CN105117055A - 触压式三维信号输入装置及使用方法及多功能触控面板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种触压式三维信号输入装置及使用方法及多功能触控面板，该触压式三维信号输入装置包括一基板；多个信号感测单元，信号感测单元呈阵列方式排布于基板上，用于同步侦测一触压信号的平面位置和该触压信号的力度大小；多条输入导线和多条输出导线，且输入导线和输出导线分别电性连接所述任一信号感测单元和一信号处理单元。此触压式三维信号输入装置可以实现同时感测出触摸位置和触摸力量大小的功能，达到三维度的信号输入。

Description

触压式三维信号输入装置及使用方法及多功能触控面板
【技术领域】
本发明涉及一种输入装置，尤其涉及一种触压式三维信号输入装置及使用方法及多功能触控面板。
【背景技术】
触摸屏技术在近些年得到了飞速的发展，受电子产品轻、清、薄、窄、touch理念的影响和指引，触摸屏技术在产品厚度，功能等方面都有了显著的改善和进步，目前电阻式和电容式触摸屏可以通过触控感测来决定一个X-Y平面的坐标位置，因此将此类触摸屏与显示面板搭配即可产生程序控制，可是现如今电阻式和电容式触摸屏技术依旧存在较多不能满足使用者需求的缺点，比如只能感测出信号的平面位置，该单一的信号输入已经无法满足人们的需求，比如在玩手游的时候，如果系统只是感测触摸位置，则无法扩展信号输入，降低游戏的娱乐感。
为了提高并加强触摸屏的用户体验度，怎样使得操作者的一次触压动作可以得到更多方面的信号输入，是触摸屏领域技术人员关注的问题，也是行业的发展趋势所在，目前已有的可具有压力检测和平面位置检测的触摸屏，通常是分别制作压力检测装置和平面位置检测装置，再组装到一起，此种触摸屏制造工艺比较复杂，需要分别布设压力感测电极和触摸感测电极，空间的利用、制程的简化等方面都还需要较大的技术提升。
【发明内容】
为克服现有技术触摸屏技术中需要分别布设压力感测电极和触摸感测电极才能达到三维信号输入的问题，本发明提供一种能利用同一元件实现按压力量和触摸位置双重检测的触压式三维信号输入装置及使用方法及多功能触控面板。
本发明解决技术问题的方案是提供一种触压式三维信号输入装置，该触压式三维信号输入装置包括一基板；多个信号感测单元，信号感测单元呈阵列方式排布于基板上，用于同步侦测一触压信号的平面位置和该触压信号的力度大小；多条输入导线和多条输出导线，且输入导线和输出导线分别电性连接所述任一信号感测单元和一信号处理单元。
优选地，所述信号感测单元的大小为25mm2至225mm2。
优选地，所述信号感测单元通过感测形变引起的信号感测单元的阻值的改变来感测触摸点位置和触摸力度的大小。
优选地，所述的信号感测单元的形状为放射状、锯齿状或花型。
优选地，所述信号感测单元是由一导线弯曲而成，该导线的线宽范围为3～500um。
优选地，所述信号感测单元通过感测形变引起的电容值的改变来感测触摸位置和压力大小。
优选地，所述信号感测单元包括一信号发射电极和一信号接收电极。
优选地，所述信号发射电极与该信号接收电极位于该基板之同一表面。
优选地，所述信号感测单元的形状为两三角形组合状或梳状交叉设置。
优选地，所述信号发射电极与该信号接收电极之间具有一间距，该间距为5～20um。
优选地，所述信号发射电极与该信号接收电极分别位于该基板之相对的两表面上。
优选地，所述信号发射电极与该信号接收电极各自的大小均为25mm2至225mm2。
优选地，所述信号发射电极与该信号接收电极在垂直方向上的投影相互重叠。
优选地，所述基板为具有弹性的软质基板，该基板厚度为50～400um。
优选地，所述信号处理单元包括一触点位置检测电路和触点力度检测电路，当系统施加一驱动电压后，触点位置检测电路和触点力度检测电路同时对信号进行检测和处理，进而得到触点位置信息和压力大小信息。
优选地，所述基板为保护盖板，信号感测单元位于其远离触摸的表面上。
优选地，所述触压式三维信号输入装置还包括一盖板，该信号感测单元位于盖板与基板之间或基板远离盖板的表面上。
触压式三维信号输入装置的使用方法，包括：
步骤S1，设定一基准值；
步骤S2，触压该触压式三维信号输入装置，被触压的信号感测单元发生形变；
步骤S3，依序或同时进行信号扫描，侦测发生形变的信号感测单元的电阻或电容信号值，并与基准值相比较；及
步骤S4，将各信号感测测单元的信号变化量，根据既定公式，同时计算出触压力度与触压位置。
一种多功能触控面板，包括一保护外盖；一生物特征识别系统以及一触压式三维信号输入装置；其中该生物特征识别系统设置于保护外盖和触压式三维信号输入装置之间。
优选地，所述生物特征识别系统包括一指纹识别电极层，该指纹识别电极层包括多条纵横交错的感应电极线，其中该感应电极线的线宽为0.1μm-100μm，线距为30μm-200μm。
优选地，所述指纹识别电极层是直接设置于保护外盖上，而该触压式三维信号输入装置是通过一光学胶与该指纹识别电极层相贴合。
优选地，所述生物特征识别系统还包括一第一透光板材，该第一透光板材为一聚酰亚胺薄膜层，该指纹识别电极层是直接形成在该聚酰亚胺薄膜层上。
优选地，所述第一透光板材通过一光学胶与该保护外盖相贴合，而该触压式三维信号输入装置通过另一光学胶与该指纹识别电极层相贴合。
与现有技术相比，本发明的触压式三维信号输入装置通过在一基板上形成多个信号感测单元且各信号感测单元分别连接一输入导线和一输出导线至信号处理单元，通过信号处理单元对接收到的信号进行处理和判断，可以同时感测三维度信号(触摸位置和压力大小)，实现了触控感测和压力感测的合二为一，不仅节省材料，而且扩展产品功能，提高用户体验度。
上述信号感测单元感测三维信号的方式，根据其感测原理也可以分为电阻式和电容式。其中电阻式触控感测方式，是通过信号感测单元内部的形状改变引起相应的阻值变化，从而根据阻值变化产生的位置和变化量的大小来判断触摸点位置和触摸力量大小；而电容式触控感测方式，是通过检测形变引起的信号感测单元内部两对应电极之间的电容值变化来感测位置和压力，都是利用同一感测单元既进行位置检测(平面二维)又进行力量检测(第三维度)的计算，实现三维度的同时检测。电阻式和电容式触控感测都可以采用弹性基板和非弹性基板，两种不同的形变方式对应不同的系统检测方法和计算规则。
本发明还在上述基础上，增加一种生物识别结构，可以在较大程度上提高用户体验度，而不会对二者的信号传递产生干扰。
【附图说明】
图1是本发明触压式三维信号输入装置第一实施例的平面结构示意图。
图2是本发明触压式三维信号输入装置第一实施例的截面结构示意图。
图3是本发明触压式三维信号输入装置第一实施例的截面结构形变后示意图。
图4是本发明触压式三维信号输入装置触摸点检测的坐标示意图。
图5是本发明触压式三维信号输入装置第二实施例信号感测单元的正视示意图。
图6是本发明触压式三维信号输入装置第二实施例的截面示意图。
图7是本发明触压式三维信号输入装置第二实施例的截面形变后示意图。
图8是本发明触压式三维信号输入装置第二实施例的检测电路的结构示意图。
图9是本发明触压式三维信号输入装置第三实施例信号感测单元的平面结构示意图。
图10是本发明触压式三维信号输入装置第四实施例信号感测单元的平面结构示意图。
图11是本发明触压式三维信号输入装置第五实施例的爆炸结构示意图。
图12是本发明触压式三维信号输入装置第五实施例信号感测单元的平面结构示意图。
图13是本发明触压式三维信号输入装置第五实施例感测电极的截面结构示意图。
图14是本发明触压式三维信号输入装置第五实施例的截面形变后的结构示意图。
图15是本发明触压式三维信号输入装置第六实施例信号感测单元的平面结构示意图。
图16是本发明触压式三维信号输入装置第七实施例的爆炸结构示意图。
图17是本发明触压式三维信号输入装置第七实施例的截面结构示意图。
图18是本发明触压式三维信号输入装置第七实施例的截面形变后的结构示意图。
图19是本发明第八实施例多功能触控面板的层状结构示意图。
图20是本发明第九实施例多功能触控面板的另一层状结构示意图。
图21是本发明触压式三维信号输入装置的三维信号侦测方法流程图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1、图2和图3，本发明第一实施例触压式三维信号输入装置1包括一基板11及形成在基板11上的信号感测层13，信号感测层13包括多个阵列排布的信号感测单元131，信号感测层13采用压印、丝印、蚀刻、涂布等工艺成型在基板11上。当使用者施加一触压动作给基板11，基板11受到按压力后发生形变，位于基板11上的信号感测层13也产生相应形变，由于触摸处发生了形变，所以信号感测层13可以反馈触摸处的平面位置，并根据形变的大小反馈按压力量的大小。
通过采用信号感测层13，当外界有按压或触摸时，实现了同时检测触摸位置和触摸力度的效果，达到三维信号的同时感测。
所述触压式三维信号输入装置1还包括多条与信号感测单元131数量相等的输入导线133、多条与信号感测单元131数量相等的输出导线135、FPC(FlexiblePrintedCircuitboard，柔性印刷电路板)15和检测芯片17，各信号感测单元131分别与一输入导线133和一输出导线135电性连接，各输入导线133和各输出导线135都连接FPC15，所以，每个信号感测单元131与一输入导线133、一输出导线135和FPC15构成回路，实现信号的传输，FPC15连接到检测芯片17上，外界压力作用于本发明触压式三维信号输入装置1时，触摸信息可以及时通过输入导线133和输出导线135通过FPC15传输到检测芯片17，检测芯片17作为一处理单元，可以对感测信号做进一步计算和处理。
不同力道大小的触压力量可以产生不同的信号输出，通过检测芯片17的处理，进而实现不同的功能操作，这样的设计可以极大的提高用户使用产品的体验度和满意度。基板11可以是硬质基材，如玻璃，强化玻璃，蓝宝石玻璃等；也可以为软质基材,如PEEK(polyetheretherketone，聚醚醚酮)，PI(Polyimide，聚酰亚胺)，PET(polyethyleneterephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)，PC(聚碳酸酯聚碳酸酯)，PES(聚丁二酸乙二醇酯,PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，polymethylmethacrylate)及其任意两者或多者的复合物等材料。
触摸点的位置往往不会刚好在信号感测单元131的上方，所以，怎么计算出较为精确的触摸点位置，需要结合检测到的触摸信号并利用系统预设的计算公式来进行确定，得到较为精确的触摸位置后，即可实现准确的后续功能的运行，进一步参阅图4，以4个均匀排布的信号感测单元131为例，触摸点(Xo，Yo)大致位于4个信号感测单元131之间，各信号感测单元131的坐标值如图4中所示，△m1、△m2、△m3、△m4为对应的1号、2号、3号、4号信号感测单元131的信号变化值，当触摸点位于相邻的4个信号感测单元131之间，造成4个信号感测单元131的信号改变时，系统预设的公式为Xo＝(△m1×Xa+△m2×Xb)/(△m1+△m2)或者Xo＝(△m3×Xa+△m4×Xb)/(△m3+△m4)，Yo＝(△m1×Yb+△m3×Ya)/(△m1+△m3)或者Yo＝(△m2×Yb+△m4×Ya)/(△m2+△m4)。而触压力道的大小，可以通过△m＝(△m1+△m2+△m3+△m4)来判断，或者更精确地可以通过公式△m＝(△m1+△m2+△m3+△m4)/4来判断按压力道的大小。
请参阅图5，本发明第二实施例为一利用电阻式感测原理的触压式三维信号输入装置2。电阻式感测原理即在侦测各信号感测单元的信号变化时，侦测的是电阻信号，其△m为电阻值变化量。
在本实施例中，触压式三维信号输入装置2的信号感测层23包括多个阵列排布的信号感测单元231，在本实施例中，各信号感测单元231是由一导线呈放射状弯曲而成，该放射状弯曲而成的导线图案包括多个的信号感测单元凸出部2311，各信号感测单元凸出部2311以感测单元231的中间部位为中心向外扩散，在一较佳实施例中，导线的线宽范围为3～500um，弯曲而成的信号感测单元231的大小为25mm2至225mm2。信号感测单元231导线两端分别通过一条输入导线233和一条输出导线235连接FPC25，FPC25电性连接检测芯片27。在一实施方式中，输入导线233、输入导线235与感测单元231的导线为同种材料同步制作而成。
信号感测单元231及输入导线233、输出导线235的材料可以为ITO(氧化铟锡)，还可以为纳米银线，纳米铜线，石墨烯，聚苯胺，PEDOT(聚噻吩的衍生物聚乙撑二氧噻吩)，PSS(聚苯乙烯磺酸钠)透明导电高分子材料，碳纳米管，石墨烯等。信号感测单元231在受到外界压力作用后会产生阻值的变化，系统通过信号感测单元231的阻值的变化来感测位置和压力。
放射状设置的信号感测单元231有利于感应到外界压力并较易产生形状的改变，为后续系统检测作用力的大小提供较大的帮助。
请参阅图6和图7，在未受到外界压力的情况下，触压式三维信号输入装置2的基板21呈平直状态，位于基板21之上的信号感测单元231呈自由弯曲状态，当受到外界力量的按压后，基板21连同位于基板21上的各信号感测单元231都发生形状的改变，由于发生弯曲变形后，信号感测单元231的阻值相比初始状态会发生变化，系统通过检测阻值的变化(相对预先已经存储的初始值)来计算得出触摸位置以及压力大小，得到三维度的信号输入。
进一步参阅图8，检测芯片27包括触点位置检测电路和触点力道检测电路，触点位置检测电路包括串联在一起的Rx+和Rx-、Ry+和Ry-，触点力道检测电路与触点位置检测电路连接在一起，当系统施加一驱动电压后，触点位置检测电路和触点力道检测电路能够同时对信号进行检测和处理，进而得到触点位置信息和压力大小信息。
请参阅图9，本发明第三实施例同样为一利用电阻式感测原理的触压式三维信号输入装置3。触压式三维信号输入装置3的信号感测层33包括多个信号感测单元331，与第二实施例不同的是，本实施例中，每个信号感测单元331是由一导线呈锯齿状分布，各锯齿状信号感测单元331包括4个形状相同的锯齿部3311，当然，锯齿部3311的数量可根据实际生产需要进行灵活的改变，不限定为4个。
请参阅图10，本发明第四实施例同样为一利用电阻式感测原理的触压式三维信号输入装置4。触压式三维信号输入装置4的信号感测层43包括多个信号感测单元431，与第二实施例不同的是，本实施例中，每个信号感测单元431是由一导线呈花型分布，其中花瓣体4311的数量可以根据实际生产需要进行灵活的改变，不局限为5个。其他类似的图案变化在此说明书中将不再一一举例。
请参阅图11和图12，本发明第五实施例为一利用电容式感测原理的触压式三维信号输入装置5。电容式感测原理即在侦测各信号感测单元的信号变化时，侦测的是电容信号，其△m为电容值变化量。
在本实施例中，触压式三维信号输入装置5包括一基板51以及形成在基板51上的信号感测层53，信号感测层53包括多个阵列排布的信号感测单元530。在本实施例中，每个信号感测单元530包括一信号发射电极531和一信号接收电极532，信号发射电极531与信号接收电极532都为相同的三角形形状，且相邻设置，二者之间具有一间隙d1,d1较佳为5～20um，小于5um，信号发射电极531与信号接收电极532之间的间隙可能会在蚀刻过程中出现蚀刻不尽而导致电性导通；而大于20um，信号发射电极531与信号接收电极之间的耦合电容可能会过小而难以测量。信号发射电极531和信号接收电极532分别通过输入导线533和输入导线535连接FPC55，实现电性连通。
请参阅图13和图14，当没有外界压力的时候，触压式三维信号输入装置5处于自由状态，对应的信号发射电极531和信号接收电极532的间隙为d1，且存在互电容，电荷从信号发射电极531到信号接收电极532处被接收，当一力量作用于触压式三维信号输入装置5时，原本设置于同一平面的的信号发射电极531和信号接收电极532的间隙因基板51的变形而发生改变为d2，如图14所示。间隙的改变将影响信号发射电极531与信号接收电极532之间的耦合电容，造成电容值的改变，系统通过计算预设电容值与按压之后电容值的差值得出按压力量的大小和触摸的位置，从而实现同时输入三维度的信号。
请参阅图15，本发明第六实施例同样为一利用电容式感测原理的触压式三维信号输入装置6。触压式三维信号输入装置6的信号感测层63包括多个阵列排布的信号感测单元630，每个信号感测单元630包括一信号发射电极631和一信号接收电极632，与第五实施例不同的是，本实施例中，信号发射电极631和信号接收电极632均呈梳状相互交错设置，每个梳状结构都具有多个梳齿，相邻的信号发射电极631的梳齿与信号接收电极632的梳齿之间具有一间隙d1,d1较佳为5～20um，会形成耦合电容，由于每个信号发射电极631和每个信号接收电极632具有多个梳齿结构相互交错，所以每个信号感测单元630都相当于若干电容的并联。与第五实施例类似的，触压式三维信号输入装置6在被按压后，基板发生形变，至少一个耦合电容的电容值会因两梳齿的距离变化而改变，从而被系统检测到，且与第五实施例相比，梳状相互交错设置的结构，电容信号更强，具有更高的灵敏度。
请参阅图16，本发明第七实施例同样为一利用电容式感测原理的触压式三维信号输入装置7。与第五、六实施例不同的是，触压式三维信号输入装置7包括一基板75，及多个信号感测单元730。各信号感测单元730包括一信号发射电极731和一信号接收电极732，且信号发射电极731和信号接收电极732是分别位于基板75的两相对表面。各信号发射电极731连接一输入导线733，各信号接收电极732连接一输出导线735。在一较佳的实施方式中，信号发射电极731和信号接收电极732的大小约为25mm2至225mm2，且在垂直方向上的投影相互重叠。在另一较佳实施方式中，基板75为为软质材质，且较佳是经特殊设计具有弹性的软质材质，其具有一厚度d3,较佳为50～400um，即保证信号发射电极731与信号接收电极732之间具有可侦测的耦合电容值，又保证基板75在在受到力后，受力位置的纵截面高度会较未受力处有明显降低。
请参阅图17和图18，在没有外界压力按压的情况下，触压式三维信号输入装置7处于平直状态，信号发射电极731和信号接收电极732的间距为d3，当外界压力作用于此触压式三维信号输入装置7时，基板75发生形变，由于基板75为弹性材质，所以触压位置处基板75的两个相对表面的间距发生变化。受压后，触摸点位置的信号发射电极731和信号接收电极732的间距变为d4，依据物理学中电容值的计算公式：C＝KS/d，K为介电常数，S为两平行板之间的相对面积，d为两平行板之间的间距，可知，在K、S不变的情况下，d发生变化，相应的电容值C会发生改变，在弹性基板中，电容值C和间距d呈线性关系，系统通过设定的公式检测相应信号感测单元电容值的变化来确定触摸点的位置，通过对比电容值的变化量来计算得到按压力量的大小，实现触摸位置和压力大小的同时检测，达到三维度信号输入，较大的提高了电容式触控感测的用户体验度。
上述实施例中，无论是利用电阻式感测原理还是电容式感测原理的触压式三维信号输入装置，对施以触压动作的施力物体都不限于导体。而当采用导体(例如人的手指)进行触压时，较佳是需在电容式感测原理与施力导体之间加一屏蔽层以隔绝导体对电容值的影响。
请参阅图19，图19为利用本发明前述任一触压式三维信号输入装置构成的多功能触控面板8。多功能触控面板8自上而下包括一保护外盖81，一生物特征识别系统82和前述实施例中的任一触压式三维信号输入装置83，三者之间以光学胶相互贴合。因触压式三维信号输入装置83的触摸位置和压力大小的判断不受信号输入物体性质的影响，导体和非导体都可以通过引起系统的形状改变，从而通过内部电路检测出触摸位置和压力的大小，所以本实施例所述的多功能触控面板8可以将对信号输入物体灵敏度需求更高的生物特征识别系统82设置于触控面板中更靠近信号输入物体的位置中(例如更靠近保护外盖81的位置)，较好地实现对外界按压物体的生物特征识别，而不会影响对三维信号的判断。在一些实施例中，当加触压动作的物体为导体(例如人的手指)，而触压式三维信号输入装置83又采用电容式检测原理时，较佳是分时序对生物特征识别系统82和触压式三维信号输入装置83进行扫描，当对触压式三维信号输入装置83进行扫描时，生物特征识别系统82切换接地，以作为导体与触压式三维信号输入装置83之间的屏蔽层，进一步隔绝导体对触压式三维信号输入装置83的电容值影响。
在一些实施例中，生物特征识别系统83，可以为一指纹识别系统，包括指纹识别电极层822，设置于一第一透光板材821上。其中指纹识别电极层822可以为单元或双层结构，包括多条纵横交错的感应电极线，各电极线的线宽0.1μm-100μm，线距为30μm-200μm。
本实施例的生物特征识别系统82，可采用一薄膜转移的制程形成于保护外盖81的下表面，例如包括以下步骤：提供一承转基板(图未示)；形成第一透光板材821例如为聚酰亚胺薄膜于承载基板上，再于第一透光板材821上形成指纹识别电极层822，此时第一透光板材821位于承载基板与指纹识别电极层822之间；形成一转移层(图未示)例如单面胶于指纹识别电极层822上；移除承载基板；将指纹识别电极层822、第一透光板材821连同转移层藉由一光学胶贴合于保护外盖81上；此时，第一透光板材821及指纹识别电极层822位于光学胶与转移层之间；然后再移除转移层。如此一来，指纹识别电极层822连同第一透光板材821即通过光学胶形成于保护外盖81上。需要说明的是，在本实施例中，指纹识别电极层822连同第一透光板材821贴合于保护外盖81上，是以第一透光板材821的一侧贴合于保护外盖81，使得第一透光板材821位于指纹识别电极层822与光学胶之间。
在本实施例中，第一透光板材821的材料较佳为聚酰亚胺(Polyimide),可使用溶液涂布再固化或其他适当方式形成，其厚度相对普通基板很更薄，可为约0.1μm至15μm，较佳约为2μm至5μm。
采用前述薄膜转移的制程形成指纹识别电极层822、第一透光板材821于保护外盖81上，由于第一透光板材821本身很薄，藉由承载基板的支撑作用将指纹识别电极层822形成于第一透光板材821上，并后续再移除承载基板，再藉由转移层的转载作用，将第一透光板材821及指纹识别电极层822贴附于保护外盖81上，可降低多功能触控面板8的整体厚度。
上述多功能触控面板8融合了三维度触控感应输入以及指纹识别功能，实现指纹识别和多点三维触控输入等多种功能，较大程度上提高了用户的体验度。
请参阅图20，图20为利用本发明第一至第7实施例任一触压式三维信号输入装置构成的多功能触控面板9。多功能触控面板9自上而下包括保护外盖91，生物特征识别系统92，触压式三维信号输入装置93，特征特征识别系统92与触压式三维信号输入装置93之间以光学胶相贴合。与多功能触控面板8不同的是，本实施例中的特征特征识别系统92仅包含一指纹识别电极层922，且指纹识别电极层922是直接形成于保护外盖91上。这种将特征特征识别系统92直接设置于保护外盖上的方式，同样可以减小产品厚度，实现产品轻薄化。
请参阅图21，本发明各实施例所述触压式三维信号输入装置1进行三维信号侦测的方法都包括如下步骤：
S1、设定基准值；用于在触压后将检测值与基准值进行比对，计算得出变化值，当运用到电阻式触控感测中时，由于电阻式触控感测是根据阻值的改变来进行系统计算，所以基准值为信号感测单元131的阻值的初始值。
S2、外界触压；触压式三维信号输入装置1的形状的改变根据基板11的材质的不一样有不同的变形形式。如当基板11为弹性基板时，外界触压后，只有触压位置会出现凹陷状况，系统根据形变过后，电容值的改变来检测出触摸位置和压力大小。
S3、信号扫描，依序或同时对各信号感测单元进行信号扫描，得到相应的信号检测值，并与设定的基准值进行比较。电阻式触控感测中，触压后，触压位置附近的信号感测单元发生形变，其阻值产生相应的改变，检测电路通过信号扫描侦测到信号感测单元在触压后的电阻大小，并将其与基准值进行比较计算出信号感测单元的阻值变化量。而电容式触控感测中，触压后，触压位置附近的信号感测单元内的信号发射电极与信号接收电极之间的距离发生改变，其耦合电容值发生相应变化，检测电路通过信号扫描侦测到信号感测单元在触压后的电容值大小，并将其与基准值进行比较计算出信号感测单元的电容值变化量。
S4、计算触压力度与触压位置，将触压后各信号感测单元的电信号变化量累加或均化对应成触压力道大小判断触压力度；同时，根据各变化量的大小及相对位置以特定公式计算出触压位置。
与现有技术相比，本发明的触压式三维信号输入装置1通过在一基板11上形成一层信号感测层13，信号感测层13由多个信号感测单元131组成，且各信号感测单元131分别连接一输入导线133和一输出导线135至信号处理单元，通过信号处理单元对接收到的信号进行处理和判断，可以同时感测三维度信号(触摸位置和压力大小)，实现了触控感测和压力感测的合二为一，不仅节省材料，而且扩展产品功能，提高用户体验度。
上述信号感测层感测三维信号的方式，根据其感测原理也可以分为电阻式和电容式。其中电阻式触控感测方式，是通过信号感测单元内部的形状改变引起相应的阻值变化，从而根据阻值变化产生的位置和变化量的大小来判断触摸点位置和触摸力量大小；而电容式触控感测方式，是通过检测形变引起的信号感测单元内部两对应电极之间的电容值变化来感测位置和压力，都是利用同一感测单元既进行位置检测(平面二维)又进行力量检测(第三维度)的计算，实现三维度的同时检测。电阻式和电容式触控感测都可以采用弹性基板和非弹性基板，两种不同的形变方式对应不同的系统检测方法和计算规则。
本发明还在上述基础上，增加一种生物识别结构，可以在较大程度上提高用户体验度，而不会对二者的信号传递产生干扰。
以上所述仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。

Claims (23)

1.一种触压式三维信号输入装置，其特征在于，包括：
一基板；
多个信号感测单元，信号感测单元呈阵列方式排布于基板上，用于同步侦测一触压信号的平面位置和该触压信号的力度大小；及
多条输入导线和多条输出导线，且输入导线和输出导线分别电性连接所述任一信号感测单元和一信号处理单元。
2.如权利要求1所述的触压式三维信号输入装置，其特征在于：所述信号感测单元的大小为25mm2至225mm2。
3.如权利要求1所述的触压式三维信号输入装置，其特征在于：所述信号感测单元通过感测形变引起的信号感测单元的阻值的改变来感测触摸位置和压力大小。
4.如权利要求3所述的触压式三维信号输入装置，其特征在于：所述信号感测单元的形状为放射状、锯齿状或花型。
5.如权利要求3所述的触压式三维信号输入装置，其特征在于：所述信号感测单元是由一导线弯曲而成，该导线的线宽范围为3～500um。
6.如权利要求1所述的触压式三维信号输入装置，其特征在于：所述信号感测单元通过感测形变引起的电容值的改变来感测触摸位置和压力大小。
7.如权利要求6所述的触压式三维信号输入装置，其特征在于：所述信号感测单元包括一信号发射电极和一信号接收电极。
8.如权利要求7所述的触压式三维信号输入装置，其特征在于：该信号发射电极与该信号接收电极位于该基板之同一表面。
9.如权利要求8所述的触压式三维信号输入装置，其特征在于：所述信号感测单元的形状为两三角形组合状或梳状交叉设置。
10.如权利要求8所述的触压式三维信号输入装置，其特征在于：该信号发射电极与该信号接收电极之间具有一间距，该间距为5～20um。
11.如权利要求7所述的触压式三维信号输入装置，其特征在于：该信号发射电极与该信号接收电极分别位于该基板之相对的两表面上。
12.如权利要求11所述的触压式三维信号输入装置，其特征在于：该信号发射电极与该信号接收电极各自的大小均为25mm2至225mm2。
13.如权利要求11所述的触压式三维信号输入装置，其特征在于：该信号发射电极与该信号接收电极在垂直方向上的投影相互重叠。
14.如权利要求11所述的触压式三维信号输入装置，其特征在于：所述基板为具有弹性的软质基板，该基板厚度为50～400um。
15.如权利要求1-14任一项所述的触压式三维信号输入装置，其特征在于：所述信号处理单元包括一触点位置检测电路和触点力度检测电路，当系统施加一驱动电压后，触点位置检测电路和触点力度检测电路同时对信号进行检测和处理，进而得到触点位置信息和压力大小信息。
16.如权利要求1所述的触压式三维信号输入装置，其特征在于：所述基板为保护盖板，信号感测单元位于其远离触摸的表面上。
17.如权利要求1所述的触压式三维信号输入装置，其特征在于：所述触压式三维信号输入装置还包括一盖板，该信号感测单元位于盖板与基板之间或基板远离盖板的表面上。
18.一种如权利要求1-17任一项所述的触压式三维信号输入装置的使用方法，包括：
步骤S1，设定一基准值；
步骤S2，触压该触压式三维信号输入装置，被触压的信号感测单元发生形变；
步骤S3，依序或同时进行信号扫描，侦测发生形变的信号感测单元的电阻或电容信号值，并与基准值相比较；及
步骤S4，将各信号感测测单元的信号变化量，根据既定公式，同时计算出触压力度与触压位置。
19.一种多功能触控面板，其特征在于，包含：
一保护外盖；
一生物特征识别系统；
如权利要求1-17任一所述的触压式三维信号输入装置；其中该生物特征识别系统设置于保护外盖和触压式三维信号输入装置之间。
20.如权利要求19所述的多功能触控面板，其特征在于：所述生物特征识别系统包括一指纹识别电极层，该指纹识别电极层包括多条纵横交错的感应电极线，其中该感应电极线的线宽为0.1μm-100μm，线距为30μm-200μm。
21.如权利要求20所述的多功能触控面板，其特征在于，该指纹识别电极层是直接设置于保护外盖上，而该触压式三维信号输入装置是通过一光学胶与该指纹识别电极层相贴合。
22.如权利要求20所述的多功能触控面板，其特征在于：该生物特征识别系统还包括一第一透光板材，该第一透光板材为一聚酰亚胺薄膜层，该指纹识别电极层是直接形成在该聚酰亚胺薄膜层上。
23.如权利要求22所述的多功能触控面板，其特征在于：该第一透光板材通过一光学胶与该保护外盖相贴合，而该触压式三维信号输入装置通过另一光学胶与该指纹识别电极层相贴合。
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