CN103294293A - 内嵌式电容触控屏的触控图形结构 - Google Patents

内嵌式电容触控屏的触控图形结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内嵌式电容触控屏的触控图形结构，包括：多条沿第一方向的相互绝缘的驱动线；多条沿第二方向的相互绝缘的感应线；所述第一方向与所述第二方向垂直；所述驱动线与所述感应线相互绝缘；所述驱动线与所述感应线至少有部分相对边呈互嵌结构。本发明所公开的内嵌式电容触控屏的触控图形结构在驱动线与感应线之间形成有互嵌结构，使得驱动线与感应线之间的相对边长度增加，进而加大驱动线与感应线之间的互电容作用，增大触控灵敏度。

Description

内嵌式电容触控屏的触控图形结构
技术领域
本发明涉及触控领域，特别是涉及一种内嵌式电容触控图形结构。
背景技术
自1974出现世界上最早的电阻式触摸屏以来，触控技术经过飞速地发展，目前业界已经产生出了诸如电容式、电阻式、红外式和声波式等多种类型的产品。其中电容式触摸屏由于具有定位精确灵敏、触摸手感好、使用寿命长和支持多点触控等优点，成为当前市场上的主流产品。
电容式触摸屏分为自电容式和互电容式。由于互电容式触摸屏可以实现多点触控，因而互电容式触摸屏成为电容式触摸屏市场上的主流和未来发展的趋势。
目前互电容式触摸屏绝大部分采用的是外挂式的结构，即将触摸屏面板贴合于显示面板外部。但这种外挂式的结构不可避免地增加整个显示器的厚度和重量，造成透光率的下降，不符合显示器轻薄化发展趋势的要求。
因此业界提出了内嵌(in-cell)式电容触摸屏，即将电容触摸屏图形集成于显示面板内部。
但是内嵌式电容触摸屏相较于外挂式电容触摸屏而言，显示面板内部的电极层和触摸屏电极距离更近，相互之间的信号干扰作用更加严重，因而触摸屏的灵敏度会有所降低。所以，现有的外挂电容式触摸屏的触摸屏图形结构(现有的触摸屏图形结构通常由直边的多边形电极结构组成)不能很好的满足相关触控灵敏度的要求。
发明内容
为解决现有外挂电容式的触控图形结构无法满足内嵌式电容触控屏触控灵敏度要求的问题，本发明提供了一种内嵌式电容触控屏的触控图形结构，包括：
多条沿第一方向的相互绝缘的驱动线；
多条沿第二方向的相互绝缘的感应线；
所述第一方向与所述第二方向交叉；
所述驱动线与所述感应线相互绝缘；
所述驱动线与所述感应线至少有部分相对边呈互嵌结构。
可选的，所述驱动线由多个重复的驱动电极导电连接而成；所述感应线由多个重复的感应电极导电连接而成；相邻所述驱动电极和所述感应电极之间形成所述互嵌结构，所述互嵌结构有至少三个最小重复单元。
可选的，所述驱动电极和所述感应电极包括有带锯齿的相对边，所述驱动电极相对边上的锯齿与在所述感应电极相对边上的锯齿互相啮合形成所述互嵌结构，所述最小重复单元为所述锯齿。
可选的，所述锯齿为三角形齿、矩形齿、枝杈形齿或者波浪形齿。
可选的，所述驱动电极和感应电极中不含所述锯齿的部分为电极主体，所述感应电极的电极主体呈菱形、矩形、六边形、十字形或者枝杈形。
可选的，所述感应电极的所述电极主体为矩形，所述感应电极上的所述锯齿为矩形齿，所述感应电极具有面积为Ss，所述驱动电极具有面积为Sd，所述驱动电极与所述感应电极相对边长度为L，具有所述互嵌结构的(Sd×Ss)/L比没有所述互嵌结构时小。
可选的，所述感应电极的所述矩形电极主体长度为X，高度为Y，所述感应电极的所述矩形锯齿的底长为A，高度为B，所述感应电极包括的锯齿数量在L(Y-2A)/AB以上。
可选的，所述感应电极上的所述电极主体为矩形，所述感应电极上的所述锯齿为三角形齿，所述感应电极的所述电极主体长度为X，高度为Y，所述三角形齿的底长为A，高度为B，当A=0.2mm且Y=0.4mm时，B有最优值为0.8mm。
可选的，所述感应的所述电极主体为枝杈形，每个电极枝杈的宽度在0.2mm以上。
可选的，所述驱动线与感应线之间还包括有虚拟电极，所述虚拟电极与所述驱动线和所述感应线绝缘。
可选的，所述驱动线和所述感应电极被绝缘层覆盖；所述感应线包括导线，所述导线跨过所述绝缘层连接所述感应电极；所述虚拟电极位于所述驱动电极和所述感应电极之间。
可选的，所述驱动线和所述感应线分别位于绝缘层的上下两侧，所述绝缘层的上下两侧除所述驱动线和所述感应线以外的其它区域包括所述虚拟电极。
可选的，所述虚拟电极包括多边形、圆形、或者椭圆形。
可选的，所述驱动线和所述感应线由透明导电材料，或被黑矩阵覆盖的金属网格或者它们的组合物制成。
可选的，所述透明导电材料为铟锡氧化物，或者铟锌氧化物，或者它们的组合物。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明所提供的内嵌式电容触控屏的触控图形结构在驱动线与感应线之间形成有互嵌结构，使得驱动线与感应线之间的相对边长度增加，进而加大驱动线与感应线之间的互电容作用，增大触控灵敏度。
本发明所提供的内嵌电容式触控面板的触控图形结构的优选方案中，通过增设虚拟电极以减小驱动电极和感应电极自身的面积，降低驱动电极和感应电极自身的寄生电容，使触摸感应信号易于检测。同时，虚拟电极可以使和整个触控图形的光学均匀性更好，使得触控装置的视觉效果更佳。
附图说明
图1为互电容触控图形的工作原理模型示意图；
图2为本发明第一实施例所提供的内嵌式电容触控屏的触控图形结构示意图；
图3为图2所提供的触控图形的横截面的第一实施例的示意图；
图4为图2所提供的触控图形的横截面的第二实施例的示意图：
图5为图2所提供的触控图形的横截面的第三实施例的示意图：
图6为本发明第二实施例所提供的内嵌式电容触控屏的触控图形结构示意图；
图7为本发明第三实施例所提供的内嵌式电容触控屏的触控图形结构示意图。
具体实施方式
请参考图1，图1为互电容触控图形的工作原理模型示意图。图1中，Gs代表触控扫描信号发生装置，它有一对地电阻Rg，并按一定频率发射扫描信号。Rd代表驱动电极的等效电阻，Rs代表感应电极的等效电阻，在驱动电极与感应电极之间还会形成容抗，该容抗的等效电阻为Rds。在驱动电极与感应电极之间形成有互电容Cm，互电容式触控屏即是利用此互电容来实现触控功能。当驱动电极和感应电极之间发生触控动作时，会引起互电容Cm发生变化，继而形成耦合电流I，耦合电流I经过比较放大器放大之后，以Vout电压输出信号输出相应触控信号。
请继续参考图1，驱动电极还存在对地的耦合电容(也称自电容或者寄生电容)Cd，感应电极还存在对地的耦合电容(也称自电容或者寄生电容)Cs。发明人发现，现有的触控电极图形(例如直边菱形)制作于内嵌式(In-cell)触控面板结构中时，Cd和Cs会远大于用于触控检测的互电容Cm。同时，Cd和Cs两电容的对地容抗等效电阻的Re较大，在这种情况下驱动电极和感应电极之间的耦合电流I与Cd和Cs的乘积成正比。而Cd与驱动电极的面积Sd成正比，Cs与感应电极的面积Ss成正比，所以耦合电流I与Sd和Ss的乘积成正比。另外，发明人发现，由于驱动电极和感应电极是由同一层电极材料蚀刻而成，驱动电极和感应电极之间只隔着蚀刻沟槽，因而驱动电极和感应电极具有相同长度的相对边，此相对边的长度值可用L表示。驱动电极和感应电极之间的互电容Cm正比于相对边的长度L。
发明人得出，驱动电极和感应电极的对地耦合电容Cd和Cs的大小与驱动电极和感应电极的面积成正比的，如果要减小Cd和Cs，则应该减小驱动电极和感应电极的面积Sd和Ss。而驱动电极和感应电极之间的互电容Cm正比于它们之间的相对边的长度L，如果要增大驱动电极和感应电极之间的互电容Cm，则应该增大L。因而，要同时达到减小驱动电极和感应电极的对地耦合电容Cd和Cs和增大驱动电极和感应电极之间的互电容Cm，就应该使得(Sd×Ss)/L的值减小。一旦能够令(Sd×Ss)/L减小，就能够提高触控信号的信噪比，也就能够使得触控电极图形的触控灵敏度提高，满足内嵌式触控面板结构的触控灵敏度要求。
为此，发明人提出一种内嵌式电容触控屏的触控图形结构，以提高触控图形结构的信噪比，提高触控灵敏度。
第一实施例
请参考图2，图2为本发明第一实施例所提供的内嵌式电容触控屏的触控图形结构示意图。从图2中可以看出，该内嵌式电容触控屏的触控图形结构包括多条沿第一方向的相互绝缘的驱动线2，驱动线2包括多个总体形象呈“工”字形的驱动电极21，并且相邻驱动电极21之间导电连接。该内嵌式电容触控屏的触控图形结构还包括多条沿第二方向的相互绝缘的感应线1，感应线1包括多个感应电极11及连接相邻感应电极11的导线12。同时，驱动线2与感应线1之间存在蚀刻沟槽使得彼此之间相互绝缘。另外，图2中虽未示出，但驱动线2和感应线1都连接到触控控制器。
需要说明的是，在本实施例中，所述第一方向与所述第二方向垂直，即驱动线2与感应线1垂直。但是在其它实施例中，驱动线2与感应线1可以不相互垂直而以一定角度相互交叉。
需要说明的是，导线12可以是单独一条导线，也可以是多条导线，每条导线可以是单层结构，也可以是多层结构。导线12的制作材料可以是金属，也可以是导电金属氧化物，还可以是它们的组合物，并且导线12的制作材料还可以跟感应电极11的制作材料相同。
请继续参考图2，在驱动电极21与感应电极11的相对边上形成有相同的矩形锯齿，在驱动电极21上的矩形锯齿为211，在感应电极11上的矩形锯齿为111。由于此相对边上的矩形锯齿的存在使得驱动电极21与感应电极11的相对边上形成互嵌结构。
本实施例中，感应电极11上的锯齿为矩形锯齿111，但是在其它实施例中，锯齿还可以三角形齿、枝杈形齿或者波浪形齿等。而驱动电极12上的锯齿与感应电极11上的锯齿相匹配。
本实施例中，感应电极11的电极主体(电极主体指电极中不包括锯齿的部分)呈矩形，但是在其它实施例中，感应电极11的主体还可以是菱形，矩形，六边形，十字形或者枝杈形。
请继续参考图2，感应电极11的主体长度为X，宽度为Y。感应电极11主体的宽度Y的大小决定了电极电阻的大小，要保证感应电极11的电阻足够小以满足信号传输要求，Y应大于一确定数值，这一数值与电极材料有关。
请继续参考图2，感应电极11上的矩形锯齿111的底长为A，高度为B。设定感应电极11具有面积为Ss，驱动电极21具有面积为Sd，再设定驱动电极21与感应电极11的相对边长度为L。发明人研究发现，当Y≥2A，每个感应电极11的锯齿数量为L(Y-2A)/AB以上时，具有所述锯齿啮合结构的驱动电极21与感应电极11之间的(Sd×Ss)/L值减小到较低值，满足内嵌式电容触控屏的触控灵敏度要求。
本实施例中，感应电极11设置有一边十二个矩形锯齿111，假设A=2mm，B=3mm，则L=(2+3×2)×12=96mm。而如果没有此锯齿啮合结构，L=2×12=24mm。可以看出，有此锯齿啮合结构时L增大了4倍，同时Sd和Ss的大小几乎不变，因此有矩形锯齿111和矩形锯齿211时，(Sd×Ss)/L比没有矩形锯齿111和矩形锯齿211时要小四分之三，因而触控灵敏度有很大提高。
请继续参考图2，除了驱动线2与感应线1之外，本实施例所提供的触控图形结构还包括虚拟电极3。本实施例中，虚拟电极3呈矩形，并形成于相邻两驱动电极21之间，虚拟电极3的存在使得驱动电极21与感应电极11自身的面积减小，从而减小了驱动电极21与感应电极11各自的自电容，进一步提高的触控灵敏度。同时，虚拟电极3的存在还能够使得驱动电极21和感应电极11不易被人眼察觉，整个触控图形结构的图形更均匀，触控图形的视觉效果更佳。
请参考图3，图3为图2所提供的触控图形的横截面的第一实施例的示意图。本实施例所提供的触控图形结构中，驱动电极21和感应电极11形成于基板S的同一表面。从图3中还可以看到，驱动电极11和感应电极11被绝缘层I覆盖，本实施例中，绝缘层I上包括有通孔，而导线12跨过绝缘层I，并通过绝缘层I上的通孔连接相邻两个感应电极11形成图2中的感应线1。此时，基板S上布设有驱动电极21和感应电极11的表面上除了布设有驱动电极21和感应电极11之外的其它区域被虚拟电极覆盖(图3中未示出是因为所截取的横截面不经过虚拟电极，但是可以参考图2得出此结构)，亦即虚拟电极位于所述驱动电极21和所述感应电极11之间。
请参考图4，图4为图2所提供的触控图形的横截面的第二实施例的示意图。与图3中的结构类似，本实施例所提供的触控图形结构中，驱动电极21和感应电极11形成于基板S的同一表面，但是在本实施例中，绝缘层I只是部分覆盖驱动电极21，并且绝缘层I上没有通孔，导线12跨过绝缘层I之后连接相邻两个感应电极11形成图2中的感应线1。同样的，基板S上布设有驱动电极21和感应电极11的表面上，除了布设有驱动电极21和感应电极11之外的其它区域被虚拟电极覆盖(图4中未示出是因为所截取的横截面不经过虚拟电极，但是可以参考图2得出此结构)。
请参考图5，图5为图2所提供的触控图形的横截面的第三实施例的示意图。与图3和图4中的结构类似，本实施例所提供的触控图形结构中，驱动电极21和感应电极11形成于基板S的同一表面上方，但不同之处在于，本实施例中，驱动电极21和感应电极11分别为于绝缘层I的两侧中，感应电极11位于绝缘层I下侧，而驱动电极位于21位于绝缘层I上侧。绝缘层I的两侧除被驱动电极21和感应电极11覆盖以外的其它区域被所述虚拟电极覆盖(图5中未示出是因为所截取的横截面不经过虚拟电极，但是可以参考图2得出此结构)。
需要说明的是，以上所述的基板S是绝缘基板，进一步可以是液晶面板中的彩膜基板或者阵列基板之一，也可以是OLED中的绝缘基板，所述触控图形制作于所述液晶面板或者所述OLED之中形成内嵌式电容触控屏。
需要说明的是，在其它实施例中，所述虚拟电极可以为其它多边形、圆形、椭圆形，或者为一整体图形填充于所述绝缘层中除所述驱动线和所述感应线之外的其它区域。
第二实施例
请参考图6，图6为本发明第二实施例所提供的内嵌式电容触控屏的触控图形结构示意图。从图6中可以看出，该内嵌式电容触控屏的触控图形结构包括多条沿第一方向的相互绝缘的驱动线5，驱动线5包括多个整体形象呈“工”字型的驱动电极51，在本实施例中，相邻驱动电极51之间相互导电连接使得全部驱动电极51形成整体(即驱动线5)。该内嵌式电容触控屏的触控图形结构还包括多条沿第二方向的相互绝缘的感应线4，感应线4包括多个感应电极41，并且相邻感应电极4之间通过导线42连接。驱动线5与感应线4之间相互绝缘。图3中虽未示出，但是驱动线5和感应线4都连接到触控控制器。
请继续参考图6，在驱动电极51与感应电极41的相对边上形成有三角形锯齿，在驱动电极51上的三角形锯齿为511，在感应电极41上的三角形锯齿为411。三角形锯齿511和三角形锯齿411相互啮合形成锯齿啮合结构，即互嵌结构。三角形锯齿有从尖端到连接电极主体的部分逐渐变宽的特点，这有利于互电容信号的检测。
本实施例中，感应电极41电极主体的长度为X，高度为Y。感应电极41上的三角形锯齿411的锯齿底部长度为A，高度为B。每个感应电极41面积Ss=(Y+B)X。由勾股定理可知，三角形锯齿411或者511中一条边的长度为[B2+(X/N)2]1/2，，其中N为锯齿数量，因此驱动电极51和感应电极41相对边的长度L=[B2+(X/N)2]1/2×2N(此公式对应的是一个感应电极41分别与两个驱动电极51各对应有一条相对边的情况，如图6所示)。N越大时L越长，而Ss值大致不变。因此在刻蚀精度允许的情况下，锯齿数量N越大越好。另外，驱动电极51的电极面积为Sd，驱动电极51和感应电极41间的相对边的长度L=2(A2/4+B2)1/2，比值(Sd×Ss)/L有极值存在。对于A=0.2mm，Y=0.4mm，B最优值约0.8mm，此时，有锯齿存在的(Sd×Ss)/L为无锯齿存在的(Sd×Ss)/L的二分之一。这样，触控图形的触控灵敏度大为提高。
请继续参考图6，除了驱动线5与感应线4之外，本实施例所提供的触控图形结构还包括虚拟电极6。本实施例中，虚拟电极6呈矩形，并形成于相邻两驱动电极51之间。虚拟电极6的存在使得驱动电极51与感应电极41自身的面积减小，从而减小了驱动电极51与感应电极41各自的自电容，进一步提高的触控灵敏度。同时，虚拟电极6的存在还能够使得驱动电极51和感应电极41不易被人眼察觉，整个触控图形结构的图形更均匀，触控图形的视觉效果更佳。
在本发明的其它实施例中，三角形锯齿411或者511可以设计成直角三角形锯齿。直角三角形锯齿的制作更加容易，方便触控图形的制作。
与本发明第一实施例类似的，本实施例所提供的触控电极图形结构中，驱动线5与感应线4可以位于同一绝缘层的同一侧或者不同侧，甚至还可以位于不同绝缘层中。无论哪种方式，都可以在相应合适的位置，在驱动线5或者感应线4之间布设相应的虚拟电极，以达到上述减小电极面积从而减小电极自电容的目的。
第三实施例
请参考图7，图7为本发明第三实施例所提供的内嵌式电容触控屏的触控图形结构示意图。从图7中可以看出，该内嵌式电容触控屏的触控图形结构包括多条沿第一方向的相互绝缘的驱动线8，驱动线8包括多个驱动电极81，驱动电极81整体呈类似于“王”字型的形状。在本实施例中，相邻驱动电极81之间相互导电连接使得驱动电极81形成整体(即驱动线8)。该内嵌式电容触控屏的触控图形结构还包括多条沿第二方向的相互绝缘的感应线7，感应线7包括多个感应电极71，并且相邻感应电极7之间通过导线72连接。驱动线8与感应线7之间相互绝缘。图7中虽未显示，但是驱动线8和感应线7都连接到触控控制器。
请继续参考图7，感应电极71的电极主体呈枝杈状，每个感应电极71带有六个枝杈，本实施例中，每个电极枝杈的宽度在0.2mm以上。该枝杈状的感应电极71在每个枝杈上都设置有多个锯齿711。同时，驱动电极81上设置有与锯齿711相匹配的锯齿811。
本实施例中，感应电极71的每个枝杈的至少一个直边或曲边上包括有三个以上的锯齿711。本实施例中，锯齿711为矩形齿或三角形齿，在其它实施例中，锯齿711还可以是矩形齿、波浪形齿或者枝杈形齿。该锯齿711的存在可以加强用于触控检测的互电容信号，使得内嵌式触控装置具有较高信噪比。另外，图7中虽未示出，本实施例的触控图形结构还可以设计有虚拟电极，虚拟电极可设计于驱动线8与感应线7之间。
需要说明的是，本发明以上所述实施例中，所述驱动线和所述感应线都可以由透明导电材料制成，并且，所述透明导电材料可以为铟锡氧化物，或者铟锌氧化物，或者它们的组合物。
本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。
以上所述仅为本发明的具体实施例，目的是为了使本领域技术人员更好地理解本发明的精神，然而本发明的保护范围并不以以上具体实施例的具体描述为限定范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明精神的范围内，可以对本发明的具体实施例做修改，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种内嵌式电容触控屏的触控图形结构，其特征在于，包括：
多条沿第一方向的相互绝缘的驱动线；
多条沿第二方向的相互绝缘的感应线；
所述第一方向与所述第二方向交叉；
所述驱动线与所述感应线相互绝缘；
所述驱动线与所述感应线至少有部分相对边呈互嵌结构。
2.如权利要求1所述的触控图形结构，其特征在于，所述驱动线由多个重复的驱动电极导电连接而成；所述感应线由多个重复的感应电极导电连接而成；相邻所述驱动电极和所述感应电极之间形成所述互嵌结构，所述互嵌结构有至少三个最小重复单元。
3.如权利要求2所述的触控图形结构，其特征在于，所述驱动电极和所述感应电极包括有带锯齿的相对边，所述驱动电极相对边上的锯齿与在所述感应电极相对边上的锯齿互相啮合形成所述互嵌结构，所述最小重复单元为所述锯齿。
4.如权利要求3所述的触控图形结构，其特征在于，所述锯齿为三角形齿、矩形齿、枝杈形齿或者波浪形齿。
5.如权利要求4所述的触控图形结构，其特征在于，所述驱动电极和感应电极中不含所述锯齿的部分为电极主体，所述感应电极的电极主体呈菱形、矩形、六边形、十字形或者枝杈形。
6.如权利要求4所述的触控图形结构，其特征在于，所述感应电极的所述电极主体为矩形，所述感应电极上的所述锯齿为矩形齿，所述感应电极具有面积为Ss，所述驱动电极具有面积为Sd，所述驱动电极与所述感应电极相对边长度为L，具有所述互嵌结构的(Sd×Ss)/L比没有所述互嵌结构时小。
7.如权利要求6所述的触控图形结构，其特征在于，所述感应电极的所述矩形电极主体长度为X，高度为Y，所述感应电极的所述矩形锯齿的底长为A，高度为B，所述感应电极包括的锯齿数量在L(Y-2A)/AB以上。
8.如权利要求5所述的触控图形结构，其特征在于，所述感应电极上的所述电极主体为矩形，所述感应电极上的所述锯齿为三角形齿，所述感应电极的所述电极主体长度为X，高度为Y，所述三角形齿的底长为A，高度为B，当A=0.2mm且Y=0.4mm时，B有最优值为0.8mm。
9.如权利要求5所述的触控图形结构，其特征在于，所述感应电极的所述电极主体为枝杈形，每个电极枝杈的宽度在0.2mm以上。
10.如权利要求2所述的触控图形结构，其特征在于，所述驱动线与感应线之间还包括有虚拟电极，所述虚拟电极与所述驱动线和所述感应线绝缘。
11.如权利要求10所述的触控图形结构，其特征在于，所述驱动线和所述感应电极被绝缘层覆盖；所述感应线包括导线，所述导线跨过所述绝缘层连接所述感应电极；所述虚拟电极位于所述驱动电极和所述感应电极之间。
12.如权利要求10所述的触控图形结构，其特征在于，所述驱动线和所述感应线分别位于绝缘层的上下两侧，所述绝缘层的上下两侧除所述驱动线和所述感应线以外的其它区域包括所述虚拟电极。
13.如权利要求10、11或12所述的触控图形结构，其特征在于，所述虚拟电极包括多边形、圆形、或者椭圆形。
14.如权利要求1所述的触控图形结构，其特征在于，所述驱动线和所述感应线由透明导电材料，或被黑矩阵覆盖的金属网格或者它们的组合物制成。
15.如权利要求14所述的触控图形结构，其特征在于，所述透明导电材料为铟锡氧化物，或者铟锌氧化物，或者它们的组合物。
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