CN102200866B - 互电容触摸感应装置及其检测方法、触摸显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种互电容触摸感应装置，包括玻璃基板，及位于玻璃基板上的多个驱动线与多个传感线，所述驱动线与传感线之间形成互电容，还包括位于玻璃基板外的印刷电路板，所述印刷电路板上形成有驱动线和传感线的延长部分，以及连接各个驱动线延长部分的多个金属桥。本发明还提供了一种互电容触摸感应装置的检测方法及触摸显示装置。本发明可以降低因金属导线的跨接产生的寄生电容，进而提高触摸感应装置的灵敏度。

Description

互电容触摸感应装置及其检测方法、触摸显示装置

技术领域

本发明涉及触摸感应输入装置，特别涉及互电容触摸感应装置及其检测方法、触摸显示装置。

背景技术

随着触摸感应技术的发展，电容式触摸感应装置以其寿命长、高透过率、支持多点触摸感应等优点而越来越受到人们的重视。电容式触摸感应装置大体可以分为自电容式和互电容。互电容触摸感应装置作为电容式触摸感应装置中一种新兴的技术，可以实现真正的多点触摸感应，它对噪声和对地寄生电容有较好的抑制作用。从而使其在内嵌式触摸感应中使用成为可能。

如图2所示，是现有的一种外挂互电容触摸感应装置的剖面结构示意图，包括：玻璃基板02，及依次位于所述玻璃基板02上的驱动线层05、绝缘层04与传感线层06。驱动线层05与传感线层06互相平行，通过绝缘层04电性绝缘。

请参考图3A和图3B，所述驱动线层05被蚀刻成多条驱动线5a、5b……5h，所述传感线层06被蚀刻成多条传感线6a、6b……6h。

结合图3A和图3B，工作时，驱动线5a至5h依次施加驱动信号3，通常为几十千赫兹(KHz)至几百KHz的交流电压，其余的驱动线接地，而传感线6a至6h通过选通开关7连接至检测电路8用以检测触控信号。下面详细说明扫描过程：首先给驱动线5a施加驱动信号3，其余的驱动线5b、5c……5h接地，此时选通开关7将传感线6a与检测电路8相连，即检测的是驱动线5a和传感线6a，此时当手指触摸在这两条线的交点处，会检测到触控信号；然后，选通开关7依次将传感线6b、6c……6h与检测电路8连接，分别检测驱动线5a与传感线6b、6c……6h交点处的触控信号。上述过程结束之后，将驱动线5b连接驱动电压3，其余的驱动线5a、5c……5h接地，选通开关7再依次将传感线6a、6b……6h与检测电路8相连，分别检测驱动线5b与传感线6a、6b……6h交点处的触控信号。按上述方法，依次对驱动线5c……5h施加驱动电压3，并在对其中一条驱动线施加驱动电压3时，选通开关7分别将传感线6a……6h与检测电路8连接，就可以检测到所有驱动线与所有传感线的所有交点处是否有触控信号。

图3A和图3B所示的每一条驱动线与传感线的交点处的等效电路如图4所示：每一个交点处都相当于耦合了一个互电容C1，该互电容C1包括驱动线和传感线正对跨接处形成的正对电容与驱动线上图形边缘和传感线上图形边缘形成的边缘电容；电阻R1是驱动线5的等效电阻，电阻R2是传感线6的等效电阻；驱动线5和传感线6分别有对地的寄生电容C2和C3；检测电路8是一个电流放大器，将传感线6上的电流Iin转化成为电压信号Vout输出。当手指触摸时，可以将手指等效成为一个电阻、电容网络16，电容C6是人体对地电容，手指存在会产生耦合电容C4和C5，可以理解为手指搭了一个桥，在互电容C1上并联了电容，从而使互电容C1等效增大，导致传感线6上的电流Iin变化，因而使输出电压Vout变化。

由于上述触摸感应装置中显示区域的驱动线层与传感线层不在同一层，并且中间还形成有绝缘层，进而造成互电容较大、信号触摸灵敏度低的问题。现有工艺又制作了一种单层结构的触摸感应装置，即驱动线、传感线、屏蔽线都在同一工作层，如图5所示为一种外挂式单层结构的触摸感应装置，驱动线21在玻璃基板(未图示)的工作区域内呈阵列排布，传感线22设置于两列驱动线之间且与每列驱动线平行；列驱动线21与传感线22之间均设置有屏蔽线23；同一行的驱动线21在显示区域的外围区域通过金属桥24分别连接在一起，屏蔽线23通过金属桥25连接在一起。由于驱动线21和传感线22在同一层并且中间又屏蔽线23间隔，所以驱动线21和传感线22之间的互电容会非常小，可以提高灵敏度。但是在外围区域内，会有驱动线21与传感线22、驱动线21与屏蔽线23、传感线22与屏蔽线23之间都会有交叠，也会产生寄生电容，降低触摸的灵敏度。

现有的具有电容式触摸功能的显示装置多是基于外挂式的，例如可以将电容式触摸感应装置与显示装置分开制造然后通过组装的方式制作在一起。然而，在外界噪声较大或者将电容式触摸感应装置内嵌于显示装置时，信号检测灵敏度则尤为关键。

图1是现有的一种集成互电容触摸感应装置的液晶显示器的剖面结构示意图，其基本结构包含：上基板11与下基板16，及位于上基板11与下基板16之间液晶单元18，所述液晶单元18与上基板11之间形成有触摸感应装置13。其中，所述触摸感应装置13与上基板11之间具有黑矩阵12，所述黑矩阵12与触摸感应装置13及上基板11表面相接触；触摸感应装置13与液晶单元18之间，形成有彩膜及绝缘保护层14。所述液晶单元18和彩膜及绝缘保护层14之间还具有上电极15，所述上电极15与彩膜及绝缘保护层14和液晶单元18相接触；下电极17，形成于液晶单元18与下基板16之间。

结合图5，图5所述的玻璃基板20即为图1中所述的上基板11，与液晶显示装置集成在一起。在集成互电容触摸感应装置的液晶显示器上，所述玻璃基板11上不仅形成有触摸感应装置13，包括驱动线、传感线与屏蔽线等，还形成有液晶显示器部分器件，包括黑矩阵12、彩膜及绝缘保护层14。

由于上电极15与触摸感应装置层13之间的彩膜及绝缘层14一般为微米级，所述厚度太小，导致上电极15与触摸感应装置13之间的互电容非常大，降低了触摸感应装置13的灵敏度。因此，将现有的触摸感应装置集成至液晶显示器时，更需要降低触摸感应装置上的互电容，以提高集成了触摸感应装置集成至液晶显示器的灵敏度。

发明内容

本发明解决的问题是提出一种互电容触摸感应装置及其检测方法、触摸显示装置，可以减小因金属导线跨接引起的寄生电容，提高触摸感应装置的灵敏度。

为解决上述问题，本发明提供一种互电容触摸感应装置，包括玻璃基板，及位于玻璃基板上的多个驱动线与多个传感线，所述驱动线与传感线之间形成互电容，还包括位于玻璃基板外的印刷电路板，所述印刷电路板上形成有驱动线和传感线的延长部分，以及连接各个驱动线延长部分的多个金属桥。

可选的，所述玻璃基板上还包括位于所述驱动线和传感线之间的屏蔽线。

可选的，所述印刷电路板上还包括屏蔽线延长部分。

可选的，所述多个驱动线阵列排布，所述传感线设置于两列驱动线之间。

可选的，所述各个金属桥分别将同一行的驱动线延长部分相互电连接。

可选的，所述多个驱动线呈阵列排布，所述传感线设置于两行驱动线之间。

可选的，所述各个金属桥分别将同一列的驱动线延长部分相互电连接。

可选的，玻璃基板上的所述驱动线与传感线为同一金属层。

可选的，玻璃基板上的所述驱动线、传感线及屏蔽线为同一金属层。

可选的，所述印刷电路板包括第一金属层、第二金属层以及位于第一金属层和第二金属层之间的绝缘层，所述驱动线延长部分、传感线延长部分及屏蔽线延长部分为第一金属层；所述绝缘层位于第一金属层之上，所述绝缘层上对应于第一金属层导线的位置有过孔，露出下层导线；所述金属桥为第二金属层，连接驱动线的金属桥通过过孔将第一金属层的同一行的驱动线电连接，连接屏蔽线的金属桥通过过孔将第一金属层的屏蔽线电连接。

可选的，所述印刷电路板为弹性印刷电路板或硬质印刷电路板。

本发明还提供包括有上述互电容触摸感应装置的触摸显示装置。

本发明还提供一种互电容触摸感应装置，包括多个驱动线与多个传感线，所述驱动线与传感线之间形成互电容，其特征在于，驱动线连接至同一个驱动信号模块，传感线通过选通开关分别连接至电荷检测模块。

可选的，还包括位于所述驱动线和传感线之间的屏蔽线。

可选的，所述多个传感线阵列排布，所述驱动线设置于两列传感线之间。

可选的，所述多个传感线阵列排布，所述驱动线设置于两行传感线之间。

可选的，所述驱动线，传感线和驱动信号模块，选通开关，电荷检测模块位于玻璃基板上。

可选的，所述驱动线，传感线位于玻璃基板上，驱动信号模块，选通开关，电荷检测模块位于印刷电路板上。

本发明还提供包括有上述互电容触摸感应装置的触摸显示装置。

本发明还提供一种所述的互电容触摸感应装置的检测方法，包括：通过驱动信号模块对所有驱动线上施加驱动信号，逐个打开选通开关，检测对应选通的传感线，以检测驱动线与传感线之间的电容值变化。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

通过将玻璃基板上的驱动线、传感线和屏蔽线延长至外部的印刷电路板上，并在印刷电路板上完成驱动线的连接以及驱动线、传感线和屏蔽线的排布，由于玻璃基板上形成的绝缘层仅能达到数微米量级，而印刷电路板上的绝缘层能够达到数百微米量级，厚度增大，所以大大降低了驱动线、传感线、屏蔽线因跨接产生的寄生电容，提高灵敏度；

还通过将驱动线全部连接至同一个驱动信号模块，各个传感线通过选通开关分别连接至电荷检测模块，完全避免了驱动线与传感线之间的金属跨接，从而避免了因金属跨接产生的寄生电容，大大提高了灵敏度。

附图说明

图1是现有的一种集成互电容触摸感应装置的液晶显示器的剖面结构示意图；

图2是现有的一种外挂式互电容触摸感应装置的剖面结构示意图；

图3A和3B是图2所示结构中驱动线和感应线的图形结构实例示意图；

图4是互电容触摸感应装置的驱动线和感应线的交点处的等效电路的实例示意图；

图5是现有的另一种互电容触摸感应装置的工作层的图形结构示意图；

图6是寄生电容与检测信号变化的关系示意图；

图7是本发明互电容触摸感应装置的一个实施例示意图；

图8是本发明互电容触摸感应装置的检测方法的一个实施例示意图。

具体实施方法

在触摸感应技术中，触摸前后的检测信号变化直接决定了信号检测灵敏度，而发明人研究发现，寄生电容的大小影响检测信号的变化。为了验证寄生电容对检测信号的影响，发明人在如下所术的参数条件下，如图4所示的等效电路进行了仿真：R1＝R2＝100Ω，C1＝0.5pF，C4＝C5＝1pF，R3＝R4＝1000Ω，C6＝100pF，R5＝1500Ω，寄生电容C2＝C3，从10pF变化到200pF。驱动信号3正弦波，频率20MHz，峰峰值10V。触摸前后的信号差值图6所示。

由图6可知，寄生电容越小，触摸前后信号差值越大，越有利于提高信号探测的灵敏度。

基于上述结论，本发明实施方法采用通过降低金属跨接产生的寄生电容的方法降低驱动线与传感线之间的互电容，以此增大检测信号的变化，即增大触控信号和未触控信号之间的差值，从而提高了信号检测灵敏度。

本发明还提供了所述触摸感应装置的另一种检测方法，将所有的驱动线全部连接到驱动信号模块，并始终施加驱动信号；逐个检测传感线，以测量驱动线和传感线间产生的电容值变化，可以不需要金属桥进行连接，避免了由于金属跨接所引起的寄生电容。

为使本发明的上述目的，特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方法做详细的说明。

如图7所示为本发明一个实施方法的互电容触摸感应装置，包括：

玻璃基板30；

及位于所述玻璃基板30上的驱动线31和传感线32，所述驱动线31与传感线32之间还具有屏蔽线33，所述驱动线31与传感线32位于同一工作层，在驱动线1a，1b，1c，1d，2a，2b，2c，2d，3a，3b，3c，3d与传感线A，B，C之间形成的互电容构成了矩阵结构。为图示方便，本图示仅示出其中的4列3行的驱动线及4列的传感线，也可为其他行列数。

本实施例中，驱动线1a，1b，1c，1d，2a，2b，2c，2d，3a，3b，3c，3d在玻璃基板30上呈阵列排列，传感线A，B，C设置于两列驱动线之间，并与列驱动线平行，其中，所述传感线32与相邻的一列驱动线31之间通过屏蔽线33进行隔离，所述屏蔽线33与传感线32、驱动线31位于同一工作层；

还包括印刷电路板34，所述印刷电路板34上形成有金属桥及金属导线。其中，所述金属导线作为玻璃基板30上的驱动线31、传感线32及屏蔽线33的延长线部分，所述金属桥35用于连接位于同一行的驱动线1a，1b，1c，1d，所述金属桥36用于连接位于同一行的驱动线2a，2b，2c，2d，所述金属桥37用于连接位于同一行的驱动线3a，3b，3c，3d。所述传感线A，B，C被分别通过金属导线连接至印刷电路板34上，玻璃基板上全部屏蔽线33均连接至金属桥38上，所述金属桥38可以连接至直流电压(图中未示出)。优选地，将金属桥38接地(图中未示出)。

所述印刷电路板34位于玻璃基板30外，所述印刷电路板34为弹性印刷电路板FPC或硬质印刷电路板PCB，优选地为软性印刷电路板FPC。

本实施例的印刷电路板34包括第一金属层、第二金属层以及位于第一金属层和第二金属层之间的绝缘层：所述第一金属层为驱动线31、传感线32及屏蔽线33的延长部分；所述绝缘层位于第一金属层之上，并且在绝缘层上对应有金属桥连接点有过孔，所述过孔部分露出下面的第一金属层上对应的金属导线；所述第二金属层为金属桥，连接驱动线的金属桥通过过孔将第一金属层的同一行的驱动线电连接，连接屏蔽线的金属桥通过过孔将第一金属层的屏蔽线电连接。

通过所述印刷电路板34上的金属导线和金属桥，驱动线31与传感线32与外部控制模块电性连接。具体地，驱动线31与驱动信号模块电性连接，传感线A，B，C分别通过开关与电荷检测模块电性连接，以输出检测驱动线31与传感线32产生的电容值变化。

所述互电容触摸感应装置的检测方法可以采用现有技术的检测方法：检测时，通过印刷电路板上的导线及金属桥的连接，首先扫描驱动线，即依次施加行驱动信号，通常为几十千赫兹(KHz)至几百KHz的交流电压，其余行驱动线接地，如选中图7所示的金属桥35连接的一行驱动线1a，1b，1c，1d施加行驱动信号，其余的金属桥36，37均接地，将感应线32中的A与电荷检测模块导通，这样，检测了驱动线1a和传感线A，此时，只有手指触摸在这两条线的交叉点处，才会有触控信号；然后通过开关依次将传感线B，C，D与电荷检测模块导通，从而，检测行驱动线1a，1b，1c，1d和传感线B，C，D交点处的信号。上述过程结束之后，将金属桥36连接的行驱动线2a，2b，2c，2d施加驱动信号，其余行驱动线接地，然后通过开关依次将传感线A，B，C，D与电荷检测模块导通，从而，检测行驱动线2a，2b，2c，2d和传感线A，B，C，D交叉点处的信号；接着，将金属桥37连接的行驱动线3a，3b，3c，3d施加驱动信号，其余行驱动线接地，然后通过开关依次将传感线A，B，C，D与电荷检测模块导通，从而，检测行驱动线3a，3b，3c，3d和传感线A，B，C，D交叉点处的信号。依此可以对玻璃基板30上所有的驱动线31与传感线32的交点处进行扫描。

图7示出了将位于同一行的驱动线进行电性连接，作为其他实施例，也可以将位于同一列的驱动线在所述印刷电路板上进行电性连接，则对应地，所述感应线设置于两行驱动线之间，所述感应线与驱动线之间具有屏蔽线。此处不详细进行说明。

所述驱动线与传感线不局限于上述的排布方式，可以形成有其他的排布方式，只要能够使得驱动线与传感线之间形成有互电容，以反应触控信号即可。

由于工艺限制，玻璃基板30上的绝缘层一般只能做到几微米量级，而在印刷电路板34上的绝缘层可以做到100微米级甚至更厚。本发明将位于玻璃基板30上的驱动线31、传感线32、屏蔽线33单独引出来至外部的印刷电路板34上，在玻璃基板30上完全没有导线的跨接，仅仅只在印刷电路板34上形成有导线的跨接，又因为可以在印刷电路板34上形成更厚的绝缘层，以对驱动线31、传感线32、屏蔽线33的导线跨接之处进行更好电性绝缘，降低因为导线跨接所产生的寄生电容，进而提高触摸感应装置的灵敏度。

本发明实施例中的驱动线1a，1b，1c，1d，2a，2b，2c，2d，3a，3b，3c，3d与传感线A，B，C的形状可以为矩形，同样的，也可以将驱动线和传感线设计成菱形、八角型、圆形、方型等不同形状。

图8为本发明所述互电容触摸感应装置的另一种实施例，所述互电容触摸感应装置包括：

玻璃基板40；

及位于所述玻璃基板40上的传感线41和驱动线42，所述驱动线42与传感线40之间还具有屏蔽线43，所述驱动线42与传感线41位于同一工作层，在传感线1a，1b，1c，1d，2a，2b，2c，2d，3a，3b，3c，3d与驱动线A，B，C之间形成的互电容构成了矩阵结构。为图示方便，本图示仅示出其中的4列3行的传感线及4列的驱动线，也可为其他行列数。

具体来说，传感线1a，1b，1c，1d，2a，2b，2c，2d，3a，3b，3c，3d在玻璃基板40上呈阵列排列，每根传感线41均设置为矩形形状，驱动线A，B，C设置于两列传感线之间，并与列传感线平行，其中，所述驱动线42与相邻的一列传感线41之间通过屏蔽线43进行隔离，所述屏蔽线43与传感线41、驱动线42位于同一工作层，本实施例中，驱动线A，B，C设置于两列传感线41之间，并与列传感线平行，作为其他实施例，所述驱动线42还可以形成于两行传感线41之间；

传感线41与驱动线42之间的屏蔽线43；

其中，全部驱动线42均连接至同一个驱动信号模块，并始终施加驱动信号3，各个传感线41通过选通开关7分别连接至电荷检测模块8，所述屏蔽线43可以连接至直流电压，优选地，将屏蔽线43接地(图中未示出)。

本实施例中，所述驱动线42，传感线41和驱动信号模块，选通开关7，电荷检测模块8位于玻璃基板40上。作为其他实施例，所述驱动线42，传感线41位于玻璃基板40上，驱动信号模块，选通开关7，电荷检测模块8位于印刷电路板上。

本发明还提供一种如图8所示的互电容触摸感应装置的检测方法，继续参考图8，所述检测方法为：将所有的驱动线42，包括有驱动线A，B，C全部连接至驱动信号模块(未图示)，并始终施加驱动线信号3，所述驱动信号，通常为几十千赫兹(KHz)至几百KHz的交流电压；将传感线41，包括传感线1a，1b，1c，1d，2a，2b，2c，2d，3a，3b，3c，3d分别通过开关7与电荷检测模块8相连，通过逐个打开所述开关7，选择对应的传感线41；将屏蔽线43接地(未图示)。

其中，所述驱动信号3除了由单独的驱动信号模块(未图示)提供，也可以由电荷检测模块8提供，即图8所示的驱动线A、B、C、D也可以连接至电荷检测模块8，而不需要驱动模块提供。

如此，不需要金属桥来连接同一行或列的驱动线盘，可以有效的避免所有的金属跨接，不需要在印刷电路板上形成金属跨接，大副降低寄生电容。

本发明还提供包括有所述互电容触摸感应装置的触摸显示装置，此处就不再详细描述。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种互电容触摸感应装置，包括玻璃基板，及位于玻璃基板上的多个驱动线与多个传感线，所述驱动线与传感线之间形成互电容，其特征在于，还包括位于玻璃基板外的印刷电路板，所述印刷电路板上形成有驱动线和传感线的延长部分，以及连接各个驱动线延长部分的多个金属桥；

其中，所述多个驱动线在玻璃基板上呈阵列排列，所述多个传感线设置于两列驱动线之间，并与列驱动线平行，所述传感线与相邻的一列驱动线之间通过屏蔽线进行隔离，所述屏蔽线与传感线、驱动线位于同一工作层，在所述多个驱动线与所述多个传感线之间形成的互电容构成了矩阵结构；所述印刷电路板上还形成有金属导线，所述金属导线作为玻璃基板上的驱动线、传感线及屏蔽线的延长线部分，所述多个金属桥分别将同一行的驱动线延长部分相互电连接。

2.如权利要求1所述的互电容触摸感应装置，其特征在于，所述玻璃基板上还包括位于所述驱动线和传感线之间的屏蔽线。

3.如权利要求2所述的互电容触摸感应装置，其特征在于，所述印刷电路板上还包括屏蔽线延长部分。

4.如权利要求1所述的互电容触摸感应装置，其特征在于，玻璃基板上的所述驱动线与传感线为同一金属层。

5.如权利要求2所述的互电容触摸感应装置，其特征在于，玻璃基板上的所述驱动线、传感线及屏蔽线为同一金属层。

6.如权利要求5所述的互电容触摸感应装置，其特征在于，所述印刷电路板包括第一金属层、第二金属层以及位于第一金属层和第二金属层之间的绝缘层，所述驱动线延长部分、传感线延长部分及屏蔽线延长部分为第一金属层；所述绝缘层位于第一金属层之上，所述绝缘层上对应于第一金属层导线的位置有过孔，露出下层导线；所述金属桥为第二金属层，连接驱动线的金属桥通过过孔将第一金属层的同一行的驱动线电连接，连接屏蔽线的金属桥通过过孔将第一金属层的屏蔽线电连接。

7.如权利要求1所述的互电容触摸感应装置，其特征在于，所述印刷电路板为弹性印刷电路板或硬质印刷电路板。

8.一种包括权利要求1至7中任一项所述的互电容触摸感应装置的触摸显示装置。