CN106020540A - 触控模组、触控压力感测方法及电子装置 - Google Patents
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Abstract
一种触控模组，包括：一显示单元，具有一面对使用者的显示面；及至少一压力传感器，该至少一压力传感器设置于该显示单元远离该显示面的一侧，每一该压力传感器包括一用于发送超音波信号的信号发送层及一用于接收超音波信号的信号接收层，该信号发送层及该信号接收层相对设置且二者之间的距离随着使用者作用于该显示面的触控压力大小的变化而变化。本发明还提供一种利用该压力传感器感测触摸介面所受触控压力的方法及具有该触控模组的电子装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种触控模组、基于该触控模组的触控压力感测方法及具有该触控模组的电子装置。
背景技术
近年来，以触控面板作为电子产品的输入设备已被广泛应用于手机、电脑、游戏机、电视等触控电子产品中。其中，超声波式传感器因受触控物体的状态（例如手指的干净程度）的影响较小，能够得到较准确的感测结果，而被广泛应用于触控电子产品中以实现触控功能。然，该类超声波式传感器主要用于确定触摸位置，而不具有感测触控力度的功能，这将不利于开拓超声波式传感器的应用，以实现触控功能的多样性。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种可利用超声波感测触控力度的触控模组，同时要有必要提供一种基于该触控模组的触控压力感测方法及具有该触控模组的电子装置。
一种触控模组，该触控模组包括：一显示单元；及至少一压力传感器，该至少一压力传感器设置于该显示单元上，每一该压力传感器包括一用于发送超音波信号的信号发送层及一用于接收超音波信号的信号接收层，该信号发送层及该信号接收层相对间隔设置且二者之间的距离随着使用者作用于该显示单元的触控压力大小的变化而变化。
一种电子装置，包括上述触控模组及收容该触控模组的外壳。
一种利用压力传感器感测触摸介面所受触控压力的方法，该压力传感器包括一用于发送超音波信号的信号发送层及一用于接收超音波信号的信号接收层，该信号发送层及该信号接收层相对间隔设置且二者之间的距离随着所受压力大小的变化而变化，该方法包括：该信号发送层发出超声波；该触摸介面未受到触摸按压时，计算超声波从该信号发送层发出，再从该触摸介面反射至该信号接收层的时间为t1，该触摸介面受到触摸按压时，计算超声波从该信号发送层发出，再从该触摸介面被触摸按压处反射至该信号接收层的时间为t2；该触摸介面未受到触摸按压时，定义该信号发送层与该信号接收层之间的距离为d1，该触摸介面受到触摸按压时，定义该信号发送层与该信号接收层之间的距离为d2，根据时间的变化量△t来计算该触摸介面被施加触控压力前后该信号发送层与该信号接收层之间的距离变化量△d，其中，△t =t1-t2，△d=d1-d2；由该距离变化量△d分析计算出作用于该触摸介面的触控压力大小。
相较于现有技术，该触控模组的压力传感器利用超声波在显示面进行触摸按压动作前后，该信号接收层接收自该信号发送层发出的超声波的时间的变化，来分析计算该显示面被施加触控压力前后该信号发送层与该信号接收层之间的距离变化，最终感测触控压力的大小，从而实现了超声波式压力传感器的压力感测功能，有利于开拓超声波式传感器的应用，以实现触控功能的多样性。
附图说明
图1为本发明第一实施方式所提供的电子装置的剖面结构示意图。
图2为图1中电子装置的压力传感器的立体分解示意图。
图3为图1所示的压力传感器的一变更实施方式的结构示意图。
图4为图1中的压力传感器在受到触控按压前后的过程示意图。
图5为本发明第二实施方式所提供的电子装置的剖面结构示意图。
图6为相较于图5的一变更实施方式所提供的电子装置的剖面结构示意图。
图7为相较于图5的另一变更实施方式所提供的电子装置的剖面结构示意图。
图8为利用本发明所提供的压力传感器感测触摸介面所受触控压力大小的方法流程图。
主要元件符号说明
| 电子装置 | 10，20 |
| 显示面 | 101，201 |
| 显示区 | 101a，201a |
| 非显示区 | 101b，201b |
| 触控模组 | 100，200 |
| 显示单元 | 110，210 |
| 盖板 | 111，211 |
| 内表面 | 203 |
| 触控面板 | 112，212 |
| 第一感测层 | 2121 |
| 第二感测层 | 2122 |
| 显示面板 | 113，213 |
| 背光元件 | 114，214 |
| 胶框 | 215 |
| 压力传感器 | 150，250 |
| 信号发送层 | 151，251 |
| 第一压电层 | 1511，2511 |
| 第一电极层 | 1512，2512 |
| 第二电极层 | 1513，2513 |
| 信号接收层 | 152，252 |
| 第二压电层 | 1521，2521 |
| 第三电极层 | 1522，2522 |
| 弹性体 | 153 |
| 外壳 | 116，216 |
| 距离 | d1,d2 |
| 时间 | t1,t2 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参照图1，图1为本发明第一实施方式所提供的电子装置10的剖面结构示意图。该电子装置10可以是手机、电脑、游戏机、电视等具有触控显示功能的电子装置。该电子装置10包括一触控模组100及一用于将该触控模组100固定在内的外壳116。
该触控模组100包括显示单元110及压力传感器150。本实施方式中，该显示单元110为外挂式触控显示单元，该显示单元110包括依次层叠设置的盖板111、触控面板112、显示面板113及背光元件114。该显示面板113及该背光元件114例如可通过一胶框（图未示）固定。该盖板111盖设于该触控面板112上方，并且可以承载于该胶框上。该盖板111对整个触控模组100起保护作用，该盖板111的远离该触控面板112的表面形成一显示面101，该显示面101包括用于显示画面的显示区101a及围绕该显示区101a的非显示区101b。该显示面101同时还可作为触控操作界面，使用者在该显示面101实施触控按压操作从而实现该电子装置10的触控功能。
该触控面板112用于实现该电子装置10的触控功能，例如感测触摸位置信息以输出相应的触控指令。其中，该触控面板112可以为但不限于单片式（One Glass Solution, OGS）触控面板、单薄膜式(Glass-Film)触控面板或双薄膜式(Glass-Film-Film，GFF)触控面板。可以理解，该触控模组100也可以为内嵌式触控显示模组，此时，该触控模组100的触控功能集成于所述显示面板113内，从而无需额外设置该触控面板112。
该显示面板113设置于触控面板112的下方。本实施方式的显示面板113为液晶显示面板，其包括阵列基板、对向基板、设置于阵列基板与对向基板之间的液晶层等与现有技术的液晶显示面板类似的结构，此处不再赘述。该背光元件114可进一步包括依次层叠设置的光学膜片组、导光板、光源、反射片及背板（图均未示）。该背光元件114用于提供所述显示面板113显示画面所需的背光。
该压力传感器150设置于该背光元件114与该外壳116之间，即设置于该背光元件114远离显示面板113的一侧。本实施方式中，该压力传感器150为一个，在其他变更实施方式中，该压力传感器150的数量可根据实际情况调整，例如为多个压力传感器150间隔设置于该背光元件114与该外壳116之间。可以理解，该显示单元110也可为自发光式显示单元，例如采用有机电激光显示面板（Organic
Electroluminesence Display，OLED）的自发光式显示单元，此时无需设置该背光元件114，则该压力传感器150设置于该显示面板113与该外壳116之间。
请一并参照图2，图2为图1中电子装置10的压力传感器150的立体分解示意图。该压力传感器150包括一用于发送超音波信号的信号发送层151及一用于接收超音波信号的信号接收层152，该信号发送层151及该信号接收层152相对设置且二者之间的距离随着使用者作用于该显示面101的触控压力大小的变化而变化。其中，所述信号发送层151包括层叠设置的第一电极层1512、第一压电层1511及第二电极层1513。第一电极层1512与第二电极层1513分别位于该第一压电层1511相对两侧。所述信号接收层152包括层叠设置的第二压电层1521及第三电极层1522，该第二压电层1521较该第三电极层1522更靠近所述信号发送层151，该第二压电层1521与该第二电极层1513面对面设置。该第二压电层1521与该第二电极层1513之间具有空气间隙，从而使得在对该电子装置10进行触控按压动作时该信号发送层151与该信号接收层152之间的距离发生变化。该第二电极层1513可耦合至一外部电路以进行触控压力数据分析。本实施方式中，该第一电极层1512形成于该外壳116的内表面，该第三电极层1522形成于该背光元件114的远离该显示面板113的表面，例如该背光元件114的背板的外表面。请参照图3，在至少一变更实施例中，压力传感器150还可在该信号发送层151与该信号接收层152之间设置弹性体153。当对该电子装置10进行触控按压动作时，该弹性体153发生弹性形变，使该信号发送层151与该信号接收层152之间的距离发生变化，该弹性体153例如为泡棉、垫片、缓冲垫、胶带、橡胶片之一。
请一并参照图4，图4为图1中的压力传感器150在受到触控按压前后的过程示意图。该压力传感器150在实际工作时，在第一电极层1512与第二电极层1513之间施加电压，所述第一压电层1511在电压的作用下产生振动从而发出超声波。该超声波到达该显示面101后部分被反射至该信号接收层152，假设在没有对该显示区101a进行触摸按压动作时，超声波从该信号发送层151发出，再从该显示区101a反射至该信号接收层152的时间为t1；当使用者在该显示区101a进行触摸按压动作，例如手指在该显示区101a进行触摸按压时，超声波从该信号发送层151发出，再从该显示区101a反射至该信号接收层152的时间为t2。
由于在未进行触摸按压动作时，该信号发送层151与该信号接收层152之间的距离会随着触控压力大小的变化而变化，使得，若在未进行触摸按压动作时，该信号发送层151与该信号接收层152之间的距离为d1，那么，当手指在该显示区101a进行触摸按压时，在触摸按压力的作用下，二者之间的距离将会变小，若将此时的距离定义为d2，则d2<d1。因此，由于对该显示区101a进行触摸按压后该信号发送层151与该信号接收层152之间的距离变小，使得超声波从该信号发送层151发出，再从该显示区101a反射至该信号接收层152的时间发生变化，即t2<t1，从而，可以根据时间的变化量△t来计算该显示面101被施加触控压力前后该信号发送层151与该信号接收层152之间的距离变化量△d，由该距离变化量△d分析计算出作用于该显示区101a的触控压力大小，其中，△t =t1-t2，△d=d1-d2。通过距离变化量△d分析计算出作用于该显示区101a的触控压力大小的方法与现有技术的电容式触控压力传感器的计算方法相似，此处不再赘述。
需要说明的是，图4仅示出了该压力传感器150的局部结构，实际情况中，该压力传感器150在受到触控按压时，在一种情况中，也可以是该信号接收层152产生变形而弯曲，从而导致该信号接收层152与该信号发送层151之间的距离发生变化。
该触控模组100的压力传感器150通过利用超声波在进行触摸按压动作前后，该信号接收层152接收自该信号发送层151发出的超声波的时间的变化，来分析计算该显示面101被施加触控压力前后该信号发送层151与该信号接收层152之间的距离变化，最终感测触控压力的大小，从而实现了超声波式传感器压力感测功能，有助于实现触控功能的多样性。此外，该压力传感器150无需设置开关元件阵列而使得结构较简单。
请参照图5，图5为本发明第二实施方式所提供的电子装置20的剖面结构示意图。该电子装置20可以是手机、电脑、游戏机、电视等触控显示装置。该电子装置20包括一触控模组200及一用于将该触控模组200固定在内的外壳216。
该触控模组200包括显示单元210及压力传感器250。本实施方式中，该显示单元210为外挂式触控显示单元，该显示单元210包括依次层叠设置的盖板211、触控面板212、显示面板213及背光元件214。该显示面板213及该背光元件214可通过一胶框215固定。该盖板211盖设于该触控面板212上方，且承载于该胶框215上。该盖板211对整个触控模组200起保护作用。该盖板211的远离该触控面板212的表面形成一显示面201，该显示面201包括用于显示画面的显示区201a及围绕该显示区201a的非显示区201b。使用者在该显示区201a实施触控按压操作从而实现该电子装置20的触控功能。
该触控面板212用于实现该电子装置20的触控功能，例如感测触摸位置信息以输出相应的触控指令。其中，该触控面板212可以为但不限于单片式（One Glass Solution, OGS）触控面板、单薄膜式(Glass-Film)触控面板或双薄膜式(Glass-Film-Film，GFF)触控面板。可以理解，该触控模组100也可以为内嵌式触控显示模组，此时，该触控模组200的触控功能集成于所述显示面板213内，从而无需额外设置该触控面板212。
该显示面板213设置于触控面板212的下方。本实施方式的显示面板213为液晶显示面板，其包括阵列基板、对向基板、设置于阵列基板与对向基板之间的液晶层等与现有技术的液晶显示面板类似的结构，此处不再赘述。该背光元件214可进一步包括光学膜片组、导光板、光源、反射片及背板（图均未示）等与现有技术类似的结构。该背光元件214用于提供所述显示面板213显示画面所需的背光。
该压力传感器250设置于该盖板211与该显示面201相反的内表面203并对应该非显示区201b设置，且该压力传感器250被包围在胶框215的内侧并被该胶框215承载。本实施方式中，该压力传感器250为一个，其环绕内表面203对应该非显示区201b的区域设置。在其他变更实施方式中，该压力传感器250的数量可根据实际情况调整，可以是多个压力传感器250间隔设置于该内表面203对应该非显示区201b的区域，例如可以是，该压力传感器250有四个，四个该压力传感器205分别设置于该内表面203的四个角。可以理解，该触控模组200也可为自发光式触控模组200，例如为有机电激光显示面板（Organic Electroluminesence
Display，OLED），而无需设置该背光元件214。该压力传感器250与上述第一实施方式所述的压力传感器150除了外部形状可以不同之外，二者具有相同的内部结构和功能。
在一变更实施方式中，请参照图6，图6为相较于图5的一变更实施方式所提供的电子装置的剖面结构示意图。为方便说明，以下变更实施方式中的元件符号沿用上述第二实施方式中的元件符号。与第二实施方式不同的是，在该变更实施方式中，盖板211与触控面板212的尺寸均大于显示面板213及背光元件214的尺寸。该盖板211与触控面板212均承载于该胶框215上。该压力传感器250设置于该触控面板212的远离盖板211的表面上且对应该非显示区201b设置，且该压力传感器250被包围在胶框215的内侧并被该胶框215承载。
在另一变更实施方式中，请参照图7，图7为相较于图5的另一变更实施方式所提供的电子装置20的剖面结构示意图。为方便说明，以下变更实施方式中的元件标号沿用上述第二实施方式中的元件符号。与第二实施方式不同的是，在该变更实施方式中，该触控面板212为双薄膜式（Glass-Film-Film，GFF）触控面板结构，该触控面板212包括层叠设置的第一感测层2121及第二感测层2122。该第一感测层2121及该第二感测层2122上分别形成有用于感测触控操作以产生触控信号的电极结构（图未示）。该压力传感器250形成于该第一感测层2121及该第二感测层2122之间。
需要说明的是，该压力传感器的设置位置并不限上述几种情况。该压力传感器例如还可设置于盖板与触控面板之间、触控面板与显示面板之间、显示面板与背光元件之间、该盖板与该外壳之间（均未图示），然并不以此为限。当该压力传感器设置于该盖板与该触控面板之间时，该信号接收层形成于该盖板表面，该信号发送层形成于该触控面板表面；当该压力传感器设置于该触控面板与显示面板之间时，该信号接收层形成于该触控面板面对该显示面板的表面，该信号发送层形成于该显示面板表面该触控面板的表面，依此类推。此外，上述各实施方式中，该信号接收层与该信号发送层的位置可互换，并不影响该压力传感器的正常工作，例如，其中一例子为，该信号发送层形成于该盖板表面，该信号接收层形成于该触控面板表面。
该压力传感器250在实际工作时，在所述第一电极层2512与所述第二电极层2513之间施加电压，所述第一压电层2511在电压的作用下产生振动从而发出超声波。该超声波到达该显示面201后部分被反射至该信号接收层252，假设在没有对该显示区201a进行触摸按压动作时，超声波从该信号发送层251发出，再从该显示区201a反射至该信号接收层252的时间为t1；当使用者在该显示区201a进行触摸按压动作，例如手指在该显示区201a进行触摸按压时，超声波从该信号发送层251发出，再从该显示区201a反射至该信号接收层252的时间为t2。
由于在未进行触摸按压动作时，该信号发送层251与该信号接收层252之间的距离会随着触控压力大小的变化而变化，使得，若在未进行触摸按压动作时，该信号发送层251与该信号接收层252之间的距离为d1，那么，当手指在该显示区201a进行触摸按压时，在触摸按压力的作用下，二者之间的距离将会变小，若将此时的距离定义为d2，则d2<d1，请再次参照图4。因此，由于对该显示区201a进行触摸按压后该信号发送层251与该信号接收层252之间的距离变小，使得超声波从该信号发送层251发出，再从该显示区201a反射至该信号接收层252的时间发生变化，即t2<t1，从而，可以根据时间的变化量△t来计算该显示面201被施加触控压力前后该信号发送层251与该信号接收层252之间的距离变化量△d，由该距离变化量△d分析计算出作用于该显示区201a的触控压力大小，其中，△t =t1-t2，△d=d1-d2。该触控模组200的压力传感器250通过利用超声波在进行触摸按压动作前后，该信号接收层252接收自该信号发送层251发出的超声波的时间的变化，来分析计算该显示面201被施加触控压力前后该信号发送层251与该信号接收层252之间的距离变化，最终感测触控压力的大小，从而实现了超声波式传感器压力感测功能，有助于实现触控功能的多样性。此外，该压力传感器250无需设置开关元件阵列而使得结构较简单。
请进一步参照图8，一种利用上述压力传感器150、250感测触摸介面所受触控压力大小的方法，由于上述各实施方式的压力传感器的内部结构和功能基本相同，下文以第一实施方式中的压力传感器150为例进行说。该方法包括下述步骤：
步骤S801，该信号发送层151发出超声波。
步骤S802，该触摸介面（如上述盖板111的显示面）未受到触摸按压时，计算超声波从该信号发送层151发出，再从该触摸介面反射至该信号接收层152的时间为t1，该触摸介面受到触摸按压时，计算超声波从该信号发送层151、251发出，再从该触摸介面被触摸按压处反射至该信号接收层152的时间为t2，且t2<t1。
步骤S803，根据时间的变化量△t来计算该触摸介面被施加触控压力前后该信号发送层151与该信号接收层152之间的距离变化量△d，其中，△t =t1-t2。假设该触摸介面未受到触摸按压时，该信号发送层151与该信号接收层152之间的距离为d1，该触摸介面受到触摸按压时，该信号发送层151与该信号接收层152之间的距离为d2，且d2<d1，则△d=d1-d2。
步骤S804，根据该距离变化量△d分析计算出作用于该触摸介面的触控压力大小。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (12)
1.一种触控模组，其特征在于，该触控模组包括：
一显示单元；及
至少一压力传感器，该至少一压力传感器设置于该显示单元上，每一该压力传感器包括一用于发送超音波信号的信号发送层及一用于接收超音波信号的信号接收层，该信号发送层及该信号接收层相对间隔设置且二者之间的距离随着使用者作用于该显示单元的触控压力大小的变化而变化。
2.如权利要求1所述的触控模组，其特征在于，该显示单元包括依次层叠设置的盖板、触控面板、显示面板及背光元件，该至少一压力传感器设置于该背光元件远离该显示面板的一侧。
3.如权利要求1所述的触控模组，其特征在于，该显示单元包括依次层叠设置的盖板、集成有触控功能的显示面板及背光元件，该至少一压力传感器设置于该背光元件远离显示面板的一侧。
4.如权利要求1所述的触控模组，其特征在于，该显示单元为自发光式显示单元，包括层叠设置的盖板及显示面板，该至少一压力传感器设置于该显示面板远离该盖板的一侧。
5.如权利要求4所述的触控模组，其特征在于，该显示单元还包括设置于该盖板与该显示面板之间的触控面板。
6.如权利要求1所述的触控模组，其特征在于，该显示单元包括依次层叠设置的盖板、触控面板及显示面板，该至少一压力传感器设置于该盖板的朝向该触控面板的内表面，该盖板包括一与该内表面相反的显示面，该显示面包括用于显示画面的显示区及围绕该显示区的非显示区，该压力传感器环绕该内表面对应该非显示区的区域设置。
7.如权利要求1所述的触控模组，其特征在于，该显示单元包括依次层叠设置的盖板及集成有触控功能的显示面板，该至少一压力传感器设置于该盖板的朝向该显示面板的内表面，该盖板包括一与该内表面相反的显示面，该显示面包括用于显示画面的显示区及围绕该显示区的非显示区；该压力传感器环绕该内表面对应该非显示区的区域设置。
8.如权利要求1所述的触控模组，其特征在于，该显示单元包括依次层叠设置的盖板、触控面板及显示面板，该盖板与该触控面板的尺寸均大于该显示面板的尺寸；该盖板包括远离该盖板的显示面，该显示面包括用于显示画面的显示区及围绕该显示区的非显示区；该至少一压力传感器设置于该触控面板的远离该盖板的表面上且对应该非显示区设置。
9.如权利要求1所述的触控模组，其特征在于，该显示单元包括依次层叠设置的盖板、触控面板及显示面板，该触控面板包括层叠设置的第一感测层及第二感测层；该压力传感器形成于该第一感测层及该第二感测层之间。
10.如权利要求1所述的触控模组，其特征在于，该信号发送层与该信号接收层之间设置有至少一弹性体。
11.一种电子装置，包括触控模组及收容该触控模组的外壳，其特征在于，该触控模组为权利要求1-10中任意一项所述的触控模组。
12.一种利用压力传感器感测触摸介面所受触控压力大小的方法，该压力传感器包括一用于发送超音波信号的信号发送层及一用于接收超音波信号的信号接收层，该信号发送层及该信号接收层相对间隔设置且二者之间的距离随着所受压力大小的变化而变化，其特征在于，该方法包括：
该信号发送层发出超声波；
该触摸介面未受到触摸按压时，计算超声波从该信号发送层发出，再从该触摸介面反射至该信号接收层的时间为t1，该触摸介面受到触摸按压时，计算超声波从该信号发送层发出，再从该触摸介面被触摸按压处反射至该信号接收层的时间为t2；
该触摸介面未受到触摸按压时，定义该信号发送层与该信号接收层之间的距离为d1，该触摸介面受到触摸按压时，定义该信号发送层与该信号接收层之间的距离为d2，根据时间的变化量△t来计算该触摸介面被施加触控压力前后该信号发送层与该信号接收层之间的距离变化量△d，其中，△t =t1-t2，△d=d1-d2；
由该距离变化量△d分析计算出作用于该触摸介面的触控压力大小。
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