CN103268176B - 一种互感式电容触摸屏 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种互感式电容触摸屏，包括驱动线、感应线和电极结构，所述电极结构包括第一电极和第二电极，所述第一电极与触摸屏的驱动线连接，所述第二电极与触摸屏的感应线连接；或者，所述第一电极与触摸屏的感应线连接，所述第二电极与触摸屏的驱动线连接；所述电极结构具有各向同性的探测特性。本发明具有如下有益效果：通过应用环状曲线或多条直线的电极布满感应线和驱动线间的绝大部分面积，使电极具有各向同性的探测特性，且电极之间的互感电容变化曲线平滑，提高检测触摸信号的灵敏度和所得到触摸信号的解析度。

Description

一种互感式电容触摸屏

技术领域

本发明涉及互感式电容触摸屏，尤其涉及一种互感式电容触摸屏的电极结构。

背景技术

电容式触摸屏可以按照探测触摸信号的模式分为自感电容式和互感电容式两类。一个互感式电容触摸屏由复数条驱动线和与其直交的复数条感应线构成，驱动线和感应线之间形成互感电容，驱动线和感应线之间的交叠部分电容是无法由外界触摸物体所改变的，非电极交叠部分产生的空间边缘电场形成的互感电容则受到外界触摸物体的直接影响。

图1是现有技术中一种典型的互感式电容触摸屏的电极结构。两个棱形电极之间的空间决定了互感电容C的大小，同时也决定了最大信号的幅度。这是由于手指压在触摸屏表面时，手指压痕覆盖了部分或者全部互感电容的间隙区域时，互感电容发生变化。感应线上输出的信号则与互感电容的变化量成正比。

图2所示，是手指压痕的形状、手指移动方向和互感电容的间隙区域的形状，其中，包括手指移动方向D1和手指移动方向D2。手指以D1或D2所示的方向上移动，使得互感电容C(参见图1)的变化呈现不同的变化曲线。如图3所示，依据图1所示电极结构所产生的互感电容C和图2所示手指移动方向D1和D2，计算得到的互感电容C的变化曲线L1和变化曲线L2，变化曲线L1和变化曲线L2分别对应手指移动方向D1和D2，K则表示时间或手指移动距离。我们注意到，首先如图1所示的触摸屏的电极结构导致了各向异性的探测特性；其次互感电容的变化曲线不平滑。这在对输出信号做时间或者空间的微分时，就会产生噪声，从而影响到触摸信号的较高空间频率和时间频率的解析度。

发明内容

本发明的目的是提供一种互感式电容触摸屏，以解决现有技术中由于触摸屏各向异性的探测特性和互感电容的变化曲线不平滑，造成对输出信号做时间或者空间的微分时产生噪声，从而影响到触摸信号的较高空间频率和时间频率的解析度的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明较佳的实施例提供一种互感式电容触摸屏，包括驱动线、感应线和电极结构，所述电极结构包括第一电极和第二电极，所述第一电极与触摸屏的驱动线连接，所述第二电极与触摸屏的感应线连接；或者，所述第一电极与触摸屏的感应线连接，所述第二电极与触摸屏的驱动线连接；所述电极结构具有各向同性的探测特性。

优选的实施例中，所述第一电极和所述第二电极的图形为不闭合的环状曲线，所述第一电极的环状曲线与所述第二电极的环状曲线按固定的间距缠绕，所述第一电极与驱动线连接，所述第二电极与感应线连接。

优选的，所述第一电极和所述第二电极的图形的不闭合的环状曲线为螺旋线，所述第一电极的环状曲线满足如下公式：

其中，R_Drive为所述第一电极的环状曲线的螺旋中心到该环状曲线上一移动点的半径，R₀为该环状曲线的起点到螺旋中心的距离，u为该移动点沿着半径方向向外移动的速度，ω为该移动点围绕螺旋中心旋转的角速度，为经坐标系原点到所述第一电极的环状曲线上该移动点形成的直线与X轴的夹角。

优选的，所述第二电极的环状曲线满足如下公式：

其中，R_Sense为所述第二电极的环状曲线的螺旋中心到该环状曲线上一移动点的半径，为所述第二电极的环状曲线的起点与所述第一电极的环状曲线的起点的初始相位差，D_gap为所述第一电极的环状曲线与所述第二电极的环状曲线的间距。

优选的，所述第一电极的环状曲线与所述第二电极的环状曲线的间距D_gap满足如下公式：

D_gap≥0.5·（W_D+E_S)+D_Lith，

其中，W_D为所述第一电极的环状曲线的线宽，W_S为所述第二电极的环状曲线的线宽，D_Lith为设定的所述第一电极诉环状曲环与所述第二电极的环状曲线之间的最小间距。

优选的，所述第一电极的环状曲线还包括一段所述螺旋线，且与所述第二电极的环状曲线具有间距D_gap。

优选的实施例中，所述第一电极包括至少一条第一直线，所述第一直线直接连接至所述驱动线或者感应线，并与所述驱动线或者感应线垂直；

所述第二电极包括一条延长直线和至少一条一端连接至所述延长直线的第二直线，所述延长直线一端连接至所述驱动线或者感应线并与所述驱动线或者感应线垂直，所述第二直线与所述延长直线垂直；

所述第一直线与所述延长直线和所述第二直线不相交，且所述第一直线与所述第二直线按固定的间距平行交错排列。

优选的，每条所述驱动线或者感应线连接的若干所述第一电极和所述第二电极间隔排列。

优选的，水平或者垂直方向上，两相邻像素中的所述第一直线互相垂直排列。

本发明实施例有益效果如下：通过应用环状曲线或多条直线的电极布满感应线和驱动线间的绝大部分面积，使电极具有各向同性的探测特性，且电极之间的互感电容变化曲线平滑，提高检测触摸信号的灵敏度和所得到触摸信号的解析度。

附图说明

图1为现有技术中互感式电容触摸屏的电极结构；

图2为现有技术中手指压痕的形状、手指移动方向和互感电容的间隙区域的形状示意图；

图3为现有技术中电极间的互感电容随手指移动计算得到的变化曲线；

图4为本发明实施例一中所述的环状电极结构及与驱动线和感应线的连接关系示意图；

图5为本发明实施例一中所述的环状电极结构的互感电容随手指移动计算得到的变化曲线；

图6为本发明实施例二中所述的多条直线组合的电极结构及与驱动线和感应线的连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明实施例的实现过程进行详细说明。

本发明实施例一，一种互感式电容触摸屏，包括驱动线、感应线和电极结构，电极结构包括第一电极和第二电极，第一电极与触摸屏的驱动线连接，第二电极与触摸屏的感应线连接；或者，第一电极与触摸屏的感应线连接，第二电极与触摸屏的驱动线连接；电极结构具有各向同性的探测特性。

优选的实施例中，电极结构如图4所示的环状电极结构及与驱动线和感应线的连接关系。其中包括驱动线1、感应线2、第一电极11和第二电极12；第一电极11和第二电极12的图形为不闭合的环状曲线，第一电极11的环状曲线与第二电极12的环状曲线按固定的间距缠绕，第一电极11与驱动线1连接，第二电极12与感应线2连接。其中，第一电极11的环状曲线为螺旋线，满足公式1：

其中，R_Drive为第一电极11的环状曲线的螺旋中心O到该环状曲线上一移动点M的半径，R₀为该环状曲线的起点S_D到螺旋中心的距离，u为该移动点M沿着半径方向向外移动的速度，ω为该移动点M围绕螺旋中心O旋转的角速度，为经坐标系原点到该移动点M形成的直线与X轴的夹角，此处以螺旋中心O作为坐标系原点。

优选的实施例中，第二电极12的环状曲线满足公式2：

其中，R_Sense为第二电极12的环状曲线的螺旋中心O到该环状曲线上一移动点M₁的半径，为第二电极12的环状曲线的起点S_S与第一电极11的环状曲线的起点S_D的初始相位差，优选的可正可负，D_gap为第一电极11的环状曲线与第二电极12的环状曲线的间距。公式2中与公式1中相同字母表示相同物理意义，可参照相应理解，此处不再重复。

优选的，第一电极11的环状曲线与第二电极12的环状曲线的间距D_gap满足公式3：

D_gap≥0.5·（W_D+W_S)+D_Lith（3）

其中，W_D为第一电极11的环状曲线的线宽，W_S为第二电极12的环状曲线的线宽，D_Lith为设定的第一电极11的环状曲环与第二电极12的环状曲线之间的最小间距。在实际应用中，D_Lith可以为工艺上可达成的最小电极间隔，从而避免环状曲线电极的相交或重合。

进一步优选的实施例中，第一电极11的环状曲线还包括一段螺旋线，所述螺旋线满足上述第一电极11环状曲线的公式1，且与第二电极12的环状曲线具有间距D_gap。

图5是根据本发明实施例一的图4所示的电极结构以及图2所示的手指移动方向所计算出来的互感电容随着手指移动而相对变化的曲线。其中，K表示时间或手指移动距离，互感电容C依照如图2所示的移动方向D1和移动方向D2移动，随K的变化曲线如图5中所示变化曲线L3和变化曲线L4，图中显示L3和L4重合。由此我们可以得到，互感电容C的变化没有随着手指的移动方向而表现出各向异性的特性，具有各向同性的特性，变化曲线也相对平滑，因此，可以从触摸信号中提取出更加精准的信息。

需要说明的另一点是，如图1现有技术中的电极结构，大部分面积被实心的电极所占据，真正贡献给互感电容的面积只是四个棱形电极的间隔区域。而本发明实施例一的附图4所示的电极结构，感应线和驱动线间的绝大部分的面积都被驱动和感应电极的间隔区域所布满，即可以获得较高的单位面积的互感电容，其对触摸的灵敏度要高于如图1所示的电极结构。

图6所示本发明实施例二的一种电极结构，所述电极结构由多条直线状的电极构成。第一电极13包括至少一条第一直线131，第一直线直接连接至驱动线1或者感应线2，并与驱动线1或者感应线2垂直；

第二电极14包括一条延长直线141和至少一条一端连接至延长直线141的第二直线142，延长直线141一端连接至驱动线1或者感应线2并与驱动线1或者感应线2垂直，第二直线142与延长直线141垂直；

第一直线131与延长直线141、第二直线142不相交，且第一直线131与第二直线142按固定的间距平行交错排列。

优选的实施例中，每条驱动线1或者感应线2连接的若干第一电极13和第二电极14间隔排列。

优选的实施例中，水平或者垂直方向上，两相邻像素中的第一直线131互相垂直排列。

在图6所示的电极结构中，电极均由垂直或者水平的电极线来构成。每一个触摸屏像素的邻近的上下左右的像素的互感电容的间隙走线都和它相差90度。

虽然在一个像素内部，间隙的走向都是一样，但是在整个触摸屏上，避免了所有的互感电容间隙都沿着一个方向排列。得到的触摸信号沿着垂直和水平方向在两个像素以上的滑动距离都可以得到各向同性的结果，其变化曲线与图4所示电极结构得到的变化曲线相似（参见图5），在此不再重述。

另外，感应线和驱动线间的绝大部分的面积都被驱动和感应电极的间隙区域所布满，灵敏度得到大幅的提高。

本发明实施例取得如下有益效果：通过应用环状曲线或多条直线的电极布满感应线和驱动线间的绝大部分面积，使电极具有各向同性的探测特性，且电极之间的互感电容变化曲线平滑，提高检测触摸信号的灵敏度和所得到触摸信号的解析度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种互感式电容触摸屏，包括驱动线、感应线和电极结构，所述电极结构包括第一电极和第二电极，所述第一电极与触摸屏的驱动线连接，所述第二电极与触摸屏的感应线连接；或者，所述第一电极与触摸屏的感应线连接，所述第二电极与触摸屏的驱动线连接；其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的图形为按固定的间距缠绕的、不闭合的环状曲线，该环状曲线为螺旋线；

至少所述第一电极的环状曲线满足如下公式：

其中，R_Drive为所述第一电极的环状曲线的螺旋中心到该环状曲线上一移动点的半径，R₀为该环状曲线的起点到螺旋中心的距离，u为该移动点沿着半径方向向外移动的速度，ω为该移动点围绕螺旋中心旋转的角速度，为经坐标系原点到所述第一电极的环状曲线上该移动点形成的直线与X轴的夹角。

2.如权利要求1所述的互感式电容触摸屏，其特征在于，所述第二电极的环状曲线满足如下公式：

其中，R_Sense为所述第二电极的环状曲线的螺旋中心到该环状曲线上一移动点的半径，为所述第二电极的环状曲线的起点与所述第一电极的环状曲线的起点的初始相位差，D_gap为所述第一电极的环状曲线与所述第二电极的环状曲线的间距。

3.如权利要求2所述的互感式电容触摸屏，其特征在于，所述第一电极的环状曲线与所述第二电极的环状曲线的间距D_gap满足如下公式：

D_gap≥0.5·(W_D+W_S)+D_Lith，

其中，W_D为所述第一电极的环状曲线的线宽，W_S为所述第二电极的环状曲线的线宽，D_Lith为设定的所述第一电极的环状曲线与所述第二电极的环状曲线之间的最小间距。

4.如权利要求3所述的互感式电容触摸屏，其特征在于，所述第一电极的环状曲线还包括一段所述螺旋线，且与所述第二电极的环状曲线具有间距D_gap。