CN105700753B - 压力检测单元、压力检测方法和显示面板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压力检测单元、压力检测方法和显示面板，包括：触控压力扫描电极、定压电极、检测模块和至少一个触控压力感应电极，其中，触控压力扫描电极上输入有触控压力扫描信号；定压电极与触控压力扫描电极相对设置且输入有固定电压；触控压力感应电极在触控压力扫描电极所处平面上的正投影与触控压力扫描电极不存在交集；检测模块用于在发生触控时，根据触控压力扫描电极与定压电极之间正对电容的变化和触控压力扫描电极与触控压力感应电极之间耦合电容的变化确定出压力检测单元受到的压力。本发明的技术方案可有效提升压力检测结果的准确性；此外，当压力检测单元内嵌于显示面板中时，可有效避免装配公差对检测结果的影响。

Description

压力检测单元、压力检测方法和显示面板
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种压力检测单元、压力检测方法和显示面板。
背景技术
随着技术的发展，人们除希望显示面板(如液晶显示面板)能实现触控功能外，还希望其能对施加在其上的压力进行感应(Force Touch)，以便用户可通过对显示面板施加不同的压力进行不同操作，使操作更便捷并改善用户体验。
目前，在显示领域尤其是手机或平板领域实现压力感应的方式是在液晶显示面板的背光部分或者手机的中框部分增加额外的机构来实现，这种设计需要对液晶显示面板或者手机的结构设计做出改动，而且由于装配公差较大，这种设计的探测准确性也受到了限制。
因此，如何在显示面板硬件改动较小的情况下实现探测精度较高的压力感应，是本领技术人员域亟需解决的问题。
发明内容
本发明提供一种压力检测单元、压力检测方法和显示面板，用于解决现有技术中显示面板压力感应技术需要改变显示装置的整体结构且准确性差的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种压力检测单元，包括：
触控压力扫描电极，所述触控压力扫描电极上输入有触控压力扫描信号；
定压电极，与所述触控压力扫描电极相对设置，所述定压电极上输入有固定电压；
至少一个触控压力感应电极，所述触控压力感应电极在所述触控压力扫描电极所处平面上的正投影与所述触控压力扫描电极不存在交集；
检测模块，与所述触控压力扫描电极和所述触控压力感应电极连接，用于在发生触控时，根据所述触控压力扫描电极与所述定压电极之间正对电容的变化和所述触控压力扫描电极与所述触控压力感应电极之间耦合电容的变化确定出压力检测单元受到的压力。
可选地，所述定压电极与所述触控压力感应电极位于同一平面。
可选地，所述定压电极为板状电极，所述触控压力感应电极为环状电极，所述触控压力感应电极在所述触控压力扫描电极所处平面上的正投影包围所述定压电极在所述触控压力扫描电极所处平面上的正投影。
可选地，所述定压电极为圆形板状电极，所述触控压力感应电极为圆环状电极，所述定压电极和所述触控压力感应电极在所述触控压力扫描电极所处平面上的正投影同圆心。
可选地，所述定压电极为矩形板状电极，所述触控压力感应电极为矩形环状电极，所述定压电极的外侧边缘与所述触控压力感应电极的内侧边缘平行。
可选地，当所述触控压力感应电极数量大于1个时，各所述触控压力感应电极之间彼此绝缘且在所述触控压力扫描电极所处平面上的正投影层层套置。
可选地，所述定压电极接地。
可选地，所述触控压力感应电极的数量为2个。
可选地，所述检测模块包括：
第一检测子模块，与所述触控压力扫描电极连接，用于在发生触控时，检测所述触控压力扫描电极上实际加载的第一感应信号；
至少一个第二检测子模块，与所述触控压力感应电极一一对应，所述第二检测子模块与对应的所述触控压力感应电极连接，用于在发生触控时，检测对应的所述触控压力感应电极上加载的第二感应信号；
确定子模块，与所述第一检测子模块和各所述第二检测子模块连接，用于根据所述第一感应信号和各所述第二感应信号确定压力检测单元受到的压力。
为实现上述目的，本发明提供了一种压力检测方法，所述压力检测方法基于压力检测单元，所述压力检测单元采用上述的压力检测单元，所述压力检测方法包括：
向所述触控压力扫描电极输入触控压力扫描信号；
根据所述触控压力扫描电极与所述定压电极之间正对电容的变化和所述触控压力扫描电极与所述触控压力感应电极之间耦合电容的变化确定出压力检测单元受到的压力。
可选地，所述根据所述触控压力扫描电极与所述定压电极之间正对电容的变化和所述触控压力扫描电极与所述触控压力感应电极之间耦合电容的变化确定出压力检测单元受到的压力的步骤包括：
检测所述触控压力扫描电极上实际加载的第一感应信号；
检测各所述触控压力感应电极上加载的第二感应信号；
根据所述第一感应信号和各所述第二感应信号确定压力检测单元受到的压力。
为实现上述目的，本发明提供了一种显示面板，所述显示面板包括：压力检测单元，所述压力检测单元采用上述的压力检测单元。
可选地，所述显示面板为液晶显示面板或AMOLED显示面板。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种压力检测单元、压力检测方法和显示面板，包括：触控压力扫描电极、定压电极、检测模块和至少一个触控压力感应电极。其中，触控压力扫描电极上输入有触控压力扫描信号；定压电极与触控压力扫描电极相对设置且输入有固定电压；触控压力感应电极在触控压力扫描电极所处平面上的正投影与触控压力扫描电极不存在交集；检测模块用于在发生触控时，根据触控压力扫描电极与定压电极之间正对电容的变化和触控压力扫描电极与触控压力感应电极之间耦合电容的变化确定出压力检测单元受到的压力。本发明的技术方案通过在发生触控时，检测触控压力扫描电极与定压电极之间正对电容的变化数据以及触控压力扫描电极与各触控压力感应电极之间耦合电容的变化数据，并基于该综合数据来确定出压力检测单元受到的压力，从而可提升压力检测结果的准确性。
此外，由于本发明提供的压力检测单元可内嵌于显示面板中，因而不用对显示装置的整体结构进行改变，故检测结果不受装配公差的影响，准确性高。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种压力检测单元的结构示意图；
图2为图1中A-A向的截面示意图；
图3为图1所示压力检测单元的工作时序图；
图4为本发明实施例一提供的又一种压力检测单元的结构示意图；
图5为本发明实施例二提供的一种压力检测方法的流程图；
图6为本发明实施例三提供的显示面板的工作时序图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的一种压力检测单元、压力检测方法和显示面板进行详细描述。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种压力检测单元的结构示意图，图2为图1中A-A向的截面示意图，如图1和图2所示，该压力检测单元包括：触控压力扫描电极1、定压电极2、检测模块4和至少一个触控压力感应电极3。其中，触控压力扫描电极1上输入有触控压力扫描信号；定压电极2与触控压力扫描电极1相对设置且输入有固定电压；触控压力感应电极3在触控压力扫描电极1所处平面上的正投影与触控压力扫描电极1不存在交集；检测模块4与触控压力扫描电极1和触控压力感应电极3连接，用于在发生触控时，根据触控压力扫描电极1与定压电极2之间正对电容C1的变化和触控压力扫描电极1与触控压力感应电极3之间耦合电容C2、C3的变化确定出压力检测单元受到的压力。
在图1所示的压力检测单元中，触控压力扫描电极1与定压电极2之间形成了正对电容C1，触控压力扫描电极1与触控压力感应电极3之间通过边缘场效应形成耦合电容C2、C3。当用户对第一基板(对应压力检测单元的触控侧)施加压力时，整个第一基板受压发生微小变形。相应地，触控压力扫描电极1与定压电极2和各触控压力感应电极3之间的距离产生变化，从而导致触控压力扫描电极1与定压电极2之间正对电容C1以及与各触控压力感应电极3之间耦合电容C2、C3均发生变化确定；故通过检测上述正对电容C1和耦合电容C2、C3的变化，从而可获知触控过程中第一基板对应的形变量(第一基板的形变量与其自身受到的压力存在对应关系)，进而可获知第一基板所受的压力，实现压力感应。
需要说明的是，本发明中检测模块4确定出压力检测单元受到的压力包括但不限于如下方式：
方式一、根据触控压力扫描电极1与定压电极2、各触控压力感应电极3之间电容(正对电容C1/耦合电容C2、C3)的变化数据，可分别得到对应的多个压力值，然后将多个压力值的平均值作为最终检测结果。
方式二、将根据触控压力扫描电极1分别与定压电极2、各触控压力感应电极3之间电容(正对电容C1/耦合电容C2、C3)的变化数据作为一个数据向量，然后根据预先生成的对应关系表(对应关系表中存储有不同的压力值及其对应的数据向量)，从该对应关系表中查询出该数据向量对应的压力值。
在本实施例中，通过检测触控压力扫描电极1与定压电极2之间正对电容C1的变化数据以及触控压力扫描电极1与各触控压力感应电极3之间耦合电容C2、C3的变化数据，并基于该综合数据来确定出压力检测单元受到的压力，从而可提升压力检测结果的精准度。
可选地，检测模块4包括：第一检测子模块、至少一个第二检测子模块和确定子模块。其中，第一检测子模块与触控压力扫描电极1连接，用于在发生触控时，检测触控压力扫描电极1上实际加载的第一感应信号；第二检测子模块与触控压力感应电极3一一对应，各第二检测子模块与对应的触控压力感应电极3连接，用于在发生触控时，检测对应的触控压力感应电极3上加载的第二感应信号；确定子模块与第一检测子模块和各第二检测子模块连接，用于根据第一感应信号和各第二感应信号确定压力检测单元受到的压力。在本实施例中，可通过第一检测子模块来检测出触控压力扫描电极1与定压电极2之间正对电容C1的变化数据，通过第二检测子模块来检测出触控压力扫描电极1与各触控压力感应电极3之间耦合电容C2、C3的变化数据。
下面将结合附图来对本实施例提供的压力检测单元的工作过程进行描述。图3为图1所示压力检测单元的工作时序图，如图3所示，该压力检测单元的工作过程包括自容检测阶段和互容检测阶段。
在本实施例中，对触控压力扫描电极1与定压电极2之间正对电容C1的变化的检测，采用的是自容式触控检测。具体地，在自容检测阶段，通过驱动芯片(未示出)向触控压力扫描电极1输出触控压力扫描信号，受到用户触控的影响(触控压力扫描电极1与定压电极2之间正对电容C1发生变化)，此时触控压力扫描电极1会会出现RC延迟的问题，该触控压力扫描电极1上实际加载的第一感应信号的波形与预设的压力扫描信号的波形相比会发生变化。因此，通过第一检测子模块检测触控压力扫描电极1上实际加载的第一感应信号，即可获知触控压力扫描电极1与定压电极2之间正对电容C1在触控前后发生的变化。
由上述内容可见，在上述自容式触控检测过程中，仅需使得定压电极2连接一个固定的电压即可，但从简单和避免对其他结构的影响的角度考虑，定压电极2优选接地。
在本实施例中，对触控压力扫描电极1与各触控压力感应电极3之间耦合电容C2、C3的变化的检测，采用的是互容式触控检测。具体地，在互容检测阶段，通过驱动芯片向触控压力扫描电极1输出触控压力扫描信号，此时各触控压力感应电极3上会感应出相应的第二感应信号，且存在触控时对应的第二感应信号与不存在触控时对应的第二感应信号不同。因此，通过第二检测子模块检测对应的触控压力感应电极3上加载的第二感应信号，即可获知触控压力扫描电极1与对应的触控压力感应电极3之间耦合电容C2、C3在触控前后发生的变化。
确定子模块根据第一检测子模块检测到的第一感应信号和各第二检测子模块检测到的第二感应信号，以此作为综合数据，可准确的确定出压力检测单元受到的压力。
需要说明的是，本实施例中可在检测模块4中设置两个控制信号TE1、TE2以作为区分自容检测阶段和互容检测阶段的标识。具体地，在自容检测阶段时，控制信号TE1处于低电平，控制信号TE2处于高电平；在互容检测阶段时，控制信号TE1处于高电平，控制信号TE2处于低电平。
此外，本实施例中也可使得自容检测阶段和互容检测阶段同步进行，此时需要满足检测模块4内用于检测触控压力扫描电极1与定压电极2之间正对电容C1的变化数据的子模块(例如，第一检测子模块)，与用于检测触控压力扫描电极1与各触控压力感应电极3之间耦合电容C2、C3的变化数据的子模块(例如，第二检测子模块)，为彼此独立的子模块，从而避免同时检测过程中的信号串扰问题。
在本实施例中，压力检测单元内的触控压力感应电极3的数量越多，相应的获取到的第二感应信号数量越多，此时用于确定压力检测单元所受到的压力的基础数据越多，从而使得最终的压力检测结果的精准度越高。当触控压力感应电极3数量大于1个时，为避免各触控压力感应电极3之间相互干扰，各触控压力感应电极3之间彼此绝缘且在触控压力扫描电极1所处平面上的正投影层层套置。
然而，在实际应用中随着触控压力感应电极3的数量的增加，相应的第二检测子模块的数量也会增加，生产成本相应增加，后序的计算复杂度也会提升。本实施例中，考虑到检测精准度、生产成本、计算复杂度等因素，优选地，触控压力感应电极3的数量为2个。
下面将对适用于本发明的触控压力扫描电极1、触控压力感应电极3和定压电极2的具体结构进行实例性说明。
参见图1所示，定压电极2为板状电极，触控压力感应电极3为环状电极，触控压力感应电极3在触控压力扫描电极1所处平面上的正投影包围定压电极2在触控压力扫描电极1所处平面上的正投影。
更进一步地，定压电极2为圆形板状电极，触控压力感应电极3为圆环状电极，定压电极2和触控压力感应电极3在触控压力扫描电极1所处平面上的正投影同圆心。
本实施例中，优选地，定压电极2与触控压力感应电极3位于同一平面，此时可通过一次构图工艺以同时在衬底上制备出定压电极2和触控压力感应电极3，进而缩短生产周期。
图4为本发明实施例一提供的又一种压力检测单元的结构示意图，如图4所示，与图1所示压力检测单元不同的是，在图4中定压电极2为矩形板状电极，触控压力感应电极3为矩形环状电极，定压电极2的外侧边缘与触控压力感应电极3的内侧边缘平行。
需要说明的是，图1和图4中定压电极2、触控压力扫描电极1和触控压力感应电极3的具体结构仅起到示例性作用，其并不对本发明的技术方案产生限制。本发明中定压电极2、触控压力扫描电极1和触控压力感应电极3还可采用其他结构，此处不再一一举例。
实施例二
图5为本发明实施例二提供的一种压力检测方法的流程图，如图5所示，该压力检测方法基于压力检测单元，该压力检测单元采用上述实施例一中的压力检测单元，具体结构可参见上述实施例一中的内容。该压力检测方法包括：
步骤101：向触控压力扫描电极输入触控压力扫描信号。
在步骤101中，通过驱动芯片向触控压力扫描电极输入触控压力扫描信号，此时触控压力扫描电极与定压电极之间形成正对电容，触控压力扫描电极与触控压力感应电极之间形成耦合电容。
步骤102：根据触控压力扫描电极与定压电极之间正对电容的变化和触控压力扫描电极与触控压力感应电极之间耦合电容的变化确定出压力检测单元受到的压力。
其中，步骤102由上述实施例一中的检测模块来执行，具体过程可参见上述实施例一中的描述。
可选地，步骤102包括：
步骤1021：检测触控压力扫描电极上实际加载的第一感应信号。
步骤1022：检测各触控压力感应电极上加载的第二感应信号。
步骤1023：根据第一感应信号和各第二感应信号确定压力检测单元受到的压力。
其中，步骤1021由上述实施例一中的第一检测子模块来执行，步骤1021由上述实施例一中的第二检测子模块来执行，步骤1021由上述实施例一中的确定子模块来执行，具体过程可参见上述实施例一中相应内容，此处不再赘述。
实施例三
本发明实施例三提供的一种显示面板，该显示面板包括：压力检测单元，该压力检测单元采用上述实施例一中的压力检测单元，该压力检测单元的具体结构可参见上述实施例一中的相应内容，此处不再赘述。
图6为本发明实施例三提供的显示面板的工作时序图，如图6所示，该显示面板的工作过程包括：自容检测阶段、互容检测阶段和显示阶段。
其中，对于自容检测阶段和互容检测阶段的过程可参见实施例一中的描述，下面仅对显示阶段的驱动过程进行描述。
在显示阶段时，帧起始信号由低电平状态切换至高电平状态，控制信号TE1和TE2均处于高电平，显示面板上的各栅线中输入有栅扫描信号，数据线中输入有数据信号，从而驱动相应的像素单元产生对应的灰阶，以进行像素显示。
作为一种实际应用方案，该显示面板的刷新频率为60HZ，在一个周期内，自容检测阶段和互容检测阶段的时长均设置为2ms，显示阶段的时长为12.67ms。
本实施例中压力检测单元可采用外挂形式或内嵌(IN-CELL)形式以与显示面板进行整合。优选地，压力检测单元可内嵌于显示面板中。具体地，将触控压力扫描电极制备在阵列基板的内侧，定压电极和触控压力感应电极制备在对盒基板的内侧；或者，将触控压力扫描电极制备在对盒基板的内侧，定压电极和触控压力感应电极制备在阵列基板的内侧。由于用于进行压力检测的触控压力扫描电极、定压电极和触控压力扫描电极均位于显示面板内部(即内嵌式)，因而不用对显示装置的整体结构进行改变，故检测结果不受装配公差的影响，准确性高。
需要说明的是，本实施例中压力检测单元可设置于显示面板的显示区域和非显示区域。其中，当压力检测单元设置于显示的显示区域时，需要使得触控压力扫描电极、定压电极和触控压力扫描电极均采用透明导电材料进行制备。
此外，当压力检测单元设置于显示区域时，由于触控压力扫描电极和触控压力感应电极会在显示阶段时受到栅线、数据线中信号的影响，而产生感应信号，该感应信号会对触控压力扫描电极和触控压力感应电极在自容检测阶段和互容检测阶段时所加载的有用信号产生干扰，因而会对最终的检测结果造成影响。为解决该技术问题，本实施例中在显示阶段时向触控压力扫描电极和触控压力感应电极输入一个固定定压，可在进入自容检测阶段或互容检测阶段前，对触控压力扫描电极和触控压力感应电极进行初始化。
需要补充说明的是，本实施例中的显示面板既可以为液晶显示面板，也可以为AMOLED显示面板，在此不作限制。
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)

1.一种压力检测单元，其特征在于，包括：
触控压力扫描电极，所述触控压力扫描电极上输入有触控压力扫描信号；
定压电极，与所述触控压力扫描电极相对设置，所述定压电极上输入有固定电压；
至少一个触控压力感应电极，所述触控压力感应电极在所述触控压力扫描电极所处平面上的正投影与所述触控压力扫描电极不存在交集；
检测模块，与所述触控压力扫描电极和所述触控压力感应电极连接，用于在发生触控时，根据所述触控压力扫描电极与所述定压电极之间正对电容的变化和所述触控压力扫描电极与所述触控压力感应电极之间耦合电容的变化确定出压力检测单元受到的压力；
所述定压电极与所述触控压力感应电极位于同一平面。
2.根据权利要求1所述的压力检测单元，其特征在于，所述定压电极为板状电极，所述触控压力感应电极为环状电极，所述触控压力感应电极在所述触控压力扫描电极所处平面上的正投影包围所述定压电极在所述触控压力扫描电极所处平面上的正投影。
3.根据权利要求2所述的压力检测单元，其特征在于，所述定压电极为圆形板状电极，所述触控压力感应电极为圆环状电极，所述定压电极和所述触控压力感应电极在所述触控压力扫描电极所处平面上的正投影同圆心。
4.根据权利要求2所述的压力检测单元，其特征在于，所述定压电极为矩形板状电极，所述触控压力感应电极为矩形环状电极，所述定压电极的外侧边缘与所述触控压力感应电极的内侧边缘平行。
5.根据权利要求2所述的压力检测单元，其特征在于，当所述触控压力感应电极数量大于1个时，各所述触控压力感应电极之间彼此绝缘且在所述触控压力扫描电极所处平面上的正投影层层套置。
6.根据权利要求1所述的压力检测单元，其特征在于，所述定压电极接地。
7.根据权利要求1所述的压力检测单元，其特征在于，所述触控压力感应电极的数量为2个。
8.根据权利要求1所述的压力检测单元，其特征在于，所述检测模块包括：
第一检测子模块，与所述触控压力扫描电极连接，用于在发生触控时，检测所述触控压力扫描电极上实际加载的第一感应信号；
至少一个第二检测子模块，与所述触控压力感应电极一一对应，所述第二检测子模块与对应的所述触控压力感应电极连接，用于在发生触控时，检测对应的所述触控压力感应电极上加载的第二感应信号；
确定子模块，与所述第一检测子模块和各所述第二检测子模块连接，用于根据所述第一感应信号和各所述第二感应信号确定压力检测单元受到的压力。
9.一种压力检测方法，其特征在于，所述压力检测方法基于压力检测单元，所述压力检测单元采用上述权利要求1-8中任一所述的压力检测单元，所述压力检测方法包括：
向所述触控压力扫描电极输入触控压力扫描信号；
根据所述触控压力扫描电极与所述定压电极之间正对电容的变化和所述触控压力扫描电极与所述触控压力感应电极之间耦合电容的变化确定出压力检测单元受到的压力。
10.根据权利要求9所述的压力检测方法，其特征在于，所述根据所述触控压力扫描电极与所述定压电极之间正对电容的变化和所述触控压力扫描电极与所述触控压力感应电极之间耦合电容的变化确定出压力检测单元受到的压力的步骤包括：
检测所述触控压力扫描电极上实际加载的第一感应信号；
检测各所述触控压力感应电极上加载的第二感应信号；
根据所述第一感应信号和各所述第二感应信号确定压力检测单元受到的压力。
11.一种显示面板，其特征在于，包括：如上述权利要求1-8中任一所述的压力检测单元。
12.根据权利要求11所述的显示面板，其特征在于，所述显示面板为液晶显示面板或AMOLED显示面板。
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