CN105955557B - 一种适合大尺寸互电容触摸屏的电极图形设计结构 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种适合大尺寸互电容触摸屏的电极图形设计结构，是由多个基本电容电极对排列成电容电极对组，多个电容电极对组再排列成电容电极对群，多个电容电极对群排列形成大尺寸的电容触摸屏。方形或菱形的基本电容电极对由2对驱动电极板和接收电极板交错布置形成，电容电极对群每行的基本电容电极对至少有一对驱动电极板和接收电极板的面积是在逐步变化的，一个极板渐增另一个极板就渐减，每列的基本电容电极对内的电极板面积也是类似的变化，这样构成电容电极对群的所有基本电容电极对各不相同。手指触摸电容电极对群的不同位置，由于每处驱动电极板和接收电极板面积不同，形成的互电容不同，可分辨出触控的位置。

Description

一种适合大尺寸互电容触摸屏的电极图形设计结构
技术领域
本发明涉及触摸屏技术，尤其是一种电容触摸屏的电极图形设计结构及多点触摸检测方法。
背景技术
触摸屏可以有多种实现原理，目前常用的有电阻屏、电容屏、声表面波屏、红外屏等。电容屏由于不需要施加触控压力，操作体验好等原因，在平板电脑领域得到了广泛的应用。
中国专利CN200910206894.9“电容式触控感应装置及其检测方法”等专利是目前电容触控面板常用的电极图形设计及触控位置检测方法。这类方法为典型的电极结构图1所示。电容投射电容感应装置10包含有感应电容串X1〜Xm与Y1〜Yn，通常，每个电容电极为菱形，多个菱形的电容电极串接成的一维结构。触控检测方式为每次通过Xi（或Yj）送出一个一定频率的驱动脉冲，同时，依次在Y上读取，当没有触控事件发生时，在Xi与Yj的交叉点上存在一初始电容，Xi上的脉冲信号通过该电容耦合到Yj上，此时在Yj上采集到的电压为初始电压，当有手指或其他导电物体触摸到该点时，Xi与Yj的交叉点上的电容变为，在Yj上采集到的电压为，以此电压变化，通过一定的计算，即可确定触摸点的坐标。
基于这种方法的电容触摸屏的电容电极不能太小，太小将导致驱动线和接收线的数量大幅增加；同时，电容触摸屏的电容电极也不能太大，当电极尺寸大于触摸物体时，将无法检测到触摸事件或无法计算重心。通常，基于这种方法的电容触摸屏的电容电极为手指直径的1/2左右。某产品的说明书给出的电极最大边长为6mm。
对于一个10寸（对角254mm）4:3的显示屏，边长约为200mm，边宽大约150mm，按电极最大边长为6mm计算，需要布置33*25个电极，需要占用33+25个模拟量接口。若显示屏的尺寸扩大为100寸（对角2540mm），则需要布置330*250个电极，需要占用330+250个模拟量接口。如此庞大的接口会导致布线困难，造成干扰、成本昂贵、运算时间极慢等诸多问题，因此这种电极设计及触控点读取的方法不适合大尺寸触控面板的设计。
发明内容
本发明旨在寻找一种适合于大尺寸触控面板的电极图形及基于这种图形的触控位置计算方法。
本发明触摸屏电极设计图形是由多个基本电容电极对沿水平或垂直方向依次排列形成电容电极对组，多个电容电极对组沿垂直或水平方向逐次排列形成电容电极对群，多个电容电极对群沿水平和垂直方向排列形成大尺寸的电容触摸屏。
基本电容电极对是由2对驱动电极板和接收电极板组成，基本电容电极对是方形或菱形的，驱动电极板与接收电极板在其内部交错布置，基本电容电极对的每个驱动电极板与每个接收电极板的面积可以从0到基本电容电极对面积的一半之间变化，每个驱动电极板和每个接收电极板单独连接各自的控制信号线，基本电容电极对内的电极板可以是由ITO刻蚀，导电浆料印刷，导电纤维编织等方式构成，极板之间是阻抗隔离的。
多个基本电容电极对沿水平或垂直方向依次排列形成电容电极对组时，基本电容电极对内至少有一对驱动电极板Di和接收电极板Ri 的面积是在逐步变化的，某一驱动电极板面积是渐增的，对应接收电极板面积就是渐减的，这使电容电极对组内的每个基本电容电极对各不相同；
多个电容电极对组沿垂直或水平方向逐次排列形成电容电极对群，构成电容电极对群的每个电容电极对组是互不相同的，电容电极对群中的每个基本电容电极对也各不相同；
电容电极对群内的所有基本电容电极对编号对应的驱动电极板Di共享一条控制信号线Li，编号对应的接收电极板Ri共享一条控制信号线Ji，其中i=1,2，一个电容电极对群要用2*2条信号线。
m*n个电容电极对群形成大尺寸电容触摸屏，当m,n>=3时，每行的电容电极对群共用2条控制信号线，每列的电容电极对群共用2条控制信号线，相邻两行或列电容电极对群的4条控制信号线有1条共用控制信号线，共用控制信号线只能共用一次。这样，m行的电容电极对群一共需要连接m条不同的控制信号线，n列的电容电极对群一共需要连接n条不同的控制信号线，m*n大尺寸电容触摸屏共需m+n条控制信号线。
手指触摸屏时，先由发生异动的两条行线和两条列线确定触摸位置所属的电容电极对群。在电容电极对群中，由于不同触控位置处的驱动电极板和接收电极板面积不同，驱动电极板和接收电极板形成的互电容就会不同，控制器捕捉检测到细微的电容值得差异，计算出具体的触控位置。
说明书的基本电容电极对是由2对驱动电极板和接收电极板组成，本发明不限于此，超过2对的驱动电极板和接收电极板也一样可以构成基本电容电极对，类似得按照说明书的方式能布置成大尺寸的电容触摸屏。
附图说明
图1先前技术的典型的电极结构设计图。
图2先前技术的基本触摸极板对。
图3实施例中的一种基本电容电极对。
图4实施例中的一种电容电极对组。
图5实施例中的一种电容电极对群。
图6实施例中的电容电极对群的控制信号线连接图。
图7大尺寸互电容触摸屏示意图。
图8触摸位置示意图。
具体实施方式
本发明关键思想在于根据目前触摸屏电路的接收采样电路AD分辨率非常高的特点，在保证每一对电极仍小于成人拇指肚的面积的情况下，有效地利用电路的扫描、接收能力，将原先技术的一个基本触摸极板对（图2所示）的4个电极板进行拆分，每个极板都分成了10个面积不等的电极板（电容采样AD分辨率允许，还可以拆成更多的电极板数），经过拆分后就把原先技术的一个基本触摸极板对变成了图5所示的一个电容电极对群，在引线数目没有增加的基础上，有效触摸面积确扩大了10*10倍。本发明会大大降低了成本及触摸屏制作工艺。
本发明的一种具体实施例电极设计图形是由基本电容电极对，电容电极组，电容电极群组成。基本电容电极对如图3所示，其结构特点在于：基本电容电极对由四个电极板组成，分别为两个驱动电极板（D1，D2）和两个接收电极板（R1，R2），电极板可以由ITO刻蚀，导电浆料印刷，导电纤维编织等方式构成。通常，驱动电极板对与接收电极板对分别布置在绝缘材料的两侧，也可以布置在同一层面上。基本电容电极对的面积应小于手指或其它触控物体的面积，本实施例基本电容电极对为6mm*6mm的正方形。基本电容电极对中的驱动电极板和接收电极板的面积随基本电容电极对在电容电极组中的位置变化。
10个基本电容电极对沿水平方向依次排列形成电容电极对组，基本电容电极对中的一对驱动电极板和接收电极板的面积随基本电容电极对在电容电极对组中的位置变化，接收电极板R2面积是渐增的，驱动电极板D1面积就是渐减的，如图4所示。10个电容电极对组沿垂直方向逐次排列形成电容电极对群，如图5所示。在本实施例中，基本电容电极对驱动电极板的面积分别为DS1ij，DS2ij，接收电极的面积板面积分别为RS1ij，RS2ij，驱动电极和接收电极的面积随基本电极对在电容屏中的位置变化按一定规律变化，图5中是一种线性变化的情况，电极面积变化的计算公式如下：
本例中，电容电极对群内所有的基本电容电极对编号为D1的驱动电极板连接到一起共享一条控制信号线L1，编号为D2的驱动电极板连接到一起共享一条控制信号线L2，编号为R1的接收电极板连接到一起共享一条控制信号线J1，编号为R2的接收电极板连接到一起共享一条控制信号线J2，如图6所示就是电容电极对群的控制信号线连接图。图7是m*n个电容电极对群排了形成大尺寸互电容触摸屏的示意图。
本实施例电容电极对群面积为60mm*60mm，要占用4个模拟量接口。对于一个10寸（对角254mm）4:3的显示屏，12个这样的电容电极对群3*4排列就形成了180mm *240mm触摸屏，所需3+4共7个接口。而采用背景技术中图1所示的电极图形方案，需要占用33+25个模拟量接口，可见对于同样尺寸的触摸屏，本发明可以大幅减少面板上的引线。尤其是对于大尺寸的触摸屏更能体现出发明的优越性，例如显示屏的尺寸扩大为100寸（对角2540mm），边长约为2000mm，边宽大约1500mm，采用本实施例25*34个电容电极对群组成，所需25+34共59个引线，对比背景技术的需要占用330+250个模拟量接口，本发明无论在成本上，工艺上，都使大尺寸液晶显示的实用推广成为可能。
在图7所示的电容屏，从L1到Lm的信号线上依次发射电信号，电容检测电路逐次检测J1到Jn信号线的电容变化。当Lj和Lj+1（j+1>m时，j=1）发射信号时， Ji和Ji+1（i+1>n时，i=1）上出现电容变化，指出触摸位置在第j行第i列的电容电极对群内，其中。在电容电极对群内，如图8所示给出了3个不同触摸位置S1，S2和S3的示意图。比较S1和S2，它们的D1和R2极板的面积完全相同，S1的D2分别和R1和R2形成电容C1、C2，S2的D2分别和R1和R2形成电容C1’、C2’， 由于S1和S2位置所在的列中，D2和R1极板的面积逐步变化，显然C1’<C1，C2’<C2。比较S1和S3，它们的D2和R1极板的面积完全相同，S1的D1分别和R1和R2形成电容C1’’、C2’’，S3的D1分别和R1和R2形成电容C1’’’、C2’’’， 由于S1和S3位置所在的行中，D1和R2极板的面积逐步变化，
显然至少C2’’>C2’’’。正是由于本发明基本电容电极对的驱动电极和接收电极的面积逐渐分布，随着触控位置的不同，触摸到的驱动电极和接收电极的面积不同，它们形成的互电容不同，接收电极所测量回来的电容值不同，通过电容量的大小能精确定位具体的触摸位置。

Claims (4)

1.一种适合互电容触摸屏的电极结构，它由多个基本电容电极对沿水平或垂直方向依次排列形成电容电极对组，多个电容电极对组沿垂直或水平方向逐次排列形成电容电极对群；多个电容电极对群沿水平和垂直方向排列形成的电容触摸屏；
其中基本电容电极对是由2对驱动电极板和接收电极板组成；
基本电容电极对是方形或菱形，驱动电极板与接收电极板在其内部交错布置；
基本电容电极对的每个驱动电极板与每个接收电极板的面积可以从0到基本电容电极对面积的一半之间变化；
基本电容电极对的每个驱动电极板与每个接收电极板单独连接各自的控制信号线；
基本电容电极对内的电极板是由ITO刻蚀，导电浆料印刷，导电纤维编织方式构成。
2.如权利要求1所述的电极结构，其中多个基本电容电极对沿水平或垂直方向依次排列形成电容电极对组时，基本电容电极对内至少有一对驱动电极板Di和接收电极板Ri 的面积是在逐步变化的，某一驱动电极板面积是渐增的，对应接收电极板面积就是渐减的，这使电容电极对组内的每个基本电容电极对各不相同。
3.如权利要求1所述的电极结构，其中构成电容电极对群的每个电容电极对组是互不相同的，电容电极对群中的每个基本电容电极对也各不相同。
4.如权利要求1所述的电极结构，电容电极对群内的所有基本电容电极对编号对应的驱动电极板Di共享一条控制信号线Li，编号对应的接收电极板Ri共享一条控制信号线Ji，其中i=1,2，一个电容电极对群需用2*2条信号线；多个电容电极对群形成m*n的电容触摸屏，当m,n>=3时，每行的电容电极对群共用2条控制信号线，每列的电容电极对群共用2条控制信号线，相邻两行或列电容电极对群的4条控制信号线有1条共用控制信号线，共用控制信号线只能共用一次，m行的电容电极对群一共需要连接m条不同的控制信号线，n列的电容电极对群一共需要连接n条不同的控制信号线，m*n电容触摸屏共需m+n条控制信号线。
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