CN102150109A - 高灵敏度数字系统的电容触摸面板装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高灵敏度数字系统的电容触摸面板装置。根据本发明的高灵敏度数字系统的电容触摸面板装置包括：基板；显示区，形成在基板的中心处，用于显示图像；无源区，沿着显示区的外围形成，并延伸到基板的端部，该无源区安装有多个信号传输线电极；两对位置感测主传感器电极，以二维方式布置在显示区中，用于显示坐标；多个桥电极，插入在两对位置感测主传感器电极之间，使得两对位置感测主传感器电极在每个方向上电连接；外部端子单元，电连接到多个信号传输线电极的端部，该多个信号传输线电极的另外的端部连接到两对位置感测主传感器电极；以及位置感测副电极，电连接到两对位置感测主传感器电极中的每个，并被布置在与连接桥电极的方向不相同的方向上。由此，本发明可以在不增加输入/输出信号传输线电极的数量的情况下应用于大尺寸触摸面板装置中，同时可以在触摸面板设备中感测精确的坐标位置。因此，本发明由于在相同数量的位置感测主传感器电极的条件下减少了信号传输线电极的数量而节省了空间，由此提供了具有重量轻且尺寸小的优点的数字系统的电容触摸面板装置。

Description

高灵敏度数字系统的电容触摸面板装置

技术领域

本公开涉及一种高灵敏度数字电容触摸面板装置，更具体地，涉及一种轻的、紧凑的且高灵敏度的数字电容触摸面板装置，其可以在不增加输入/输出信号传输线电极的数量的情况下应用于大规模触摸面板，并且能够在应用于相同尺寸的触摸面板时精确地检测触摸点的坐标，由此通过减少包括相同数量的主位置传感器电极的触摸面板中的输入/输出信号传输线电极的数量来节省触摸面板中的空间。

背景技术

随着图形用户接口(GUI)系统的开发和不断普及，具有简单的输入结构的触摸面板得到了广泛使用。触摸面板包括电阻膜型、电容型、光学传感器型、超声波型、电磁型、矢量力型等。

这些触摸面板具有各种缺点，不适合于某些应用。

当插入在两个基板之间的导电透明膜被触摸时，电阻膜触摸面板感测到触摸。电阻膜触摸面板与任何其它的触摸面板相比可能更容易实现，并且具有高性能。然而，电阻膜触摸面板具有低的机械强度和耐候性。

当光学输出元件和光学输入元件之间的光学路径被阻隔时，光学传感器触摸面板操作用于检测位置。然而，光学传感器触摸面板受到光的影响。

当声波生成元件和声波接收元件之间的声波路径被阻隔时，超声波触摸面板操作用于检测位置。然而，超声波触摸面板易受噪声影响。

电磁触摸面板基于法拉第感应定律，并且操作用于通过计算在坐标位置处在线圈中流动的电流的量来确定坐标。需要专用的笔来施加交流电流以操作电磁触摸面板。

电容触摸面板基于在手指接触传感器电极时发生的电容的变化来感测触摸。电容触摸面板易受噪声影响。然而，如果使用合适的保护层，则这种类型的触摸面板可以具有高耐候性和高机械强度。

电容触摸面板被分类为模拟型和数字型。图1示出了传统的模拟电极结构，图2示出了传统的数字电极结构。

参考图1和2，模拟电极结构使用片式传感器电极10，并且在感测区域内不需要电极的图案，而数字电极结构在感测区域内使用传感器电极20的图案。模拟电极结构和数字电极结构均包括具有特定介电常数的保护层(未示出)，以保护传感器电极10或20免受外部环境损害。

当交流电流信号被施加到传感器电极10或20时，电极结构可以通过计算流过可作为接地部件的导体的手指的电流的量来检测位置。或者，当交流电流信号被施加到成对电极中的一个电极时，电极结构可以通过检测被手指改变的电容来检测位置。

在图1的模拟电极结构中，基于在四个角处测量的流过手指的电流的量来确定位置的坐标。由于存在向触摸面板的传感器电极10传输电信号的四个引线电极12，因此，尽管触摸面板的屏幕的尺寸增加，但是引线电极12被置于的区域的宽度并未显著增加。因此，模拟电极结构允许将大规模面板的重量和厚度减小得更轻和更薄。然而，由于电流的量被计算作为相对值，因此电路控制器复杂且易受外部噪声影响。

此外，如果存在多个接触点，则由于接触点被识别为这些接触点的中点，因此难以实现多点触摸功能。

虽然数字电极结构也易受外部噪声影响，但是数字电极结构可以避免由于温度、湿度、电阻等的变化所导致的初始值的变化而引起的接触点的变化。

图3和4更详细地示出了数字电极结构。也就是说，图3和4分别示出了布置在X轴和Y轴上的传统数字电极结构。

参考图3和4，在基板30上形成位置传感器电极31、41和信号传输桥电极32、42。

图5是沿着图2的线B-B’截取的横截面视图。

参考图5，传感器电极20不连续地布置在基板21的上侧和下侧，并被覆盖有保护层30以保护该传感器电极免受外力损害。

与模拟电极结构不同，当对其中传感器电极20相互连接的X轴和Y轴网格施加交流电流信号时，数字电极结构测量在X轴和Y轴上流过手指的触摸点的电流的变化，并识别呈现最大的电流变化的点的位置，作为手指的接触位置。

数字电极结构使用流过寄生电容器C1、C2、C3(参见图5)的交流电流信号来计算触摸点的坐标。为了获得触摸位置的精确坐标，每单位面积必须布置预定数量或更多的位置传感器电极20。接下来，详细描述用于识别触摸点的精确坐标的机制。

图6是示出了根据相关技术的小尺寸数字电极结构的电容耦合特性的图。

参考图6，由于存在足够密度的传送与手指之间的信号的位置传感器电极，因此可以获得触摸点的精确坐标。为了在计算触摸坐标时使用从不连续的传感器电极获得的信号，可以用归一化的高斯曲线表示来自每个传感器电极的信号。在这种情况下，可以将具有使用以下高斯函数获得的最大值的点设置为手指触摸的点的位置坐标：在电极之间不存在信号电平的区域中近似的高斯函数。

然而，与小尺寸数字电极结构不同，如图7所示，由于不能获得至少两个电极信号，因此大规模数字电极结构可能不使用高斯函数。图7是示出传统大规模数字电极结构的电容耦合特性的图。

即使在大规模数字电极结构中，用于信号传输线电极的无源区(inactive area)与小尺寸数字电极结构相比在宽度上也并不显著增加。通常，触摸面板的无源区被设计为几乎与液晶显示器的电极设计裕度(即，非观看区域)相同。液晶显示器的非观看区域被设计为具有2至3mm的宽度，而不管液晶显示器的尺寸如何。

由于信号传输线电极的尺寸或数量受到无源区的宽度的影响，因此，与小尺寸数字电极结构相比，设置在显示区中的位置传感器电极的数量不能增加。

因此，由于传感器电极之间的距离被加宽，因此每个传感器电极的面积也增加。在这种情况下，手指和传感器电极之间的增大的寄生电容导致了增大的耦合。然而，将与手指进行电容耦合的传感器电极的数量不能增加。

如果将与手指进行电容耦合的传感器电极的面积被增加到预定值或更大，则难以感测手指的轻微移动。因此，传感器电极的尺寸必须被确定为使得在使用手指对触摸面板进行触摸时在接触区域内存在至少两个X轴传感器电极和Y轴传感器电极。也就是说，由于大规模数字电极结构不能精确地检测触摸坐标，因此大规模数字电极结构可应用于的显示装置的尺寸受到限制。

发明内容

[技术问题]

本公开旨在提供一种轻的、紧凑的且高灵敏度的数字电容触摸面板装置，其可以在不增加信号传输线电极的数量的情况下应用于大规模触摸面板，并且能够在应用于相同尺寸的触摸面板时精确地检测触摸点的坐标，由此通过减少包括相同数量的主位置传感器电极的触摸面板中的输入/输出信号传输线电极的数量来节省触摸面板的空间。

[技术方案]

根据一个方面，一种高灵敏度数字电容触摸面板装置包括：基板；显示区，形成在基板的中心区域上，用于显示图像；无源区，沿着显示区的外围形成，并延伸到基板的端部，在该无源区上安装有多个信号传输线电极；两对主位置传感器电极，以二维方式布置在显示区上，用于显示坐标；多个桥电极，布置在主位置传感器电极之间，使得两对主位置传感器电极能够通过该多个桥电极而在每个方向上相互电连接；外部端子单元，电连接到信号传输线电极中的每个的一端，该信号传输线电极中的每个的另一端电连接到两对主位置传感器电极；以及副位置传感器电极，在与连接到主位置传感器电极的桥电极方向不相同的方向上电连接到两对主位置传感器电极中的每个主位置传感器电极。

两对主位置传感器电极可以分别沿着X轴和Y轴延伸。

至少一个副位置传感器电极可以连接到主位置传感器电极。

副位置传感器电极可以与设置桥电极的方向成直角地设置。

副位置传感器电极可以具有与主位置传感器电极相同的形状。

副位置传感器电极可以具有从三角形形状、四边形形状、五边形形状、六边形形状、七边形形状、八边形形状、九边形形状、十边形形状和圆形形状中选择的至少一个形状。

副位置传感器电极可以包括第一副电极和第二副电极。

第一副电极和第二副电极的总面积可以与副位置传感器电极的面积相同。

第一副电极和第二副电极可以具有{x/(m+1)}∶{m-(x-1)/(m+1)}的面积比率，其中，“m”表示副位置传感器电极的数量，“x”表示特定的副位置传感器电极的次序。

[有益效果]

根据本公开的示例性实施例，高灵敏度数字电容触摸面板装置可以在不增加输入/输出信号传输线电极的数量的情况下应用于大规模触摸面板，并且能够在应用于相同尺寸的触摸面板时精确地检测触摸点的坐标，由此通过减少包括相同数量的主位置传感器电极的触摸面板中的输入/输出信号传输线电极的数量来节省触摸面板中的空间。结果，该高灵敏度数字电容触摸面板转置可以实现重量、厚度和尺寸的减小。

附图说明

图1是传统的模拟电极结构的视图；

图2是传统的数字电极结构的视图；

图3和4分别示出了布置在X轴和Y轴上的传统的数字电极结构；

图5是沿着图2的线B-B’截取的横截面视图；

图6是示出了传统的小规模数字电极结构的电容耦合特性的图；

图7是示出了传统的大规模数字电极结构的电容耦合特性的图；

图8是根据本公开的示例性实施例的高灵敏度数字电容触摸面板装置的示意图；

图9示出了根据本公开的实施例的高灵敏度数字电容触摸面板装置，并示出了副位置传感器电极；以及

图10a和10b是根据本公开的示例性实施例的高灵敏度数字电容触摸面板装置的横截面视图。

具体实施方式

下文中，参考附图，详细描述本公开的示例性实施例。

以示例方式给出下面的实施例，以向本领域技术人员提供对本发明的透彻理解。因此应当理解，具有本领域常识的人员可以进行各种修改、变化和改变，并且下面的实施例并不限制本发明的范围。同样地，应当注意，附图不用于精确地确定比例，并且为了描述的清楚起见，一些尺寸被放大。

根据一个示例性实施例，高灵敏度数字电容触摸面板装置包括：基板；显示区，形成在基板的中心区域上，用于显示图像；无源区，沿着显示区的外围形成，并延伸到基板的端部，在该无源区上安装有多个信号传输线电极；两对主位置传感器电极，以二维方式布置在显示区上，用于显示坐标；多个桥电极，布置在主位置传感器电极之间，使得两对主位置传感器电极能够通过该多个桥电极而在每个方向上相互电连接；外部端子单元，电连接到信号传输线电极中的每个的一端，该信号传输线电极中的每个的另一端电连接到两对主位置传感器电极；以及副位置传感器电极，在与连接到主位置传感器电极的桥电极的方向不相同的方向上电连接到两对主位置传感器电极中的每个主位置传感器电极。

图8示出了根据本公开的一个示例性实施例的高灵敏度数字电容触摸面板装置。

参考图8，电容触摸面板包括基板100、显示区200、无源区300、信号传输线电极400、主位置传感器电极500、桥电极500、外部端子单元700和副位置传感器电极800。

利用这种结构，可以实现能够在不增加信号传输线电极400的数量的情况下识别输入信号的薄的、重量轻的且高灵敏度的数字电容触摸面板装置。

基板100可以例如由从玻璃、塑料和膜中选择的至少一个制成。基板100的形状可以具有诸如四边形形状之类的多边形形状或圆形形状。

基板100通常可被划分为显示区200和无源区300。显示区200用于：响应于通过触摸显示区200上的点而生成的输入信号，或者当本示例性实施例被实现于诸如液晶显示器(LCD)、等离子体显示器、有机发光二极管(OLED)显示器或场发射显示器之类的显示装置中时，显示图像。无源区300被用于保护显示装置的围绕显示装置的产品外壳覆盖。

在无源区300上形成信号传输线电极400。外部端子单元700被设置到信号传输线电极400中的每个的一端，以将信号传输线电极400电连接到诸如柔性印刷电路(FPC)之类的外部电路(未示出)。

在显示区200中布置两对主位置传感器电极501、502。

参考图8，两对电极是指两组电极，即，沿水平轴布置的主位置传感器电极501和沿垂直轴布置的另外的主位置传感器电极502，这两者都响应于外部信号而识别触摸点的坐标。例如，在X-Y绝对坐标系中，这两组电极是与用于感测X轴上的位置的Y轴主位置传感器电极相对应的主位置传感器电极501、以及与用于感测Y轴上的位置的X轴主位置传感器电极相对应的主位置传感器电极502。

主位置传感器电极通过桥电极600相互电连接。

主位置传感器电极501、502分别连接到对应的信号传输线电极400。

主位置传感器电极501、502中的每个主位置传感器电极在与连接到主位置传感器电极501、502的桥电极600的方向不相同的方向上连接到至少一个副位置传感器电极800。

在一个实施例中，为了精确地识别触摸点的坐标，副位置传感器电极800控制以下面积比率以使得在第N个和第(N+1)个水平轴上的主位置传感器电极501的范围之内的位置改变可被识别作为耦合电容的改变：电连接到第N个主位置传感器电极501的副位置传感器电极800与电连接到第(N+1)个主位置传感器电极501的副位置传感器电极800的面积比率。

在这种情况下，每个副位置传感器电极800被划分为两个部分，即，第一副电极810和第二副电极811。第一副电极810通过桥电极600相互电连接。第二副电极811也通过桥电极600相互电连接。

如果m个副位置传感器电极800连接到第N个主位置传感器电极501和第(N+1)个主位置传感器电极501，则第一副电极810的面积根据下面的表达式1而从第N个主位置传感器电极501向第(N+1)个主位置传感器电极501逐渐减小：

$\frac{m}{m+1},\frac{m-1}{m+1},\frac{m-2}{m+1},....,\frac{1}{m+1}$

相反地，第二副电极811的面积根据下面的表达式2而从第(N+1)个主位置传感器电极501向第N个主位置传感器电极501逐渐增大：

$\frac{1}{m+1},\frac{2}{m+1},\frac{3}{m+1},....,\frac{m}{m+1}$

从表达式1和2可以看出，副位置传感器电极800占据与主位置传感器电极501、502相同的面积，这可以由式3表示：

{x/(m+1)}+{m-(x-1)/(m+1)}

也就是说，可以看出，该m个副位置传感器电极800中的任一个(例如第x个副位置传感器电极)具有与主位置传感器电极相同的面积。应当理解，在电灵敏度的容限内，术语“相同”包括“相类似”。

将更详细地描述m＝3的另一实施例。

图9示出了根据本公开的示例性实施例的高灵敏度数字电容触摸面板装置，并示出了副位置传感器电极。

参考图9，主位置传感器电极501连接到三个副位置传感器电极800。三个副位置传感器电极800中的每个包括第一副电极810和第二副电极811。

根据表达式1和2，连接到第N个主位置传感器电极501的第一副位置传感器电极的第一副电极810具有{3/(3+1)}＝0.75的面积，并且第二副电极811具有{1/(3+1)}＝0.25的面积。因此，可以看出第一副电极810和第二副电极811的总面积等于0.25+0.75＝1。

应当理解，这种关系可以应用于与第N个主位置传感器电极和第(N+1)个主位置传感器电极相对应的垂直轴以及水平轴。

主位置传感器电极可以具有与副位置传感器电极相同的形状。副位置传感器电极可以具有从三角形形状、四边形形状、五边形形状、六边形形状、七边形形状、八边形形状、九边形形状、十边形形状和圆形形状中选择的至少一种形状。应当理解，主位置传感器电极或副位置传感器电极可以具有这些形状中的任一个或其组合，只要在电容耦合时触摸坐标被外部电子电路精确地识别和分析即可。

图10a和10b是根据本公开的一个示例性实施例的高灵敏度数字电容触摸面板装置的横截面视图。

参考图10a和10b，触摸面板包括保护层110、传感器电极550、基板100和屏蔽电极900。

传感器电极550对应于上述的主位置传感器电极或副位置传感器电极。在图10a中，传感器电极550被设置在基板100的上侧和下侧。在图10b中，传感器电极550被设置在基板100的一侧。根据实施例的高灵敏度数字电容触摸面板装置可以应用于图10a和10b所示的结构。例如，沿着前述的水平轴布置的主位置传感器电极可以被设置在上侧，并且沿着前述的垂直轴布置的主位置传感器电极可以被设置在下侧。如果沿着水平轴布置的主位置传感器电极和沿着垂直轴布置的主位置传感器电极被设置在基板100的一侧，则用于将多个主位置传感器电极相互连接的桥电极可以部分地重叠以形成重叠部分，这可能成为电短路。在这种情况下，重叠部分在桥电极之间具有绝缘部分。该绝缘部分可以通过丝网印刷、光学加工等形成。

屏蔽电极900被设置用于消除来自诸如设置在屏蔽电极900下方的显示装置之类的电子系统的噪声。然而，如果噪声可以忽略，则可以省略屏蔽电极900。

Claims (9)

1.一种高灵敏度数字电容触摸面板装置，包括：

基板；

显示区，形成在所述基板的中心区域上，用于显示图像；

无源区，沿着所述显示区的外围形成，并延伸到所述基板的端部，在所述无源区上安装有多个信号传输线电极；

两对主位置传感器电极，以二维方式布置在所述显示区上，用于显示坐标；

多个桥电极，布置在所述主位置传感器电极之间，使得所述两对主位置传感器电极能够通过所述多个桥电极而在每个方向上相互电连接；

外部端子单元，电连接到所述信号传输线电极中的每个的一端，所述信号传输线电极中的每个的另一端电连接到所述两对主位置传感器电极；以及

副位置传感器电极，在与连接到所述主位置传感器电极的所述桥电极的方向不相同的方向上电连接到所述两对主位置传感器电极中的每个主位置传感器电极。

2.根据权利要求1所述的高灵敏度数字电容触摸面板装置，其中，所述两对主位置传感器电极分别沿着X轴和Y轴延伸。

3.根据权利要求1所述的高灵敏度数字电容触摸面板装置，其中，至少一个副位置传感器电极连接到所述主位置传感器电极。

4.根据权利要求3所述的高灵敏度数字电容触摸面板装置，其中，所述副位置传感器电极与设置所述桥电极的方向成直角地设置。

5.根据权利要求1所述的高灵敏度数字电容触摸面板装置，其中，所述副位置传感器电极具有与所述主位置传感器电极相同的形状。

6.根据权利要求1所述的高灵敏度数字电容触摸面板装置，其中，所述副位置传感器电极具有从三角形形状、四边形形状、五边形形状、六边形形状、七边形形状、八边形形状、九边形形状、十边形形状和圆形形状中选择的至少一个形状。

7.根据权利要求1所述的高灵敏度数字电容触摸面板装置，其中，所述副位置传感器电极包括第一副电极和第二副电极。

8.根据权利要求7所述的高灵敏度数字电容触摸面板装置，其中，所述第一副电极和所述第二副电极的总面积与所述副位置传感器电极的面积相同。

9.根据权利要求7所述的高灵敏度数字电容触摸面板装置，其中，所述第一副电极和所述第二副电极具有{x/(m+1)}∶{m-(x-1)/(m+1)}的面积比率，其中，“m”表示所述副位置传感器电极的数量，“x”表示特定的副位置传感器电极的次序。

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