CN102841719A

CN102841719A - 电容式触摸屏传感器的结构

Info

Publication number: CN102841719A
Application number: CN2012103403908A
Authority: CN
Inventors: 欧智; 葛海涛; 王凯军; 梁贵
Original assignee: CHANGZHOU YUCHENG PHOTOELECTRIC Co Ltd
Current assignee: CHANGZHOU YUCHENG PHOTOELECTRIC Co Ltd
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2012-12-26

Abstract

本发明公开一种电容式触摸屏传感器的结构，包括透明绝缘基材，透明绝缘基材的两面均设有透明导电膜；所述透明绝缘基材两面的透明导电膜分别包括若干个沿着宽度方向上和沿着长度方向上均匀布置的第一、二电极，所述第一、二电极分别由多个相应的感应单元通过透明导电线依次串联构成；每一个第一电极同时与每一个第二电极相互垂直；第一、二感应单元均是工字型形状的感应单元；所述工字型形状的感应单元是由互相平行的第一直条和第三直条，以及垂直于第一直条和第三直条的第二直条构成，且第二直条的两端分别与第一直条的中央部位和第三直条的中央部位相连接。本发明具有抗干扰能力好、而且触控灵敏度高等优点。

Description

电容式触摸屏传感器的结构

技术领域

本发明涉及一种传感器，具体涉及一种电容式触摸屏传感器的结构，属于触摸屏技术领域。

背景技术

现有的触摸屏作为输入设备广泛用于游戏机、手机、GPS等电子设备终端上，所述触摸屏包括红外线式触摸屏、表面声波式触摸屏、电阻式触摸屏和电容式触摸屏。现有的电容式触摸屏是利用人体接触导电薄膜时产生的电容差来检查触摸位置，实现了多点触控以及便于操作的放大、缩小、旋转功能，因此，越来越受人们青睐。现有的电容式触摸屏包括的传感器所具有的感应单元多为菱形，当然也有十字形、三角形、矩形或六角形的感应单元，而上述形状的感应单元在使用时会出现均匀性和一致性不好的情况，存在抗干扰能力差、触控灵敏度低等缺点。

发明内容

本发明的目的是：提供一种不仅抗干扰能力好、而且触控灵敏度高的电容式触摸屏传感器的结构。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种电容式触摸屏传感器的结构，包括透明绝缘基材，其创新点在于：

a、所述透明绝缘基材的两面均设有透明导电膜；

b、所述透明绝缘基材一面的透明导电膜包括若干个沿着宽度方向上均匀布置的第一电极，所述第一电极由多个第一感应单元通过第一透明导电线依次串联构成；

c、所述透明绝缘基材另一面的透明导电膜包括若干个沿着长度方向上均匀布置的第二电极，所述第二电极由多个第二感应单元通过第二透明导电线依次串联构成；

d、每一个第一电极同时与每一个第二电极相互垂直；所述第一电极的第一感应单元和第二电极的第二感应单元均是工字型形状的感应单元；

e、所述工字型形状的感应单元是由互相平行的第一直条和第三直条，以及垂直于第一直条和第三直条的第二直条构成，且第二直条的两端分别与第一直条的中央部位和第三直条的中央部位相连接。

在上述技术方案中，所述第一电极的工字型形状的第一感应单元的宽度L与长度H的比例与第二电极的工字型形状的第二感应单元的宽度L’与长度H’的比例相等。

在上述技术方案中，所述第一电极的工字型形状的第一感应单元的宽度L与长度H的比例为0.5~2；所述第二电极的工字型形状的第二感应单元的宽度L’与长度H’的比例为0.5~2。

在上述技术方案中，所述第一电极的沿着宽度方向上相邻的第一感应单元之间的间距与第二电极的沿着长度方向上相邻的第二感应单元之间的间距相等。

在上述技术方案中，所述第一电极的沿着宽度方向上相邻的第一感应单元之间的间距为 4~10mm；所述第二电极的沿着长度方向上相邻的第二感应单元之间的间距为 4~10mm。

在上述技术方案中，所述第一透明导电线是沿着第一电极的工字型中心轴线相连接的；第二透明导电线是沿着第二电极的工字型中心轴线相连接的；所述第一透明导电线与第二透明导电线相互垂直，且第一透明导电线的中点a₀与第二透明导电线的中点b₀的连线a₀b₀，既垂直于第一透明导电线，又垂直于第二透明导电线。

在上述技术方案中，所述透明绝缘基材是透明薄膜基材，或者是透明玻璃基材。

在上述技术方案中，所述透明导电膜是氧化铟锡导电膜，或者是石墨烯导电膜，或者是氧化锑锡导电膜。

本发明所具有的积极效果是：由于本发明的感应单元采用了工字型形状的感应单元，而工字型形状的感应单元的两侧面积较大，并且每一个第一电极同时与每一个第二电极相互垂直，使得第一电极和第二电极的重叠面积极小；使用时，将若干个第一电极和若干个第二电极分别通过银浆线与柔性驱动电路相应的连接端电连接，触控时会使得透明导电膜形成静电场，即使用者多点触控时，通过检测若干个沿着宽度方向均匀布置的第一电极的第一感应单元分别与相应的沿着长度方向均匀布置的第二电极的第二感应单元，相互垂直交叉处的耦合电容的变化，以此识别使用者的触控位置；若手指触摸时，则耦合电容也会减小，若手指均匀左右移动的时候，则手指与工字型形状的感应单元的接触面积能够实现均匀的减小或者增大，达到了接触面积均匀变化的目的，使得触控位置识别的准确性高；因而本发明的电场阻值更加均匀，具有抗干扰能力强、且触控灵敏度高的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的第一电极和第二电极在透明导电膜上的排布示意图；

图3为图2中第一电极的结构示意图；

图4为图2中第二电极的结构示意图；

图5为本发明的工字型形状的感应单元的结构示意图；

图6为图2的A部放大示意图；

图7为图2的B部放大示意图；

图8为本发明触控时的数学抛物线模型图；

图9为本发明的第一透明导电线与第二透明导电线立体的空间布置示意图。

具体实施方式

以下结合附图及给出的实施例，对本发明作进一步的说明，但不局限于此。

如图1~7所示，一种电容式触摸屏传感器的结构，包括透明绝缘基材1，所述透明绝缘基材1的两面均设有透明导电膜2；所述透明绝缘基材1一面的透明导电膜2包括若干个沿着宽度方向上均匀布置的第一电极2-1，所述第一电极2-1由多个第一感应单元2-1-1通过第一透明导电线2a依次串联构成；所述透明绝缘基材1另一面的透明导电膜2包括若干个沿着长度方向上均匀布置的第二电极2-2，所述第二电极2-2由多个第二感应单元2-2-1通过第二透明导电线2b依次串联构成；每一个第一电极2-1同时与每一个第二电极2-2相互垂直；所述第一电极2-1的第一感应单元2-1-1和第二电极2-2的第二感应单元2-2-1均是工字型形状的感应单元；所述工字型形状的感应单元是由互相平行的第一直条21和第三直条23，以及垂直于第一直条21和第三直条23的第二直条22构成，且第二直条22的两端分别与第一直条21的中央部位和第三直条23的中央部位相连接。

如图6、7所示，为了使得本发明结构的合理性，以及保证相邻感应单元之间电场阻值的均匀性，所述第一电极2-1的工字型形状的第一感应单元2-1-1的宽度L与长度H的比例与第二电极2-2的工字型形状的第二感应单元2-2-1的宽度L’与长度H’的比例相等。所述第一电极2-1的工字型形状的第一感应单元2-1-1的宽度L与长度H的比例为0.5~2；所述第二电极2-2的工字型形状的第二感应单元2-2-1的宽度L’与长度H’的比例为0.5~2。

如图2、3、4所示，为了进一步提高相邻感应单元之间电场阻值的均匀性，所述第一电极2-1的沿着宽度方向上相邻的第一感应单元2-1-1之间的间距与第二电极2-2的沿着长度方向上相邻的第二感应单元2-2-1之间的间距相等。所述第一电极2-1的沿着宽度方向上相邻的第一感应单元2-1-1之间的间距为 4~10mm；所述第二电极2-2的沿着长度方向上相邻的第二感应单元2-2-1之间的间距为 4~10mm。

如图2、3、4、9所示，所述第一透明导电线2a是沿着第一电极2-1的工字型中心轴线（即工字型形状的感应单元的第三直条23的中心轴线）相连接的；第二透明导电线2b是沿着第二电极2-2的工字型中心轴线（即工字型形状的感应单元的第三直条23的中心轴线）相连接的；所述第一透明导电线2a与第二透明导电线2b相互垂直，且第一透明导电线2a的中点a₀与第二透明导电线2b的中点b₀的连线a₀b₀，既垂直于第一透明导电线2a，又垂直于第二透明导电线2b。本发明的第一透明导电线2a和第二透明导电线2b并不在同一平面上，且二者之间并不连接。

本发明所述透明绝缘基材1是透明薄膜基材，或者是透明玻璃基材。所述透明导电膜2是氧化铟锡导电膜，或者是石墨烯导电膜，或者是氧化锑锡导电膜。

本发明的工作原理：本发明使用时，将若干个第一电极2-1和若干个第二电极2-2分别通过银浆线与柔性驱动电路的MCU处理集成芯片相应的I/O口电连接，若手指没有触摸到透明导电膜2时，所述第一电极2-1沿着宽度方向上相邻的工字型形状的第一感应单元2-1-1之间、第二电极2-2沿着长度方向上相邻的工字型形状的第二感应单元2-2-1，以及第一电极2-1沿着宽度方向的工字型形状的第一感应单元2-1-1和第二电极2-2沿着长度方向的工字型形状的第二感应单元2-2-1与地之间存有寄生电容，此电容定义为Cx；若手指触摸到透明导电膜2时，第一电极2-1的第一感应单元2-1-1和第二电极2-2的第二感应单元2-2-1与手指之间会产生一耦合电容Cf，此时所产生的总电容为Ct，即手指触摸电容屏所产生的总电容Ct=Cx+Cf，柔性驱动电路通过处理检测出手指触摸电容屏该位置的电容的差值Cf，从而识别触摸具体位置。

所述第一电极2-1所包括的沿着宽度方向上的每一个工字型形状的第一感应单元2-1-1和第二电极2-2所包括的沿着长度方向上的每一个工字型形状的第二感应单元2-2-1产生电容（电极）大小是由手指触摸到触摸屏的接触面积大小决定的，其计算公式为Cf=ε*ε。*S/d，

其中， S：为手指与电极块的正对面积；

d:为手指与电极块之间的距离；

ε。：为真空介电常数，ε。=8.854 187 818× 10-12法拉/米(F/m)；

ε为材料的介电常数，同一种材料的介电常数为一固定值；

由此可以看出：电容Cf与正对面积成正比；

由于本发明所述的第一电极2-1沿着宽度方向相邻的第一感应单元2-1-1通过第一透明导电线2a串联；所述第二电极2-2沿着长度方向相邻的第二感应单元2-2-1通过第二透明导电线2b串联；这样保证了第一电极2-1与第二电极2-2两层重叠的面积极小（如图2所示），并且根据上述的电容的公式：C=ε*ε。*S/d得知，当感应电容值Cf的值在不变的情况下，寄生电容Cx的值越小；而根据信噪比d的计算公式：d=Cf/Cx可知，信噪比d会变的越大；因此，本发明与传统的电容式触摸传感器相比，大大提高了信噪比d，使得本发明的触摸功能更灵敏，抗干扰能力更强。

如图6、7所示，本发明的第一电极2-1的第一感应单元2-1-1的宽度L以及第二电极2-2的第二感应单元2-2-1的宽度L’的两部分面积较大，并且横向均匀，大大增加了本发明与手指接触面积，当手指左右均匀移动时，实现了接触面积变化均匀的目的，使得工字型形状的感应单元（电极）的电容值变化坐标图更加接近如图8所示的抛物线数学模型，确保本发明的电容式触摸屏传感器的结构经过处理器（MCU）计算出的位置坐标更加准确，线性度更好；并且减少了整个感应单元（电极）通道的电阻，根据柔性驱动电路所包括的MCU检测的原理，对感应单元（电极）充放电的频率为：f=1/(R*C)，其中，R为感应单元（电极）通道的电阻值，C为感应单元（电极）产生的电容值；在感应单元（电极）电容值C不变的情况下，电阻R越小，柔性驱动电路所包括的MCU对感应单元（电极）充放电的频率f越快，因此，本发明所设计的工字型形状的感应单元的电容式触摸屏的反应速度就越快。传统的电容式触摸屏在电阻上的要求都很苛刻，很多厂家要求感应单元（电极）通道的电阻在10K以下；如果选用的氧化铟锡（ITO）材料的面电阻为200欧的情况下，很多其他的图形（十字形、三角形、条形等）的感应单元（电极）电极都实现不了此要求，为了实现单个感应单元（电极）通道电阻低的要求，只有采用面电阻低的氧化铟锡（ITO）导电材料，而一般的面电阻低的氧化铟锡（ITO）导电材料不仅价格很高，而且由于电阻低的氧化铟锡（ITO）导电材料易折伤，也大大增加了工艺难度；而本发明所设计的工字型感应单元（电极）能够实现在用面电阻200欧以上的导电材料时也能满足整个通道阻值在10K以下的要求，因此，大大降低了其生产成本。

本发明不但提高了触控的反应速度，而且降低了生产成本。与现有技术相比可以采用电阻较高的氧化铟锡（ITO）导电材料，那是因为电阻高的氧化铟锡（ITO）导电材料不易折伤，所以本发明也减小了工艺生产的难度。

本发明的电容式触摸屏传感器的结构并不局限于数码相机、导航仪、手机、掌上电脑等各种电子设备的电容式触摸屏上，也适用于其它不同的技术领域中所需要使用电容式触摸屏上。

Claims

1.一种电容式触摸屏传感器的结构，包括透明绝缘基材（1），其特征在于：

a、所述透明绝缘基材（1）的两面均设有透明导电膜（2）；

b、所述透明绝缘基材（1）一面的透明导电膜（2）包括若干个沿着宽度方向上均匀布置的第一电极（2-1），所述第一电极（2-1）由多个第一感应单元（2-1-1）通过第一透明导电线（2a）依次串联构成；

c、所述透明绝缘基材（1）另一面的透明导电膜（2）包括若干个沿着长度方向上均匀布置的第二电极（2-2），所述第二电极（2-2）由多个第二感应单元（2-2-1）通过第二透明导电线（2b）依次串联构成；

d、每一个第一电极（2-1）同时与每一个第二电极（2-2）相互垂直；所述第一电极（2-1）的第一感应单元（2-1-1）和第二电极（2-2）的第二感应单元（2-2-1）均是工字型形状的感应单元；

e、所述工字型形状的感应单元是由互相平行的第一直条（21）和第三直条（23），以及垂直于第一直条（21）和第三直条（23）的第二直条（22）构成，且第二直条（22）的两端分别与第一直条（21）的中央部位和第三直条（23）的中央部位相连接。

2.根据权利要求1所述的电容式触摸屏传感器的结构，其特征在于：所述第一电极（2-1）的工字型形状的第一感应单元（2-1-1）的宽度L与长度H的比例与第二电极（2-2）的工字型形状的第二感应单元（2-2-1）的宽度L’与长度H’的比例相等。

3.根据权利要求1或2所述的电容式触摸屏传感器的结构，其特征在于：所述第一电极（2-1）的工字型形状的第一感应单元（2-1-1）的宽度L与长度H的比例为0.5~2；所述第二电极（2-2）的工字型形状的第二感应单元（2-2-1）的宽度L’与长度H’的比例为0.5~2。

4.根据权利要求1所述的电容式触摸屏传感器的结构，其特征在于：所述第一电极（2-1）的沿着宽度方向上相邻的第一感应单元（2-1-1）之间的间距与第二电极（2-2）的沿着长度方向上相邻的第二感应单元（2-2-1）之间的间距相等。

5.根据权利要求1或4所述的电容式触摸屏传感器的结构，其特征在于：所述第一电极（2-1）的沿着宽度方向上相邻的第一感应单元（2-1-1）之间的间距为 4~10mm；所述第二电极（2-2）的沿着长度方向上相邻的第二感应单元（2-2-1）之间的间距为 4~10mm。

6.根据权利要求1所述的电容式触摸屏传感器的结构，其特征在于：所述第一透明导电线（2a）是沿着第一电极（2-1）的工字型中心轴线相连接的；第二透明导电线（2b）是沿着第二电极（2-2）的工字型中心轴线相连接的；所述第一透明导电线（2a）与第二透明导电线（2b）相互垂直，且第一透明导电线（2a）的中点a₀与第二透明导电线（2b）的中点b₀的连线a₀b₀，既垂直于第一透明导电线（2a），又垂直于第二透明导电线（2b）。

7.根据权利要求1所述的电容式触摸屏传感器的结构，其特征在于：所述透明绝缘基材（1）是透明薄膜基材，或者是透明玻璃基材。

8.根据权利要求1所述的电容式触摸屏传感器的结构，其特征在于：所述透明导电膜（2）是氧化铟锡导电膜，或者是石墨烯导电膜，或者是氧化锑锡导电膜。