CN105912183B - 电阻式触觉反馈显示装置、工作方法及其检测方法 - Google Patents

电阻式触觉反馈显示装置、工作方法及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电阻式触觉反馈显示装置、工作方法及其检测方法，其包括：电阻式触控反馈装置和显示面板，所述电阻式触控反馈装置包括：玻璃基板、多个反馈信号线、第一绝缘层、多个触控单元和多个反馈单元、隔垫物、柔性薄膜、多个横向触控线、以及多个纵向控制线和多个反馈基准线。本发明通过设置电阻式触控反馈装置，当已知触点位置，对与触点位置对应的触控反馈区域施加电压，使第一透明电极和第二透明电极之间产生强电场，其间的第二绝缘层发生极化而产生极化电荷，进而产生相应的静电场；在静电场的作用下，柔性薄膜表面产生感应电荷，极化电荷与感应电荷之间的静电力会使柔性薄膜与下层玻璃基板产生吸合作用，即产生物理凹陷，实现触控反馈。

Description

电阻式触觉反馈显示装置、工作方法及其检测方法
技术领域
本发明属于触控检测技术领域，尤其涉及一种电阻式触觉反馈显示装置、工作方法及其检测方法。
技术背景
日常生活中，触觉反馈广泛应用于手机、平板、照相机等触摸屏，为我们带来了全新的用户使用体验和乐趣。触觉反馈是利用电子技术来模拟触摸时的感觉，可以帮助用户利用他们的触觉，而不仅仅依靠他们的视觉或听觉，最终提高文本输入的准确性和作业绩效，目前触觉反馈主要采用振动形式，例如手机设置为来电振动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用物理凹陷来实现触控反馈的电阻式触觉反馈显示装置、工作方法及其检测方法。
本发明提供一种电阻式触觉反馈显示装置，其包括：位于上层的电阻式触控反馈装置和位于下层的显示面板，所述电阻式触控反馈装置包括：位于所述显示面板上的玻璃基板、位于该玻璃基板上的多个反馈信号线、覆盖在该玻璃基板和多个反馈信号线上的第一绝缘层、位于该第一绝缘层上的多个触控单元和多个反馈单元、设置在相邻触控单元和反馈单元之间的隔垫物、柔性薄膜、位于第一绝缘层的多个横向触控线、以及位于纵向方向上的多个纵向控制线和多个反馈基准线；其中，所述柔性薄膜覆盖在多个触控单元、多个反馈单元、以及多个隔垫物上；所述多个横向触控线隔开位于水平方向上的相邻的两个触控单元和相邻的两个反馈单元；所述纵向控制线连接位于同一列上的多个触控单元；所述反馈基准线连接位于同一列上的多个反馈单元。
本发明又提供电阻式触觉反馈显示装置的工作方法，其包括如下步骤：
S1：触控位置检测步骤：对横向触控线依次给电信号进行扫描，按压触控检测区域时，柔性薄膜产生变形量，触控单元的上透明电极和下透明电极重叠部分接触，对应的纵向控制线接收到电流信号，即可计算出触摸位置。
S2：触觉反馈步骤：已知触控位置的坐标，对第一透明电极施加电压，使该区域内的TFT开关开启，反馈信号线输入数据信号，触摸区域的触控单元的上透明电极输入电压0V或者接地；
反馈单元的第二绝缘层在第一透明电极和第二透明电极之间的强电场的作用发生极化，表面产生极化电荷，极化电荷会产生相应的静电场；在静电场的作用下，柔性薄膜表面会产生相应的感应电荷，极化电荷与感应电荷之间会产生静电力使第一透明电极和第二透明电极两部分电极有互相吸引的趋势；同时衬底柔性薄膜存在向上的机械回复力，在静态平衡下，机械回复力与静电力大小相等方向相反，当静电力大于机械回复力时，上层的柔性薄膜发生形变，又与下层结构吸合的趋势，即产生物理凹陷。
本发明又提供一种电阻式触觉反馈显示装置的检测方法，电阻式触觉反馈显示装置还包括：检测触控位置的触控驱动电路、以及反馈驱动区域的触控反馈电路，本电阻式触觉反馈显示装置的检测方法包括如下步骤：
第一步：触控驱动电路检测触控位置信息；
第二步：触控位置对应的反馈区域将相应的触觉反馈的区域信息反馈给触觉反馈驱动电路；
第三步：触觉反馈驱动电路根据相应的触觉反馈区域施加相应的电信号。
本发明通过设置电阻式触控反馈装置，当已知触点位置，对与触点位置对应的触控反馈区域施加电压，使第一透明电极和第二透明电极之间产生强电场，其间的第二绝缘层发生极化而产生极化电荷，进而产生相应的静电场；在静电场的作用下，柔性薄膜表面产生感应电荷，极化电荷与感应电荷之间的静电力会使柔性薄膜与下层玻璃基板产生吸合作用，即产生物理凹陷，实现触控反馈。
附图说明
图1所示为本发明电阻式触觉反馈显示装置的结构示意图；
图2所示为图1所示电阻式触觉反馈显示装置的触控反馈装置的结构示意图；
图3所示为图2所示从玻璃基板上看触控反馈装置的结构示意图；
图4所示为图2所示从柔性薄膜上看触控反馈装置的结构示意图；
图5所示为图2所示触控按压时玻璃基板侧示意图；
图6所示为与图5对应的柔性薄膜侧示意图；
图7所示发生触摸后反馈单元的形变示意图；
图8所示为触控反馈装置的检测流程图。
具体实施方式
本发明揭示一种电阻式触觉反馈显示装置，请参阅图1所示，本电阻式触觉反馈显示装置100包括位于上层的电阻式触控反馈装置1和位于下层的显示面板2。其中，显示面板2为常用的LCD(液晶显示器)、PDP(等离子显示面板)、OLED(有机发光二极管)等具有能够显示图像的显示器，显示面板2设有纵横交错的扫描线(图未示)和数据线。
请参阅图2至图4所示，电阻式触控反馈装置1包括：位于显示面板2上的玻璃基板11、位于该玻璃基板11上的多个反馈信号线12、覆盖在玻璃基板11和多个反馈信号线12上的第一绝缘层13、位于第一绝缘层13上的多个触控单元14和多个反馈单元15、设置在相邻触控单元14和反馈单元15之间的隔垫物16、柔性薄膜17、位于第一绝缘层13的多个横向触控线18、位于纵向方向上的多个纵向控制线19和多个反馈基准线20。其中，柔性薄膜17覆盖在多个触控单元14、多个反馈单元15、以及多个隔垫物16；横向触控线18隔开位于水平方向上的相邻的两个触控单元14和相邻的两个反馈单元15；纵向控制线19连接位于同一列上的多个触控单元14；反馈基准线20连接位于同一列上的多个反馈单元15。
其中，每个触控单元14包括：位于柔性薄膜17下表面的上透明电极141、以及位于第一绝缘层13上且与该上透明电极141间隔设置的下透明电极142；每个反馈单元15包括：位于柔性薄膜17下表面的第一透明电极151、位于第一绝缘层13上的第二透明电极152、位于第二透明电极152上且与该第一透明电极151间隔设置的第二绝缘层153、以及TFT开关。
上透明电极141、第一透明电极151、纵向控制线19和反馈基准线20位于同一层，下透明电极142、第二透明电极152和横向触控线18位于同一层。
横向触控线18用于在水平方向上隔开相邻触控单元14和相邻反馈单元15，即：隔开相邻下透明电极142和相邻第二透明电极152；纵向控制线19用于连接位于同一列上的多个上透明电极141；反馈基准线20用于连接位于同一列上的多个第一透明电极151。
TFT开关的栅极与对应的横向触控线18连接，TFT开关的源极与对应的反馈信号线12连接，TFT开关的漏极与对应的第二透明电极152连接。
其中，第一绝缘层13和第二绝缘层153为SiO2或SiNx；柔性薄膜17为PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)或表面经硬化处理的聚萘二甲酸乙二醇酯等制成。隔垫物16位于第一绝缘层13上，其由透明树脂制成；第一透明电极151、第二透明电极152、下透明电极142、以及上透明电极141为ITO、或石墨烯、或碳纳米管。
横向触控线18和反馈信号线12为金属，如Ti、Al、Cu等；纵向控制线19和反馈基准线20为金属(如Ti、Al、Cu等)或者ITO。
其中，相邻的触控单元14和反馈单元15组成一个触控检测区域145，每个触控检测区域145包括触控单元14和反馈单元15。该触控检测区域145用于确定触控位置的横向触控线18和纵向控制线19，当触摸触控检测区域145时，触控单元14的上透明电极141和下透明电极142接触，触控检测区域145给反馈单元15施加电压的反馈信号线12、反馈基准线20及TFT开关。本发明通过设置电阻式触控反馈装置1，根据触控检测区域检测到的位置信息，给对应的触觉反馈区域施加相应的电信号，实现了物理凹凸触觉反馈。
图3所示为玻璃基板上看电阻式触控反馈装置的结构示意图，根据图3可知，触控单元14的下透明电极142与反馈单元15的第二透明电极152同时形成。
触控单元14的下透明电极142通过横向触控线18与反馈单元15的第二绝缘层153和第一透明电极151隔开，由横向触控线18施加驱动信号，使对应的TFT开关导通，通过对应的反馈信号线12给目标反馈单元15的第二透明电极152施加电压。
图4所示为柔性薄膜上看电阻式触控反馈装置的结构示意图，根据图4可知，触控单元14的上透明电极141和反馈单元15的第一透明电极151同时形成。
请参阅图5所示，图5示意了设有四个触控检测区域145组成的触控点。
请参阅图5和图6所示，电阻式触控反馈装置1的工作原理如下：
通过手指触摸按压图5所示的A单元内的触控检测区域145，使上透明电极141与下透明电极142接触，检测触点的位置，该部分原理与电阻式触摸屏的原理相同。
电阻式触摸屏是一种传感器，基本上是薄膜加上玻璃的结构，薄膜和玻璃相邻的一面上均涂有ITO(纳米铟锡金属氧化物)涂层，ITO具有很好的导电性和透明性。当触摸操作时，薄膜下层的ITO会接触到玻璃上层的ITO，经由感应器传出相应的电信号，经过转换电路送到处理器，通过运算转化为屏幕上的X、Y值，而完成点选的动作，并呈现在屏幕上。
当已知触点位置，对与触点位置对应的触控反馈区域施加电压，使第一透明电极151和第二透明电极152之间产生强电场，其间的第二绝缘层153发生极化而产生极化电荷，进而产生相应的静电场。在静电场的作用下，柔性薄膜17表面产生感应电荷，极化电荷与感应电荷之间的静电力会使柔性薄膜17与下层玻璃基板11产生吸合作用，即产生物理凹陷，实现触控反馈。
请参阅图5和图6所示，假设某一区域内，玻璃基板11上的横向触控线18有Xn+1、Xn、Xn-1行，同时反馈信号线12有Cm、Cm+1列，对应的柔性薄膜17上的纵向控制线19有Ym、Ym+1列，反馈基准线20有Mm和Mm+1列。
电阻式触控反馈装置1的工作方法，包括如下步骤：
第一步：触控位置检测步骤。
对横向触控线依次施加电信号进行扫描，手指按压图5所示的A单元内的触控检测区域145时，柔性薄膜17产生变形量，触控单元14的上透明电极141和下透明电极142重叠部分接触，对应的纵向控制线接收到电流信号，即可确认触摸点的位置(x,y)。
第二步：触觉反馈步骤。
已知触控位置的坐标(x，y)，对第一透明电极151的第Xn行施加电压V1使A单元内的TFT开关开启，反馈信号线Cm输入数据信号，A单元内的触控单元14的上透明电极141第Mm输入电压0V或者接地。
请参阅图7所示，反馈单元15的第二绝缘层153在第一透明电极151和第二透明电极152之间的强电场的作用发生极化，表面产生极化电荷，极化电荷会产生相应的静电场。在静电场的作用下，柔性薄膜17表面会产生相应的感应电荷，极化电荷与感应电荷之间会产生静电力Felectric使第一透明电极151和第二透明电极152两部分电极有互相吸引的趋势，同时衬底柔性薄膜17存在向上的机械回复力Fmechanical，在静态平衡下，机械回复力与静电力大小相等方向相反，当静电力大于机械回复力时，上层的柔性薄膜17发生形变，又与下层结构吸合的趋势，即产生物理凹陷，进而实现触控反馈。
图8是触控反馈装置的检测流程图，电阻式触觉反馈显示装置还包括：检测触控位置的触控驱动电路、以及反馈驱动区域的触控反馈电路，本电阻式触觉反馈显示装置检测方法包括如下步骤：
第一步：触控驱动电路检测触控位置信息；
第二步：触控位置周边的反馈区域将相应的触觉反馈的区域信息反馈给触觉反馈驱动电路；
第三步：触觉反馈驱动电路根据相应的触觉反馈区域施加相应的电信号。
触觉反馈驱动电路根据相应的触觉反馈区域施加相应的电信号，实现了物理凹凸触觉反馈。
本发明通过设置电阻式触控反馈装置，当已知触点位置，对与触点位置对应的触控反馈区域施加电压，使第一透明电极和第二透明电极之间产生强电场，其间的第二绝缘层发生极化而产生极化电荷，进而产生相应的静电场；在静电场的作用下，柔性薄膜表面产生感应电荷，极化电荷与感应电荷之间的静电力会使柔性薄膜与下层玻璃基板产生吸合作用，即产生物理凹陷，实现触控反馈。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电阻式触觉反馈显示装置，其包括：位于上层的电阻式触控反馈装置和位于下层的显示面板，其特征在于：所述电阻式触控反馈装置包括：位于所述显示面板上的玻璃基板、位于该玻璃基板上的多个反馈信号线、覆盖在该玻璃基板和多个反馈信号线上的第一绝缘层、位于该第一绝缘层上的多个触控单元和多个反馈单元、设置在相邻触控单元和反馈单元之间的隔垫物、柔性薄膜、位于第一绝缘层的多个横向触控线、以及位于纵向方向上的多个纵向控制线和多个反馈基准线；其中，所述柔性薄膜覆盖在多个触控单元、多个反馈单元、以及多个隔垫物上；所述多个横向触控线隔开位于水平方向上的相邻的两个触控单元和相邻的两个反馈单元；所述纵向控制线连接位于同一列上的多个触控单元；所述反馈基准线连接位于同一列上的多个反馈单元。
2.根据权利要求1所述的电阻式触觉反馈显示装置，其特征在于：每个触控单元包括：位于柔性薄膜下表面的上透明电极、以及位于第一绝缘层上且与该上透明电极间隔设置的下透明电极；每个反馈单元包括：位于柔性薄膜下表面的第一透明电极、位于第一绝缘层上的第二透明电极、位于第二透明电极上且与该第一透明电极间隔设置的第二绝缘层、以及TFT开关。
3.根据权利要求2所述的电阻式触觉反馈显示装置，其特征在于：所述TFT开关的栅极与对应的横向触控线连接，所述TFT开关的源极与对应的反馈信号线连接，所述TFT开关的漏极与对应的第二透明电极连接。
4.根据权利要求2所述的电阻式触觉反馈显示装置，其特征在于：所述上透明电极、第一透明电极、纵向控制线和反馈基准线位于同一层；所述下透明电极、第二透明电极和横向触控线位于同一层。
5.根据权利要求2所述的电阻式触觉反馈显示装置，其特征在于：所述横向触控线隔开相邻的两个下透明电极和相邻的两个第二透明电极；所述纵向控制线连接位于同一列上的多个上透明电极；所述反馈基准线连接位于同一列上的多个第一透明电极。
6.根据权利要求1或2所述的电阻式触觉反馈显示装置，其特征在于：相邻的触控单元和反馈单元组成一个触控检测区域。
7.根据权利要求2所述的电阻式触觉反馈显示装置，其特征在于：所述第一透明电极、第二透明电极、下透明电极、以及上透明电极均由ITO、或石墨烯、或碳纳米管制成。
8.根据权利要求1或2所述的电阻式触觉反馈显示装置，其特征在于：所述柔性薄膜为PEN或表面经硬化处理的聚萘二甲酸乙二醇酯制成。
9.权利要求1-8任一所述电阻式触觉反馈显示装置的工作方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1：触控位置检测步骤：对横向触控线依次给电信号进行扫描，按压触控检测区域时，柔性薄膜产生变形量，触控单元的上透明电极和下透明电极重叠部分接触，对应的纵向控制线接收到电流信号，即可计算出触摸位置；
S2：触觉反馈步骤：已知触控位置的坐标，对第一透明电极施加电压，使该区域内的TFT开关开启，反馈信号线输入数据信号，触摸区域的触控单元的上透明电极输入电压0V或者接地；
反馈单元的第二绝缘层在第一透明电极和第二透明电极之间的强电场的作用发生极化，表面产生极化电荷，极化电荷会产生相应的静电场；在静电场的作用下，柔性薄膜表面会产生相应的感应电荷，极化电荷与感应电荷之间会产生静电力使第一透明电极和第二透明电极两部分电极有互相吸引的趋势；同时衬底柔性薄膜存在向上的机械回复力，在静态平衡下，机械回复力与静电力大小相等方向相反，当静电力大于机械回复力时，上层的柔性薄膜发生形变，又与下层结构吸合的趋势，即产生物理凹陷。
10.权利要求1-8任一所述电阻式触觉反馈显示装置的检测方法，其特征在于，电阻式触觉反馈显示装置还包括：检测触控位置的触控驱动电路、以及反馈驱动区域的触控反馈电路，本电阻式触觉反馈显示装置的检测方法包括如下步骤：
第一步：触控驱动电路检测触控位置信息；
第二步：触控位置对应的反馈区域将相应的触觉反馈的区域信息反馈给触觉反馈驱动电路；
第三步：触觉反馈驱动电路根据相应的触觉反馈区域施加相应的电信号。
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