CN103176672A - 使用振荡频率的触摸传感器面板 - Google Patents

Abstract

公开了使用振荡电路检测触摸的设备和方法。通过使用RC振荡电路的电阻和电容来检测位置的触摸传感器线路彼此相对，以在面板上制成一对，根据随触摸而改变的面板电容所产生的振荡频率通过相邻的触摸传感器线路来测量，并且可计算所测量的振荡频率的两个或更多个特征以确定触摸位置。

Description

使用振荡频率的触摸传感器面板

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求于2011年12月21日在韩国知识产权局提交的第10-2011-0138754号韩国专利申请的优先权，该申请的内容通过引用整体地并入本文中。

技术领域

本公开涉及触摸传感器面板，更具体地涉及用于检测当进行触摸时所产生的电路的振荡频率变化并确定触摸位置的设备和方法。

背景技术

近来，随着便携式设备的发展，智能电话、笔记本电脑、游戏机、学习辅助设备和照相机已经被广泛地使用，并且输入型设备已经从现有的鼠标或键盘发展为触摸型。因为使用触摸的输入型在用户观看屏幕时可以直接选择和控制该屏幕上的图标或程序，所以存在的优势在于设备的尺寸和重量可以减小，同时为用户提供直观的使用方法。

电阻型和电容型是最广泛使用的触摸检测类型。在这些类型中，最近具有简化配置和高运行可靠性的电容式触摸面板的使用范围快速地扩大。

图1是现有技术的电容式触摸面板的配置图。触摸传感器10具有以下结构，其中触摸电极31、32安装在基板11上，触摸电极形状为菱形，驱动电极31和传感器电极32彼此交叉地设置，并且绝缘层33形成在驱动电极31和传感器电极32之间。这些电极彼此水平地或垂直地连接，并且通过接线端部分22和信号线20与外部驱动电路连接。

为了确定人体触摸的位置，预定信号被扫描到驱动电极并且通过电极之间形成的电容传送该信号。当人体触摸或接近触摸传感器时，电极之间所形成的电容值会变化，因此，电极之间传送的信号也因电容值改变而改变。可以通过检测传送到传感器电极的信号的变化来检测人体触摸的位置，并且可以通过比较应用扫描信号的时间和已检测的电极来确定2D坐标中的触摸位置。

图2示意地示出了现有技术的电容式触摸传感器的工作原理。如图2所示，与驱动电极连接的电路设备将具有预定形状的信号（主要是脉冲信号）发送至传感器电极。因为在两个电极之间存在结构上形成的电容，所以通过驱动电极施加的脉冲信号的AC分量可以从驱动电极传送至传感器电极。在没有人体触摸的情况下传送的信号值被设置为参考点。当人体触摸并且信号通过驱动电极传送时，驱动电极和传感器电极之间的电容值变化。因为人体作为具有电容的负载，所以从传感器电极所检测的信号会改变。当检测到变化量时，可以确定人体是否触摸。该方法是常用电容式触摸传感器的结构原理。

图3A是图1中电容式触摸传感器的A部分的放大图。图3B是示意地示出图3A的I-II段的横截面视图。参照图3A，驱动电极31通过利用ITO配置为透明电极并且与传感器电极32交叉。两个电极设置在不同层上，图3B的介电层33设置在这两个层之间，因此，两个电极层不会彼此短路。

在该结构中，因为传导电极层被立体地配置有两层，所以需要包括绝缘层的至少三个层。触摸传感器的更多层意味着在制造过程中需要更多次的处理。此外，因为当制造上电极和下电极时，两个电极层在纵向线上彼此不重叠并且在二者之间插置有绝缘层，所以在制造过程中上电极和下电极需要彼此精确地对准。如果在电极层之间出现重叠现象，就不会出现导电问题，但是当图像仅在重叠部分被发送时，透光率减少，因此在平面上会出现诸如斑点的现象。

公开内容

本公开作出努力以提供一种通过使用单个层来提供一种廉价且结构简化的触摸传感器结构、与该结构连接的位置检测装置和位置检测方法。

本公开的示例性实施方式提供触摸传感器面板，包括：基板，多个第一传感器线路，以一个方向形成在基板上；多个第二传感器线路，与第一传感器线路间隔开并且形成在第一传感器线路之间；振荡电路，连接到第一传感器线路和第二传感器线路；第一信号线路，连接第一传感器线路和振荡电路；第二信号线路，连接第二传感器线路和振荡电路；第一信号连接点，连接第一信号线路和第一传感器线路；以及，第二信号连接点，连接第二信号线路和第二传感器线路，其中，第一传感器线路从第一信号连接点的延伸方向与第二传感器线路从第二信号连接点的延伸方向相反。

触摸传感器可以检测电容变化。

电容可以是第一传感器线路或第二传感器线路与触摸检测对象之间的电容。

当触摸装置靠近或触摸面板时，电容可以变化，并且从振荡电路输出的信号可以随电容的变化而变化。

振荡电路可以与第一传感器线路和第二传感器线路中的任何一个以一定间隔连接以输出信号。

触摸传感器面板还可以包括检测装置，检测装置连接振荡电路以检测振荡电路输出的信号。

检测装置可以存储所述振荡电路连接到所述第一传感器线路时的输出信号的特征和所述振荡电路连接到所述第二传感器线路时的输出信号的特征，并对所述振荡电路连接到所述第一传感器线路时的输出信号的特征与所述振荡电路连接到所述第二传感器线路时的输出信号的特征进行比较。

第一传感器线路、第二传感器线路、第一信号线路和第二信号线路可以设置在基板的同一表面上。

基板可以由聚合物膜、塑料和玻璃中的任意一种制成。

第一传感器线路和第二传感器线路可以由包括透明导电氧化物（TCO）的材料制成。

透明导电氧化物可以包括ITO、IZO、ATO、AZO和ZnO中的任一种。

第一传感器线路和第二传感器线路可以具有带状线的形状。

第一传感器线路和第二传感器线路可以具有啮合的锯齿形。

第一传感器线路的宽度和第二传感器线路的宽度可以在0.1mm至2mm的范围内。

根据本公开的示例性实施方式，因为人体的触摸位置通过彼此平行设置的多个传感器线路来确定，所以可以实现具有简化结构和通过单个层配置的触摸传感器，并且可以减少制造所需的处理次数。还可以提供一种触摸面板，其通过简化触摸面板的布线来使传感器区域之外的侧边框最小化，从而使设置在外部的信号线路最小化。

上述公开内容仅是示例性的，并不用于以任何方式限定本公开。除了上述方面、实施方式和特征，通过参照附图和具体实施方式，本公开的其他方面、实施方式和特征将是显而易见的。

附图说明

图1是用于示出现有技术的电容式触摸面板的视图；

图2是用于示出现有技术的电容式触摸面板的操作的视图；

图3A和3B是现有技术的电容式触摸面板的放大图和剖视图；

图4是用于示出根据本公开的示例性实施方式的触摸面板的视图；

图5是用于示出根据本公开的示例性实施方式的振荡电路结构的视图；

图6A-6C是用于示出根据本公开的示例性实施方式的振荡波形的视图；

图7是本公开的实施例1的触摸面板的结构示意图；

图8A和8B是本公开的实施例2的触摸面板的结构示意图；

图9A-9C是用于本公开的示例性实施方式的传感器线路的形状示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。本公开的范围不限于下述的示例性实施方式和附图。以下描述的和附图中示出的示例性实施方式可以包括各种等同和修改。

与现有技术中使用测量信号发送变化的电容测量原理的触摸面板不同，本公开的触摸传感器面板采用的方法通过利用电阻和电容的振荡现象来检测位置，因而无论其他传感器线路如何，每条传感器线路都可以独立地检测位置。但是，当通过使用以一个方向设计的传感器线路来测量位置时，检测位置的精度会根据测量环境迅速地变差，因此难以确定准确的触摸点。本申请通过组合彼此平行设置的两个或更多个传感器线路来解决上述问题。

在下文中，将参照附图详细地描述本公开的示例性实施方式。

图4示出了本公开的第一示例性实施方式。在图4中，触摸传感器面板包括第一传感器线路210和第二传感器线路220，第一传感器线路210以一个方向设置在基板100上，第二传感器线路220与第一传感器线路平行地设置。传感器线路通过信号线路与电路部分连接，并且信号线路分别与开关310连接。开关部分300的每个开关310的一个接线端通过信号线路与传感器线路连接，另一个接线端共同地与振荡电路400连接。第一传感器线路210通过触摸传感器的下部接线端与振荡电路400连接，而第二传感器线路220通过触摸传感器的上部接线端与振荡电路400连接。在本公开示例性实施方式中，通过两侧与振荡电路400连接的至少两对第一和第二传感器线路来确定触摸位置。在与传感器线路连接的情况下的波形输出中，通过计算机450检测和存储该波形的特征（例如周期和频率），然后相互进行比较。通过计算机的比较处理来分析在连接两个或更多个传感器线路时的振荡波形以确定被触摸位置。振荡波形可以通过使用两对或更多对传感器线路确定精确位置来进行校正，以便不依赖于进行触摸的人体和周围环境的电容的绝对值。

图4的外部电阻230是设置在每个传感器线路的最后的接线端处的公共电阻。外部电阻230不是必要的组成元件，并且当传感器线路的自电阻足够大时，不需要连接外部电阻230。外部电阻230用于通过将具有约几KΩ至几MΩ的电阻值的电阻安装在信号线路的连接点的相对侧，来将具有振荡波形的频率设置在预定的范围中。

图5示出了通过使用本公开的触摸传感器结构来检测位置的基本原理。振荡电路400通过信号线路与传感器线路210连接。因为在传感器线路210中包括自电阻211和电容212，所以如图5所示脉冲波形420输出到振荡电路400的输出端，并且通过输入到计算机450中来使用输出波形。但是，作为确定振荡脉冲的频率和周期值因素的电阻211和电容212根据人体触摸位置而具有不同的值。例如，因为触摸位置的距离在触摸位置接近信号线路和传感器线路连接的信号连接点时减少，所以电阻值会稍微变化并且电容值增加预定量。但是，当人体的触摸位置远离信号连接点时，与振荡电路连接的电阻值增加并且电容值也增加。因此，振荡脉冲的周期增加，并因而频率降低。即，当远离信号连接点的点被触摸时，振荡电路的输出波形的周期增加。

图6A的频率是在人体触摸邻近点时波形输出的形式。传感器线路的电容增加，但是与振荡电路部分的连接部分的距离不远，电容值较小。

图6B是在人体触摸中间点时的波形输出。电阻值稍微增加，并且电容值也增加。

图6C是在人体触摸离信号连接点距离最远点时的波形输出。因为电阻值增加至人体的触摸点，所以即使该触摸点被相同的电容触摸，波形的周期也是最大。

在图5和图6A-6C中，当振荡电路与人体所触摸的传感器线路连接时的振荡频率可以由以下公式表示。

F(频率)=α/{R(直至触摸点的电阻)*[Ch(人体电容)+Cs:传感器线路的寄生电容)]}

因为检测频率F与电阻和电容成反比，所以总体电容值增加并因而振荡频率F减少。

但是，当仅通过频率F确定触摸位置时，人体产生的电容值在触摸期间每次都会随周围环境而改变，因此难以精确地确定触摸位置。本公开采用对通过第一传感器线路和第二传感器线路所测量的振荡频率进行计算的方法，来校正在触摸期间因环境而引起的频率变化。当从两侧检测到两个传感器线路的触摸位置时，由绝对电容值产生的影响被去除，并且可以相对地确定触摸位置。

下面的表1示出了当第一传感器线路与振荡电路连接时通过触摸将电极分成九个部分的每个位置所测量的第一频率的测量值，以及当第二传感器线路与振荡电路连接时通过触摸该电极的同一点而测量的第二频率的测量值。表2是通过表1的相同方法在周围环境变化的情况下测量出的结果。在通过比较两个电极对来确定位置的情况下，由于触摸点的相对位置是通过计算来确定的，所以在使用绝对值通过单个电极确定触摸位置时可能产生的错误可减少。

表1

测量位置	第一频率	第二频率	差值	比值
					1	54.3	59.9	-5.6	0.907
2	54.8	59.1	-4.3	0.927
					3	55.3	58.6	-3.3	0.944
4	56.5	58.1	-1.6	0.972
					5	57.4	57.2	0.2	1.003
6	579	56	523	10.339
					7	58.7	55.3	3.4	1.061
8	59.2	53.8	5.4	1.100
					9	59.6	51.8	7.8	1.151

表2

测量位置	第一频率	第二频率	差值	比值
					1	53.9	59.9	-6	0.900
2	54.5	59.1	-4.6	0.922
					3	55.6	58.4	-2.8	0.952
4	56.6	57.8	-1.2	0.979
					5	57.4	57.3	0.1	1.002
6	58.3	56	2.3	1.041
					7	59	54.9	4.1	1.075
8	59.2	53.3	5.9	1.111
					9	59.8	52	7.8	1.150

图7是示出作为本公开示例性实施方式连接到基板的结构的示意图。作为本公开的第一示例性实施方式，第一传感器线路和第二传感器线路彼此平行，并且各个信号连接点和接口部分设置在基板的相对侧。在图7中，与FPC连接的各自接线端部分设置在触摸面板的基板的朝上方向和朝下方向。因此，可以通过使面板中的电极布线最小化并将设置在面板的左右外侧处的信号连接布线去除，来配置没有侧边框（side bezel）的触摸面板。当可移动装置的屏幕尺寸变大时，需要在屏幕增加的同时使可移动装置的尺寸最小化。为此，通过使最外侧最小化来制造可移动装置的屏幕显示设备。反之，因为触摸面板包括在水平方向来自侧面的电极所需的信号线布线，因此难以减小侧边框。本公开提供了一种用于可移动装置的触摸面板，其具有无需在侧面设置信号线路的结构的较窄侧部。在图7中，第一传感器线路210和第二传感器线路220以彼此相反的方向延伸，从而彼此平行地交替。将信号施加到每个传感器线路的信号线路连接振荡电路400和传感器线路210和220，传感器线路210和220通过FPC320和接线端部分330设置到外部。第一传感器线路通过第一信号连接点350与信号线路连接，第二传感器线路通过第二信号连接点360与信号线路连接。本文中描述的信号线路、传感器线路、和信号连接点用于详细地描述本公开的触摸面板的结构，因此并不意味着存在使用单独装置或材料的连接点。为了便于制造，如果可能的话，信号线路、传感器线路和信号连接点可以由相同的材料形成。特别是，在触摸面板被用作透射类型的情况下，可以使用由透明材料制成的氧化物电极。ITO经常用作透明导电氧化物，但是也可以使用诸如AZO、IZO和ZnO的各种透明导电材料。

图8A是本公开的第二示例性实施方式，第一传感器线路210通过位于触摸面板下的第一信号连接点350与电路部分连接，第二传感器线路220通过位于触摸面板上的第二信号连接点360与电路部分连接。第二信号连接点360用来连接第二传感器线路220和第二信号线路221。第一信号连接点350和第二信号连接点360设置在两端，传感器线路210和220插入第一信号连接点350和第二信号连接点360之间。图8A的触摸面板的优势在于，方便制造并且简化了与位于触摸面板后侧的显示器的连接，这是因为通过FPC的接口仅设置在基板的一侧。但是，因为与第一传感器线路连接的电阻值不同于与第二传感器线路连接的电阻值，因此需要在计算机中进行不同电阻值所需的校正。

图8B是图8A的触摸面板的B部分的放大图。在本公开的第二示例性实施方式中，在上侧没有安装接线端部分。因此，信号线路221与传感器线路220平行地延伸，以通过信号连接点360与传感器线路220连接。信号线路221和传感器线路220具有不同的宽度，信号线路221具有较小的宽度以便不会阻碍传感器线路220检测触摸。

图9A-9C是示出用于本公开的传感器线路的形状的示意图。

图9A示出了具有带状线形状的传感器线路。本公开的传感器线路通过人体触摸的电容和传感器线路所包含的电阻值来改变振荡电路中振荡的频率的周期。在现有技术的电容式触摸传感器结构中，在两个相邻电极之间形成的电容起着重要的作用，但是本公开具有传感器线路分别操作的结构，因此在传感器线路的布局或结构中存在很多差别。在图9A中，第一传感器线路210和第二传感器线路220彼此平行地设置。因为两个传感器线路精确地对称，所以检测到的频率易于被校正，因此可以检测到精确位置。为了同时通过两个传感器线路检测人体触摸，传感器线路的图案宽度可以最小为0.1mm，最大为2mm。当宽度小于0.1mm时，很难在所需的触摸对象和传感器线路之间形成电容，而当宽度大于2mm时，人体的触摸仅可能在任意一条线路中检测出。

在图9B中，为了增加电阻值并同时对在人体触摸期间所形成的电容进行有效地检测，第一传感器线路和第二传感器线路被形成为彼此面对作为不平行（uneven）的结构。不平行结构的最大宽度无需超过2mm，至少第一传感器线路和第二传感器线路的不平行性就可以同时检测人体的触摸。当传感器线路的不平行性较大时，检测部分因来自人体的触摸可能仅出现在第一传感器线路和第二传感器线路中的任意一个上，因此可能难以确定精确位置。

图9C是通过形成三角形的不平行形状而设置成彼此相对的传感器线路的形状。

本公开所使用的传感器线路的结构不限于图9A、图9B和图9C的示例，并且可以使用具有各种对称形状的传感器线路形状。

从上文中，应当理解，出于说明的目的，本文中描述了本公开的多种实施方式，但是在不背离本公开的范围和精神下可以做出各种修改。因此，本文所公开的各个实施方式并非用于限制，其实际范围和精神由所附的权利要求所表示。

Claims (15)

1.一种触摸传感器面板，包括：

基板；

多个第一传感器线路，以一个方向形成在所述基板上；

多个第二传感器线路，与所述第一传感器线路间隔开并且形成在所述第一传感器线路之间；

振荡电路，连接到所述第一传感器线路和所述第二传感器线路；

第一信号线路，连接所述第一传感器线路和所述振荡电路；

第二信号线路，连接所述第二传感器线路和所述振荡电路；

第一信号连接点，连接所述第一信号线路和所述第一传感器线路；以及

第二信号连接点，连接所述第二信号线路和所述第二传感器线路，

其中，所述第一传感器线路从所述第一信号连接点的延伸方向与所述第二传感器线路从所述第二信号连接点的延伸方向相反。

2.如权利要求1所述的触摸传感器面板，其中，所述触摸传感器检测电容的变化。

3.如权利要求2所述的触摸传感器面板，其中，所述电容是所述第一传感器线路或所述第二传感器线路与外部触摸装置之间的电容。

4.如权利要求3所述的触摸传感器面板，其中，当所述触摸装置接近或触摸所述面板时，所述电容改变，并且从所述振荡电路输出的信号随所述电容的变化而改变。

5.如权利要求4所述的触摸传感器面板，其中，所述振荡电路与所述第一传感器线路和所述第二传感器线路中的任一个以一定间隔连接以输出信号。

6.如权利要求5所述的触摸传感器面板，还包括：

检测装置，所述检测装置连接到所述振荡电路以检测从所述振荡电路输出的所述信号。

7.如权利要求6所述的触摸传感器面板，其中，所述检测装置存储所述振荡电路连接到所述第一传感器线路时的输出信号的特征和所述振荡电路连接到所述第二传感器线路时的输出信号的特征，并对所述振荡电路连接到所述第一传感器线路时的输出信号的特征与所述振荡电路连接到所述第二传感器线路时的输出信号的特征进行比较。

8.如权利要求7所述的触摸传感器面板，其中，所述输出信号的特征是电压、振幅、频率和周期中的至少一个。

9.如权利要求1所述的触摸传感器面板，其中，所述第一传感器线路、所述第二传感器线路、所述第一信号线路和所述第二信号线路设置在所述基板的同一表面上。

10.如权利要求1所述的触摸传感器面板，其中，所述基板由聚合物膜、塑料和玻璃中的至少一种制成。

11.如权利要求1所述的触摸传感器面板，其中，所述第一传感器线路和所述第二传感器线路由包括透明导电氧化物（TCO）的材料制成。

12.如权利要求11所述的触摸传感器面板，其中，所述透明导电氧化物包括ITO、IZO、ATO、AZO和ZnO中的至少一种。

13.如权利要求1所述的触摸传感器面板，其中，所述第一传感器线路和所述第二传感器线路具有带状线形状。

14.如权利要求1所述的触摸传感器面板，其中，所述第一传感器线路和所述第二传感器线路具有啮合的锯齿形状。

15.如权利要求1所述的触摸传感器面板、其中，所述第一传感器线路的宽度和所述第二传感器线路的宽度在0.1mm至2mm的范围内。

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