出願に記載されているように、タッチ面、具体的には、マルチタッチ可能透明タッチ面は、一連の層で形成される。一連の層には、少なくとも１つの基板、例えば、ガラスが含まれ、その上に複数のタッチ感応電極が配置される。例えば、相互容量配列なら、非導電層、即ち、ガラスによって分離された複数の駆動電極と複数の感知電極を含んでいる。駆動電極と感知電極の間の容量性結合は、導電性物体（例えば、ユーザーの指）を近づけることで影響を受ける。容量性結合のこの変化を利用して、特定のタッチの場所、形状、大きさ、動き、同一性など、が判定される。それらパラメータは、次に、コンピュータ又は他の電子機器のオペレーションを制御するため、翻訳される。下で説明されている自己容量配列も、当業者には既知のことである。
【0026】
ＬＣＤとタッチ・センサの積層構造を一体化することにより、様々な便益を実現することができる。この一体化には、上記積層構造を組み合わせること又は差し挟むことが含まれる。一体化には、更に、冗長的な構造を無くすこと、及び／又は特定の層又は構造に対して二重の目的（例えば、１つの目的はタッチ機能、もう１つの目的はディスプレイ機能）を見い出すこと、が含まれる。これにより、幾つかの層を無くすことができるようになり、タッチ・スクリーンＬＣＤのコストと厚さを削減すると共に製造を簡素化できるようになる。多種多様な配列が可能であり、ここで、その内の幾つかを更に詳しく論じる。
【0027】
具体的には、一体化されたタッチ・スクリーンＬＣＤの様々な実施形態を下に論じる。但し、当業者には理解頂けるように、それら各図に関してここに提示している詳細な説明は、一例であり網羅的なものではなく、それら実施形態に対して多くの変更を施すことができる。更に、開示している実施形態の多くは、マルチタッチ可能配列に関するものであるが、教示事項の多くは、シングルタッチ・ディスプレイにも適用することができる。
【0028】
１．１．マルチタッチ感知
同時多発又はほぼ同時多発のタッチ・イベントの認知は、図１に示すマルチタッチ感知配列を使って行われる。マルチタッチ感知配列１００は、同時に、ほぼ同時に、異なる時期に、又は或る期間に亘って、タッチ感応面１０１に亘る複数のタッチ属性（例えば、識別、位置、速度、大きさ、形状、及び強さを含む）を検知し監視することができる。タッチ感応面１０１は、実質的に互いに独立的に機能し且つタッチ感応面上の異なる各点を表している複数のセンサ点、座標、又はノード１０２を提供することができる。感知点１０２は、グリッド又はピクセルアレイに配置され、それぞれの感知点は、信号を同時に生成することができる。感知点１０２は、タッチ感応面１０１を、座標システム、例えば、デカルト又は極座標システムへマッピングしたものと考えることができる。
【0029】
タッチ感応面は、例えば、タブレット又はタッチ・スクリーンの形態をしていてもよい。タッチ・スクリーンを製造するには、容量感知点と他の関係付けられた電気構造物を、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の様な実質的に透明な導電性媒体を使って形成する。感知点１０２の個数と構成は変えることもできる。感知点１０２の個数は、一般に、所望の解像度及び感受性によって決まる。タッチ・スクリーン用途において、感知点１０２の個数は、タッチ・スクリーンの所望の透明度によって決まることもある。
【0030】
下で詳しく説明しているものの様なマルチタッチ感知配列を使用すると、マルチタッチ・センサ１０１の各ノード１０２で生成された信号を使用して、特定の時点の各タッチのイメージを作成することができる。例えば、タッチ感応面１０１に接触しているか近接しているそれぞれの物体（例えば、指、スタイレット、その他）は、図２に示すように、接点パッチ・エリア２０１を作り出す。各接点パッチ・エリア２０１は、数個のノード１０２を範囲に含んでいる。範囲に含まれた各ノード２０２は物体を検知するが、一方、残りの各ノード１０２は検知しない。その結果、タッチ面平面のピクセル化イメージ（これを、タッチ・イメージ、マルチタッチ・イメージ、又は近接イメージと呼ぶことにする）が形成される。各接点パッチ・エリア２０１の信号はまとめてグループ分けされる。各接点パッチ・エリア２０１は、各点におけるタッチの量に基づき、より高い点とより低い点を含んでいる。イメージ内の接点パッチ・エリア２０１の形状、並びに高い点と低い点を使用して、互いに密に接している接点パッチ・エリア２０１が差別化される。更に、現在のイメージを以前のイメージと比較し、物体が時間経過に伴い、どの様に移動したかと、その結果ホスト機器では、どの様な対応動作が行われたかが判定される。
【0031】
それら感知配列と組合せて、抵抗性、容量性、光学性、その他を含む、多種多様な感知技法が使用できる。容量ベースの感知配列では、物体がタッチ感応面１０１に近づくと、この物体と当該物体に近接している各感知点１０２の間に僅かな容量が形成される。この僅かな容量によって生じた感知点１０２のそれぞれの容量の変化を検知し、それら感知点の位置を観察することによって、感知回路１０３は、複数のタッチを検知し監視することができる。各容量感知ノードは、自己容量に基づくものでも又は相互容量に基づくものでもよい。
【0032】
自己容量システムでは、感知点の「自己」容量が、何らかの基準、例えば、接地、と比較して測定される。感知点１０２は、空間的に分離されている電極であってもよい。それら電極は、駆動回路１０４と感知回路１０３に、導電トレース１０５ａ（駆動ライン）と１０５ｂ（感知ライン）によって結合されている。幾つかの自己容量式実施形態では、各電極に対する１つの導電トレースを、駆動ラインと感知ラインの両方として使用することができる。
【0033】
相互容量システムでは、第１電極と第２電極の間の「相互」容量が測定される。相互容量感知配列では、感知点は、空間的に分離された各ラインを形成している、パターン形成された導電体の交差部により形成される。例えば、駆動ラインと感知ラインが各感知点１０２で互いに交わる、即ち「交差する」ように、駆動ライン１０５ａは第１層上に、感知ライン１０５ｂは第２層１０５ｂ上に、形成される。異なる層は、異なる基板であってもよいし、同じ基板の異なる面であってもよいし、何らかの誘電分離を施した基板の同じ面であってもよい。駆動ラインと感知ラインの間の分離により、各「交差部」に容量性結合が生じる。
【0034】
駆動ラインと感知ラインの配列は様々である。例えば、（図示の）デカルト座標システムでは、駆動ラインは横方向の行として形成され、一方、感知ラインは縦方向の列として形成され（又は、その逆であり）、而して、明確に区別できるｘとｙ座標を有していると考えることができる複数のノードを形成する。或いは、極座標システムでは、感知ラインは複数の同心円であって、駆動ラインは半径方向に伸びているラインであり（又は、その逆であり）、而して、明確に区別できる半径及び角座標を有していると考えることができる複数のノードを形成する。何れの場合も、駆動ライン１０５ａは駆動回路１０４に接続され、感知ライン１０５ｂは感知回路１０３に接続される。
【0035】
作動時、駆動信号（例えば、周期的電圧）が、各駆動ライン１０５ａに印加される。駆動されると、駆動ライン１０５ａに印加された電荷は、各ノード１０２を介して、交差している各感知ライン１０５ｂに容量的に結合される。これは、検知可能測定可能な電流及び／又は電圧を、感知ライン１０５ｂに発生させる。駆動信号と感知ライン１０５ｂに現れる信号の間の関係は、駆動ラインと感知ラインを結合する容量の関数となり、これは、上で指摘したように、ノード１０２に近接している物体によって影響を受ける。容量感知回路（又は各回路）１０３は、下で更に詳しく説明するように、感知ライン１０５ｂを感知し、各ノードにおける容量を確定する。
【0036】
上で論じたように、駆動ライン１０５ａは、一度に１つずつ駆動され、その間、他の駆動ラインは接地されている。この処理は、全ての駆動ラインが駆動されるまで、それぞれの駆動ライン１０５ａについて繰り返され、（容量に基づく）タッチ・イメージが、感知結果から構築される。全てのライン１０５ａが駆動されてしまうと、上記シーケンスが繰り返されて、一連のタッチ・イメージが構築される。但し、本発明の幾つかの実施形態では、２００７年１月３日出願の米国特許出願第１１／６１９，４６６号「同時発生感知配列」に記載されているように、複数の駆動ラインが実質的に同時又はほぼ同時に駆動される。
【0037】
図３は、上記配列に対応する相互容量回路３００の簡略配線図を示している。相互容量回路３００は、駆動ライン１０５ａと感知ライン１０５ｂを含んでいて、両ラインは空間的に分離されているので、容量性結合ノード１０２が形成される。駆動ライン１０５ａは、電圧ソース３０１に代表される駆動回路１０４に電気的に（即ち、導電的に）結合されていてもよい。感知ライン１０５ｂは、容量感知回路８０３に電気的に結合されていてもよい。中には、駆動ライン１０５ａと感知ライン１０５ｂが共に何らかの寄生容量３０２を含んでいる事例もある。
【0038】
上で指摘したように、駆動ライン１０５ａと感知ライン１０５の交差部に近接して、導電性物体が存在していなければ、ノード１０２の容量性結合は、極めて一定に保たれる。しかしながら、電気伝導性物体（例えば、ユーザーの指、スタイレット、その他）がノード１０２に近接して来ると、容量性結合（即ち、ローカルシステムの容量）が変化する。容量性結合が変化すると、感知ライン１０５ｂによって搬送される電流（及び／又は電圧）が変化する。容量感知回路１０３は、容量の変化とノード１０２の位置を観察し、この情報を何らかの形式でプロセッサ１０６（図１）に報告する。
【0039】
図１を参照すると、感知回路１０３は、タッチ面１０１からのデータを捕捉し、捕捉されたデータをプロセッサ１０６に供給する。幾つかの実施形態では、感知回路１０３は、生データ（例えば、それぞれの感知点１０２に対応する容量値のアレイ）をプロセッサ１０６に送ることができるように構成されている。他の実施形態では、感知回路１０３は、生データ自体を処理して、処理済みのタッチデータをプロセッサ１０６に送達することができるように構成されている。何れの場合も、次に、プロセッサは、自身が受け取ったそのデータを使用して、コンピュータ・システム１０７及び／又は同コンピュータ上で実行されている１つ又は複数のアプリケーションのオペレーションを制御する。上に挙げたものの他にも、上で参照した各出願には様々な実施例が記載されており、それらには、タッチパッド及びタッチ・スクリーンを有する各種コンピュータ・システムが含まれている。
【0040】
幾つかの実施形態では、感知回路１０３は、１つ又はそれ以上のマイクロ・コントローラを含んでおり、それらコントローラのそれぞれは、１つ又は複数の感知点１０２を監視する。各マイクロ・コントローラは、タッチ感応面１０１からの信号を監視し、監視された信号を処理し、その情報をプロセッサ１０６に報告するように、ファームウェアで機能する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）でもよい。各マイクロ・コントローラは、携帯情報端末（ＰＤＳ）でもよい。幾つかの実施形態では、感知回路１０３は、各感知ライン１０５ｂの容量を測定し、測定された値をコンピュータ・システム１０７のプロセッサ１０６又はホストコントローラ（図示せず）に報告する、１つ又は複数のセンサＩＣを含んでいる。どの様な数のセンサＩＣを使用してもよい。例えば、全ラインに対し１つのセンサＩＣを使用してもよいし、或いは、１つのライン又はライン群に対し複数のセンサＩＣを使用してもよい。
【0041】
図４は、上に述べた様なマルチタッチ感知配列を操作するためのハイレベルのプロセス４００を示している。このプロセスは、複数の感知点１０２が駆動されるブロック４０１で開始される。ブロック４０１に続き、プロセスフローはブロック４０２に進み、そこで、感知点１０２からの出力が読み込まれる。例えば、各感知点１０２毎の容量値が入手される。ブロック４０２に続き、プロセスはブロック４０３に進み、そこで、或る１つの瞬間のタッチのイメージ又は他のデータ形式（例えば、信号又は各信号）が作成され、その後、分析されて、タッチ・センサにタッチしているか近接している物体がどこに位置しているかが判定される。ブロック４０３に続き、プロセスはブロック４０４に進み、そこで、現在のイメージ又は信号が、１つ又は複数の過去のイメージ又は信号と比較され、それぞれの物体の、形状、大きさ、場所、方向、速度、加速度、圧力、その他の内の１つ又はそれ以上における変化が判定される。この情報は、引き続き、ポインタ又はカーソルの移動から複雑なジェスチャベースの対話まで多岐に亘る、コンピュータ・システム１０７内での動作を実行するのに使用される（ステップ４０５）。
【0042】
１．２．トランスフレクティブＬＣＤ
タッチ感知技法とトランスフレクティブＬＣＤの一体化を更に深く理解するためには、トランスフレクティブＬＣＤを簡単に紹介することが助けになろう。以下は、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）トランスフレクティブＬＣＤの典型的なサブピクセルセルの概括である。
【0043】
１．２．１．回路の基本原則
図５は、ＬＴＰＳトランスフレクティブ・サブピクセル５００の代表的なレイアウトを示している。所望のグレイレベルを表している電圧がデータバス５０１に印加され、選択ライン５０２がアサートされると、ディスプレイ情報は、サブピクセルのコンデンサーＣSTとＣLC（図示せず）に転送される。選択ライン５０２のアサーションレベルは、ゲート駆動正供給電圧に近くなっている。選択ライン５０２がアサートされている間、ＶCST（及び、図示していないＶCOM）の電圧は一定である。図５に示している全ての回路要素は、金属、ポリ、アクティブ、酸化物、及びＩＴＯを含んでおり、それらは、ＬＣＤの下ガラス側に製作することができる。
【0044】
図６は、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）ＬＣＤ６００の簡略化モデルを示しており、上面図６０１と側面図６０２を含んでいる。上面図６０１は、ディスプレイ・エリア６０４と非ディスプレイ・エリア６０５、両エリア内の、下ガラス６０８側のＶCST経路６０３の透視図を示している。側面図６０２は、ディスプレイの断面を示している。
【0045】
各ディスプレイ行は、ＶCST６０６と選択（図示せず）の横トレースを含んでいる。選択トレースは、同じく図示していないポリシリコン薄膜トランジスタ（ｐ−Ｓｉ ＴＦＴ）で構成されているゲート駆動回路に接続されている。各ＶCSTトレース６０６は、ディスプレイの縁から縁まで走っており、例えば、左手に示す様に一体に接続されている。ＶCSTトレースは、導電ドット６０７を介して、上ガラス６１０側のＩＴＯ面６０９にも接続されている。通常、ＶCOM面をＶCOMＤｒｉｖｅ６１１に接続するのに、それぞれの隅に１つずつ、４つの導電ドットが使用される。図６は、分かり易くするために、１つのドット６０７しか示していない。ＶCSTと上ガラスＩＴＯ６０９の電圧は、ＶCOMＤｒｉｖｅによって設定され、このＶCOMＤｒｉｖｅは、ＬＣＤドライバＩＣ（図示せず）によって提供することができる。ＶCSTは、ＶCOMＤｒｉｖｅ６１１以外の別の駆動ソースに接続されていてもよい。
【0046】
図７は、サブピクセルの回路図７００を示しており、そのガラス基板上に、各種構成要素が製作されていることを示している。下ガラス７０１は、全てのＴＦＴピクセル回路７０３を一体化するための基板である。これは、選択ライン・ドライバと制御論理を含んでいる。下ガラスは、ＬＣＤドライバ（図示せず）の様なチップ・オン・ガラス（ＣＯＧ）構成要素のための基板の役目も果たしている。コンデンサーＣLCの上側電極３０４は、上ガラス７０２側に配置されている。電極７０４は、ディスプレイ・エリアの全域を覆い、ＣLCを構成している下側電極７０５に対する対極を形成する、ＩＴＩＯ面とすることができる。上側電極７０４は、例えば、４つの隅に設置された導電ドット７０６（１つだけを図示）を介して、下ガラス７０１側のＶCOMＤｒｉｖｅ７０７にも接続されている。
【0047】
１．２．２．ＶCOM
液晶（ＬＣ）を横切る電圧のＤＣ成分を最小化又は無くせば、幾つかの望ましくないイメージアーチファクトを低減又は無くすことができる。従って、ＬＣを横切る電界は、２つの電界方向の間で全体的な均衡を保ちながら周期的に反転される。完璧な電界均衡を得ることは困難であり、その結果、僅かなＤＣオフセットが生じて、好ましくないイメージアーチファクトが生まれる恐れがある。ＤＣオフセットに起因するちらつきを覆い隠すために、当業者には既知の幾つかの反転理論体系の内の１つ、例えば、ドット反転、を採用することができきる。
【0048】
１．２．３．ＶCOMの変調
幾つかの実施形態では、データ・ドライバの電圧範囲を縮小するのが望ましい場合もある。従って、ＶCOMＩＴＯ面とＶCSTトレースを、接地から供給レールに変調し、ＬＣを横切るＡＣ電圧を作り出してもよい。但し、これは、利用可能な転換方法をフレームタイプとラインタイプのみに限定することになる。
【0049】
ＶCOMＤｒｉｖｅの要件は、極めて単純であり、即ち、その電圧が、或るピクセル行について電荷移動が完了し、而してそれらのグレイレベルが設定されるまで、一定に留まる、というものである。一旦、ディスプレイ・ピクセルが設定されてしまえば、ＶCOMＤｒｉｖｅは、サブピクセルに出入りする寄生経路が小さいままであることを前提に、ＬＣ状態に顕著な影響を及ぼすこと無く変化することができる。
【0050】
１．２．４．定ＶCOM
ＶCOM変調は、タッチ感知とＬＣＤとの一体化を複雑化する恐れがある。それら複雑化を克服するための各種技法を下に論じる。液晶を横切る電圧のＤＣ成分を最小化する代わりの方法を採用してもよい。その様な代わりの方法の１つが、Ｊ．ＨｅｃｔｏｒとＰ．Ｂｕｃｈｓｃｈａｃｈｅｒによる“Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｏｐｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ａｎ ＡＭＬＣＤ Ｍｏｂｉｌｅ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｈｉｐｓｅｔ”，ＳＩＤ ０２ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ．６９５−６９７に開示されており、同文献を参考文献としてここに援用する。この代わりの方法は、ＶCOMを定電圧に留めることができるようにするので、広電圧範囲データ・ドライバは不要となり、電力消費を下げることができる。
定ＶCOMを利用することの様々な利点を下に説明する。
【0051】
１．３．ＬＣＤ製造
ＬＣＤパネルの製造は、マザーガラスと呼ばれる大きなガラス片にバッチ工程を採用して行われる。マザーガラスは、カラーフィルタ、ブラック・マトリクス、及びＣLCの上側電極の基板となる上マザーガラスと、アクティブ・マトリクスＴＦＴアレイと駆動回路の基板となる下マザーガラス、の２片が使用される。
【0052】
ＬＣＤ製造の基本的なプロセスフローを図８に示している。２枚の大きなマザーガラス・シートが、ＬＣＤの上部分用に１枚と下部分用に１枚として、別々の加工工程８０１と８０２を通された後、整列され（ブロック８０３）、一体にプレスされて、熱処理を施され（ブロック８０４）、上ガラスと下ガラスの間のシールを硬化させ、これにより、安定したパネル構造が作り出される。次いで、大型パネルは、所望の寸法の、より小型のモジュールに罫書かれ、切断される（ブロック８０５）。個々のモジュールは、縁部を研磨した（ブロック８０６）後に、液晶が充填される（ブロック８０７）。充填後、モジュールはシールされる（ブロック８０８）。ポラライザーと電気的構成要素が取り付けられる（ブロック８０９）。フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）が、加工工程の終了又は終了間際に、それぞれの基板に取り付けられる（ブロック８１０）。
【0053】
完成したＬＣＤモジュール９００を図９に示している。図示のＬＣＤモジュールは、下ガラス９０２に取り付けられたチップ・オン・ガラス（ＣＯＧ）ＬＣＤドライバ９０１を含んでおり、更に、下ガラス９０２に取り付けられたフレックス・オン・ガラス（ＦＯＧ）フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）９０３を含んでいる。両構成要素は、下ガラスパッドに電気的に接続され、異方性導電性接着剤（ＡＣＡ）を使って所定の位置に保持されている。下ガラス９０２は、上ガラス９０４からはみ出していて、ＣＯＧ ＬＣＤドライバ９０１、ＦＰＣ９０３、及び他の支援構成要素を搭載するための棚９０５を提供している。ハンドヘルド機器では、データを管理しＬＣＤを制御するシステム・プロセッサ・ボードは、バックライト９０６の下方に設置される。
【0054】
タッチ感知を支援するのに使用される追加の各構成要素（例えば、ＦＰＣ）を、棚９０５に取り付けることもできる。他の各取り付け位置も可能である。詳細は、下で説明している関連の実施形態と併せて説明する。
【0055】
１．４．ＬＣＤとタッチ感知を組み合わせる
ここで論じる積層構成図は、図１０と図１１のブロック図に関連付けると更に深く理解されるであろう。一番上から始めて、タッチ感知電極１００１、１１０１が、ＬＣＤ上ガラス１００２、１１０２の一番上（ユーザー側）に配置されている。タッチ駆動電極１００３、１１０３は、上ガラス１００２、１１０２の底面にパターン形成されている。導電ドット１００４、１１０４が、駆動電極１００３、１１０３を、同じく下ガラス１００６、１１０６に設置されているドライバ１００５、１１０５に接続している。下ガラス１００６、１１０６側の棚１００７、１１０７は、ＬＣＤドライバ・チップ１００８、１１０８と、タッチ・センサ・ドライバ・チップ１００９を収容しており、ＬＣＤドライバ・チップとタッチ・センサ・ドライバ・チップは、互いにインターフェースしていてもよいし（図１０）、又は１つの構成要素に一体化されていてもよい（図１１）。最後に、同じく棚に接合されているＦＰＣ１０１０、１１１０が、ホスト機器１０１１、１１１１に接続されている。
【0056】
２．一体化オプション
一体型タッチ感知を備えたＬＣＤの幾つかの実施形態は、上ガラスと下ガラスを含んでいる。２つのガラス層の間の液晶の層を通過する光の量に影響を及ぼすため、ディスプレイ制御回路を、それらガラス層の一方及び／又は両方に形成することができる。上ガラスと下ガラスの外部縁の間の空間は、ここでは液晶モジュール（ＬＣＭ）と呼ばれている。
【0057】
代表的なＬＣＤ積層構成１２００は、通常、図１２に示す様に、追加の層を含んでいる。図１２では、ハードコートされたＰＭＭＡ層１２０１が、ＬＣＤポラライザー１２０２と上ガラス１２０３を保護しており、第２ポラライザー１２０５は、下ガラス１２０４とバックライト１２０６の間に含まれている。
【0058】
タッチ感知技術をＬＣＤへの一体化するのは、各種技法を使用して実現することができる。例えば、異なるタッチ感知要素及び／又は層を、ＬＣＤディスプレイに組み込むことができ、実施形態が違えば、ディスプレイ及び／又は製造のコスト、ディスプレイの大きさ、ディスプレイの複雑性、ディスプレイの耐久性、ディスプレイの機能性、イメージ表示品質の様な要素が変動することになる。幾つかの実施形態では、タッチ感知能力は、タッチ感知要素をＬＣＭの外部のＬＣＤディスプレイ上に一体化することにより、ＬＣＤの中に含ませることができる。他の実施形態では、タッチ感知要素は、ＬＣＭ内部（例えば、２つのガラス層の間）のみならずＬＣＭの外部にも追加されている。更に他の実施形態では、タッチ感知要素のセットが、ＬＣＭ内部（例えば、２つのガラス層の間）だけに追加されている。以下の節では、上記実施形態のそれぞれに合わせた複数のコンセプトを説明する。
【0059】
２．１．液晶モジュールの外部のタッチ感知
ＬＣＭの外部にタッチ感知要素を追加すれば、代表的なＬＣＤの製造慣行に殆ど又は全く影響を与えずに、ＬＣＤディスプレイにタッチ感知能力を追加できるようになる。例えば、タッチ感知システムとＬＣＤディスプレイシステムを別々に製作し、最終工程で一体化して、タッチ感知能力を有するＬＣＤを形成してもよい。ＬＣＭの外部にタッチ感知要素を設ければ、ユーザーがタッチするエリアの近くにタッチ感知要素を設置できるようになり、ディスプレイとタッチ構成要素の間の電気的干渉を小さくできる可能性がある。
【0060】
コンセプトＣとコンセプトＮとして識別されている以下の２つの実施形態では、その様な外部タッチ感知要素を組み込むことができる。
【0061】
２．１．１．コンセプトＣ
本発明の１つの実施形態であるコンセプトＣは、タッチ機能をＬＣＤから切り離せるようにした、図１３に示す積層構成を採用している。コンセプトＣでは、２つの追加のインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）層（ＩＴＯ１ １３０１とＩＴＯ２ ３０２）が、カラーフィルタ（ＣＦ）プレート（例えば、上ガラス層）の上にパターン形成されている。これらの層は、タッチ・センサ、例えば、相互容量タッチ・センサ、のタッチ感知及びタッチ駆動各要素に使用することができる。それらＩＴＯ層は、列及び／又は行にパターン形成され（図１と図２に示し、先のマルチタッチ感知についての記述で説明）、ガラス基板か薄い（例えば、５〜１２ｍｍ）ＳｉＯ2層の様な誘電体１３０５で分離される。
【0062】
幾つかの実施形態では、タッチ要素に使用される電極パターンは、目に見えるアーチファクトを低減するよう最適化される。例えば、図１４は、目に見えるアーチファクトを低減することができるダイヤモンド電極パターンを示している。
【0063】
コンセプトＣでは、タッチ感知データを搬送するＦＰＣは、上ガラス１３０３の表面に取り付けられる。
【0064】
２．１．２．コンセプトＮ
本発明の１つの実施形態であるコンセプトＮは、自己容量感知を利用して、カラーフィルタ（ＣＦ）プレートの外部面に容量感知を実装することができる。コンセプトＮは、タッチ感知構成要素をＣＦプレート１５０１（上ガラス）の上に設置した、図１５に示す積層構成を使用している。コンセプトＮに基づくＬＣＤは、標準的ＬＣＤ製作工程を変更すること無しに、例えば、従来のＴＦＴプレート１５０４で使用されるものと同じＬＴＰＳ工程を利用して、ＣＦ面１５０１上に２層の金属層とパターン形成されたＩＴＯ１５００でＴＦＴ１５０３を形成することにより構築することができる。タッチＩＴＯ層１５００は、複数のタッチ・ピクセル１６１２にパターン形成されている（図１６）。タッチＩＴＯ層１５００は、プラスチックカバー１７０２（図１７に図示）によって保護され、ユーザーにタッチされる面としても機能する。
【0065】
図１６は、コンセプトＮの自己容量タッチ・ピクセル回路を示している。各ＩＴＯタッチ・ピクセル１６１２は、２つのＴＦＴ、例えば、入力ＴＦＴ１６０４と出力ＴＦＴ１６０８に接続されている。入力ＴＦＴ１６０４は、ＩＴＯタッチ・ピクセル１６１２を帯電させ、一方、出力ＴＦＴ１６０８は、ＩＴＯタッチ・ピクセル１６１２を放電させる。移動する電荷の量は、指を近づけることで変化するＩＴＯタッチ・ピクセル１６１２の容量によって決まる。自己容量タッチ感知の更なる詳細は、上で説明しており、また、２００２年１１月２７日発行の米国特許第６，３２３，８４６号「手動入力を一体化するための方法と装置」に記載されており、その全内容を参考文献としてここに援用する。
【0066】
１つの実施形態では、図１６と図１８の出力列１６１０‘Ｃ０’と出力ゲート１６０１‘Ｒ３’に示すように、出力列１６１０は、縦方向に各タッチ・ピクセルに共有されており、出力ゲート１６０６は、横方向に各タッチ・ピクセルに共有されている。図１９は、タッチ・ピクセルの詳細なレイアウトを示している。
【0067】
２．２．部分的に一体化されたタッチ感知
タッチ感知要素をＬＣＭ内部に一体化することは、様々な利点をもたらす。例えば、タッチ感知要素をＬＣＭ内部に追加すれば、ディスプレイ機能にしか使用することができなかったＩＴＯ層又は他の構造を「再使用」して、タッチ感知の機能性をも提供することができるようになる。タッチ感知特性を既存のディスプレイ層に組み込むことで、合計層数を減らすことができ、これにより、ディスプレイの厚さが薄くなり、製造行程を簡素化することができる。
【0068】
以下の実施形態では、タッチ感知要素をＬＣＭ内部と外部に含ませることができる。タッチ感知要素をＬＣＭ内に一体化することは、結果的に、２つの機能の間にノイズと干渉を生じさせるので、以下の設計には、両者の間の電気的干渉によって引き起こされるディスプレイ及び／又はタッチ感知出力に対するあらゆる悪影響を低減又は排除しながら、各要素を共有できるようにする、技法も含まれている。
【0069】
２．２．１．コンセプトＡ
コンセプトＡは、マルチタッチ可能（“ＭＴ”）ＩＴＯ感知層（ＩＴＯ１）２００１が、上ガラス２００２のユーザー側、上ガラスとポラライザー２００３の間に配置されている、図２０に示す基本的積層構成２０００を使用することができる。一番上から始めて、タッチ感知層は、ＩＴＯ１ ２００１（Ｎ個の感知（又は駆動）ラインにパターン形成することができるＩＴＯ層）と、ＩＴＯ２ ２００４（Ｍ個の駆動（又は感知）ラインにパターン形成することができるＩＴＯ層）を含んでいる。ＩＴＯ２ ２００４は、ＬＣＤのＶCOM電極の役目も果たす。
【0070】
２．２．１．１．コンセプトＡ：タッチ・センサ電極
タッチ・センサ電極アレイは、図２１（左側）に示している、パターン形成された２つのＩＴＯ層を含んでいる。図２１は、タッチ・センサ電極の１つの可能な実装の簡略図である。視聴者に近接している層、即ちＩＴＯ ２１０１が、タッチ出力層となり、この層は感知層又は感知ラインとも呼ばれる。タッチ駆動層２１０２は、層ＩＴＯ２側に在る。ＩＴＯ２は、コンデンサーＣLC（図７参照）の上側電極も形成している。図２１（右側）は、更に、３つの感知ピクセル２１０３ａ、２１０３ｂ、及び２１０３ｃの詳細を、関係付けられたコンデンサーと共に示している。感知ラインと駆動ラインは、共に、ピッチが５ｍｍで１０乃至３０ミクロンのギャップを設けている。ギャップは、裸眼で見えない程度に小さく、但し、単純な近接マスクで容易にエッチングできる程度に大きければよい。
（図のギャップはかなり誇張されている。）
【0071】
図２２は、コンセプトＡの１つの可能な物理的実装を、ケーブル配線とサブシステム配置の上面図２２０１と側面図２２０２で示している。上面図２２０１は、ＦＰＣ２２０３（下で更に詳しく論じる）の折り畳まれていない状態の大まかな位置を示している。図１４は、個別のタッチレベルシフター／デコーダＣＯＧを使用した唯１つの物理的実装を表している。個別のタッチ構成要素の個数を最小化した代わりのアーキテクチャを、下で論じる。機械的安定性を得るために、ＦＰＣは、側面図２２０１に示すように曲げることができるので、Ｔ−タブ２２０４とＢ−タブ２２０５の結合部に掛る応力は最小化される。図２３は、主要な下ガラス構成要素とタッチ感知に使用される上ガラス側のセグメント化されたＩＴＯ２層２３０１の１つの可能なアーキテクチャ２３００を示しているハイレベル・ブロック図である。上ガラス側のＩＴＯ２の各セグメント２３０２は、それぞれ、導電ドット２３０３を介して、下ガラス側の対応するパッドに接続されている。下ガラス側のパッドは、それぞれ、下で論じているタッチ・ドライバに接続されている。
【0072】
２．２．１．２．コンセプトＡ：導電ドット
ＬＣＤの隅に設置されている導電ドットは、ＶCOM電極を駆動回路に接続するのに使用されている。タッチ駆動ラインをタッチ−駆動回路に接続するのに、追加の導電ドットが使用されている。各ドットは、タッチ駆動信号（下で詳しく論じる）に大きな位相遅延を追加することのないように、抵抗が十分に低くなっている。これには、導電ドットの抵抗を１０オーム又はそれ未満に制限することが含まれる。必要な収容面積を減らすために、導電ドットの大きさにも制限を課してもよい。
【0073】
図２４に示すように、ドット抵抗と収容面積要件の両方を減らすために、細長い導電ドット２４０１が使用される。タッチ駆動セグメント２４０２は幅が約５ｍｍで、ドット抵抗を下げるため、大きな面積を提供している。
【0074】
２．２．１．３．コンセプトＡ：フレックス回路とタッチ／ＬＣＤドライバＩＣ
従来のディスプレイ（例えば、図９）は、ＬＣＤドライバ集積回路（ＩＣ）９０１を有していて、ディスプレイのローレベル・オペレーションを制御することができるようになっている。システムのホスト・プロセッサは、コマンドとディスプレイデータをＬＣＤドライバ９０１に送ることによって、ディスプレイに対してハイレベル制御を実行する。マルチタッチ・システムは、更に、１つ又は複数のドライバＩＣを有している。援用している参考文献に記載されている１つの一例的なマルチタッチ可能システムは、３つのＩＣ、即ち、マルチタッチ・コントローラと、外部レベルシフター／デコーダと、ＡＲＭプロセッサの様なコントローラと、を含んでいる。ＡＲＭプロセッサは、マルチタッチ・コントローラに対してローレベル制御を実行し、このマルチタッチ・コントローラが、次に、レベルシフター／デコーダを制御する。システムのホスト・プロセッサは、ＡＲＭプロセッサに対してハイレベル制御を実行し、同プロセッサからタッチデータを受け取る。幾つかの実施形態では、それら各ドライバは、単一のＩＣに集積されている。
【0075】
図２５は、タッチ／ＬＣＤ駆動集積回路２５０１の一例的なハイレベル・ブロック図を示している。ＩＣには、２つの主要機能、即ち、１）ＬＣＤ制御と更新、及び２）タッチ走査とデータ処理、がある。これら２つの機能は、ＬＣＤ制御に使用されるＬＣＤドライバ部分２５０２と、タッチ走査と処理に使用されるＡＲＭプロセッサ２５０３及びマルチタッチ・コントローラ２５０４と、によって一体化することができる。各タッチ回路は、一方が他方に干渉することを防ぐために、ＬＣＤ走査と同期化される。ホストと、ＬＣＤドライバ又はＡＲＭプロセッサの何れかとの間の通信は、ホスト・データ及び制御バス２５０５を介することになる。より一体性を高めたタッチ／ＬＣＤドライバを下で論じる。
【0076】
図２６に示すように、様々なタッチ及びディスプレイ層の信号をまとめて運ぶＦＰＣ２６０１は、３つのコネクタタブ、即ち、Ｔ−タブ２６０２、Ｂ−タブ２６０３、及びホスト・タブ２６０４を有している。Ｔ−タブは、上ガラス側の感知ラインパッドに接続されている。Ｔ−タブ・トレース２６０５は、Ｂ−タブ２６０３上の対応するパッドに接続されており、Ｂ−タブは下ガラスにも取り付けられている。Ｂ−タブ２６０３は、更に、ホストをタッチ／ＬＣＤドライバＩＣに接続できるようにする、ホスト・タブ２６０４からの通り抜け経路２６０６を提供している。ＦＰＣ２６０１は、タッチ及びＬＣＤオペレーションを支援している各種構成要素２６０７の基板にもなっていて、２つのパッド２６０８を介してバックライトＦＰＣにも接続されている。
【0077】
ＦＰＣ２６０１は、上ガラスと下ガラスの両方に接合されているタブでもよい。或いは、他の接合方法を採用してもよい。
【0078】
２．２．１．４．コンセプトＡ：下ガラス側に一体化させたタッチ駆動
レベルシフター／デコーダ・チップは、別体の電圧ブースタ（例えば、３Ｖ乃至１８Ｖブースタ）と共に、タッチ感知のための高電圧駆動回路を提供する。１つの実施形態では、タッチ／ＬＣＤドライバＩＣは、レベルシフター／デコーダ・チップを制御することができる。或いは、電圧ブースタ及び／又はレベルシフター／デコーダは、タッチ／ＬＣＤドライバＩＣに一体化してもよい。例えば、その様な一体化は、高圧（１８Ｖ）ＬＴＰＳ加工を利用して実現することができる。これにより、レベルシフター／デコーダ・チップと電圧ブースタを下ガラスの周辺に一体化することができるようになる。レベルシフター／デコーダは、更に、下で論じるＶCOM変調とタッチ駆動のための電圧も提供する。
【0079】
２．２．１．５．コンセプトＡ：タッチ駆動をＬＣＤ ＶCOMと共有
上で論じたように、コンセプトＡは、標準的なＬＣＤ積層構成に１層のＩＴＯ層を追加し、それをタッチ感知ラインとして機能させている。タッチ駆動層は、ＩＴＯ２とも表わされるＬＣＤ ＶCOM面と共有される。ディスプレイ・オペレーションでは、標準的なビデオ・リフレッシュ・レート（例えば、６０ｆｐｓ）が使用される。タッチ感知では、少なくとも毎秒１２０回というレートが使用される。しかしながら、タッチ走査レートは、ディスプレイ・リフレッシュ・レートに一致する毎秒６０走査の様な低速に落としてもよい。幾つかの実施形態では、ディスプレイ・リフレッシュ又はタッチ走査の何れかを中断させないことが望ましい場合がある。従って、ディスプレイ・リフレッシュ又はタッチ走査（同じレート又は異なるレートで行われている）を低速化又は中断させること無く、ＩＴＯ２層を共有化できるようにする案をこれより説明する。
【0080】
同時に起こるディスプレイ更新とタッチ走査を図２７に示している。この実施例には、５つのマルチタッチ駆動セグメント２７００、２７０１、２７０２、２７０３、２７０４が示されている。各タッチ駆動セグメントは、Ｍ個のディスプレイ行に重なっている。ディスプレイは、毎秒６０フレームで走査され、一方、マルチタッチ・センサ・アレイは毎秒１２０回走査される。図は、１ディスプレイ・フレームの時間展開が１６．６７ｍｓｅｃ持続することを示している。現在更新中のディスプレイのエリアは、アクティブなタッチ駆動セグメントと重ならないのが望ましい。
【0081】
パッチ２７０５は、各ディスプレイ行が更新中であることを表している。パッチ２７０６は、アクティブなタッチ駆動セグメントを表している。図２７の左上隅の、ディスプレイ・フレームの開始地点で、１番目のＭ／２個のディスプレイ・ラインがリフレッシュされる。同時に、タッチ駆動セグメント１ ２７０１は、タッチ感知を目的として駆動される。フレーム内を右に移動して、時間ｔ＝１．６７ｍｓの時点で、次の絵は、次のＭ／２個のディスプレイ行がリフレッシュ中であり、同時に、タッチ駆動セグメント２ ２７０２が駆動されることを示している。このパターンの約８．３ｍｓｅｃ後（２番目の行の開始点）には、各タッチ駆動セグメントは既に一度駆動されており、ディスプレイの半分がこれからリフレッシュされることになる。次の８．３ｍｓｅｃでは、タッチ・アレイ全体が、再度走査されることになり、而して、走査レートは１２０ｆｐｓとなり、その間、ディスプレイの他方の半分が更新される。
【0082】
ディスプレイ走査は、通常、ライン順に進むので、各タッチ駆動セグメントは、ディスプレイとタッチ活動が重なるのを回避するために、順番通りに駆動されない。図２７に示している実施例では、タッチ駆動の順番は、１番目の８．３ｍｓｅｃ中は１、２、３、４、０であり、２番目の８．３ｍｓｅｃ期間中は１、２、４、３、０であった。実際の順番設定は、タッチ駆動セグメントの個数とディスプレイ行の個数によって決まる。従って、一般には、タッチ駆動利用の順番をプログラムする能力があることが望ましい。但し、或る特別の場合には、固定された逐時的順番設定で十分である。
【0083】
アクティブなタッチ駆動セグメントを、更新中のディスプレイのエリアから更に遠くに切り離すことが（イメージ品質の理由から）望ましい場合もある。これは図２７には示していないが、十分な個数のタッチ駆動セグメント（例えば、６個又はそれ以上のセグメント）が与えられれば、簡単に行うことができる。
【0084】
そのような技法には、高周波ディスプレイ駆動要素を支援するための多重回路を必要とすること無しに、ディスプレイとタッチ感知の要素毎に異なるリフレッシュ・レートを可能にする効果がある。
【0085】
２．２．１．６．コンセプトＡ：ＶCST駆動オプション
図６に示すように、ＶCSTとＶCOMはひとまとめに接続され、而して一体にモジュール化されて、ＬＣを横切る所望のＡＣ波形を実現する。これは、ＶCOM変調を利用する際、適切なディスプレイ・リフレッシュを実現するのに役立つ。ＶCOMがタッチ駆動に使用される時、ＶCSTまで変調する必要はない。これは、下で説明しているように、開回路ＶCSTオプション（Ｏｐｅｎ ＶCST Ｏｐｔｉｏｎ）と考えることができる。但し、ＶCSTがＶSTMで変調されると、タッチ駆動信号に対する容量性負荷ＶSTMが減少し、タッチ信号に僅かな位相遅延が生じる恐れがある。これは、下で説明しているＤｒｉｖｅ ＶCSTオプション（Ｄｒｉｖｅ ＶCST Ｏｐｔｉｏｎ）と考えることができる。
【0086】
図２８は、開回路ＶCSTオプションを示している。下の図２８０２は、１つのタッチ駆動セグメント２８０３が、どの様に、Ｍ個のディスプレイ行２８０４に重なるかを示している。上ガラス側に在る各タッチ駆動セグメント２８０３は、導電ドット２８０５を介して下ガラス側の各回路に電気的に接続されている。タッチ駆動セグメント下方のＭ行のＭ個のＶCSTラインは、ディスプレイ２８０６の縁にひとまとめに接続されている。上の図２８０１は、自身の別体の蓄積コンデンサーＣSTを有する、サブピクセルの基本的な回路を示している。上側の図中のエリア２８０７は、１つのタッチ駆動セグメントによってカバーされているＭ個の連続したサブピクセル行を表している。特定のタッチ駆動／ディスプレイ群のディスプレイ・オペレーションとタッチ感知は、上で論じたように、異なる時期に起こる。ディスプレイ・ドライバが、Ｍ個の行内の各サブピクセルの状態を設定する用意ができた時、各スイッチ２８０８、２８０９は、ＶCOMＤｒｉｖｅ２８１０を、Ｍ個のＶCSTライン２８０４と、タッチ駆動セグメント（ＶCOM）に接続する。ＶCOMＤｒｉｖｅ電圧は、ＬＣＤドライバにより、反転の位相次第で接地か供給レールの何れかに設定される。その後、このタッチ駆動／ディスプレイ群がタッチ用に利用可能となった時、スイッチ２８０８、２８０９は、タッチ駆動セグメントをＶSTM２８１１に接続し、ＶCSTをＶCOMＤｒｉｖｅ２８１０から外し、而して、それを開状態２８１２に置く。
【0087】
図２９は、Ｄｒｉｖｅ ＶCSTオプションを示している。下の図２９０２は、１つのタッチ駆動セグメント２９０３が、どの様に、Ｍ個のディスプレイ行２９０４に重なるかを示している。上ガラス側に在る各タッチ駆動セグメント２９０３は、導電ドット２９０５を介して下ガラス上の各回路に電気的に接続されている。或る特定のタッチ駆動セグメント下方の各行のＭ個のＶCSTラインは、ディスプレイ２９０６の縁にひとまとめに接続されている。上の図２９０１は、別体の蓄積コンデンサーＣSTを有する、サブピクセルの基本的な回路を示している。上側の図中のエリア２９０７は、１つのタッチ駆動セグメントによってカバーされているＭ個の連続したサブピクセル行を表している。ディスプレイ・オペレーションとタッチ感知は、異なる時期に起こる。ディスプレイ・ドライバが、Ｍ個の行内の各サブピクセルの状態を設定する用意ができた時、スイッチ２９０８は、ＶCOMＤｒｉｖｅ２９１０を、Ｍ個のＶCSTライン２９０４と、タッチ駆動セグメント（ＶCOM）に接続する。ＶCOMＤｒｉｖｅ２９１０電圧は、ＬＣＤドライバにより、通常は、反転の位相次第で接地か供給レールの何れかに設定される。その後、このタッチ駆動／ディスプレイ群がタッチ用に利用可能となった時、スイッチ２９０８は、ＶCSTとタッチ駆動セグメント（ＶCOM）をＶSTM２９１１に接続する。
【0088】
２．２．１．７．コンセプトＡ：ＭＴ−Ｄｒｉｖｅ容量性負荷
コンセプトＡのタッチ駆動ラインに対する容量性負荷は、例えば、タッチ駆動層と下ガラスの間のギャップが狭く（例えば、〜４μｍ）、金属ルートとピクセルＩＴＯのメッシュで覆うことができるので、高くなっている。液晶は、かなり高い最大誘電定数（例えば、１０程度）を有する場合もある。
【0089】
タッチ駆動セグメントの容量は、刺激タッチパルスＶSTMの位相遅延に影響を及ぼす。容量が高すぎ、従って位相遅延が過大であれば、得られるタッチ信号に悪意影響が出る。本発明の発明人が行なった分析の結果は、ＩＴＯ２シートの抵抗を約３０オーム／平方以下に維持すれば、位相遅延を最適限界内に維持できることを示している。
【0090】
２．２．１．８．コンセプトＡ：電気モデルとＶCOM−誘導ノイズ
ＩＴＯ２は、タッチ駆動とＬＣＤ ＶCOMの両方で同時に使用されることから、ＶCOMの変調はタッチ信号にノイズを加えることになる。
【0091】
例えば、或るタッチ駆動セグメントが、別のタッチ駆動セグメントがタッチ感知に使用されているのと同じ時期に、ＶCOMで変調されると、ノイズ成分がタッチ信号に加わることがある。加わるノイズの量は、ＶSTMに関するＶCOM変調の位相、振幅、及び周波数によって異なる。ＶCOMの振幅と周波数は、ＬＣＤで使用される反転方法によって異なる。
【0092】
図３０は、タッチ駆動３００１がタッチ感知とＬＣＤ ＶCOM変調の両方に使用される状況に合わせた電気モデルを示している。モデルは、ＶCOM変調が電荷増幅器３００２の入力にノイズを加える恐れのある入力経路を示している。
【0093】
幾つかの実施形態では、電荷増幅器３００２は、ＶCOM３００３によって誘導されるノイズに対応するための追加的ヘッドルームを必要とする。更に、続くフィルタリング回路（例えば、図示していないが、同期復調器）は、ＶCOM変調に起因するノイズ信号を取り去る必要がある。
【0094】
２．２．１．９．コンセプトＡ：ＶSTM効果
或る特定の条件下でのＶSTM変調は、変調されるタッチ駆動セグメント下方のサブピクセルの電圧に悪影響をもたらす恐れがある。サブピクセルＲＭＳ電圧が判別できるほど変化した場合、ディスプレイ・アーチファクトが生じることがある。結果的に起こる恐れのあるディスプレイの歪を最小限にするために、以下の技法の１つ又はそれ以上を採用することができる。
【0095】
両面からのタッチ駆動は、ＬＣピクセル電圧の歪を低減することができる。図３１に示すように、両面からのタッチ駆動は、下ガラス側に既存の低抵抗ＣSTルート３１０１を採用し、ＶSTMを両面のＣSTに導電ドット３１０２を介して接続することによって実現することができる。或いは、シングルエンド型タッチ駆動なら、全ピクセルにとって均一になるピクセルオフセット電圧を発生させるが、これはデータ駆動レベルを調整することによって低減するか又は無くすことができる。また、ＩＴＯシート抵抗を下げることも、ディスプレイ・アーチファクトの低減に役立つ。最後に、ＶSTMの位相と周波数をＶCOMの位相と周波数に結びつけて、タッチ信号のノイズ量を減らすこともできる。
【0096】
２．２．１．１０．コンセプトＡ：製造への影響
コンセプトＡの製造プロセスは、典型的なＬＣＤ製造プロセスと比べ、追加の工程を含んでいる。幾つかは全く新しい工程であり、また幾つかは既存の工程に修正を加えたものである。図３２は、コンセプトＡの製造プロセスフローを示している。従来のＬＣＤ製造プロセス（例えば、図８のもの）と比べて、ブロック３２０１、３２０２、及び３２０４は、新しい工程を表しており、ブロック３２０５、３２０６、及び３２０７は修正を加えた工程を表している。
【0097】
ＩＴＯ１の貼付とパターン形成（ブロック３２０１、３２０２）は、既知の各方法を使用して行うことができる。ＩＴＯは、ＬＣＤ加工の残りの工程中は保護されている。除去可能な保護被膜を設けるのにフォトレジストを使用してもよい。或いは、シリコン二酸化物なら永久的な保護被覆となる。ＩＴＯ２は、貼り付けられパターン形成されて（ブロック３２０４）、同じ様にタッチ駆動セグメントが形成される。
【0098】
位相遅延の或る分析では、ＩＴＯ１とＩＴＯ２のシート抵抗は、何れかの面での容量性負荷が小さければ、小型ディスプレイ（対角線で＜＝４インチ）では４００オーム／平方と高くてもよいことが示されている。上で論じたように、コンセプトＡを使用した場合の容量性負荷は、ＩＴＯ２の最大シート抵抗を約３０オーム／平方以下に制限するのが望ましいような大きさである。
【0099】
２．２．２．コンセプトＡ６０
コンセプトＡ６０は、物理的にはコンセプトＡに似ているが、ディスプレイ更新とタッチ走査を同期化するという問題に対しては異なる対処法を提供している。これは、ＶCOMの１行反転をタッチ信号に対する刺激（即ち、ＶSTM）として使用することにより達成することができる。これは、図３３に示されており、図では、或る１つのタッチ駆動セグメント３３０１が、他のタッチ駆動セグメンを定電圧に保ちながら、どの様にして変調されるかを示している。この対処法を使用すれば、迷惑なＶCOM誘導ノイズをタッチ信号から除去するという問題は解消することができる。更に、ディスプレイ更新とタッチ・センサ操作を空間的に分離する必要はない。但し、この対処法を使用すれば、復調は、ここに参考文献として援用している、２００６年５月２日出願の米国特許出願第１１／３８１，３１３号「マルチポイント・タッチ・スクリーン・コントローラ」に記載されている多周波変調とは逆で、単一周波（即ち、ＶCOM変調周波数、例えば、〜１４．４ｋＨｚ）で行われることになる。更に、この対処法を使用すれば、タッチ・センサ走査レートは、ビデオ・リフレッシュ・レート（例えば、毎秒６０）に固定することができる。
【0100】
２．２．３．コンセプトＢ
図３４に示すコンセプトＢは、コンセプトＡに似ていて、多くの同じ電気的、ケーブル配線的、及び構造的態様を共有している。但し、コンセプトＢでは、タッチ駆動層をＶCOM層に一体化している。コンセプトＢは、従って、ＬＣＤとタッチ感知に使用されるＩＴＯ層の個数と積層位置が異なる。類似性により、コンセプトＢについては、コンセプトＡとＢの相違点に焦点を当てて説明する。
【0101】
コンセプトＢでは、コンセプトＡの共有型ＩＴＯ２層を２つのＩＴＯ層に分割し、１層をタッチ感知（ＩＴＯ２）３４０２に使用し、１層をＬＣＤ ＶCOM（ＩＴＯ３）３４０３に使用する。一番上から始めて、タッチ感知に使用される層は、Ｎ個のタッチ感知ラインにパターン形成されるＩＴＯ層であるＩＴＯ１ ３４０１と、Ｍ個のタッチ駆動ラインにパターン形成されるＩＴＯ層であるＩＴＯ２ ３４０２と、ＬＣＤのＶCOM電極の役目を果たすＩＴＯ層であるＩＴＯ３ ３４０３を含んでいる。タッチ駆動層（ＩＴＯ２）３４０２は、上ガラス３４０４の下表面の、カラーフィルタ３４０５の上方に堆積されている。
【0102】
ＶCOMをタッチ駆動要素から切り離すことで、干渉を低減することができる。
【0103】
２．２．３．１．コンセプトＢ：タッチ・センサ電極
コンセプトＢは、上でコンセプトＡについて説明したものと実質的に似ているタッチ・センサ電極を含んでいる。
【0104】
２．２．３．２．コンセプトＢ：導電ドット
コンセプトＡと同様に、コンセプトＢでは、タッチ駆動セグメントを専用回路に接続するのに、ＬＣＤの各隅に設置された追加の導電ドット３４０６を使用している。ＶCOMをタッチ感知と共有する必要がないため、コンセプトＢは、ＶCOMを自分の駆動回路に接続する隅のドットを留保しておくことができる。更に（下で論じているように）、コンセプトＢは、ＶCOM用に更により多くの導電ドットを追加してもよい。
【0105】
２．２．３．３．コンセプトＢ：フレックス回路及びタッチ／ＬＣＤドライバＩＣ
コンセプトＢでは、コンセプトＡで説明したものと実質的に似ているＦＰＣ及びタッチ／ＬＣＤドライバＩＣを使用している。
【0106】
２．２．３．４．コンセプトＢ：ＬＣＤ走査との同期化
コンセプトＢでは、ＶCOM層をタッチ駆動層から分離することができるが、アクティブなタッチ駆動を更新中のディスプレイ・エリアから物理的に切り離すために、タッチ走査をＬＣＤ更新と同期化するのがなお望ましい。先にコンセプトＡで説明した同期化案は、コンセプトＢでも使用できる。
【0107】
２．２．３．５．コンセプトＢ：ＭＴ−Ｄｒｉｖｅ容量性負荷
コンセプトＡと同様に、コンセプトＢのタッチ駆動ラインに対する容量性負荷は大きくてもよい。大容量は、タッチ駆動（ＩＴＯ２）３４０２とＶCOM面（ＩＴＯ３）３４０３の間の誘電体が薄い（例えば、〜５μｍ）せいである。タッチ刺激信号の望ましくない位相遅延を低減する１つのやり方は、並列金属トレースの追加によってＩＴＯライン抵抗を下げることである。位相遅延は、レベルシフター／デコーダの出力抵抗を落とすことによっても低減される。
【0108】
２．２．３．６．コンセプトＢ：電気モデルとＶCOM−誘導ノイズ
ＶCOM面全体がタッチ駆動層に結合されているため、マルチタッチ電荷増幅器のオペレーションは、ＶCOM変調により誘導されたノイズで妨害される場合がある。それらの効果を軽減するために、コンセプトＢは、定ＶCOM電圧を有している。
【0109】
反対に、ＩＴＯ２ ３４０２とＩＴＯ３ ３４０３（ＶCOMとタッチ駆動）の間の結合は、ＶCOM電圧との干渉を引き起こし、これにより、間違ったデータ電圧がＬＣピクセルに蓄積される事態を引き起こすことになりかねない。ＶSTMによるＶCOMの変調を低減するために、ＶCOMを下ガラスに接続している導電ドットの個数を増やすことができる。例えば、ビューイング・エリアのそれぞれの隅のＶCOMドットに加えて、それぞれの縁の真ん中に導電ドットを設置してもよい。
【0110】
ＶCOM−ＶSTM結合により生じる歪は、ＶSTMとＶCOMを同期化し、ピクセルＴＦＴを正に適切な時点でオフにすることにより、更に低減することができる。例えば、ライン周波数が２８．８ｋＨｚであって、タッチ駆動周波数がこの数倍（例えば、１７２．８、２３０．４、及び２８８ｋＨｚ）であるとすると、ＶCOM歪は、全ピクセルにつき、同じ位相関係を有することになり、これによりＶCOM歪の目に見える度合いが低減されるか無くなる。更に、歪がほぼ減衰した時にピクセルＴＦＴの各ゲートがオフになれば、ＬＣピクセル電圧エラーは減少する。コンセプトＡと同様に、タッチ信号のノイズ量を減少させるために、ＶSTMの位相と周波数を、ＶCOMの位相と周波数に結び付けることもできる。
【0111】
２．２．３．７．コンセプトＢ：製造への影響
コンセプトＡと同様に、コンセプトＢでも、ＬＣＤ製造プロセスに工程が追加されている。図３５は、コンセプトＢの製造プロセスを示しており、ここでは、従来のＬＣＤ製造プロセス（例えば、図８に示しているもの）と比較して、ブロック３５０１、３５０２、３５０３、及び３５０４は新しい工程を表しており、ブロック３５０６、３５０７、３５０８、及び３５０９は既存の工程（例えば、同様に図８に比して）に対する修正を表している。
【0112】
コンセプトＡと同様に、既知の方法を使用して、ＩＴＯ１が貼り付けられ（ブロック３５０１）、パターン形成される（ブロック３５０２）。ＩＴＯ１とＩＴＯ２のシート抵抗も、コンセプトＡで説明したものと実質的に似ている。コンセプトＢでは、ＩＴＯ２層の堆積（ブロック３５０３）は、これがガラスに直接貼り付けられることから、ルーチンとなっている。タッチ駆動セグメントに接続されている導電ドットに関する、ＩＴＯ２層と下ガラスの間の電気的アクセスは、シャドーマスクを使ったエッチング（ブロック３５０４）により容易に達成することができる。
【0113】
シート抵抗が３０から１００オーム／平方の間にあるＩＴＯ３（例えば、ＬＣＤのＶCOM層）も、従来の方法を使用して貼り付けることができる（ブロック３５０５）。但し、上で論じたように、ＶCOM電圧歪は、ＩＴＯ３層の抵抗を小さくすることにより低減される。必要であれば、タッチ駆動セグメントに平行に走る金属トレースを加えることによって、ＩＴＯ３により低い有効抵抗を実現することができる。金属トレースは、ピクセル開口部に干渉しないように、ブラック・マトリクスと整列される。金属トレースの密度は、ＶCOM層の所望の抵抗が得られるように、（１ディスプレイ行毎から約３２ディスプレイ行毎の間で）調整される。
【0114】
２．２．４．コンセプトＢ’
コンセプトＢ’は、ＩＴＯ２駆動層を無くして、代わりに、導電ブラック・マトリクス（例えば、上ガラス下方のＣｒＯ2の層）をタッチ駆動層として使用した、コンセプトＢの変型であると理解して頂きたい。或いは、金属駆動ラインを、ブラック・マトリクスの裏に隠すこともでき、このブラック・マトリクスは、ポリマーのブラック・マトリクスでもよい。これは、（１）ＩＴＯ層が不要になる、（２）ＶCOM層に対するＶSTMの効果が小さくなる、及び（３）製造プロセスが簡素化される、を含め幾つかの便益をもたらす。製造プロセスは、タッチ駆動にブラック・マトリクスを使用すると、カラーフィルタ上のＩＴＯ層をパターン形成する必要が無くなるので、簡素化される。
【0115】
図３６は、コンセプトＢ’の側面図３６０１と上面図３６０２を示している。図から分かるように、側面図３６０１は、ＩＴＯ３６０３の最上層がタッチ感知に使用されていることを除けば、標準的なＬＣＤ積層構成に非常によく似ている。図３６の下の図は、ブラック・マトリクス３６０４が別々のタッチ駆動セグメントにどの様に分割されるかを示している。メッシュパターンは、それぞれの駆動セグメントが他のセグメントから電気的に絶縁されていることを除けば、従来のブラック・マトリクスのパターンに従っている。ブラック・マトリクス・メッシュをタッチ駆動に使用したことで発生するタッチ信号の強度低下を補償するために、電荷アンプ利得を上げてもよい（例えば、約４Ｘ）。
【0116】
タッチ感知層は、ＶCOM層から遮蔽しなくてもよいので、ＶCOM変調がタッチ信号に干渉する場合がある。更に、タッチ駆動が、依然としてＶCOM電圧に干渉する場合がある。これらの問題は共に、コンセプトＡで説明したようにＶCOMをセグメント化すること、及び／又は、上述ようにディスプレイ更新とタッチ感知を空間的に切り離すことにより解決される。それらの問題を解決するのに、定ＶCOM電圧を使用することもできる。
【0117】
２．２．５．コンセプトＫ
コンセプトＫを、図３７（回路図）と図３８（積層構成図）に示す。コンセプトＫは、ＣST・オン・ゲート構成を使用した場合、ＴＦＴ ＬＣＤの選択パルスが部分的にピクセルＩＴＯに送られる、という事実を利用している。
【0118】
図３８のディスプレイ積層構成に示すように、視聴者は、ＣＦプレート３８０２ではなくアクティブなアレイ・プレート３８０１に面している。アクティブなアレイ上のＩＴＯピクセル３８０３は、タッチ・センサのＶSTMを提供し、各ディスプレイ行は、ＶSTMパルス用とディスプレイアドレス指定用に交互に使用されることになる。プラスチック・ポラライザー３８０５上のＩＴＯ感知層３８０４は、アレイ・プレート３８０１の背面に重ねられ、タッチ感知層を提供している。薄いガラス層（例えば、０．２ｍｍ）は、信号対ノイズ比の改善に役立つ。
【0119】
ディスプレイ更新中、各行は、ピクセル・データの更新に個別に選択される（図３９に図示）。タッチ感知のためのＶSTMを発生させる場合、複数の行４００１が同時に選択され、一方で、高いデータ電圧４００３が列ライン４００２に印加されＴＦＴをオフ状態に保つ（図４０に図示）。列ドライバは、タッチ駆動の間隔に対応するため、ディスプレイメモリからのデータ信号のタイミングを調節する。
【0120】
１つの実施形態では、タッチ・パルス・シーケンスは、タッチ走査間隔の間、約３０行４００１に同時にパルスを送る。図４１は、ＬＣＤのサブピクセル電圧に対するタッチ駆動パルス（ＶSTM）の影響を示している。ＶSTMパルスから追加される電圧は、ＶCOMのＤＣオフセット及び／又はディスプレイ・データ・グレイレベルのガンマ補正によって補償される。
【0121】
コンセプトＫは、多くの利点をもたらす。各ディスプレイ・ピクセルと各タッチ・センサは駆動回路を共有するので、レベルシフター／デコーダが不要になる。その上、従来のＣＦプレートが使用できる。更に、上ガラスと下ガラスの間に余分な導電ドットが必要無くなる。バスライン反射により、ディスプレイの各部分の反射率（Ｒ）が高まるため、バスライン下方にＲを下げる余分な膜（例えば、Ｃｒの下にＣｒＯ）を使用する必要が生じる。
【0122】
２．２．６．コンセプトＸ’
コンセプトＸ’を、図４２（回路図）と図４３（積層構成図）に示す。コンセプトＸ’は、ＶSTMパルスがＴＦＴピクセル・スイッチのゲートパルスに似ているという事実（例えば、１５乃至１８Ｖスイング）を利用している。コンセプトＸ’では、各タッチ駆動セグメント４３０１は、ＬＴＰＳアクティブ・アレイの一部であり、ピクセル蓄積コンデンサーＣSTの対極を形成している。ＣSTは、２つのＩＴＯ層４３０１と４３０２の間に形成されている。この実施形態では、カラーフィルタ・プレート４３０３ではなく、アクティブ・アレイ・プレート４３０３が、ディスプレイのユーザー側に配置されている。
【0123】
図４２に示すように、ＶSTMの３つの異なる周波数４２０１を有するパルスシーケンスが、３行のピクセル行４２０２に、これらの行を選択するために共有されている。各ＩＴＯタッチ駆動セグメント４２０３は、アドレス指定された行に隣接する行のセットの下方にパターン形成されている。各タッチ駆動セグメント４２０３は、ＶSTMに接続されていない時、各ＴＦＴ４２０４によってＧＮＤに接続されている。
【0124】
コンセプトＸ’を構成するための加工工程に加える変更には以下の事項が含まれる。第１に、パターン形成された感知ＩＴＯを、アレイ基板の外部に追加する。第２に、ＬＴＰＳ加工中に、ＳｉＯ2保護を感知ＩＴＯ上に追加する。保護レジストを使用してもよい。第３に、ＬＴＰＳアレイのために（代表的なＬＴＰＳプロセスに見られる）ＳｉＯ2バリア層の下にタッチ駆動ＩＴＯを堆積させパターン形成する。最後に、バリアＳｉＯ2にビアをパターン形成して、タッチ駆動ＩＴＯ層に接触させる。この工程は、その後のプロセス工程と組み合わせてもよい。
【0125】
コンセプトＸ’は、多くの利点をもたらす。例えば、ディスプレイ及びタッチ・センサが駆動回路を共有するので、レベルシフター／デコーダ・チップを無くすことができる。その上、ＣＦプレートへの電荷は一切必要としないので、従来のカラーフィルタ加工が使用できる。更に、蓄積コンデンサーＣSTは、２つのＩＴＯ層の間に設置されるので、高い透過率を実現できる。別の利点は、アレイ・プレート４３０３とＣＦプレート４３０４の間の余分な導電ドットを無くすことができることである。
【0126】
２．３．完全に一体化されたタッチ感知
本発明の実施形態の３番目のセットは、タッチ感知要素をＬＣＭ内部に完全に一体化している。部分的に一体化されたタッチ感知と同様に、ＬＣＭ内の既存の層は、二重の業務を果たして、タッチ感知機能性を提供するので、これにより、ディスプレイを薄型化し、製造を簡素化することができる。完全に一体化されたタッチ感知層も、両ガラス層の間で保護されている。
【0127】
幾つかの実施形態では、完全に一体化されたＬＣＤは、これまでの各実施形態で説明したものと似ているＶCOM層を含んでいる。他の実施形態では、完全に一体化されたタッチ感知ＬＣＤは、面内切り替え（ＩＰＳ）ＬＣＤ構造を含んでおり、それらについて以下の節で更に詳しく説明する。
【0128】
２．３．１．完全に一体化されたＶCOMベースのＬＣＤ
２．３．１．１．コンセプトＡ’
コンセプトＡ’は、タッチ感知層として使用される（上ガラス下の）導電ブラック・マトリクス層にとって都合のよいようにＩＴＯ感知層（図２０のＩＴＯ１ ２００１）を無くした、コンセプトＡの変型と考えることができる。或いは、金属の感知ラインは、ポリマーのブラック・マトリクスとすることができるブラック・マトリクスの裏に隠すこともできる。その結果、コンセプトＡ’では、ＦＰＣ上のＴ−タブと、上ガラスへの対応する接合作業を無くすことができる。各タッチ感知ラインは、導電ドットを介して下ガラスに経路決めされ、タッチ／ＬＣＤドライバ・チップに直接接続される。更に、ＦＰＣは標準的なＬＣＤ ＦＰＣであればよい。製造工程及び構成要素を無くすことは、コンセプトＡとＢに比べコストを削減することに繋がる。
【0129】
図４４は、導電ブラック・マトリクスをタッチ感知層に置き換える１つのやり方を示している。図４１は、そのブラック・マトリクス４４０３が各主要カラー区間４４０４の間を走っている、或る１つのピクセルの上側部分の側面図４４０１を含んでいる。タッチ駆動セグメント４４０５は、誘電層４４０６を平坦化することにより、ブラック・マトリクス４４０３から切り離されている。図４４は、ブラック・マトリクス・ライン４４０３が縦方向に走っているディスプレイの上面図も示している。大凡９６本のブラック・マトリクス・ライン（例えば、３２画素相当）は、ひとまとめに電荷増幅器４９０７の負端子に接続されている。各タッチ駆動セグメント４４０５は、上に述べたように駆動される。上ガラス４４０８に指を近づけると、縦の各ブラック・マトリクス・ライン４４０３とタッチ駆動セグメント４４０５の間の電界に摂動が起きる。この摂動は電荷増幅器４４０７によって増幅され、本明細書の別の個所で説明しているように更に処理される。
【0130】
ディスプレイ内の各タッチ感知ライン４４０３の深さのために、指又はタッチ物体と各感知ライン４４０３の間の最小距離が制限される。これにより、タッチ信号の強度が低下する。これは、タッチ感知層の上方の各層の厚さを薄くして、指又は他のタッチ物体が各感知ラインに一層接近することができるようにすることによって、解決される。
【0131】
２．３．１．２．コンセプトＸ
コンセプトＸを、図４５と図４６に示す。図４５に示すコンセプトＸの積層構成は、基本的には、標準的なＬＣＤのものと同じである。タッチ感知層４５０１は、ＶCOM層（ＩＴＯ２）内に埋め込まれており、ＶCOM電圧面を提供することとタッチ・センサの出力の役目を果たすことの二重の目的を果たす。タッチ駆動層は、既存のＬＣＤ層内に埋め込むこともできる。例えば、タッチ駆動は、下ガラス４５０３側に設置し、ＬＣＤ選択ライン回路の一部としてもよい（図５参照）。選択回路は、而して、サブピクセルＴＦＴのゲート信号とタッチ駆動信号ＶSTMを提供するという二重の目的を果たす。図４６は、その浮動ピクセル４６０１がＶCOM層に埋め込まれたタッチ感知層の１つの可能な配列を示している、コンセプトＸの上面図である。
【0132】
２．３．１．３．コンセプトＨ
コンセプトＨを、図４７から図５０に示す。コンセプトＨは、上ガラス又はディスプレイのプラスチック層外部に一切ＩＴＯを含んでいる必要はない。その結果、製造プロセスは、既存のディスプレイ製造プロセスに非常に似たものとなる。
【0133】
図４７に示すように、スクリーンのタッチ感知部は、透明な抵抗性シート４７０１、例えば、パターン形成されていないＩＴＯの層を上に堆積させたガラス又はプラスチック基板とすることができる。ディスプレイのＶCOM層をこのタッチ感知部に使用してもよい。
この層は、パターン形成する必要がないため、上で論じた幾つかの実施形態と比較して、フォトリソグラフィ工程を製造プロセスから無くすことができる。説明し易くするため、各側面を、図に示す様に、北、南、東、及び、西と呼ぶことにする。
【0134】
複数のスイッチ４７０２が、抵抗性シートの周囲周りに配置されている。それらスイッチは、ガラス上にＴＦＴとして実装されている。各スイッチの場所に、複数の導電ドット４７０３が示されており、ディスプレイの境界領域で、ＶCOM（上ガラス側）を下ガラス側のＴＦＴ層に接続している。スイッチ４７０２は、まとめて２つのバスに接続されており、例えば、北と東のスイッチは１つのバス４７０４に接続され、南と西のスイッチは第２バス４７０５に接続されている。
【0135】
タッチ感知では、各スイッチ４７０２は、以下のように作動する。北と南のスイッチは、Ｙ方向の容量を測定するのに使用される。左と右側のスイッチは、Ｘ方向の容量を測定するのに使用される。北東と南西の隅のスイッチは、ＸとＹ両方の測定に使用される。容量は、図４９に示すように、抵抗性シート４７０１を変調波形ＶMODで刺激することによって測定される。シートを所望電圧まで駆動するのに必要とされる電流（即ち、電荷）が測定され、タッチの場所を求めるのに使用される。
【0136】
具体的には、図４９の波形に示すように、タッチが無い場合、基線容量４９０２は、シート４７０１をＶMOD電圧まで刺激するのに要する電流（電荷）を表している。タッチがあると、指の容量のために、より高い電流４９０３（電荷）が必要となる。このより高い電流は、下側の波形群に示されている。次に、タッチの場所が、図４９に示す基線と信号波形の単純な数学的組合せにより求められる。
【0137】
Ｘ方向（即ち、東−西）測定中のタッチ・スクリーンの等価回路を図４８に示す。Ｃ＿ＰＡＲＡ４８０１は、シートの分布寄生抵抗であり、Ｃ＿ＦＩＮＧＥＲ４８０２は、例えば、東側へ大凡７５％進んだ位置のタッチの容量である。ブロック図は、プレートがどの様にＶMODまで駆動されるかと、電荷がどの様に測定され、組み合わされ、処理されて、ホストに送られるかを表している。
【0138】
図５０は、コンセプトＨがどの様にＬＣＤに一体化されるかを示している。具体的には、導電ドット５００１は、ＴＦＴに接続されており、抵抗性シート５００２（ＶCOM）をディスプレイ・オペレーションに合わせて変調できるようになる。例えば、１６ｍｓのＬＣＤ更新期間に相当する６０Ｈｚのスクリーン・リフレッシュ・レートを想定すると、この時間の一部は、ＬＣＤへの情報の書き込みに使用され、別の一部はタッチ感知に使用される。ＬＣＤ更新中、ＶMODは、ＬＣＤ駆動回路からのＶCOMとなる。タッチ感知中は、所望のＳＮＲ、寄生容量などの様なタッチシステムの厳密な詳細に基づいて、異なる周波数と振幅を有する各波形が使用される。なお、ブロック図の形式で示しているこの実施形態のタッチ感知回路は、ＬＣＤドライバに一体化してもよいし、別の回路としてもよいことに留意されたい。
【0139】
２．３．１．４．コンセプトＪ
コンセプトＪは、コンセプトＨ同様、ディスプレイの上ガラス又はプラスチック層外部にＩＴＯを一切含んでいる必要がない。コンセプトＪの物理的構成を図５１に示す。タッチ感知は、コンセプトＨの様な抵抗性シート５１０１でもよいが、多数の行ストリップ５１０２にパターン形成されている。パターン形成は、フォトリソグラフィ、レーザー消去、又は他の既知のパターン形成技法により行うことができる。抵抗性シート５１０１を複数のストリップ５１０２にパターン形成することによって、上と下（北と南）に沿った各スイッチを無くすことができ、東と西の各スイッチ５１０３は行ストリップに接続されたまま残る。各行５１０２は、例えば、図５２に示すＶMOD波形を使用して順に刺激される。各行５１０２を変調電圧まで駆動するのに要する電流（電荷）は、所与の行の寄生容量（Ｃ＿ＰＡＲＡ５３０１、図５３）と指又は他のタッチ物体（Ｃ＿ＦＩＮＧＥＲ５３０２、図５３）の容量の組合せである、行の容量の関数となる。
【0140】
図５２に示すように、タッチ５２０２が存在する場合の信号は、基線信号５２０３と数学的に組み合わされ、タッチの座標が計算される。Ｙ出力は、各行毎にＺ出力の重心によって求められる。Ｘ出力は、各行毎にＸ出力の加重平均によって求められる。
【0141】
図５４は、コンセプトＪタッチ・センサが、どの様にＬＣＤと一体化されるかを示している。各導電ドット５４０１は、上ガラス側のＶCOMを下ガラス側のＴＦＴ層に接続している。タッチ及びディスプレイ各オペレーションは、時分割多重化される必要がない。そうではなくて、ディスプレイの一部が更新されている間、別の部分ではタッチの走査が行われる。それを行うための様々な技法は、他の実施形態に関連させて上で論じている。タッチ感知は、異なる周波数と振幅を使用してもよいが、ＬＣＤ行反転と位相同期化させてもよい。各スイッチ５４０２は、ガラス上にＴＦＴとして実装してもよい。測定回路は、ＬＣＤコントローラと一体化するか別体の構成要素とするか、何れでもよい。
【0142】
２．３．１．５．コンセプトＬ
コンセプトＬでは、カラーフィルタ・ガラスにアクティブＴＦＴ層が追加され、セグメント化されたＩＴＯ層が、ＬＣＤディスプレイの異なる領域に亘って同時に複数の機能を提供することができるようになっている。コンセプトＬの積層構成図を図５５に示す。コンセプトＬは、標準的なＬＣＤディスプレイと同数のＩＴＯ層を保有している。但し、下ガラス５５１１側のＩＴＯ１ ５５０９と他の構造５５０７、５５０８は標準のままであるが、カラーフィルタ・ガラス５５０５側のアクティブＴＦＴ層５５０１は、ＩＴＯ２ ５５０４の或る領域（例えば、横方向行）が、ＶCOM、タッチ駆動、又はタッチ感知の各役割の間で切り替えられるようにしている。
【0143】
図５６は、横方向にセグメント化されたＩＴＯ２層５５０４を有するコンセプトＬのディスプレイを示している。ディスプレイの異なる領域は、同時に、ＶCOM変調を施され（領域５６０１）及び／又は書き込まれ（領域５６０２）、タッチ刺激を提供し（領域５６０３）、測定されてタッチ感知を提供し（領域５６０４）、そして保持状態を維持している（領域５６０５）。アクティブＴＦＴ層５５０１の各トランジスタは、それぞれの横方向行の信号を、特定の時間間隔の間、所望の機能に切り替えることができる。各領域は、実質的に非均一性を無くすために、同じシーケンスでそれぞれの状態に等しく曝される。タッチ刺激を提供すると、ＬＣを横切る電圧に外乱を加えることもあるので、ＬＣＤピクセル書き込みは、外乱の期間を短縮するため、タッチ刺激段階の直後に行われる。或る領域のＬＣＤピクセル書き込みはＶCOM変調中に起こり、その間、隣接するセグメントは、ピクセル書き込み中の均一的境界条件を維持するため、ＶCOM変調が施される。
【0144】
カラーフィルタ・プレートは、アクティブ・アレイに使用されるプロセスに似たプロセスを使って形成することができる。追加のＴＦＴ層の形成には、追加の工程が関与するが、２つの基板の最終段階の加工は標準的なＬＣＤの場合と実質的に同じままである。それらの技法は、低抵抗率ＩＴＯを使用すること無しに、その様なディスプレイを大きな寸法のパネルにスケーリングできるようにする。
【0145】
２．３．１．６．コンセプトＭ１とＭ２
図５７と図５８は、それぞれ、コンセプトＭ１とＭ２積層構成図を示している。コンセプトＭ１とＭ２では、パターン形成されたＩＴＯと金属の層を、タッチ感知のためにカラーフィルタ・ガラスに追加している。コンセプトＭ１とＭ２は類似しているが、１つの相違点は、ＩＴＯ１層とＩＴＯ２層の異なる使い方に関係している。コンセプトＭ１は、ＩＴＯ１ ５７０１をタッチ感知に使用し、ＩＴＯ２ ５７０２をＶCOM（ＬＣＤピクセル電圧設定時／保持時）とタッチ駆動（書き込みピクセル電圧でない時）の両方に使用する。コンセプトＭ２は、ＩＴＯ１ ５８０１をタッチ駆動に使用し、ＩＴＯ２ ５８０２をＶCOMとタッチ感知に使用する。コンセプトＭ１とＭ２共に、上ガラス５７０３、５８０３は、トランジスタ又は他のアクティブな構成要素を一切含んでいる必要がない。
【0146】
コンセプトＭ１又はＭ２の何れでも、ＶCOMは、ディスプレイの１つの領域がディスプレイ更新中に一定のＶCOMを維持しながら、別の領域では独立してタッチの走査を行うことができるようにするように、セグメント化されている。これにより、タッチ感知とディスプレイの両機能の間の干渉を低減することができる。
【0147】
図５９と図６０と図６１は、３つの領域（５９０１、５９０２、５９０３、図５９）にセグメント化された一例的なディスプレイ（コンセプトＭ２に対応）を示しており、２つの領域（例えば、５９０１、５９０２）は同時にタッチ走査を行うことができ、その間、第３の領域（例えば、領域５９０３）のディスプレイ・ピクセルは更新することができるようになっている。図６１の左側では、ＩＴＯ１とＭ１（金属１）の層の２７本の縦駆動ラインは、それぞれ９つのタッチ列を有する３つの異なる領域を提供している。各駆動ライン（タッチ列当たり３本）は、下にアレイ・ガラスまで続く導電ドット（図示せず）を有していて、ドライバＡＳＩＣに経路指定されている。
【0148】
図６１の右側は、ＩＴＯ２層のセグメント化された横方向行に可能なモードを示しており、第１セットの交番行６１０２のＶCOMとＶEHOLD、及び第２セットの交番行６１０３のＶCOM、ＶHOLD、及びＶSENSEが含まれている。各ＩＴＯ２行は、導電ドット（図示せず）を介して下にアレイ・ガラスまで接続されており、そこから、行のモードは、ＬＴＰＳ ＴＦＴスイッチを使用して切り替えることができる。図６１の右側は、２１行の感知行を示しており、その内、１４行は常時感知される（行数はそれより多くてもよい）。
【0149】
図６２は、図５９と図６０と図６１に示す一例的なディスプレイ内のタッチ感知の回路図を示している。ＶSTMドライバ６２００が、Ｒmetcolの抵抗とＣdrvの寄生容量を有する金属駆動列６２０２を通して信号を送る。タッチ容量Ｃsigは、Ｒito2rowの抵抗とＣito2rowの容量を有するＩＴＯ行に亘って測定される。タッチ感知電荷は、電荷増幅６２０４に至る前に２つの追加抵抗Ｒsw1とＲborderによる影響を受ける。
【0150】
６０ｆｐｓというディスプレイ・フレーム更新レートは、１２０ｆｐｓのタッチ走査レートに相当する。必要に応じて（例えば、小型マルチタッチ・ディスプレイでは）、設計者は、タッチ走査レートを（例えば、６０ｆｐｓまで）引き下げることを選択して、パワーを節約し、恐らくは複雑性を下げることもできる。その結果、ディスプレイの幾つかの領域は、当該領域でディスプレイ更新もタッチ走査も起こっていないときは「保持状態」に置かれる。
【0151】
図６３は、ディスプレイ領域が、（図６０での様に）縦方向ではなく横方向に走査され更新されるディスプレイを示している。タッチ駆動及びタッチ感知の領域は、タッチ駆動行６３０１に加えられる刺激が、感知フィールド・ライン６３０５で表わされている２つの感知行６３０２と６３０３から同時に感知されるようにインターリーブされる。
【0152】
ＩＴＯ層の各金属ワイヤ及び／又は各ギャップを隠すためにブラック・マスク層を使用してもよい。例えば、金属駆動ライン、ＩＴＯ２のエッチングされたギャップ、及びＩＴＯ１のエッチングされたギャップは、ブラック・マスク（図６４に図示）の裏に全体的又は部分的に隠すことができる。これにより、ディスプレイのユーザにそれら項目が与える視覚的影響を低減するか無くすことができる。
【0153】
２．３．１．７．コンセプトＭ３
図６５に示すように、コンセプトＭ３は、コンセプトＭ１とＭ２に類似しているが、タッチ駆動とタッチ感知が、単一のセグメント化されたＩＴＯ層６５０１に一体化されている。上記の様々な実施形態は、駆動電極と感知電極を別々の層に含んでいたが、コンセプトＭ３は、駆動電極と感知電極を同じ面内に含んでいる。他の電界及び／又は電気的効果からタッチ感知要素を遮蔽するために、誘電層６５０２が追加されている。
【0154】
図６６と図６７は、３つの領域６６０１、６６０２、６６０３にセグメント化されたコンセプトＭ３のディスプレイを示しており、各領域は、ディスプレイ・フレームの各サイクル更新の間に、タッチ刺激／感知相、ＬＣＤピクセル書き込み相、及び保持相が交互に入れ替わる。図６８は、ディスプレイを分割できるようにする配線の詳細とレイアウト配列を示している。ＩＴＯ行６８０１は、行の電圧をＶCOMとＶHOLDの間で切り替えるＴＦＴガラス上のＬＴＰＳスイッチに、導電ドット６８０２を介して接続されている。３つの感知ライン６８０３は、列毎に使用され（領域毎に１本の感知ライン）、アクティブ領域の信号が対応するタイムフレーム内で測定されるように、ライン多重化が施されている。或る領域のタッチ走査中、当該領域内の或る行に対応するタッチ駆動要素が活性化され、当該行の列の全ては同時に感知される。ディスプレイの１つの領域でタッチが走査されている間、別の領域ではＶCOMの変調及び／又はディスプレイ・ピクセルの更新が行われている。
【0155】
ＩＴＯの抵抗を下げるために、ＩＴＯの各領域には、金属セグメント（図６８の６８０５）が加えられている。例えば、タッチ信号の位相遅延を低減するために、短い金属セグメントがＩＴＯ１駆動電極６８０４に加えられている。それら金属ラインは、ブラック・マスク層の裏に隠すこともできる。
【0156】
図６９に示すように、タッチ及び感知電極の間のフィールドラインを遮って、指又は他のタッチ物体の影響を受けるガラスまで通り抜けないようにするために、ガード・トレース６９０３が使用されている。これは、ノイズを低減し、ディスプレイに対する各タッチの実測効果を高めることができる。図７０は、ガード・トレース無しのディスプレイの上面図７００１と断面図７００２を示しており、そこでは、狭いギャップが、タッチ感知要素の各行、例えば、各駆動電極７００３と各感知電極７００４を隔てている。タッチ感知がアクティブである時にＩＴＯ２層６９０５（ＶCOM）を接地しておくことで、タッチ感知機能とディスプレイ機能を互いから遮蔽することができる。図６９は、ＩＴＯ１上のタッチ感知要素の各行、例えば、駆動電極６９０４と感知電極６９０５の間に、接地されたガード・トレース６９０３を含んでいる、ディスプレイの上面図１１０１と断面図６９０２を示している。
【0157】
２．３．１．８．コンセプトＰ１とＰ２
コンセプトＰ１とＰ２は、コンセプトＭ３と同様に、同一面内にタッチ駆動電極とタッチ感知電極が設けられている。但し、コンセプトＰ１とＰ２は、図７１に示すように、個別にアドレス指定可能なタッチ・ピクセルという更なる便益をもたらす。各タッチ・ピクセルは、駆動電極７１０２、感知電極７１０３、及びディスプレイの境界上のバスに個別に経路決めされ接続される対応する駆動ライン７１０４と感知ライン７１０５を含んでいる。それら各ラインは、導電ブラック・マスクを使って形成されていて、それにより、ディスプレイ内に既に存在するブラック・マスク・エリアが、タッチ感知のための追加のサービスを提供することができるようにしている。或いは、各ラインは、ブラック・マトリクスの裏に配置された金属ラインでもよく、このブラック・マトリクスは、ポリマー・ブラック・マトリクスでもよい。
【0158】
図７２は、コンセプトＰ１の積層構成図を示している。コンセプトＰ１は、様々な点で標準的なＬＣＤプロセスとは異なっている。例えば、標準的なポリマー・ブラック・マスクの一部が、低抵抗金属バッキングを有するブラック・クロムに代わっている。それら導電ラインは、そこで、タッチ・ピクセルを出入りする信号を経路決めするのに使用される。パターン形成されたＩＴＯの層７２０２が、追加のマスク工程で、ブラック・マスクの裏に加えられる。それぞれのタッチ・ピクセルの駆動及び感知信号をＬＴＰＳ ＴＦＴプレートに経路決めするのに、ＳＴＮスタイルの導電ドット７２０３が加えられる（例えば、タッチ・ピクセル毎に２つのドットを使用）。カラーフィルタ層と境界用平坦化層７２０４も厚さを増し、タッチ駆動とＶCOMの間の容量が小さくなるようにしている。
【0159】
図７３は、コンセプトＰ２の積層構成図を示している。コンセプトＰ１について上で説明した４つの変更を組み込むことに加えて、コンセプトＰ２は、セグメント化されたＶCOMを作成するのに使用することのできるパターン形成されたＩＴＯ層７３０１も含んでいる。ＶCOMのセグメント化は、タッチ駆動とディスプレイ・オペレーションを切り離すことができるので、信号対ノイズ比が改善される可能性がある。図７４は、コンセプトＰ２のＶCOM信号結合に焦点を当てた回路図を示している。帰線電流用に独立したバス（Ｖｈｏｌｄｂｕｓ１とＶｈｏｌｄｂｕｓ２）を確保しておくことにより、結合電荷を小さくすることができる。更に、半数のタッチ・ピクセルに相補的駆動を使用することで、Ｖｈｏｌｄｂｕｓ１の帰線電流を小さくすることができる。
【0160】
図７１と図７５は、感知及び駆動ピクセルに出入りするタッチ感知及びタッチ駆動ラインの一例的な経路指定を示している。駆動及び感知ラインのセットは、ディスプレイの両側のバスライン７５０１、７５０２から横方向にそれぞれ個別のタッチ・ピクセル７１０１まで経路指定される。それら各ラインは、ブラック・マスク層の裏に隠してもよいし、又は、導電ブラック・マスク層に組み込んでもよい。この経路指定は、単一層上とすることもできる。個々のタッチ・ピクセルの信号は、ＬＴＰＳ ＴＦＴを使用し、バスラインを介してアドレス指定され多重化される。
【0161】
全行ではなく個々のピクセルを駆動する能力は、寄生容量を下げるのに使用される。個別にアドレス指定可能なタッチ・ピクセルは、タッチ・アレイを行毎ではなく「ランダムアクセス」モードで走査できるようにする。これにより、タッチ感知とディスプレイ更新をインターレースする際の柔軟性が高まる。例えば、図７６は或る可能な走査パターンを示している。システムは、タッチ・ピクセルを何れの所望のパターンでも走査することができるので、走査パターンを、隣接する行及び隣接するピクセルが絶対に同時に駆動されることのないように設計して、信号損失又は信号対ノイズ比の低下を招くフリンジ・フィールド相互作用を回避することができる。図７６では、方形７６０１と７６０２は、それぞれ、１つの駆動電極と１つの感知電極を備えている。方形７６０１は、同位相駆動に対応し、方形７６０２は１８０度位相外れ駆動信号に対応している。図中、２つの行（合計２０ピクセル）は、５つのシーケンスでカバーされており、同時に４つのピクセルが走査される。
【0162】
２．３．１．９．コンセプトＤ
別の実施形態であるコンセプトＤは、２層のセグメント化されたＩＴＯ層とタッチ・ピクセル毎の追加のトランジスタを使用したマルチタッチ感知を支援している。図７７は、コンセプトＤの回路図を示している。ディスプレイ更新中、回路は、標準的なＬＣＤディスプレイの場合と同様に機能する。ゲート駆動７７００は２つのトランジスタ（Ｑ１ ７７０２とＱ２ ７７０４）を駆動して、ＶCOMバス７７０６とデータライン７７０８からの信号が、電荷を、ＬＣを制御しているコンデンサーのセット（ＣST７７１０、ＣLC1７７１２、及びＣLC2７７１４）に搬送できるようにしている。トランジスタＱ２ ７７０４がオフになると、ＶCOM７７０６はＣST７７１０から切り離され、ＶCOMライン７７０６はタッチ感知に使用できるようになる。具体的には、ＶCOMライン７７０６は、電荷を、ＣIN７７１６とＣOUT７７１８を経由し、データライン７７０８（タッチ感知ラインの役目を果たしている）を経由して、電荷増幅器７７２０に送るのに使用される。導電性物体（例えば、ユーザーの指、スタイレット、その他）がディスプレイに近づくと、システムの容量に、電荷増幅器７７２０で測定できるやり方で、摂動が起こる。
【0163】
図７８と図７９は、コンセプトＤをベースにしたディスプレイのサブピクセルの積層構成図を示している。図７８では、ＩＴＯ１層は、２つのプレート、Ａ７７２２とＣ７７２６にセグメント化されている。ＩＴＯ２層は、サブピクセルを覆って配置され、ＩＴＯ１層内のプレートに対する対極の役目を果たす、アイランド（例えば、Ｂ７７２４）にセグメント化されている。ディスプレイ更新時、アイランド７７２４とプレート（Ａ７７２２、Ｃ７７２６）の間の電圧差は、液晶７８０４の制御に使用される。タッチ感知時、サブピクセル全体（例えば、図１２９のＣ１、Ｃ２、Ｃｉｎ、Ｃｏｕｔ、及びＣｓｔ）に亘る容量に対する摂動が測定され、導電性物体の近接が判定される。
【0164】
図８０は、コンセプトＤの配線と積層構成を組み合わせた線図を示している。図８１は、コンセプトＤの１つの実施形態での物理的具現化を示している。
【0165】
２．３．２．完全に一体化されたＩＰＳベースのＬＣＤ
図８２に概略的に示している面内切り替え（ＩＰＳ）は、より広い視角を有するＬＣＤディスプレイを作成するのに使用される。（ねじれネマチックＬＣＤの様な）幾つかのＬＣＤは、縦方向に配列された電極対（例えば、図２０に図示）を採用しているが、ＩＰＳ ＬＣＤでは、液晶８２０３の向きの制御に使用される両電極８２０１、８２０２は、同一層内（例えば、単一面内）で互いに平行になっている。各電極をこの様に配向することにより、液晶を貫く横方向の電界８２００を発生させることができ、これにより視角が大きくなる。ＩＰＳディスプレイ内の液晶分子は、上方又は下方の各層に錨着されているわけではなく（例えば、図８２に示すように）、互いに、そしてディスプレイ電極の面に対して平行を維持しながら、電界８２００と整列するように自由に回転することができる。図８３は、面内切り替えを使用するディスプレイ内の電極の交差指型対８３０１、８３０２のより写実的な配列を示している。
【0166】
ＩＰＳディスプレイは、タッチ駆動又はタッチ感知に使用することもできるＶCOM層を欠いているので、本発明の幾つかの実施形態は、ディスプレイ更新に使用されるのと同じ電極をタッチ感知でも使用できるようにすることによって、タッチ感知能力を提供している。これらの電極は、追加の回路で補完される。上で論じた幾つかの実施形態では、タッチ・ピクセルは、多数のディスプレイ・ピクセルと重なり合っている。対照的に、下で論じるＩＰＳ実施形態は、ディスプレイ制御とタッチ感知に使用されるのと同じ電極を使用しているので、追加費用が発生しても僅かか、追加費用を一切発生させずに、更に高いタッチ解像度を得ることができる。或いは、多数のタッチ・ピクセルをグループ化して、より低い解像度と組み合わせたタッチ信号を生成してもよい。
【0167】
２．３．２．１．コンセプトＥ
１つのＩＰＳ実施形態、即ち、コンセプトＥ、を図８４に示す。上に述べたように、ＩＰＳをベースにしたタッチ感知ディスプレイの電極は、同一面内に在って交差指型構造を有している（図８４に図示の通り）。電極Ａ８４００と電極Ｂ８４０２は、ディスプレイ更新中に液晶の向きを定めるのに使用されると共に、一方では、同じ各電極がタッチ感知を実現するのにも（追加の要素と組み合わせて）使用される。例えば、コンセプトＥは、ピクセルがディスプレイ更新中かタッチ感知中かに基づいて信号ラインのセットの駆動を変更するため、追加のスイッチ８４０４を使用することができる。コンセプトＥは、容量（ＣＩＮ＿Ａ８４０６、ＣＯＵＴ＿Ａ８４０４、ＣＩＮ＿Ｂ８４１０、及びＣＯＵＴ＿Ｂ８４１２）、並びに、何時電極をディスプレイ更新又はタッチ感知に使用すべきかを制御する２つのトランジスタ（トランジスタＱ１ ８４１４とトランジスタＱ２ ８４１６）も含んでいる。
【0168】
タッチ感知中、トランジスタＱ１ ８４１４とＱ２ ８４１８は、オフにされ、電極はディスプレイ信号から切り離されるので、電極を容量の測定に使用することができる。次いで、ＶCOM金属線８４１６がタッチ刺激信号８４１８に接続される。この刺激信号は、ＣＩＮ＿Ａ８４０６とＣＩＮ＿Ｂ８４１０を介して、電荷増幅器８４２２に接続されているＣＯＵＴ＿Ａ８４０４とＣＯＵＴ＿Ｂ８４１２に送られる。ＣＩＮとＣＯＵＴの間の容量ＣSIG（図示せず）は、タッチを検知するのに使用される。感知ピクセルがタッチされていない時、電荷増幅器８４２２に送達される電荷は、主に、２対のＣＩＮとＣＯＵＴコンデンサーの間の容量に依存している。物体（例えば、指など）が各電極に近づくと、ＣSIG容量に摂動が生じ（例えば、低下し）、電荷増幅器８４２２により、移動した電荷の量の変化として測定される。ＣＩＮとＣＯＵＴの値は、電荷増幅器８４２２がタッチ信号強度を最適化するのに必要な入力範囲に一致するように選択される。
【0169】
電極は、タッチ感知時、光周波数信号を使用することによって、ディスプレイ状態に悪影響を及ぼすこと無くタッチ感知を行うのに使用される。ＬＣ分子は大きくて無極性なので、タッチは、ＬＣを横切るＲＭＳ電圧に関しＤＣ成分を変化させるか又はこれを課すことのない高周波界を使用することで、ディスプレイ状態を変化させること無しに検知される。
【0170】
図８５は、コンセプトＥの積層構成図を示している。説明した様に、全てのタッチ要素がＴＦＴプレート８５０１上に形成されている。
【0171】
２．３．２．２．コンセプトＱ
ＩＰＳをベースにしたタッチ感知ディスプレイの別の実施形態であるコンセプトＱも、ＬＣＤのＴＦＴガラス要素（例えば、金属製経路指定ライン、電極など）を、ディスプレイとタッチ感知の両機能に使用できるようにしている。その様な実施形態に見込める利点は、ディスプレイの工場設備に何ら変更を加える必要がないことである。従来のＬＣＤ製作に唯一追加すべきことには、タッチ感知電極の追加が含まれる。
【0172】
コンセプトＱは、図１０５と図１０６に示している、２つのタイプのピクセルを含んでいる。ピクセル・タイプＡを図１０５に示す。各ピクセル１０５０１は、３つの端子、即ち、選択端子１０５０２とデータ端子１０５０３と共通端子１０５０４を含んでいる。Ａタイプピクセルのそれぞれでは、それらの共通端子が列１０５０５に沿って接続され、タッチ感知列を形成している。ピクセル・タイプＢを図１０６に示す。各ピクセル１０６０１は、同様に、３つの端子、即ち、選択１０６０２とデータ１０６０３と共通１０６０４を含んでいる。Ｂタイプピクセルのそれぞれでは、それらの共通端子が行１０６０５に沿って接続され、タッチ感知行を形成している。ピクセルは、複数のタッチ感知行１０７０２と複数のタッチ感知列１０７０３が図１０７に示すように配列されている。駆動刺激及び感知回路を含んでいるタッチ感知チップ１０７０１が、各行と各列に接続されている。
【0173】
タッチ感知チップは以下のように作動する。第１期間中、ＬＣＤが更新されている間、全ての行と列は接地に保持されている。幾つかの実施形態では、これは約１２ｍｓの期間である。次の期間中、Ａタイプピクセル、即ち、タッチ列は、刺激波形で駆動され、その間、Ｂタイプピクセル、即ち、タッチ行それぞれにおける容量が感知される。次の期間中、Ｂタイプピクセル、即ち、タッチ行は刺激波形で駆動され、その間、Ａタイプピクセル、即ち、タッチ列それぞれにおける容量が感知される。その後、このプロセスは繰り返される。２つのタッチ−感知期間は約２ｍｓである。刺激波形は様々な形態を取ることができる。幾つかの実施形態では、それは、ピーク・ツー・ピークが約５ＶでＤＣオフセットがゼロの正弦波である。他の期間と波形を使用することもできる。
【0174】
２．３．２．３．コンセプトＧ
ＩＰＳをベースにしたタッチ感知ディスプレイに生じ得る１つの問題は、タッチとＬＣの間に遮蔽手段を欠いていることは、指（又は他のタッチ物体）がディスプレイ出力に影響を及ぼすことを意味するということである。例えば、指でスクリーンをタッチすると、ＬＣを制御するのに使用されている場に影響を及ぼし、ディスプレイを歪めてしまう恐れがある。この問題に対する１つの解決策は、ユーザーとディスプレイ・サブピクセルの間に遮蔽物（例えば、透明なＩＴＯ層）を置くことである。但し、その様な遮蔽物は、タッチ感知に使用される電界を遮断し、タッチ感知を妨げることにもなりかねない。
【0175】
１つの実施形態、即ち、コンセプトＧは、図８６の積層構成図に示しているように、ディスプレイの層をひっくり返すことによりこの問題を克服した。これにより、ＬＣ８６０は、ユーザーから見てＴＦＴプレート８６０２の反対の側に置かれる。その結果、ＬＣ８６００を制御するのに使用されるフィールドラインは、ＬＣＤのタッチ側から概ね遠くを向くことになる。これにより、今度はタッチ物体とＬＣ８６００の間に置かれているデータ線、ゲート線、及び電極の様な金属エリアが、ＬＣに対する部分的又は全面的な遮蔽物となる。
【0176】
２．３．２．４．コンセプトＦ
別の実施形態であるコンセプトＦ（図８７に図示）は、ＬＣＤデータバスに（非タッチＩＰＳディスプレイとの関係で）変更を加えず、且つ追加のＩＴＯ層を必要とすること無しに、又は各層の整列を更に難しくすること無しに、ディスプレイの摂動を低減することができる。（コンセプトＥとＧでのように）共有のデータラインを使用する代わりに、コンセプトＦでは、金属層（Ｍ１）内に、出力感知ラインの役目を果たす、経路指定された金属ラインのセットを追加することによって、潜在的なディスプレイの摂動を低減することができる。それら出力感知ライン８７００は、図８７、並びに図１３４に示しているコンセプトＦサブピクセルの積層構成図に示すように、ディスプレイの全エリアに亘ってディスプレイ回路の下方に縦方向に走っている。出力感知用に別の金属層を使用することによって、コンセプトＦは、コンセプトＥ（図８４）で示したトランジスタの内の一方８８を取り除けるようにしている。更に、コンセプトＦは、ディスプレイの層をひっくり返して、上でコンセプトＧについて説明した潜在的なディスプレイの摂動を更に低減していることに留意されたい。
【0177】
３．実現技術
上記実施形態の多くには、様々な態様を適用することができる。それらの数例を以下に説明する。
【0178】
３．１．ＤＩＴＯ
多くの実施形態では、ＩＴＯは、基板の両面に堆積されパターン形成される。これを行うための各種技法は、２００７年１月３日出願の米国特許出願第１１／６５０，０４９号「ＩＴＯ金属電極を有する両面式タッチ感応パネル」に記載されており、同出願を参考文献としてここに援用する。
【0179】
３．２．パターン形成されたＩＴＯを金属に置き換える
様々な実施形態では、タッチ感知電極を形成しているパターン形成されたＩＴＯ層を無くして、この層を、例えば、上ガラス側の層の内の１つの層上に配置した非常に細い金属線に置き換えることができる。これには、ＩＴＯ加工工程を無くすことができることを含め、多くの利点がある。更に、感知ライン電極を相当薄くすることができる（例えば、１０ミクロン程度）ため、それらはディスプレイの視覚認知に干渉しない。ラインの厚さの削減により、寄生容量も削減されるので、上記のように、タッチ・スクリーンのオペレーションの各種態様が強化されることになる。最後に、ディスプレイからの光は、ＩＴＯで実質的に覆われている層を通過しないので、色彩と透過率が向上する。
【0180】
３．３．タッチ感知基板へのプラスチックの使用
上記各種実施形態は、ガラス基板と関連付けて説明してきた。但し、幾つかの実施形態では、それら基板の１つ又はそれ以上をプラスチックに置き換えることで、コストの節約と薄型化を実現することができる。図８９と図９０では、図８９に示すガラスをベースにしたシステムと図９０に示すプラスチックをベースにしたシステムの幾つかの相違点を示している。１つの特定の実施形態に関連付けて示してはいるが、プラスチック基板置換の原理は、上記コンセプトの何れにも適用することができる。
【0181】
図８９は、ガラスをベースにしたシステムの積層構成を示している。図示の各寸法は現行技術を使用した場合の一例的なものであり、当業者には理解頂けるように、他の厚さを使用してもよく、特に各種製作技法が進歩すれば他の厚さを使用できる。一番上から始めて、一例的な厚さ約０．８ｍｍを有するカバー８９０１が、屈折率整合層８９０２（例えば、大凡０．１８ｍｍの厚さ）の上に在る。屈折率整合層の下には、上ポラライザー８９０３が設けられている。上ポラライザー８９０３は、厚さが大凡０．２ｍｍである。次の層は、それぞれの面にパターン形成されたＩＴＯを有するガラス層８９０４（例えば、約０．５ｍｍ厚）である。感知電極は、例えば、表面側にパターン形成されており、これは、ＦＰＣ８９０５に接合されていてもよい。各駆動電極とＬＣＤのＶCOM層は、ガラス層８９０５の底面にパターン形成されている。この下には、一例的な厚さ約０．３ｍｍを有する別のガラス層８９０６が設けられていて、その上に、ディスプレイの各ＴＦＴ層が形成されている。このガラス層の表面は、ディスプレイとタッチ感知回路８９０８の両方に接続されているＦＰＣ８９０７にも接合されている。この下に、下ポラライザーが在り、その下には、ディスプレイ・バックライト８９１０が在る。
【0182】
表面から底面までの全体の厚さは、大凡２．０ｍｍである。各種ＡＳＩＣと個別の各回路構成要素は、ガラス上に配置されていてもよいし、ＦＰＣを介して接続されていてもよい。パターン形成されたＩＴＯは、別のプラスチック層、例えば、表面カバーその他の底面に設置されていてもよい。
【0183】
図９０は、タッチ感知層９００２をプラスチック・ポラライザー９００３に動かすことにより、中間ガラス層９００１の厚さを削減した、類似の配列を示している。タッチ感知層９００２をプラスチック・ポラライザー９００３上にパターン形成することは、様々な既知の方法により行うことができる。厚さの削減は、ガラスの両側にパターン形成する必要がないので、達成することができた。取り扱いの問題のため、ＬＣＤ加工に使用されるガラスは、例えば、約０．５ｍｍの厚さに加工され、次いで、加工後に、例えば、約０．３ｍｍまで研磨される。両側に回路要素があれば、ガラスの研磨は不可能になる。但し、図９０の実施形態では、中間ガラス９００１は一方の面にしか電極がパターン形成されていないので、研磨して、約０．２ｍｍの全体的な厚さ削減を行うことができる。この配列は、ポラライザーに対する追加のＦＰＣ接続９００４を含んでいてもよく、低温接合加工を使用して接合することができる。プラスチック基板を利用することの更なる利点は、異なる誘電定数を有する各材料を使用することができる点にあり、柔軟性が生まれ、容量性感知回路のオペレーションが強化される。
【0184】
プラスチック基板実施形態の或る変型を図９１に示す。各電極９１０１（例えば、駆動又は感知各ライン）は、複数のプラスチック基板９１０２、９１０３上にパターン形成され、その後それら基板は一体に接着される。各プラスチック基板はより薄い（例えば、ガラス基板の大凡半分の厚さ）ので、その様な技法は、更に薄型化したタッチ・スクリーンを可能にすることができる。
【0185】
図９２に示す別の変型では、ポリエステル基板９２０１は、両面に電極９２０２がパターン形成されている。この実施形態は、両面の間を接続するために、基板９２０１を貫通するアクセス孔９２０３を含んでいる。ポリエステル基板９２１は、ハンドヘルド・コンピュータの様な機器のカバー９２０４内に配置することができる。更に別の変型を図９３に示しており、本図は、ＩＴＯ電極９３０２が表面にパターン形成されたポリエステル層９３０１を示しており、基板９３０１を貫通して第２ガラス基板９３０４までアクセス孔が伸びていて、更にＩＴＯ電極９３０５が表面にパターン形成されている。
【0186】
図９４は、機器、例えば、ハンドヘルド・コンピュータ９４０１の上下逆にした図を示している。上下逆というのは、機器のユーザー面が底面（図示せず）になるという意味である。各ＩＴＯタッチ感知電極９４０２は、ユーザー面の裏にパターン形成されており、対向面に配置されたＩＴＯを有する積層構成９４０３が、機器組み立て中に、その中に配置される。このコンセプトの更なる変型を図９５に示しており、本図は、ここで論じた各種実施形態の１つに基づき、成形されたプラスチックカバー６７０２の内側と積層構成９５０３の上とにパターン形成されたＩＴＯ電極９５０１を示している。図９５の図では、機器のユーザー面は、表面９５０４である。
【0187】
図９６と図９７と図９８は、ここで説明しているタッチ感知に適している、ＩＴＯ電極のパターンが上に配置されたポリエステル基板を製造する場合の工程のシーケンスを示している。図９６は、分離された方形のＩＴＯのグリッド９６０２にパターン形成されることになるパターン形成用ポリエステルシート９６０１を示している。ＩＴＯの抵抗率は約２００オーム以下である。個々の電極は、大凡１ｍｍｘ１ｍｍで、その間のギャップは３０ミクロンである。図示の実施形態では、シート９６０１は、大凡５０ｍｍｘ８０ｍｍであり、これは、ハンドヘルド・コンピュータ、マルチメディア・プレーヤー、携帯電話、又は同種の機器にとって適した大きさであるが、当業者には他の様々な大きさ及び／又は用途が想起されるであろう。図示のように、断面図では、シートは厚さが２５ミクロンと薄いが、２５乃至２００ミクロンの寸法も使用することができる。これは、機器の厚さの面でかなり有利であることは明らかである。
【0188】
図９７では、ＦＰＣ９７０１は、パターン形成された基板９７０２に接合されている。図９８では、例えば、大凡０．８ｍｍの厚さのＰＭＭＡの層とすることができるカバー９８０１、は、光学的に透明な接着剤を使用してＰＥＴ基板９８０２に接着される。
【0189】
３．４．レベルシフター／デコーダとＬＣＤコントローラの一体化
幾つかの実施形態では、ＶSTM信号のタッチ駆動セグメントへの送達を支援するのに、追加の回路（アクティブ、パッシブ、又は両方）が、ＬＣＤ（図６参照）の周辺エリアに設置されている。周辺エリア回路の詳細とその設計規則は、特定の製造プロセスの詳細と、どのＴＦＴ技術（即ち、ＰＭＯＳ、ＮＭＯＳ、又はＣＭＯＳ）が使用されるかによって決まる。以下の４つの節では、異なる駆動回路一体化配列の観点で、周辺タッチ駆動回路を具現化するための対処法を論じる。
【0190】
３．４．１．個別のレベルシフター／デコーダ・チップ
１つの対処法では、個別のレベルシフター／デコーダＣＯＧが、下ガラス（図２２参照）に取り付けられている。この配列では、周辺エリアには金属トレースが必要になる。トレースの個数は、タッチ駆動セグメントの個数によって異なり、小型ディスプレイでは２０個未満であるかもしれない。この対処法の設計目的には、容量性結合を小さくすることが含まれ、これは、タッチ駆動トレース同士の間の間隔、並びに、各タッチ駆動トレースと周辺エリア内の他のＬＣＤ各回路の間の間隔、の影響を受ける。低トレース・インピーダンスも、隣接するタッチ駆動トレース同士の間の容量性結合を小さくするのに役立つ。
【0191】
例えば、最長トレース、レベルシフター／デコーダ出力抵抗、導電ドット、及びＩＴＯ駆動セグメントを組み合わせた抵抗は、約４５０オームまでに制限される。タッチ駆動ＩＴＯの抵抗は、（ＩＴＯシート抵抗が３０オーム／平方で１１平方として）約３３０オームになり、他の構成要素分用に１２０オーム残る。以下の表は、タッチ駆動回路内のそれぞれの構成要素に対するこの抵抗の１つの割り当てを示している。
【0192】
所望のトレース抵抗を得るのに、より幅広のトレース及び／又はより低いシート抵抗を使用してもよい。例えば、１００オームのトレース抵抗の場合、シート抵抗が２００ｍオーム／平方なら、トレース幅は０．１８ｍｍ以上が望ましい。
【0193】
無論、最も長いタッチ駆動トレースだけが最大幅を必要とする。相応に短尺である他のタッチ駆動トレースは、相応に幅が狭くなっている。例えば、最短トレースは５ｍｍであるが、その場合その幅は約０．０１ｍｍとすることができるであろう。
【0194】
図９９は、コンセプトＡのレベルシフター／デコーダＣＯＧ９９０１の簡略図を示している。（コンセプトＢでは、トランジスタＱ１とＥＮＢ_ＬＣＤ［ｘ］デコーダは無くすことができる。）登録されたデコーダブロック９９０２は、３つの別々の登録されたデコーダから構成されており、それらは一度に１つずつロードされる。３つのデコーダの内の１つが、タッチ／ＬＣＤドライバからの２つの信号によって選択され、５ビットデータを使ってプログラムされる。デコーダの出力は、レベルシフター／デコーダの各出力区間に関係付けられた３つのトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３を制御する。各出力区間は、３つの状態、即ち、１）ＬＣＤ（Ｑ１がオン、Ｑ２とＱ３はオフ）、２）タッチ（Ｑ２はオン、Ｑ１とＱ３はオフ）、又は３）ＧＮＤ（Ｑ３はオン、Ｑ１とＱ２はオフ）、の内の１つの状態にある。上に述べたように、Ｑ２の出力抵抗は、ＶSTM位相遅延を低減するために、大凡１０オーム又はそれ未満にされる。コンセプトＢでは、ＬＣＤデコーダとＱ１は無くすことができる。
【0195】
３．４．２．周辺エリアに完全に一体化されたレベルシフター／デコーダ
レベルシフター／デコーダ機能（図９９）は、下ガラスの周辺エリアに完全に一体化することもできる。この対処法では、ＴＦＴ技術のタイプが、電力消費量に関係することになる。ＣＭＯＳ ＴＦＴ技術は電力消費量を低く抑えるが、ＮＭＯＳ又はＰＭＯＳよりも高価である。しかしながら、具体的な設計定数次第で、どの様な技術を使用してもよい。
【0196】
タッチ駆動抵抗を更に小さくするため、トランジスタ幅を拡大して、相対的に低いＬＴＰＳ ＴＦＴの移動度（例えば、〜５０ｃｍ2／Ｖ＊秒）を補償してもよい。
【0197】
３．４．３．タッチ／ＬＣＤドライバに部分的に一体化されたレベルシフター／デコーダ 幾つかの実施形態では、レベルシフター／デコーダ機能は、タッチ／ＬＣＤドライバに部分的に一体化し、周辺エリアに部分的に一体化することができる。この対処法には、例えば、周辺エリアのＣＭＯＳを無くすことができてコストが下がること、及び、周辺エリアの論理を無くすことができて電力消費が減ること、を含め、幾つかの便益がある。図１００はこの取り組みで使用することができる、修正を加えたタッチ／ＬＣＤドライバ１０００１と周辺トランジスタ回路１０００２を示している。レベルシフター及びブースト回路１０００３は、下ガラス側に一体化され、各セグメント・ドライバとタッチ／ＬＣＤチップの間に配置されている。タッチ・ドライブ・セグメント毎に１つのセグメント・ドライバが在る。それぞれのタッチ・ドライブ・セグメントは、３つの状態、即ち、ＧＮＤ状態、ＶSTMによって変調された状態、及びＶCOMによって変調された状態、の内の１つの状態にある。この配列では、低電圧タッチ／ＬＣＤチップがトランジスタ・スイッチを制御できるようにするのに、下ガラス側にレベルシフター回路が必要である。
【0198】
３．４．４．タッチ／ＬＣＤドライバに完全に一体化されたレベルシフター／デコーダ
幾つかの実施形態では、レベルシフター／デコーダ機能は、タッチ／ＬＣＤドライバに完全に一体化することができる。レベルシフター／デコーダ機能をタッチ／ＬＣＤドライバに移すことにより、別体のレベルシフター／デコーダＣＯＧは無くすことができる。更に、ＣＭＯＳと論理を周辺エリアから無くすことが実現できる。
【0199】
図１０１は、ＶSTMを発生させるためにブースト回路１０１０２を含んでいる、完全に一体化されたタッチ／ＬＣＤドライバ１０１０１の簡略化されたブロック図を示している。（例えば、コンデンサー、ダイオード、及び、インダクタの様な）パッシブ構成要素も必要になるが、他の全ての対処法と同様に、分かり易くするために図示していない。
【0200】
４．使用法、形状因子、その他
ここに記載している一体化されたタッチ・スクリーンＬＣＤの一例的な用途を、以下に説明する。ＰＤＡ、マルチメディア・プレーヤー、携帯電話、ＧＰＳ機器などの様な機器を含め、ハンドヘルド・コンピュータは、１つの有益な用途である。更に、タッチ・スクリーンは、タブレット・コンピュータ、ノートブック・コンピュータ、デスクトップ・コンピュータ、案内所、などに、用途を見出すことができよう。
【0201】
図１０２は、本発明の１つの実施形態による、タッチ・スクリーン１０２０１の或る用途の斜視図である。タッチ・スクリーン１０２０１は、多分、ポインタ又はカーソルを含むグラフィカル・ユーザー・インターフェース（ＧＵＩ）並びにユーザーに対する他の情報を表示するように構成することができる。一例として、タッチ・スクリーンは、ユーザーが、ディスプレイ１０２０２上のＧＵＩを単に指すことによって、入力ポインタを動かし、又はグラフィカル・ユーザー・インターフェース上で選択を行えるようにする。
【0202】
一般に、タッチ・スクリーンは、タッチ・スクリーンの表面１０２０４へのタッチ・イベントを認識し、その後、この情報をホスト機器に出力することができる。ホスト機器は、例えば、デスクトップ、ラップトップ、ハンドヘルド、又はタブレット・コンピュータの様なコンピュータに対応している。ホスト機器は、タッチ・イベントを翻訳することができ、タッチ・イベントに基づいて動作を行うことができる。図１０２に示すタッチ・スクリーンは、タッチ・スクリーンのタッチ感応表面１０２０４の異なる場所で同時に起こる複数のタッチ・イベントを認識することができるように構成されている。図示のように、タッチ・スクリーンは、例えば、タッチ・スクリーンの表面に所与の時刻に起こるそれぞれのタッチ点Ｔ１〜Ｔ４に対し別々の追跡信号Ｓ１〜Ｓ４を生成することができる。
【0203】
マルチタッチ・イベントは、別々に又はまとめて使用されて、ホスト機器内で単一の又は複数の動作が行われる。別々に使用される場合、第１のタッチ・イベントは第１の動作を行うために使用され、第２のタッチ・イベントは第１の動作とは異なる第２の動作を行うために使用される。動作には、例えば、カーソル又はポインタの様なオブジェクトを動かすこと、スクロール又はパニングを行うこと、制御設定を調整すること、ファイル又は文書を開くこと、メニューを閲覧すること、選択を行うこと、インストラクションを実行すること、ホスト機器に接続されている周辺機器を操作すること、などが含まれる。まとめて使用される場合、第１と第２のタッチ・イベントは、１つの特定の動作を行うために使用される。特定の動作には、例えば、コンピュータ又はコンピュータ・ネットワークへのロギングを行うこと、権限が与えられた個人のコンピュータ又はコンピュータ・ネットワークの制限エリアへのアクセスを許可すること、コンピュータ・デスクトップのユーザーの好みの配列に関係付けられたユーザー・プロファイルのローディングを行うこと、ウェブ・コンテンツへのアクセスを許可すること、特定のプログラムを起動すること、メッセージの暗号化又は解読を行うこと、及び／又は同種の動作が含まれる。
【0204】
図１０２に戻るが、タッチ・スクリーン１０２０１は、独立ユニットとしてもよいし、又は他の機器と一体化してもよい。独立させた場合、タッチ・スクリーン１０２０１は、自身のハウジングを含んでいる周辺機器（例えば、モニター）の様に動作する。独立ディスプレイ配列は、有線又は無線接続を介してホスト機器に連結してもよい。一体化された場合、タッチ・スクリーン１０２０１は、ハウジングを共有し、ホスト機器の中に配線で接続されて組み込まれ、これにより単一ユニットが形成される。一例として、タッチ・スクリーン１０２０１は、限定するわけではないが、デスクトップ、ラップトップ、又はタブレット・コンピュータの様な汎用コンピュータ、ＰＤＡの様なハンドヘルド機器、音楽プレーヤーの様なメディア・プレーヤー、又はカメラ、プリンタ、携帯電話、及び／又は同種の機器の様な周辺機器を含め、各種ホスト機器内部に配置してもよい。
【0205】
図１０３は、本発明の１つの実施形態による、コンピュータ・システム１０３０１のブロック図である。コンピュータ・システム１０３０１は、デスクトップ、ラップトップ、タブレット、又はハンドヘルドの様なパーソナルコンピュータ・システムに対応している。一例として、コンピュータ・システムは、どの様なＡｐｐｌｅ又はＰＣベースのコンピュータ・システムに対応していてもよい。コンピュータ・システムは、更に、案内所、現金自動預け払い機（ＡＴＭ）、店舗販売時点情報管理機（ＰＯＳ）、産業機械、ゲーム機、ゲームセンター用機械、自動販売機、電子航空券端末、レストラン予約端末、顧客サービスステーション、図書館端末、学習機器、及び同種のもの、の様な公共のコンピュータ・システムに対応していてもよい。
【0206】
図示のように、コンピュータ・システム１０３０１は、コンピュータ・システム１０３０１に関係付けられたインストラクションを実行しオペレーション１０３０２を遂行するように構成されたプロセッサ５６を含んでいてもよい。例えば、メモリから取り出されたインストラクションを使用して、プロセッサ１０３０２は、コンピューティング・システムの各構成要素間の入力及び出力データの受信と操作を制御してもよい。プロセッサ１０３０２は、シングルチップ・プロセッサでもよいし、複数の構成要素を使用して構築してもよい。
【0207】
殆どの場合、プロセッサ１０３０２は、オペレーティング・システムと共に作動して、コンピュータ・コードを実行し、データを作成及び使用する。コンピュータ・コードとデータは、プロセッサ１０３０２に作動可能に連結されたプログラム記憶ブロック１０３０３内に置かれている。プログラム記憶ブロック１０３０３は、コンピュータ・システム１０３０１によって使用されているデータを保持するための場所を提供することができる。一例として、プログラム記憶ブロックには、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１０３０４、ランダムアクセス・メモリ（ＲＡＭ）１０３０５、ハードディスク・ドライブ１０３０６、及び／又は同種のものが含まれる。コンピュータ・コードとデータは、取り外し可能記憶媒体上にも置かれ、必要な時に、コンピュータ・システム上にローディングされるかインストールされてもよい。取り外し可能記憶媒体には、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＰＣ−ＣＡＲＤ、フロッピィディスク、磁気テープ、及びネットワーク構成要素が含まれる。
【0208】
コンピュータ・システム１０３０１は、更に、プロセッサ１０３０２に作動可能に連結されている入力／出力（Ｉ／Ｏ）コントローラ１０３０７を含んでいてもよい。Ｉ／Ｏコントローラ１０３０７は、プロセッサ５６と一体化してもよいし、又は図示のように別体の構成要素でもよい。Ｉ／Ｏコントローラ１０３０７は、１つ又は複数のＩ／Ｏ機器との対話を制御することができるように構成されている。Ｉ／Ｏコントローラ６６は、プロセッサと、同プロセッサとの通信を所望するＩ／Ｏ機器との間で、データを交換することにより作動する。Ｉ／Ｏ機器とＩ／Ｏコントローラは、データリンク１０３１２を介して通信することができる。データリンク１０３１２は、一方向リンクであってもよいし、又は二方向リンクであってもよい。中には、Ｉ／Ｏ機器が有線接続を介してＩ／Ｏコントローラ１０３０７に接続されている場合もある。他に、Ｉ／Ｏ機器が、無線接続を介してＩ／Ｏコントローラ１０３０７に接続されている場合もある。一例として、データリンク１０３１２は、ＰＳ／２、ＵＳＢ、Ｆｉｒｅｗｉｒｅ、ＩＲ、ＲＦ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又は同種のものに対応していてもよい。
【0209】
コンピュータ・システム１０３０１は、更に、プロセッサ１０３０２に作動的に連結することのできるディスプレイ機器１０３０８、例えば、ここに記載している様な一体型タッチ・スクリーンＬＣＤ、を含んでいてもよい。ディスプレイ機器１０３０８は、別体の構成要素（周辺機器）でもよいし、プロセッサ及びプログラム記憶装置と一体化してデスクトップ・コンピュータ（オール・イン・ワン・マシン）、ラップトップ、ハンドヘルド又はタブレット、又は同種のものを形成してもよい。ディスプレイ機器１０３０８は、例えば、ポインタ又はカーソルを含むグラフィカル・ユーザー・インターフェース（ＧＵI）並びにユーザーに表示される他の情報を表示することができるように構成されている。
【0210】
ディスプレイ機器１０３０８は、プロセッサ１０３０２に作動的に連結されている一体型タッチ・スクリーン１０３０９（分かり易くするために別々に示しているが、実際にはディスプレイと一体化されている）を含んでいてもよい。タッチ・スクリーン１０３０９は、ユーザーのタッチから入力を受け取り、この情報をプロセッサ１０３０２に送ることができるように構成されている。タッチ・スクリーン１０３０９は、その表面の各タッチと、各タッチの位置、形状、大きさ、その他を認識することができる。タッチ・スクリーン１０３０９は、各タッチをプロセッサ１０３０２に報告し、プロセッサ１０３０２は、各タッチを、そのプログラミングに基づいて翻訳する。例えば、プロセッサ１０３０２は、特定のタッチに基づいてタスクを開始することもある。
【0211】
ここに記載しているタッチ・スクリーンＬＣＤは、参考文献としてここに援用している、２００６年３月３日出願の米国特許出願第１１／３６７、７４９号「多機能ハンドヘルド機器」に開示されているものの様な多機能ハンドヘルド機器に特に好都合な用途を見出すことになろう。
【0212】
例えば、ここに記載している原理は、各種電子機器及びコンピュータ・システムの入力機器を考案するのに使用することができる。それら電子機器及びコンピュータ・システムは、デスクトップ・コンピュータ１０４０１、ノートブック・コンピュータ１０４０５、タブレット・コンピュータ１０４０３、ハンドヘルド・コンピュータ１０４０４、携帯情報端末１０４０５、メディア・プレーヤー１０４０６、携帯電話１０４０７、及び同種のものを含め、図１０４に示す様々なタイプの内の何れであってもよい。更に、電子機器及びコンピュータ・システムは、上記タイプの組合せ、例えば、携帯情報端末とメディア・プレーヤーと携帯電話の組合せである機器であってもよい。上に述べた各実施形態のこの他の修正、置換え、及び組合せも可能である。
【0213】
更に、原理は、ここでは容量性マルチタッチ・システムと関連付けて説明しているが、タッチ又は近接感知が他の技法に依存しているシステムに適用してもよい。従って、特許請求の範囲は、上記のものの全ての修正、置換え、組合せ、及び、等価物を含んでいると解釈されるものとする。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図48】
【図49】
【図50】
【図51】
【図52】
【図53】
【図54】
【図55】
【図56】
【図57】
【図58】
【図59】
【図60A】
【図60B】
【図61A】
【図61B】
【図62】
【図63】
【図64】
【図65】
【図66】
【図67】
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【図69】
【図70】
【図71】
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【図78】
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【図81】
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【図84】
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【図86】
【図87】
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【図89】
【図90】
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【図92】
【図93】
【図94】
【図95】
【図96】
【図97】
【図98】
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【図100】
【図101】
【図102】
【図103】
【図104】
【図105】
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