CN101925872B - 具有分裂电极结构的触摸传感器板和设置有该电极结构的触摸传感器设备 - Google Patents

具有分裂电极结构的触摸传感器板和设置有该电极结构的触摸传感器设备 Download PDF

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Abstract

一种触摸传感器板，包括：多个感测电极，布置在基底的一个表面上；以及导线，连接至所述多个感测电极的每一个的一侧。每个感测电极包含：至少一个凸起部分和至少一个凹陷部分，所述凸起部分在与所述一侧相反的方向上突出，所述凹陷部分朝向所述一侧凹进。对于布置，所述感测电极的每一个的所述凸起部分插入到至少一个相邻感测电极的凹陷部分中。

Description

具有分裂电极结构的触摸传感器板和设置有该电极结构的触摸传感器设备
技术领域
本发明涉及具有单个电极层的触摸感测板和设置有该电极结构的触摸感测设备。
背景技术
触摸感测设备指如下输入设备，该输入设备用于感测用户在其上所触摸的位置，并识别与感测的触摸位置有关的信息作为输入信息，以执行对电子设备的一般控制，包括屏幕控制。触摸感测设备涵盖应用于笔记本计算机等中的触摸板、感测显示屏上的触摸的触摸屏等。
触摸感测设备包括其中感测信号由用户输入生成的触摸感测板和使用该感测信号来识别用户输入的触摸感测单元。根据感测信号的生成，触摸感测板分为如下种类：电阻膜型、电容型等。对于滑动型输入，电容型触摸感测板具有高的耐久性和适用性，并且电容型触摸感测板中，基于用户的触摸引起的电容的改变来探测触摸位置。因此，电容型触摸感测板的应用已经得到了逐渐的发展。
电容触摸感测板包括用于感测电容的改变的透明感测电极。透明电极由诸如氧化铟锡（ITO）的透明导电材料形成。常规地，透明感测电极形成为两层，两层中的一层用于探测触摸位置的X方向上的坐标，另一层用于探测触摸位置的Y方向上的坐标。然而，对于双层透明电极配置，存在有问题，诸如板的透明度减小、产能恶化以及就因为工艺增加而导致的成本提高。因此，已经进行了关于其中透明电极配置为单层，即所谓的单层结构，的电容触摸感测板的研究。
具有单层结构的触摸感测板是有利的，其具有简单的配置、提高的产能以及低成本。此外，由于其微小的厚度，此触摸感测板适合应用于超薄电子设备中。此外，由于高的透明度，触摸感测板能够提供清晰的显示。
然而，与常规双层结构相比，在布置多个透明电极方面，单层结构的触摸感测板具有小的自由度。因此，单层结构触摸感测板具有低的触摸位置探测精度。
发明内容
基于上述，本发明提供适用于触摸感测板的新颖的单层结构。
根据本发明的第一方面，提供了一种触摸感测板，包括：多个感测电极，布置在基底的表面上；以及多个导线，每一个导线对应连接至所述多个感测电极中的一个感测电极的一侧，其中，所述感测电极的每一个包含：至少一个凸起部分和至少一个凹陷部分，所述凸起部分朝与所述一侧相反的方向突出，所述凹陷部分朝向所述一侧凹进，其中，所述感测电极的每一个的所述凸起部分安置为插入到与其相邻的所述凹陷部分中。
根据本发明的第二方面，提供了一种具有单电极层的触摸感测板，包括形成所述电极层的多个感测电极，以及多个导线，每一个导线对应连接至所述多个感测电极中的一个感测电极，其中所述多个所述感测电极的至少一部分形成为具有锯状形状，并且所述多个所述感测电极的每一个通过其锯齿布置为与至少一个邻近的感测电极啮合。
根据本发明的第三方面，提供了一种触摸感测设备，包括：感测电极，布置在基底上以形成感测区域，并沿第一轴延伸；多个导线，每一个导线对应连接至所述多个感测电极中的一个感测电极；以及触摸感测单元，经由所述导线电连接至分别的感测电极；其中，所述感测电极的每一个在所述感测区域中划分成沿所述第一轴延伸的多个子电极，以及其中，划分别的感测电极的至少一个子电极安置于划分所述感测电极的所述多个子电极之间。
根据本发明的实施例，感测位置的计算误差被最小化以提高探测精度。因此，改善了触摸输入的线性。
附图说明
从结合附图给出的实施例的以下描述，本发明的目的和特征将变得明显，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的触摸屏的布置的示意性平面视图；
图2是详细描述图1中所示的感测电极的形状和布置的视图；
图3示出了图1中所示的触摸屏的横截面视图；
图4示例了根据本发明的实施例，在用户手指触摸在触摸屏上时，引起的电容的改变；
图5和6是示例使用图1中所示的触摸屏计算触摸位置的程序的视图；以及
图7和8是用于解释根据本发明的实施例，触摸位置的探测精度得到提高的效果的视图。
具体实施方式
以下，将参照于此形成一部分的附图详细描述实施例。相同或对应的部件使用相同的参考数字表示，并省略重复的描述。
图1示出了根据本发明的实施例的触摸感测板的布置的示意性平面视图；以及图2是详细描述图1中所示的感测电极111和112的形状和布置的视图。此外，图3示出了沿图1中所示的A-A’线取得的横截面视图。如附图中所示，以下将侧向方向描述为X方向，将竖直方向描述为Y方向，将厚度方向描述为Z方向。
参照图1，分别的感测电极111和112在触摸感测板的每侧连接至导线130。感测电极111和112包括：一个或多个凸起部分113，该凸起部分在感测区域124中从连接至导线130的一个边朝向相对的边延伸；以及一个或多个凹陷部分114，该凹陷部分朝向它们对应的一个边凹进。感测电极111和112的凸起部分113安置于感测电极111和112的凹陷部分114之间。
在本发明的一个实施例中，通过将一对感测电极111和112中的一个感测电极的凸起部分113安置于该对感测电极中的另一感测电极的凹陷部分114中，该对感测电极形成矩形形状。
如图3中所示，本发明的触摸感测板可以联接至设置在电子设备中的显示屏的前表面处的基底120的后表面上。在触摸感测板联接到显示屏上的情况下，基底120包括：透明感测区域124，其上安置有感测电极111和112；显示框（bezel）的不透明的框区122。基底120可以是电子设备的外壳结构的一部分，并且由透明材料形成，诸如丙烯、钢化玻璃等，具有一致厚度和电容率。可以通过在基底120的后表面上沉积或印刷或涂覆颜料来形成框区122。
在基底120的后表面上，感测电极对111和112在左边和右边沿X方向延伸，形成梳状或锯状图案，该感测电极对沿Y方向在多个位置重复布置。每个感测电极对111和112布置成使得该对感测电极的两个斜边彼此相对，其中，在感测电极对中具有最大宽度的近端侧经由导线130分别连接至触摸感测电路140的感测通道。
参照图2，左侧的感测电极111包括沿X方向延伸的三个平行凸起部分113。在每个凸起部分113之间，凹陷部分114形成为感测电极111中的凹进区域。右侧的感测电极112也包括与左侧的感测电极相同的配置。此外，两个感测电极111和112布置成使得凸起部分113交替地安置于它们的相对的感测电极的凹陷部分114中，即锯齿彼此啮合。从而，两个感测电极111和112的安置形成了矩形形状的感测区域。
凸起部分113具有锥形形状，其中，其宽度沿其延伸方向逐渐降低，其宽度比其延伸长度小。该配置使得能够计算触摸位置的X方向坐标，后面将对此进行描述。
在触摸感测板联接至电子设备的显示屏的情况下，上述感测电极111和112由膜类型的透明导电材料形成，透明导电材料诸如是ITO、IZO、ZnO等，可以通过使用光刻等对施加于透明膜115的表面上的透明导电材料进行构图来制造该电极。接下来，可以通过使用丝网印刷法在具有构图的感测电极111和112的透明膜115上印刷诸如银（Ag）等的导电金属材料来形成导线130。如图3中所示，然后将具有感测电极111和112以及形成于其上的导线130的透明膜115层叠于基底120的后表面上。虽然图3中没有具体示出，可以使用诸如OCA（光学透明粘合剂）的胶来层叠透明膜115。
经由导线130电连接至感测电极111和112的每一个的触摸感测电路140感测用户在基底120的感测区域124上的触摸引起的电容改变。如图4中所示，当人体的部分，例如指尖，触摸感测区域124的某个位置时，由形成于基底120的厚度方向（Z方向）上的电容Ct和与电容Ct串联连接至地的人体电容Cb引起电容改变，其是基于以下电容器模型：在对应的位置触摸的感测电极111和112用作两个电极板，且基底120和透明基底115用作电介质材料。对应于电容改变的电改变由设置有电路的触摸感测电路140感测。
坐标计算部分150基于触摸感测电路140获得的表示电容改变的数据来计算触摸位置的X方向和Y方向坐标。优选地，以IC（集成电路）来实施触摸感测电路140和坐标计算部分150，并将它们安装于诸如FPCB（柔性印刷电路板）等的柔性板上。通过粘结（bonding），安装有IC的柔性板电连接至形成于基底120的后表面上的导线。可应用的粘结方法包括使用诸如ACF（各向异性导电膜）的膜的粘结方法。如果通过单独形成触摸感测设备的要安装于刚性基底120上的部分和触摸感测设备的要安装于柔性基底上的部分，并然后通过使用粘结方法将它们相连，来组装触摸感测设备，则增强将触摸感测设备组装至各种类型的电子设备的有效性是可能的。
图5和6是详细示例通过感测用户的触摸引起的电容改变来计算触摸位置的X方向和Y方向的坐标的过程的视图。如图5中所示，触摸感测电路140集中于由号码0至15表示的十六个单独的感测通道上。触摸感测电路140感测从感测通道获得的每个感测电极111和112中的电容改变。
图5示出的状态是，用户的一部分，例如指尖，触摸基底120上的感测电极，并从而感测通道5、6、13和14通过该触摸彼此连接。接触区域50由阴影圆表示。以下，为方便，数字指定给感测电极111和112的逐个感测通道以指引分别的感测通道。
图6示出了触摸感测电路140获得的表示针对每个感测通道的触摸信号的强度的曲线图。作为参考，触摸信号为反映电容改变量的信号，其中，去除了诸如环境噪声、人体的触摸导致的基底120的温度的升高引起的电容改变等的影响。触摸信号可以由模拟电压或数字值来表示，并且触摸信号的强度表示模拟电压的幅度或数字值的幅度。
参照图6，针对包括在接触区域50中的感测电极5、6、13和14测得的触摸信号的强度总体具有与接触区域50在感测电极中所限定的部分的面积成比例的趋势。这是因为，归因于电容和人体电容Cb也与接触面积成比例增长的特性，触摸形成的电容Ct与接触面积成比例。
此外，如图6中所示，也可以感测无直接接触的邻近通道5、6、13和14的感测通道3、4、7和15中的感测电极的电容改变。邻近的通道感测的电容改变可以由在接触区域50周围生成的电场的边缘效应分量和人体的接近引起。然而，随着离发生直接接触的通道5、6、13和14的感测电极的距离变得越远，电容改变越小。此外，与在其右端部连接至导线130的通道15中的电容改变相比，发现在其左端部连接至导线130的通道4和7处的电容改变相对大，左端部更靠近接触区域50。这是因为，在与导线130连接的一个端部，感测电极111和112的凸起部分113的宽度比另一个端部的大，形成了较宽的接触区域。
以下，将描述基于上述触摸感测信号的强度的数据计算X方向和Y方向的坐标的程序。可以施行两种不同模式计算两个位置坐标，以下将对其进行详细描述。
首先，如下描述计算触摸位置的X方向坐标的计算。坐标计算部分150计算从感测电极111的通道0至7获得的触摸信号的强度和从感测电极112的通道8至15获得的触摸信号的强度之间的比率，感测电极111在其左端部连接至导线130，感测电极112在其右端部连接至导线130。通过计算获得的比率被感测区域124的侧向长度相乘，产生从最小值0到等于感测区域124的侧向长度的最大值的范围中变化的坐标值。
从通道0至7获得的触摸信号的总强度和从通道8至15获得的触摸信号的总强度用于计算中。然而，为了去除来自诸如环境噪声、手指触摸时手掌接近基底120等的影响，可以采用专门从例如通道5、6、13和14获得的具有大于预定阈值的触摸信号强度的数据进行计算。
接下来，如下描述触摸位置的Y方向坐标的计算。通过对感测电极111和112的Y方向上的中心位置获得加权平均值来计算通道上的触摸位置的Y方向坐标，其中，权重为从对应通道获得的触摸信号的强度。设定‘D’为两相邻电极111和112之间的间距，例如相邻电极0和1，或相邻电极8和9，通道0至7的Y方向上的中心位置由（n＋0.5）×D表示。类似地，通道8至15的Y方向上的中心位置由（n－8＋0.5）×D表示。参考数字‘n’表示感测电极111和112的感测通道的数量。
如上述，通过包括简单的平均计算或加权平均计算的非常简单的算法来实施触摸位置的X和Y方向的坐标的计算方法。因此，可能容易地实施触摸板，无需许多运算资源和储存空间，并能够实现快速的坐标计算。此外，根据以上方法，甚至仅几个感测电极也能够识别触摸位置的X和Y方向的坐标。
图1和5示出了感测电极111和112的每一个的凸起部分113的宽度沿其侧向方向线性减小。然而，感测电极111和112的形状不限于示例实施例的情况，并且如果需要，其可以配置为各种形状。
图7和8描述了通过上述感测电极111和112的形状和布置来增强探测触摸位置的精度的原理。图7示出了感测电极111和112配置为具有简单的三角形形状而不具有凸起部分113和凹陷部分114的范例。在图7中所示的本发明的范例中，两个感测电极111和112平行限定。这里，在如图7中所示的感测电极111和112中，假定手指触摸具有相同的X方向坐标的三个位置51、52和53，触摸位置51的探测的坐标的读数向左侧偏离，因为相对于触摸位置51，感测电极111左边的占据的区域宽。由于相同原因，触摸位置52的探测的坐标的读数向右侧偏离。因此，要不是使用具有根据本发明的实施例的配置的感测电极111和112，会存在问题，因为Y方向坐标和触摸区域能够对触摸位置的探测的X方向坐标有影响。
相反，如图8中所示，根据本发明的感测电极111和112的形状和布置，触摸位置的探测的X方向坐标受到Y方向坐标的最小影响，本发明的感测电极111和112的每一个包括多个单独的凸起部分113和凹陷部分114。因此，提高了探测X方向坐标的精度。
此外，如图8中所示，感测电极111和112的每一个分裂成多个子电极，但是它们彼此电连接，并且从而导线130的数量与图7中的相同。因此，通过保持（remaining）框区122的宽度，能够精确地探测触摸位置。
考虑手指的最小触摸面积，图2中所示的凸起部分113的最大宽度W优选地设计为等于或小于5mm。此外，两个感测电极111和112之间的空间可以不小于100μm，优选地，不小于200μm，以便不增大两个感测电极111和112之间的寄生电容。
以上已经示出和描述了可应用于具有单层结构的触摸感测板的感测电极111和112的形状和布置。建议的形状和结构主要应用于对布置感测电极111和112具有小的自由度的单层结构的触摸感测板，但是也可以应用于设置在具有多层结构的触摸感测板中的每一层上的感测电极。在此情况下，能够获得如本发明中所得到的那些相同效果。
即使以上描述了感测电极111和112形成为在X方向延伸的实施例，但是也可能配置成使得感测电极111和112形成为在Y方向延伸并布置在X方向上的多个位置。
根据本发明的实施例，当感测电极111和112基本由透明导电材料形成时，能够将根据本发明的实施例的触摸感测板视为触摸屏。此外，应理解，根据本发明的实施例的电极结构也能够应用于常规触摸感测设备，而不管感测电极111和112的材料，诸如触摸板、触摸键区等。
虽然已经针对实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应理解，可以不脱离如以下权利要求所限定的本发明的范围进行各种改变和修改。

Claims (18)

1.一种触摸感测板，包括：
多个感测电极，布置在基底的表面上；以及
多个导线，每一个导线对应连接至所述多个感测电极中的一个感测电极的一侧，
其中所述感测电极的每一个包含：
至少一个凸起部分和至少一个凹陷部分，所述凸起部分从所述一侧朝向与所述一侧方向相反的另一侧延伸，所述凹陷部分朝向所述一侧凹进；以及
其中，所述感测电极的每一个的所述凸起部分安置为插入到与其相邻的相对感测电极的所述凹陷部分中。
2.如权利要求1所述的触摸感测板，其中，所述多个感测电极形成单个电极层。
3.如权利要求1所述的触摸感测板，其中，所述凸起部分的宽度从所述一侧朝向所述另一侧逐渐减小，且所述凹陷部分的宽度朝向所述一侧逐渐减小。
4.如权利要求1所述的触摸感测板，其中，具有形成于其上的所述感测电极的所述基底联接至电子设备的显示窗口。
5.如权利要求1所述的触摸感测板，其中，每个感测电极由透明导电材料形成。
6.如权利要求1所述的触摸感测板，其中，彼此相邻的两个感测电极形成矩形形状的区域，使得其凹陷部分和所述凸起部分交叉。
7.如权利要求1所述的触摸感测板，其中，每个感测电极包括多个所述凹陷部分，且所述多个所述凹陷部分设置为平行面对相同方向。
8.一种具有单层电极的触摸感测板，包括：
多个感测电极，形成所述单层电极；以及
多个导线，每一个导线对应连接至所述多个感测电极中的一个感测电极，
其中所述多个所述感测电极的至少一部分形成为锯状形状，并且所述多个所述感测电极的每一个布置为通过其锯齿与至少一个邻近的感测电极啮合。
9.如权利要求8所述的触摸感测板，其中，所述锯齿在凹陷方向上的长度大于所述锯齿的宽度。
10.如权利要求8所述的触摸感测板，其中所述锯齿的宽度不大于5mm。
11.如权利要求8所述的触摸感测板，其中，彼此相邻的两个感测电极形成矩形形状的区域，使得其所述锯齿啮合。
12.如权利要求8所述的触摸感测板，其中，布置为通过其所述锯齿彼此啮合的两个相邻的感测电极之间的间距不小于100μm。
13.一种触摸感测设备，包括：
感测电极，布置在基底的表面上以形成感测区域，每个感测电极沿第一轴延伸；
多个导线，每一个导线对应连接至所述多个感测电极中的一个感测电极；以及
触摸感测单元，经由所述导线电连接至所述感测电极；
其中，所述感测电极的每一个在所述感测区域中划分成沿所述第一轴延伸的多个子电极，以及
其中，所述感测电极中的至少一个子电极安置于所述多个子电极之间，划分别的感测电极。
14.如权利要求13所述的触摸感测设备，其中，所述触摸感测单元利用由触摸导致在所述感测电极中生成的电容的改变来感测所述触摸。
15.如权利要求13所述的触摸感测设备，其中，所述触摸感测单元基于彼此不同的所述感测电极中的两个或更多个子电极中生成的电容的改变来感测触摸输入。
16.如权利要求13所述的触摸感测设备，其中，所述子电极的宽度不超过5mm。
17.如权利要求13所述的触摸感测设备，其中，彼此面对的所述感测电极之间的间距不小于100μm。
18.如权利要求13所述的触摸感测设备，其中，所述多个所述子电极中的一些的宽度沿所述第一轴的方向减小，且所述多个所述子电极中的其余子电极的宽度沿所述第一轴的方向增大。
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