CN101950229B - 菱形结构电容触摸屏传感器的电阻确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种菱形结构电容触摸屏传感器的电阻确定方法，用于电容触摸屏的设计开发。本发明方法将每一个传感器等效为若干相同的电阻单元串联，每一个电阻单元由两个相同的等腰梯形电阻通过一个矩形电阻串联而成；分别计算等腰梯形电阻及矩形电阻；然后将传感器中所有的等腰梯形电阻值及矩形电阻值相加，得到传感器的电阻。相比现有技术，本发明方法不需要预先制作样品，通过简单计算即可得到菱形结构电容触摸屏传感器的电阻，节省了设计开发的时间，降低了设计成本，对菱形结构电容触摸屏的设计开发具有重要意义。

Description

菱形结构电容触摸屏传感器的电阻确定方法

技术领域

本发明涉及触摸屏设计方法，特别是涉及一种菱形结构电容触摸屏传感器的电阻确定方法。 

背景技术

触摸屏是平板显示领域的重要元器件及组成部分。目前的触摸屏主要包括电阻触摸屏、电容触摸屏、红外线触摸屏以及表面声波触摸屏，其中电容式触摸屏的原理是通过人体感应的电容的变化来检测触摸点的位置坐标，通过不同的检测方法和算法实现检测多点触摸位置。相比较最常见的电阻触摸屏，电容式触摸屏有其明显的优势：1、可以实现多点触摸；2、可以使用钢化玻璃做表面，外观美观，坚固耐用，使用寿命长。因此，电容触摸屏已得到越来越多的应用，例如，iPhone手机、黑莓手机等均采用电容触摸屏。 

电容触摸屏的结构分上下两层，上下两层分别是一层PET上面镀了一层导电材料，此导电材料是ITO(铟锡氧化物)，它就是电容触摸屏的工作面。在实际制造过程中需要通过蚀刻的方法将ITO层按照一定的图形设计，例如菱形结构、三角形结构、六边形结构、梯形结构等，多余的部分蚀刻掉。目前大多数电容电容触摸屏均采用菱形结构。在菱形结构中，由若干个菱形组成的每一长条ITO层称作一个传感器(sensor)，每个传感器对应着驱动芯片上的一个I/O口。由于驱动芯片上的每个I/O口的最大驱动能力是确定的，即每一个I/O口所支持的传感器的电阻必须小于某一数值，例如，CYPRESS公司生产的型号为CY8C21434的芯片，要求每个I/O口支持的传感器的电阻值必须小于10K欧姆，因此，在设计开发电容触摸屏时，为了保证触摸屏能正常工作，必须要确保传感器的电阻满足所使用芯片的要求。而如何确定电容触摸屏菱形传感器的电阻也就成为设计开发中的一个关键问题。现有的做法是按照初步的设计先制样，然后实际测量样品上每个传感器的电阻，很显然，这样的做法耗时长、成本高，无法满足设计开发的时效性和低成本要求。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种电容触摸屏菱形传感器的电阻确定方法，克服现有方法耗时长、成本高的不足。 

本发明的思路是利用ITO层厚度均匀，其单位面积的电阻为一确定值的特点，将每个传感器等效为串联的若干具有固定结构的电阻，通过计算各具有固定结构的电阻的电阻值，即可根据电阻串联的基本计算公式得到传感器的电阻。具体的说，本发明的目的通过如下技术方案实现： 

一种菱形结构电容触摸屏传感器的电阻确定方法，其特征在于，将每一个传感器等效为n个相同的电阻单元串联，每一个电阻单元由两个相同的等腰梯形电阻通过一个矩形电阻串联而成；分别计算等腰梯形电阻及矩形电阻；然后将传感器中所有的等腰梯形电阻值及矩形电阻值相加，得到传感器的电阻；其中，n为一个传感器中包含的电阻单元的个数。 

上述技术方案中，矩形电阻的电阻值可根据现有技术很容易的得到： 

$R_b=R_0\frac{l}{w}$

上式中，R_b表示矩形电阻的电阻值，R₀为铟锡氧化物层的面电阻，l为矩形电阻与测试电流方向平行的边的边长，w为矩形电阻与测试电流方向垂直的边的边长。 

等腰梯形电阻的电阻值可按照如下方法推导得到： 

每一个等腰梯形电阻均可等效为两个相同的直角梯形电阻并联；假定直角梯形电阻的高为b，上底边长为a，下底边长为c，直角梯形所在直角三角形的高为h；以直角梯形两直角边交点为原点，直角梯形的高方向为Y轴，直角梯形下底边为X轴，建立直角坐标系；根据微积分原理及电阻计算公式，可知该直角梯形电阻可等效为沿Y轴方向若干长度为dy，宽度为 的微小矩形电阻串联而成，每一个微小矩形电阻的电阻值为 

进行积分可得到直角梯形电阻R_t，具体推导过程如下： 

$R_t={\∫}_0^b\frac{R_0\mathrm{dy}}{x}$

$\⇒R_t={\∫}_0^b\frac{R_0\mathrm{dy}}{-\frac{c}{h}y+c}$

$\⇒R_t={\∫}_0^b\frac{-\frac{h}{c}{R}_0\mathrm{dy}}{y-h}$

$\⇒R_t={\∫}_0^b\frac{-\frac{h{R}_0}{c}d(y-h)}{y-h}$

$\⇒R_t=-\frac{h}{c}{R}_0\ln (y-h){|}_0^b$

$\⇒R_t=-\frac{h}{c}{R}_0\ln (b-h)+\frac{h}{c}{R}_0\ln (-h)$

$\⇒R_t=\frac{h}{c}{R}_0\ln \left(\frac{-h}{b-h}\right)$

$\⇒R_t=\frac{h}{c}{R}_0\ln \left(\frac{h}{h-b}\right)$

根据并联电阻计算公式，可知等腰梯形电阻为R_t/2， 

根据串联电阻计算公式，将传感器中所有的等腰梯形电阻值及矩形电阻值相加，即可得到传感器的电阻。 

本发明方法不需要预先制作样品，通过简单计算即可得到菱形结构电容触摸屏传感器的电阻，节省了设计开发的时间，降低了设计成本，对菱形结构电容触摸屏的设计开发具有重要意义。 

附图说明

图1为菱形结构电容触摸屏的结构示意图； 

图2为菱形结构电容触摸屏中一个传感器的结构示意图； 

图3为本发明方法确定菱形结构电容触摸屏传感器电阻时的等效电路图； 

图4a为本发明方法确定菱形结构电容触摸屏中传感器电阻时一个电阻单元的结构示意图，

图4b为电阻单元中矩形电阻结构示意图， 

图4c为电阻单元中一个等腰梯形电阻结构示意图， 

图4d为直角梯形电阻结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明： 

附图1是菱形结构电容触摸屏的结构示意图，其中一行或一列若干个菱形组成的每一长条ITO层是一个传感器，其结构如附图2所示，其中虚线框出部分即为一个电阻单元。每一个传感器的等效电路如附图3所示，虚线框内为一个电阻单元，整个传感器的电阻由n个相同的电阻单元串联而成；每一个电阻单元如附图4所示，由两个相同的等腰梯形电阻R_a通过一个矩形电阻R_b串联而成；。 

矩形电阻R_b可通过下式计算得到： 

$R_b=\frac{l}{w}{R}_0$

其中，l为矩形电阻与测试电流方向平行的边的边长，w为矩形电阻与测试电流方向垂直的边的边长同时也是等腰梯形电阻的上底边长，R₀为铟锡氧化物层的面电阻； 

等腰梯形电阻R_a可等效为两个相同的直角梯形电阻R_t并联，根据上述推导得到的直角梯形电阻计算公式及并联电阻计算公式，可得等腰梯形电阻R_a的计算公式： 

$R_a=\frac{R_t}{2}=\frac{h}{2c}{R}_0\ln \left(\frac{h}{h-b}\right)$

其中，b为直角梯形的高，c为直角梯形的下底边长，h为直角梯形所在的三角形的高，R₀为铟锡氧化物层的面电阻； 

根据串联电阻计算公式可得每一个传感器的电阻R_s： 

$R_s=n(2R_a+R_b)=n{R}_0[\frac{h}{c}\ln \left(\frac{h}{h-b}\right)+\frac{l}{w}]$

其中，b为直角梯形的高，c为直角梯形的下底边长，h为直角梯形所在的三角形的高，R₀为铟锡氧化物层的面电阻，l为矩形电阻与测试电流方向平行的边的边长，w 为矩形电阻与测试电流方向垂直的边的边长，n为一个传感器中包含的电阻单元的个数。 

上述铟锡氧化物层的面电阻R₀通常由供应商给出或实际测量得到，实际测量时可使用类似MCP-T610面电阻测试仪的仪器，采用四针电极测量法，参照日本标准JIS K7194测量得到。 

为了验证本发明方法的有效性，任意取一个菱形结构电容触摸屏分别用本发明方法和传统方法确定传感器电阻；该菱形结构电容触摸屏共包含16个相同的传感器， 

采用本发明方法得到上述菱形结构电容触摸屏传感器的电阻为8.3KΩ；而使用传统方法分别实际测量得到各传感器电阻为：8.35、8.32、8.53、8.34、8.39、8.39、8.22、8.28、8.38、8.42、8.44、8.11、8.59、8.22、8.45、8.55(单位均为KΩ)； 

从上述实验数据可以看出，采用本发明方法得到的菱形结构电容触摸屏传感器的电阻与实际测量得到的电阻基本吻合，而两者之间存在的细小差异是由于对铟锡氧化物层进行蚀刻过程中菱形结构的尺寸之间存在误差导致。 

综上所述，本发明方法利用铟锡氧化物层厚度均匀，其单位面积的电阻为一确定值的特点，将每一个传感器等效为若干相同的电阻单元串联，每一个电阻单元由两个相同的等腰梯形电阻通过一个矩形电阻串联而成；分别计算等腰梯形电阻及矩形电阻；然后将传感器中所有的等腰梯形电阻值及矩形电阻值相加，得到传感器的电阻。采用本发明方法可以方便、准确的确定菱形结构电容触摸屏传感器的电阻，相比现有技术，本发明方法可以大幅提高电容触摸屏设计开发的时效性，降低开发成本。 

此外，如果在设计开发过程中，驱动芯片型号确定的情况下，利用本发明方法也有助于确定满足该驱动芯片I/O口最大支持能力要求的菱形结构。 

Claims (2)

1.一种菱形结构电容触摸屏传感器的电阻确定方法，其特征在于，将每一个传感器等效为n个相同的电阻单元串联，每一个电阻单元由两个相同的等腰梯形电阻通过一个矩形电阻串联而成；分别计算等腰梯形电阻及矩形电阻；然后将传感器中所有的等腰梯形电阻值及矩形电阻值相加，得到传感器的电阻；其中，n为所述每一个传感器中包含的上述电阻单元的个数。

2.如权利要求1所述菱形结构电容触摸屏传感器的电阻确定方法，其特征在于，计算所述等腰梯形电阻时，将等腰梯形电阻等效为两个相同的直角梯形电阻并联；每个直角梯形电阻通过以下公式计算：

$R_t=\frac{h}{c}{R}_0\ln \left(\frac{h}{h-b}\right),$

其中，R_t为直角梯形电阻值，b为直角梯形的高，c为直角梯形的下底边长，h为直角梯形所在的三角形的高，R₀为铟锡氧化物层的面电阻。

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