CN101923419A - 设置一维电极的自电容触摸屏及其坐标数据处理方法 - Google Patents

Abstract

设置一维电极的自电容触摸屏及其坐标数据处理方法，所述自电容触摸屏包括梯形电极。任意两相邻梯形电极都是按一梯形电极的上底与另一梯形电极的下底在一条直线上，一梯形电极的下底与另一梯形电极的上底在另一条直线上的方式布置，从而令所有梯形电极按“齿咬合”的形式布置于所述触摸屏的触摸平面内。所述自电容触摸屏仅在一个维度布置电极，并且能够从两个维度准确定位触碰位置，各电极之间没有交叉部分，不需要设置绝缘材料，降低了工艺难度并且节省了成本。本发明所述坐标数据处理方法实现了将一维布置电极侦测的数据转换成二维坐标数据，简化了数据处理成本。

Description

设置一维电极的自电容触摸屏及其坐标数据处理方法

技术领域

本发明涉及将触碰动作转换可用电信号的输入装置，尤其是涉及侦测触碰动作造成电容变化的输入装置，即电容式触摸屏，特别是涉及自电容触摸屏。

背景技术

现有技术自电容触摸屏，如图7所示，包括分别按横向和纵向布置的电极10′和等电势电极20′。所述电极10′都电连接数据处理模块30′，该数据处理模块30′用于侦测电极10′与等电势电极20′之间形成的自电容阵列的变化情况，从而形成触碰位置中心坐标数据。所述等电势电极20′直接接地或者电连接一直流源，使电极板处于等电势状态。现有技术自电容触摸屏结构，通常横向电极10′和纵向电极10′正交且在同一平面内，分别在横向和纵向两个维度内形成自电容，纵向电极10′与横向电极10′交叉部分必须用绝缘材料隔离，该工艺相当复杂，工艺难度和成本都非常高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出一种避免电极交叉，仅在一个维度内形成自电容的触摸屏，以降低制造工艺难度，节省成本。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

设计、制造一种设置一维电极的自电容触摸屏，包括用导电材料制成的梯形电极和正对所有梯形电极的等电势电极。任意两相邻梯形电极都是按一梯形电极的上底与另一梯形电极的下底在一条直线上，一梯形电极的下底与另一梯形电极的上底在另一条直线上的方式布置，从而令所有梯形电极按“齿咬合”的形式布置于所述触摸屏的触摸平面内。所述各梯形电极电连接触摸屏外设的数据处理模块。

为提高有效电容率，在所述梯形电极之间的间隙还设置有哑电极，该哑电极都处于电悬空状态。

更具体方案，所述梯形电极呈直角梯形状，即在梯形电极的两腰边中有一腰边与上底边和下底边都垂直。

进一步地，任意两相邻梯形电极的相邻两腰边互相平行。

为了进一步提高电极之间的“啮合”程度，所述梯形电极的两腰边都设置有凸齿，该凸齿沿平行于梯形电极的上底和下底的方向向该梯形电极外部延伸，在各凸齿之间形成凹口。任意两相邻梯形电极中，一梯形电极腰边的凸齿伸入另一梯形电极腰边的凹口之中，从而令相邻两梯形电极的相邻腰边互相“啮合”。所述凸齿的形状呈矩形、三角形或者梯形。

为了节省硬件成本以及简化数据处理，所述下底在同一直线上的至少两梯形电极电连接在同一节点后引出，从而将所有梯形电极分成两组以上的梯形电极组，并且令一组梯形电极组中的梯形电极之间以“啮合”方式插入另一组梯形电极组中的梯形电极。

在所述梯形电极的底边设置有引出触片，用以直接将所述梯形电极贴合在电路板上，从而实现梯形电极与触摸屏外设的数据处理模块电连接。在此方案基础上，可以同时采用或者单独采用以下的引出导线电连接方案，即，由所述引出触片借助引出导线，用以实现梯形电极与触摸屏外设的数据处理模块电连接，所述引出导线用金属或者透明导电材料制成。

所述透明导电材料是氧化铟锡Indium Tin Oxide，简称ITO，或者是锑掺杂氧化锡Antimony Tin Oxide，简称ATO。

本发明解决所述技术问题还可以通过采用以下技术方案来实现：

实施一种基于设置一维电极的自电容触摸屏的触碰位置坐标数据处理方法，所述自电容触摸屏包括用导电材料制成的N个梯形电极和正对所有梯形电极的等电势电极；任意两相邻梯形电极都是按一梯形电极的上底与另一梯形电极的下底在一条直线上，一梯形电极的下底与另一梯形电极的上底在另一条直线上的方式布置，从而令所有梯形电极按“齿咬合”的形式布置在触摸屏的触摸平面内；所述各梯形电极的两底边分别通过引出线电连接触摸屏外设的数据处理模块；其特征在于所述方法包括如下步骤：

A.以梯形电极高的方向为坐标轴方向，并选定坐标起点0和坐标终点X_MAX，获取下底在坐标起点0位置的所有梯形电极因触碰造成的自电容变化量之和∑C_m；获取上底在坐标终点X_MAX位置的所有梯形电极因触碰造成的自电容变化量之和∑C_n；，从而，根据

$x=\frac{\mathrm{\Σ}{C}_m}{\mathrm{\Σ}{C}_n}\×X_{\mathrm{MAX}},$

得到触摸动作在沿梯形电极高方向的坐标x；

B.以平行于梯形电极两底的方向为坐标轴方向，并选定坐标起点0，从坐标起点0位置沿坐标轴方向依次对N个梯形电极编码，获取各梯形电极因触碰动作而造成的自电容变化，得出N-1个每相邻两梯形电极各自形成的自电容变化量之和D_i＝C_k+C_k+1，其中，k是各梯形电极的编号，i是相邻梯形电极对的编号，在它们的取值范围内满足i＝k；继而，根据

$y=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{D}_i\×i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{D}_i},$

得到触摸动作在沿平行于梯形电极两底方向的坐标y；

C.上述步骤得到的坐标数据(x，y)就是触碰动作在触摸平面内的平面直角坐标。

同现有技术相比较，本发明“设置一维电极的自电容触摸屏及其坐标数据处理方法”的技术效果在于：

所述自电容触摸屏仅在一个维度布置电极，并且能够从两个维度准确定位触碰位置，各电极之间没有交叉部分，不需要设置绝缘材料，降低了工艺难度并且节省了成本；本发明提出的交错布置电极结构，进一步节省了硬件成本，简化了数据处理过程；本发明所述坐标数据处理方法实现了将一维布置电极侦测的数据转换成二维坐标数据，简化了数据处理成本。

附图说明

图1是本发明“设置一维电极的自电容触摸屏”第一实施例的电极布置示意图；

图2是本发明第二实施例的电极布置示意图；

图3是本发明第三实施例的电极布置示意图；

图4是本发明第四实施例的电极布置示意图；

图5是本发明第五实施例的电极布置示意图；

图6是本发明第六实施例的电极布置示意图；

图7是现有技术自电容触摸屏的电极布置示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示各实施例作进一步详述。

本发明提出设置一维电极的自电容触摸屏，如图1至图6所示，包括用导电材料制成的梯形电极10和正对所有梯形电极的等电势电极20。根据梯形的定义，梯形是指两边互相平行两边不平行的四边形，其中平行的两边被称为底边，不平行的两边被称为腰边；梯形的底边中，较长的底边被称为下底，较短的底边被成为上底；梯形的两平行边之间的距离被成为高。本发明电极的布置方式是，任意两相邻梯形电极10都是按一梯形电极10的上底与另一梯形电极10的下底在一条直线上，一梯形电极10的下底与另一梯形电极10的上底在另一条直线上的方式布置，从而令所有梯形电极10按“齿咬合”的形式布置于所述触摸屏的触摸平面内。上述梯形电极10的布置方式也可以表述为，下底在同一直线上的一组电极之间的空隙中插入另一组下底在另一直线上的一组电极，两组电极互相咬合。或者表述为，一组正立的梯形电极之间间隙插入了一组倒立的梯形电极。所述各梯形电极10电连接触摸屏外设的数据处理模块30。

本发明所述梯形电极的布置，是沿平行于梯形两底边的单一方向布置电极，即在一维内布置电极。当触摸屏发生触碰动作的时候，沿平行于梯形电极两底边方向的电极，会根据手指的位置，产生不同的电容量的变化。在手指的正下方的电极，电容的变化量最大；远离手指的电极，电容的变化量小。由于相邻两个电极咬合在一起，且梯形电极之间呈倒立交叉状，手指触碰到某个地方的时候，相邻两个梯形电极在手指下方的面积不同，因而电容的变化量也就不同。

本发明第一实施例，如图1所示，梯形电极平行于两底边方向是水平方向，那么梯形电极的高的方向就是竖直方向。本发明可以利用相邻两个电极的电容变化的比例来判断沿梯形电极的高的方向的触摸位置。又如图1所示情况，如果触摸靠下，下底在下方的电极的电容变化量大，下底在上方的电极的电容变化量小。如果触摸靠上，下底在下方的电极的电容变化量小，下底在上方的电极的电容变化量小。如果触摸靠近中央，则下底在下方的电极的电容变化量和下底在上方的电极的电容变化量相当。沿平行于梯形电极两底边方向的触碰位置可以在平行于梯形电极两底边方向上把梯形电极的电容变化量进行加权平均，就计算出平行于梯形电极两底边方向的平均位置。由于电极不是矩形，因此可以把每一对相邻的梯形电极的电容变化相加，作为一条平行于梯形电极两底边方向的电容变化单元。把这些单元在平行于梯形电极两底边方向上进行加权平均，就可以比较准确的算出平行于梯形电极两底边方向的触摸坐标。在所述梯形电极10的底边设置有引出触片70，用以直接将所述梯形电极10贴合在电路板上，从而实现梯形电极10与触摸屏外设的数据处理模块30电连接。所述各梯形电极10的电连接方式包括贴合方式和引线方式。如果将所述梯形电极10直接贴合在电路板上，就是贴合方式；如果由所述引出触片70借助引出导线60，用以实现梯形电极10与触摸屏外设的数据处理模块30电连接，就是引线方式。所述引出导线60用金属或者透明导电材料制成。所述电路板包括印刷电路板PCB和柔性印刷电路板FPC，所述柔性印刷电路板FPC的英文全称是Flexible Printed Circuit。本发明第一实施例，如图1所示，每个梯形电极10有两根引出导线电连接至数据处理模块30，在本发明第一实施例中，就设置了八个梯形电极10，因此，有八对引出导线60电连接至数据处理模块30，标号P1，P2，......，P7，P8分别代表数据处理模块30的八个端口。本发明各实施例都用标识符号P1，P2，......表示数据处理模块30的端口。

本发明仅在一维空间内布置电极，就可以用实现侦测触碰动作，并在二维空间定位触碰动作中心位置坐标。在一维空间内布置电极，避免了电极之间的交叉情况，省去了现有技术设置在电极交叉部分的绝缘材料，而且在工艺上容易实现，降低了工艺难度和制造成本。

为减小梯形电极10之间间隙，确保触摸屏的侦测触摸动作灵敏度，显然，任意两相邻梯形电极10的相邻两腰边应当采用互相平行的结构设计，以确保尽量减小梯形电极10之间的间隙。

本发明第二实施例，如图2所示，在第一实施例的基础上，在所述梯形电极10之间的间隙还设置有哑电极50，该哑电极50都处于电悬空状态。电悬空状态是指所述哑电极50不与任何外设带电模块或者端口电连接。加入哑电极可以减弱梯形电极10之间的固定电场强度，增加容易受外界触摸影响的可变电场强度，从而提高触摸屏的有效电容率。

本发明第三实施例，如图3所示，为了进一步加强梯形电极之间的“啮合”程度，所述梯形电极10的两腰边都设置有凸齿11，该凸齿11沿平行于梯形电极10的上底和下底的方向向该梯形电极10外部延伸，在各凸齿11之间形成凹口12。任意两相邻梯形电极10中，一梯形电极10腰边的凸齿11伸入另一梯形电极腰边的凹口12之中，从而令相邻两梯形电极10的相邻腰边互相“啮合”。所述凸齿11的形状可以呈矩形、三角形或者梯形，本发明第三实施例，所述凸齿的形状呈梯形。所述凸齿11有利于增加相邻两梯形电极10之间的“啮合”程度，从而提高触摸屏对触摸动作的响应灵敏度。本发明第三实施例，梯形电极10平行于两底边方向是竖直方向，那么梯形电极的高的方向就是水平方向。

本发明第四实施例，如图4所示，提出一种交错布置电极的自电容触摸屏。所述下底在同一直线上的至少两梯形电极10电连接在同一节点后引出，从而将所有梯形电极10分成两组以上的梯形电极组40，并且令一组电极组40中的梯形电极10之间以“啮合”方式插入另一组电极组40中的梯形电极10。比较第三实施例和第四实施例，上述梯形电极组40结构在同样数量梯形电极的情况下，减少了引出线的数量，降低了成本，简化了数据处理过程；另外，虽然引出导线60数量减少，由于采用交错布置电极组40的结构，确保了触摸屏的触摸灵敏度。

本发明第五实施例，如图5所示，所述梯形电极10呈直角梯形状，即在梯形电极10的两腰边中有一腰边与上底边和下底边都垂直。如上所述，为提高梯形电极10的有效电容率，在本实施例中，在所述梯形电极10之间的间隙还设置有哑电极50，该哑电极50都处于电悬空状态。而且，本实施例中，所述触摸屏采用交错布置电极方式，十二个梯形电极10被分成四个梯形电极组40，每组梯形电极组40中的三个梯形电极10电连接在同一节点后引出，即每组电极组40各自电连接至触摸屏外设的数据处理模块30的相应的一个端口。本实施例中，所述梯形电极10仅在一个底边设置引出触片70，并由该引出触片70电连接引出导线60。比较第四实施例，本实施例的出线结构可以避免引出导线60的交叉，从而降低了为处理导线交叉而造成的出线设计难度，并降低了成本。

本发明第六实施例，如图6所示，与第五实施例的不同之处在于在梯形电极10的引出线方式上同时使用了贴合方式和引出线方式。如果单纯使用贴合方式，即梯形电极10的引出触片70直接贴合在电路板上，虽然可以完全解决引出导线60交叉问题，但成本较高。本发明第六实施例对电连接至数据处理模块30的P1和P3端口的梯形电极组40同时采用贴合方式和引出线方式，用引出导线60电连接三个梯形电极10，其中一梯形电极10的另一底边的引出触片70采用贴合工艺电连接在电路板上，用以实现梯形电极10与触摸屏外设的数据处理模块30电连接；对于电连接至数据处理模块30的P2和P4端口的梯形电极组40的各梯形电极10仅采用贴合方式直接电连接在触摸屏外设的数据处理模块30的端口上。本发明第六实施例采用单边出线结构，既解决的引出导线60交叉问题，也降低了梯形电极10出线工艺成本。

上述用于制造梯形电极10和引出导线的透明导电材料是氧化铟锡Indium Tin Oxide，简称ITO，或者是锑掺杂氧化锡Antimony Tin Oxide，简称ATO。

本发明还提出一种基于上述设置一维电极的自电容触摸屏的触碰位置坐标数据处理方法。如上所述，所述自电容触摸屏包括用导电材料制成的N个梯形电极10和正对所有梯形电极的等电势电极20。任意两相邻梯形电极10都是按一梯形电极10的上底与另一梯形电极10的下底在一条直线上，一梯形电极10的下底与另一梯形电极10的上底在另一条直线上的方式布置，从而令所有梯形电极10按“齿咬合”的形式布置在触摸屏的触摸平面内；所述各梯形电极10的两底边分别通过引出线电连接触摸屏外设的数据处理模块30。触碰位置坐标数据处理方法包括如下步骤，以本发明第二实施例的自电容触摸屏为例：

A.以梯形电极10高的方向为坐标轴方向，即水平方向，并选定坐标起点0和坐标终点X_MAX，假设在所述第二实施例中，梯形电极10的左侧底边所在之处为坐标起点0，梯形电极10的右侧底边所在之处为坐标终点，且坐标值是X_MAX。获取下底在坐标起点0位置的所有梯形电极因触碰造成的自电容变化量之和∑C_m，在所述第二实施例，下底在坐标起点0位置的梯形电极10的引出线标号是P1、P3、P5和P7，那么该四个电极的电容变化量就是C₁、C₃、C₅和C₇，因此对于所述第二实施例，∑C_m＝C₁+C₃+C₅+C₇。获取上底在坐标终点X_MAX位置的所有梯形电极因触碰造成的自电容变化量之和∑C_n，在所述第二实施例，下底在坐标终点X_MAX位置的梯形电极10的引出线标号是P2、P4、P6和P8，那么该四个电极的电容变化量就是C₂、C₄、C₆和C₈，因此对于所述第二实施例，∑C_n＝C₂₁+C₄+C₆+C₈；，从而，根据

$x=\frac{\mathrm{\Σ}{C}_m}{\mathrm{\Σ}{C}_n}\×X_{\mathrm{MAX}},$

得到触摸动作在沿梯形电极10高方向的坐标x；

B.以平行于梯形电极10两底的方向为坐标轴方向，在本发明第二实施例中，该坐标轴方向为竖直方向。选定坐标起点0，从坐标起点0位置沿坐标轴方向依次对N个梯形电极(10)编码，获取各梯形电极10因触碰动作而造成的自电容变化，得出N-1个每相邻两梯形电极10各自形成的自电容变化量之和D_i＝C_k+C_k+1，其中，k是各梯形电极10的编号，i是相邻梯形电极10对的编号，在它们的取值范围内满足i＝k；继而，根据

$y=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{D}_i\×i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{D}_i},$

得到触摸动作在沿平行于梯形电极10两底方向的坐标y；

C.将上述步骤得到的坐标数据(x，y)输出，该坐标数据(x，y)就是触碰动作在触摸平面内的平面直角坐标。

上述方法实现了将一维布置电极侦测的数据转换成二维坐标数据，简化了数据处理成本。

Claims (10)

1.一种设置一维电极的自电容触摸屏，其特征在于：

包括用导电材料制成的梯形电极(10)和正对所有梯形电极的等电势电极(20)；

任意两相邻梯形电极(10)都是按一梯形电极(10)的上底与另一梯形电极(10)的下底在一条直线上，一梯形电极(10)的下底与另一梯形电极(10)的上底在另一条直线上的方式布置，从而令所有梯形电极(10)按“齿咬合”的形式布置于所述触摸屏的触摸平面内；

所述各梯形电极(10)电连接触摸屏外设的数据处理模块(30)。

2.根据权利要求1所述的设置一维电极的自电容触摸屏，其特征在于：

在所述梯形电极(10)之间的间隙还设置有哑电极(50)，该哑电极(50)都处于电悬空状态。

3.根据权利要求1所述的设置一维电极的自电容触摸屏，其特征在于：

所述梯形电极(10)呈直角梯形状，即在梯形电极(10)的两腰边中有一腰边与上底边和下底边都垂直。

4.根据权利要求1或者3所述的设置一维电极的自电容触摸屏，其特征在于：

任意两相邻梯形电极(10)的相邻两腰边互相平行。

5.根据权利要求1所述的设置一维电极的自电容触摸屏，其特征在于：

所述梯形电极(10)的两腰边都设置有凸齿(11)，该凸齿(11)沿平行于梯形电极(10)的上底和下底的方向向该梯形电极(10)外部延伸，在各凸齿(11)之间形成凹口(12)；

任意两相邻梯形电极(10)中，一梯形电极(10)腰边的凸齿(11)伸入另一梯形电极腰边的凹口(12)之中，从而令相邻两梯形电极(10)的相邻腰边互相“啮合”。

6.根据权利要求5所述的设置一维电极的自电容触摸屏，其特征在于：

所述凸齿(11)的形状呈矩形、三角形或者梯形。

7.根据权利要求1、2或者5所述的设置一维电极的自电容触摸屏，其特征在于：

所述下底在同一直线上的至少两梯形电极(10)电连接在同一节点后引出，从而将所有梯形电极(10)分成两组以上的梯形电极组(40)，并且令一组梯形电极组(40)中的梯形电极(10)之间以“啮合”方式插入另一组梯形电极组(40)中的梯形电极(10)。

8.根据权利要求1所述的设置一维电极的自电容触摸屏，其特征在于：

在所述梯形电极(10)的底边设置有引出触片(70)，用以直接将所述梯形电极(10)贴合在电路板上，从而实现梯形电极(10)与触摸屏外设的数据处理模块(30)电连接；并且/或者，

由所述引出触片(70)借助引出导线(60)，用以实现梯形电极(10)与触摸屏外设的数据处理模块(30)电连接；所述引出导线(60)用金属或者透明导电材料制成。

9.根据权利要求1或者8所述的设置一维电极的自电容触摸屏，其特征在于：

所述透明导电材料是氧化铟锡Indium Tin Oxide，简称ITO，或者是锑掺杂氧化锡Antimony Tin Oxide，简称ATO。

10.一种基于设置一维电极的自电容触摸屏的触碰位置坐标数据处理方法，所述自电容触摸屏包括用导电材料制成的N个梯形电极(10)和正对所有梯形电极的等电势电极(20)；任意两相邻梯形电极(10)都是按一梯形电极(10)的上底与另一梯形电极(10)的下底在一条直线上，一梯形电极(10)的下底与另一梯形电极(10)的上底在另一条直线上的方式布置，从而令所有梯形电极(10)按“齿咬合”的形式布置在触摸屏的触摸平面内；所述各梯形电极(10)的两底边分别通过引出线电连接触摸屏外设的数据处理模块(30)；其特征在于所述方法包括如下步骤：

A.以梯形电极(10)高的方向为坐标轴方向，并选定坐标起点0和坐标终点X_MAX，获取下底在坐标起点0位置的所有梯形电极因触碰造成的自电容变化量之和∑C_m；获取上底在坐标终点X_MAX位置的所有梯形电极因触碰造成的自电容变化量之和∑C_n；，从而，根据

$x=\frac{\mathrm{\Σ}{C}_m}{\mathrm{\Σ}{C}_n}\×X_{\mathrm{MAX}},$ 得到触摸动作在沿梯形电极(10)高方向的坐标x；

B.以平行于梯形电极(10)两底的方向为坐标轴方向，并选定坐标起点0，从坐标起点0位置沿坐标轴方向依次对N个梯形电极(10)编码，获取各梯形电极(10)因触碰动作而造成的自电容变化，得出N-1个每相邻两梯形电极(10)各自形成的自电容变化量之和D_i＝C_k+C_k+1，其中，k是各梯形电极(10)的编号，i是相邻梯形电极(10)对的编号，在它们的取值范围内满足i＝k；继而，根据

$y=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{D}_i\×i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{D}_i},$

得到触摸动作在沿平行于梯形电极(10)两底方向的坐标y；

C.上述步骤得到的坐标数据(x，y)输出，就是触碰动作在触摸平面内的平面直角坐标。

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