CN105511687B - 压力感应结构、压力感应面板及压力感应显示装置 - Google Patents

压力感应结构、压力感应面板及压力感应显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种压力感应结构、压力感应面板及压力感应显示装置。所述压力感应结构包括第一电极、第二电极、共用电极、电容检测单元和压力等级识别单元；第一、第二电极之间设置有第一绝缘层，第二电极、共用电极之间设置有第二绝缘层；第一电极和/或第二电极包括相互分离的多个子电极；第一绝缘层中设置有多个通孔，每个通孔内设置有导电的滑柱，滑柱在初始未受力状态下与第一电极连接，且与第二电极之间存在间隙，且多个通孔内的滑柱的所述间隙值分为多个等级；滑柱在受到压力时向第二电极方向滑动；电容检测单元分别与第一电极和共用电极连接，用于检测其二者之间的电容值；压力等级识别单元根据检测出的电容值，确定使用者的按压力度等级。

Description

压力感应结构、压力感应面板及压力感应显示装置
技术领域
本发明涉及压力感应及显示技术领域，具体地，涉及一种压力感应结构、压力感应面板及压力感应显示装置。
背景技术
触控显示面板一般包括显示面板和触控面板两部分。在制备触控显示面板时，最基本的方案是首先分别制备显示面板和触控面板，而后将显示面板和触控面板贴合形成触控显示面板。除此之外，还有On-cell和In-cell两种方案；所谓On-cell方案是指在显示面板的表面上形成触控电路，从而无需进行贴合工艺，与第一种方案相比，可以降低触控显示面板的厚度；而所谓In-cell方案是指在显示面板内(例如，在阵列基板和彩膜基板之间)形成触控电路，通过这种方案形成的触控显示面板的厚度比之On-cell方案还要更小。
根据上述多种方案制备出的触控显示面板一般仅能识别X方向和Y方向的坐标，即只能确定使用者所按压屏幕的位置，而对于使用者按压屏幕的力度，则无法进行判定，这给触控操控的进一步发展和应用带来了局限。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种压力感应结构、压力感应面板及压力感应显示装置，其能够感应使用者按压时的按压力度的等级。
为实现本发明的目的而提供一种压力感应结构，其包括第一电极、第二电极和共用电极，以及电容检测单元和压力等级识别单元；第一电极、第二电极和共用电极依次设置，且所述第一电极和第二电极之间设置有第一绝缘层，所述第二电极和共用电极之间设置有第二绝缘层；第一电极和/或第二电极包括相互分离的多个子电极；所述第一绝缘层中设置有多个通孔，每个所述通孔内设置有导电的滑柱，所述滑柱在初始未受力状态下与第一电极连接，且其与第二电极之间存在间隙，且所述多个通孔内的滑柱在初始未受力状态下与第二电极之间的间隙值分为多个等级；所述滑柱在受到压力时沿所述通孔向第二电极方向滑动；所述电容检测单元分别与第一电极和共用电极连接，用于检测第一电极和共用电极之间的电容值；所述压力等级识别单元根据电容检测单元检测出的所述电容值，并根据第一电极和共用电极之间的电容值与使用者按压力度等级之间的对应关系，确定使用者的按压力度等级。
其中，所述第一绝缘层为玻璃。
其中，所述压力感应结构还包括复位单元，所述复位单元用于在使用者未按压滑柱时，驱动所述滑柱复位至初始未受力状态。
其中，在初始未受力状态下，各所述通孔内的滑柱与第二电极之间的间隙值均不相同。
其中，在初始未受力状态下，所述通孔的数量大于各所述通孔内的滑柱与第二电极之间的间隙值所形成的等级的数量。
其中，所述多个通孔在所述第一绝缘层中均匀分布。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种压力感应面板，其包括多个本发明提供的上述压力感应结构。
作为再一个技术方案，本发明还提供一种压力感应显示装置，其包括显示面板和本发明提供的上述压力感应面板。
其中，所述压力感应面板位于所述显示面板的出光侧。
其中，所述压力感应面板位于所述显示面板内。
其中，所述显示面板包括彼此对盒的第一基板和第二基板，所述第一基板上设置有公共电极，所述公共电极做为所述压力感应结构的共用电极，其一侧设置有第一电极、第二电极以及第一绝缘层和第二绝缘层。
其中，所述第一基板包括玻璃基板和形成在玻璃基板上的包括公共电极在内的多种图形；所述玻璃基板为所述压力感应结构的第一绝缘层。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的压力感应结构，其通过电容检测单元检测与第二电极之间具有不同间隙值的多个滑柱在受到压力时，第一电极和共用电极之间的电容值相比于在初始未受力状态下的电容值的变化，在此情况下，压力等级识别单元可以根据第一电极和共用电极之间的电容值与不同按压力度等级之间的对应关系，可以确定使用者按压压力感应结构的力度等级。
本发明提供的压力感应面板，其包括多个本发明提供的上述压力感应结构，可以在压力感应面板的各区域识别使用者按压的力度等级。
本发明提供的压力感应显示装置，其包括本发明提供的上述压力感应面板，可以在使用者按压显示屏时，感应使用者的按压力度等级，从而根据使用者的按压力度响应相应的操作，提供更丰富的操作体验。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施方式中压力感应结构的示意图；
图2为图1所示压力感应结构的局部示意图；
图3为第一绝缘层中各通孔的一种排列方式的示意图；
图4为第一绝缘层中各通孔的另一种排列方式的示意图；
图5和图6为本发明实施方式中压力感应面板中各压力感应结构的示意图。
其中，附图标记：
10：第一电极；11：第二电极；12：共用电极；13：电容检测单元；14：压力等级识别单元；15：第一绝缘层；16：第二绝缘层；17：滑柱；10a、10b、10c、11a、11b、11c：子电极。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种压力感应结构，并给出其实施方式。在本发明给出的实施方式中，如图1所示，所述压力感应结构包括第一电极10、第二电极11和共用电极12，以及电容检测单元13和压力等级识别单元14。其中，第一电极10、第二电极11和共用电极12依次设置，且所述第一电极10和第二电极11之间设置有第一绝缘层15，所述第二电极11和共用电极12之间设置有第二绝缘层16。具体地，第一电极10、第二电极11均包括多个子电极，第一电极10中的子电极数量和第二电极11中的子电极数量相等且彼此一一对应；例如，在图1所示实施例中，第一电极10包括为10a、10b、10c三个子电极，第二电极11对应地包括11a、11b、11c三个子电极；而共用电极12则为一个整体。所述第一绝缘层15中设置有多个通孔，具体地，该通孔的数量与第一电极10中的子电极的数量、第二电极11中的子电极的数量相等，且所述多个通孔分别与第一电极10、第二电极11中彼此对应的多组子电极(例如图1中的10a和11a为一组对应的子电极)一一对应，并被设置在其对应的一组子电极所在位置处。每个所述通孔内设置有导电的滑柱17，所述滑柱17在初始未受力状态下与第一电极10连接，且其与第二电极11之间存在间隙，且所述多个通孔内的滑柱17在初始未受力状态下与第二电极11之间的间隙值分为多个等级；所述滑柱17在受到压力时沿所述通孔向第二电极11方向滑动。所述电容检测单元13分别与第一电极10和共用电极12连接，用于检测第一电极10和共用电极12之间的电容值。所述压力等级识别单元14根据电容检测单元13检测出的所述电容值，并根据第一电极10和共用电极12之间的电容值与使用者按压力度等级之间的对应关系，确定使用者的按压力度等级。
所述压力感应结构还包括复位单元(图中未示出)，所述复位单元用于在使用者未按压滑柱17时，驱动所述滑柱17复位至初始未受力状态。具体地，所述复位单元可以为弹簧或者电机等，所述弹簧或电机等设置在滑柱17和第二电极11之间的间隙中，通过提供弹力或者直接驱动滑柱17移动将滑柱17复位至初始未受力状态。
在本实施方式中，第一电极10的多个子电极与共用电极12之间分别构成多个电容，而电容检测单元所检测的第一电极10和共用电极12之间的电容值则等于第一电容10的多个子电极与共用电极12之间所构成的多个电容的电容值之和。具体如图1所示实施例中，以第一电极10和共用电极12之间的电容值为Ct，以子电极10a、10b、10c与共用电极12之间所形成的电容的电容值分别为Cta、Ctb、Ctc，则Ct、Cta、Ctb、Ctc之间满足以下关系：Ct＝Cta+Ctb+Ctc。
参看图2，以第一电极10的其中一个子电极10a为例进行研究。在初始未受力状态下，滑柱17与第二电极11的子电极11a之间存在间隙，意味着子电极10a和子电极11a未通过滑柱17连接在一起。此时，子电极10a和对应的子电极11a之间构成一个电容，以其电容值为C1a；而子电极11a和公用电极12之间也构成一个电容，以其电容值为C2a。根据电容原理，子电极10a和共用电极12之间的电容值Cta等于C1a与C2a之和，即Cta＝C1a+C2a。
当滑柱17受到压力，沿通孔向子电极11a方向移动，至滑柱17与子电极11a接触时，子电极10a和子电极11a之间会通过滑柱17连接为一体，因此，子电极10a与共用电极12之间的电容值Cta实质等于子电极11a与共用电极12之间所形成的电容的电容值，即在此时Cta＝C2a。
根据上述可知，在滑柱17受到压力而与子电极11a接触时，子电极10a与共用电极12之间的电容值由C1a+C2a变为C2a。
类似地，对于第一电极10中的其他两个子电极10b、10c，在其对应通孔内的滑柱17在压力作用下与对应的子电极11b、11c接触时，子电极10b、10c与共用电极12之间的电容值也会相比在初始未受力状态下的电容值发生变化。具体地，以在初始未受力状态下，子电极10b与子电极11b之间所形成的电容的电容值为C1b，以子电极11b与共用电极12之间所形成的电容的电容值为C2b，则在初始未受力状态下，子电极10b与共用电极12之间的电容值Ctb＝C1b+C2b；而在与子电极10b对应的通孔内的滑柱17因受到压力而与子电极11b接触时，子电极10b和共用电极12之间的电容值Ctb＝C2b。以在初始未受力状态下，子电极10c与子电极11c之间所形成的电容的电容值为C1c，以子电极11c与共用电极12之间所形成的电容的电容值为C2c，则在初始未受力状态下，子电极10c与共用电极12之间的电容值Ctc＝C1c+C2c；而在与子电极10c对应的通孔内的滑柱17因受到压力而与子电极11c接触时，子电极10c和共用电极12之间的电容值Ctc＝C2c。
根据上述，在压力感应结构未被按压时，各通孔中的滑柱17均保持在初始未受力状态，在此情况下，电容检测单元所检测到的第一电极10和共用电极12之间的电容值Ct可以用以下公式表示：
Ct＝C1a+C2a+C1b+C2b+C1c+C2c
在本实施方式中，各通孔内的滑柱17在初始未受力状态下与第二电极11之间的间隙值分为多个等级，意味着将滑柱17与第二电极11所需施加在压力感应结构上的力，或者说按压压力感应结构使其产生变形的行程也相应分为多个等级，与上述多个间隙值对应。具体如图1所示实施例，在施加在压力感应结构上的力达到第1级时，压力感应结构的形变程度能够使子电极10c对应的通孔内的滑柱17与子电极11c接触，此时子电极10c和共用电极12之间的电容值Ctc＝C2c，而第一电极10和共用电极12之间的电容值Ct＝C1a+C2a+C1b+C2b+C2c；当施加在压力感应结构上的力增大，达到第2级时，压力感应结构的形变程度能够使子电极10b对应的通孔内的滑柱17与子电极11b接触，此时子电极10b和共用电极12之间的电容值Ctb＝C2b，而第一电极10和共用电极12之间的电容值Ct＝C1a+C2a+C2b+C2c；当施加在压力感应结构上的力增大，达到第3级时，压力感应结构的形变程度能够使子电极10a对应的通孔内的滑柱17与子电极11a接触，此时子电极10a和共用电极12之间的电容值Cta＝C2a，而第一电极10和共用电极12之间的电容值Ct＝C2a+C2b+C2c。根据上述内容，第一电极10和共用电极12之间的电容值Ct和施加在压力感应结构上的压力之间存在如下表1所示的一一对应的关系，因此，在压力检测单元13检测处第一电极10和共用电极12之间的电容值Ct后，压力等级识别单元14能够根据下表1所示的对应关系确定压力感应结构被按压的压力等级。
表1第一电极10与共用电极12之间的电容值Ct和压力等级的对应关系(1)
在本实施方式中，所述第一绝缘层15可以为玻璃；这样使所述压力感应结构为一块感应面板，便于以外挂的方式设置在显示装置等设备中，从而不需要改变用于显示的显示面板的结构。具体地，在制备压力感应结构时，可以以玻璃板为基础，在其两侧形成第一电极10和第二电极11，并在对应位置处形成通孔，而后在第二电极11所在一侧依次形成第二绝缘层16和共用电极12。
具体地，在初始未受力状态下，所述通孔的数量大于各所述通孔内的滑柱17与第二电极11之间的间隙值所形成的等级的数量；例如，图3中每个圆圈表示一个通孔，圆圈中的数字表示该通孔中的滑柱17与第二电极11之间的间隙值所处的等级，从图3可以看出，第一绝缘层15中的通孔的数量为7个，但滑柱17与第二电极11之间的间隙值所形成的等级只有“1”“2”“3”“4”共四个等级，这样设置的目的是为了在压力感应结构的多个通孔中设置距离第二电极11的间隙值的等级相同的滑柱17，使该多个滑柱17分别分布在第一绝缘层15的不同位置上，从而在压力感应结构的不同位置，使用者以不同大小的压力按压时，都会有与该按压压力等级相对应的滑柱17设置在被按压区域，这样可以优化检测性能，提高检测的准确性。
当然，在本实施方式中，如图4所示，也可以设置各所述通孔内的滑柱17与第二电极11之间的间隙值均不相同，这也就是说，每个间隙值的等级中只有一个通孔内的滑柱17，这样可以在第一绝缘层15中的通孔的数量一定时，相比图3所示实施例，尽可能地增加间隙值的等级的数量，从而实现对更多按压压力等级的识别。
如图3和图4所示，将所述多个通孔在所述第一绝缘层15中均匀分布，以尽可能地提高检测的准确性，优化检测性能。
需要说明的是，在本实施方式中，所述第二电极11并非必须包括多个子电极，且与第一电极10的各子电极一一对应；在除图1所示之外的实施例中，第二电极11还可以为一体，或者第二电极11包括多个子电极，但其子电极并不与第一电极10的子电极保持一一对应的关系。例如，在第二电极11为一体，而第一电极10仍包括图1所示的三个子电极10a、10b、10c时，第一电极10与共用电极12之间的电容值Ct，和按压力度等级的对应关系如下表2所示，根据下表2，电容值Ct和按压力度等级之间仍保持一一对应的关系，因此，此时的压力感应结构与上述图1所示实施例一样，也能够实现对按压力度等级的识别。在第二电极11包括多个子电极，但其子电极不与第一电极10的各子电极一一对应时的情形与上述类似，在此就不再赘述。
表2第一电极10与共用电极12之间的电容值Ct和压力等级的对应关系(2)
电容值Ct 压力等级
C2 第3级压力
C1a+C2 第2级压力
C1a+C2a+C2 第1级压力
C1a+C1b+C1c+C2 初始未受力状态
注：C2为第二电极11与共用电极12之间所形成的电容的电容值。
此外，本发明提供的压力感应结构中，也可以是第一电极10为一体，第二电极11包括多个子电极，其也能使第一电极10、共用电极12之间的电容值Ct和按压力度等级之间仍保持一一对应的关系，实现对按压力度等级的识别，其原理与上述类似，在此就不再赘述。
综上所述，本发明提供的压力感应结构，其通过电容检测单元13检测与第二电极11之间具有不同间隙值的多个滑柱17在受到压力时，第一电极10和共用电极12之间的电容值相比于在初始未受力状态下的电容值的变化，在此情况下，压力等级识别单元14可以根据第一电极10和共用电极12之间的电容值与不同按压力度等级之间的对应关系，可以确定使用者按压压力感应结构的力度等级。
本发明还提供一种压力感应面板，并给出其实施方式。在本发明给出的实施方式中，所述压力感应面板包括多个本发明提供的上述压力感应结构，如图5和图6所示，所述压力感应面板具有n列、m行压力感应结构。
本发明提供的压力感应面板，其包括多个本发明提供的上述压力感应结构，可以在压力感应面板的各区域识别使用者按压的力度等级。
本发明还提供一种压力感应显示装置，并给出其实施方式。在本发明给出的实施方式中，所述压力感应显示装置包括显示面板和本发明提供的上述压力感应面板。
具体地，所述压力感应面板可以外挂在显示面板外，例如，将压力感应面板设置在所述显示面板的出光侧。此外，也可以将所述压力感应面板设置于所述显示面板内。
所述显示面板包括彼此对盒的第一基板和第二基板，所述第一基板上设置有公共电极。在将压力感应面板设置在显示面板内时，采用所述公共电极做为所述压力感应结构的共用电极，并在其一侧设置第一电极、第二电极以及第一绝缘层和第二绝缘层，即形成压力感应结构的各种组成部分。进一步地，所述第一基板包括玻璃基板和形成在玻璃基板上的包括公共电极在内的多种图形；并采用所述玻璃基板为所述压力感应结构的第一绝缘层，这样可以避免设置单独的第一绝缘层，可以降低成本，并减少制备工序。
综上所述，本发明提供的压力感应显示装置，其采用本发明提供的上述压力感应显示面板，可以在使用者按压显示屏时，感应使用者的按压力度等级，从而根据使用者的按压力度响应相应的操作，提供更丰富的操作体验。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种压力感应结构，其特征在于，包括第一电极、第二电极和共用电极，以及电容检测单元和压力等级识别单元；
第一电极、第二电极和共用电极依次设置，且所述第一电极和第二电极之间设置有第一绝缘层，所述第二电极和共用电极之间设置有第二绝缘层；第一电极和/或第二电极包括相互分离的多个子电极；
所述第一绝缘层中设置有多个通孔，每个所述通孔内设置有导电的滑柱，所述滑柱在初始未受力状态下与第一电极连接，且其与第二电极之间存在间隙，且所述多个通孔内的滑柱在初始未受力状态下与第二电极之间的间隙值分为多个等级；所述滑柱在受到压力时沿所述通孔向第二电极方向滑动；
所述电容检测单元分别与第一电极和共用电极连接，用于检测第一电极和共用电极之间的电容值；
所述压力等级识别单元根据电容检测单元检测出的所述电容值，并根据第一电极和共用电极之间的电容值与使用者按压力度等级之间的对应关系，确定使用者的按压力度等级。
2.根据权利要求1所述的压力感应结构，其特征在于，所述第一绝缘层为玻璃。
3.根据权利要求1所述的压力感应结构，其特征在于，所述压力感应结构还包括复位单元，所述复位单元用于在使用者未按压滑柱时，驱动所述滑柱复位至初始未受力状态。
4.根据权利要求1所述的压力感应结构，其特征在于，在初始未受力状态下，各所述通孔内的滑柱与第二电极之间的间隙值均不相同。
5.根据权利要求1所述的压力感应结构，其特征在于，在初始未受力状态下，所述通孔的数量大于各所述通孔内的滑柱与第二电极之间的间隙值所形成的等级的数量。
6.根据权利要求1所述的压力感应结构，其特征在于，所述多个通孔在所述第一绝缘层中均匀分布。
7.一种压力感应面板，其特征在于，包括多个压力感应结构，每个所述压力感应结构为权利要求1～6任意一项所述的压力感应结构。
8.一种压力感应显示装置，其特征在于，包括显示面板和权利要求7所述的压力感应面板。
9.根据权利要求8所述的压力感应显示装置，其特征在于，所述压力感应面板位于所述显示面板的出光侧。
10.根据权利要求8所述的压力感应显示装置，其特征在于，所述压力感应面板位于所述显示面板内。
11.根据权利要求10所述的压力感应显示装置，其特征在于，所述显示面板包括彼此对盒的第一基板和第二基板，所述第一基板上设置有公共电极，所述公共电极做为所述压力感应结构的共用电极，其一侧设置有第一电极、第二电极以及第一绝缘层和第二绝缘层。
12.根据权利要求11所述的压力感应显示装置，其特征在于，所述第一基板包括玻璃基板和形成在玻璃基板上的包括公共电极在内的多种图形；所述玻璃基板为所述压力感应结构的第一绝缘层。
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