CN106020582B - 触控装置 - Google Patents

Abstract

一种触控装置，包括一触控显示单元，其具有一触控显示面，该触控装置包括自触控显示单元背面由上至下设置的一信号发送层、一信号接收层、弹性体及金属框架。信号发送层包括相互间隔设置的多个第一信号发送单元与多个第二信号发送单元，信号接收层包括多个第一信号接收单元与多个第二信号接收单元。一第一信号发送单元与一第一信号接收单元及一第二信号发送单元与一第二信号接收单元正对设置。金属框架与信号接收层之间具有空气间隙。每一该第一信号发送单元的面积小于正对的第一信号接收单元的面积；每一第二信号发送单元的面积大于正对的一第二信号接收单元的平面。还提供一种利用上述触控装置侦测触摸按压力的方法。

Description

触控装置

技术领域

本发明涉及一种具触控感测功能的触控装置。

背景技术

现有的触控显示装置中，为侦测触控按压力度的大小，以实现更多的触控功能，通常在触控显示装置中增设压力传感器，其中，最常见的压力传感器为电容式压力传感器，其包括相对的上下电极，当发生压力触控时，上下电极间的间距发生变化，引起上下电极间的电容发生变化，根据电容的变化量换算出触控压力的大小。然，这类电容式压力传感器容易受外界因素，例如机构变形、电极本身平整度等因素的影响而影响侦测结果。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种触摸压力侦测结果较准确的触控装置及该触控装置的触摸压力的侦测方法。

一种触控装置，包括一触控显示单元，该触控显示单元具有用于实施触控操作的触控显示面，该触控装置还包括：一信号发送层、一信号接收层、弹性体及金属框架；该信号发送层设置于该触控显示单元背离该触控显示面的一侧，该信号接收层与该信号发送层相对设置，且较该信号发送层更为远离该触控显示单元；该弹性体位于该信号接收层与该信号发送层之间，该信号发送层包括多个间隔设置的第一信号发送单元与多个间隔设置的第二信号发送单元，该信号接收层包括多个间隔设置的第一信号接收单元与多个间隔设置的第二信号接收单元；该多个第一信号发送单元分别与该多个第一信号接收单元正对设置，该多个第二信号发送单元分别与该多个第二信号接收单元正对设置；该金属框架位于该信号接收层远离该弹性体的一侧，且该金属框架与该信号接收层之间具有空气间隙；所述金属框架、所述弹性体、正对设置的一所述第一信号发送单元与一所述第一信号接收单元及正对设置的一第二信号发送单元与一所述第二信号接收单元共同构成一压力传感器；每一该第一信号发送单元在所述金属框架所在的平面的投影面积小于正对的所述第一信号接收单元在所述金属框架所在的平面的投影面积；每一该第二信号发送单元在所述金属框架所在的平面的投影面积大于正对的所述第二信号接收单元在所述金属框架所在的平面的投影面积。

一种利用上述触控装置侦测触摸按压力的方法，包括如下步骤：使所述多个第一信号发送单元分别向该多个第一信号接收单元发送信号，并侦测该多个第一信号发送单元与该多个第一信号接收单元之间的电容C1；使所述多个第二信号发送单元分别向该多个第二信号接收单元发送信号，并侦测该多个第二信号发送单元与该多个第二信号接收单元之间的电容C2，及侦测所述第二信号接收单元与所述金属框架之间的电容C3，所述多个第一信号发送单元及所述多个第二信号发送单元交替发送电信号；计算该压力传感器的总电容CT，根据该总电容CT换算对应该总电容的触摸按压力大小，其中CT=C1+C2+C3。

相较于现有技术，本发明的触控装置先确定压力传感器的总电容与触摸按压力的大小的关系曲线，再根据该关系曲线，由任意时刻侦测到的所述总电容换算出该时刻的触摸压力的大小，所述压力传感器对触摸按压力的侦测不易受外界因素（例如机构变形、电极本身平整度等）的影响而能够得到较准确的侦测结果。

附图说明

图1为本发明所提供的一实施方式的触控装置的剖面结构示意图。

图2为图1中II部的一压力传感器的结构放大图。

图3~图5 为图2所示的压力传感器受触摸按压时的结构变化过程示意图。

图6为在某一空气间隙下，各电容随触摸按压力的变化曲线图。

图7为根据图6得到的在不同空气间隙下，所述压力传感器的总电容随触摸按压力的变化曲线图。

主要元件符号说明

触控装置	10
		触控显示面	101
触控显示单元	100
		盖板	110
触控感应结构	120
		显示面板	130
压力传感器	200
		信号发送层	201
信号发送组	210
		第一信号发送单元	211
第二信号发送单元	212
		信号接收层	202
信号接收组	220
		第一信号接收单元	221
第二信号接收单元	222
		弹性体	203
金属框架	204
		电容	C1、C2、C3、C4、CT
空气间隙	D
		临界点	M

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

请首先参照图1，图1为本发明所提供的一实施方式的触控装置10的剖面结构示意图。本实施方式的触控装置10可以为智能手机、平板电脑或游戏机等具有触控显示功能的电子产品。该触控装置10包括触控显示单元100、信号发送层201、信号接收层202、弹性体203及金属框架204。触控显示单元100具有用于显示画面及实施触控操作的触控显示面101。该信号发送层201形成于触控显示单元100背离该触控显示面101的一侧，该信号接收层202与该信号发送层201相对设置，且较该信号发送层201更为远离该触控显示单元100。该弹性体203位于该信号发送层201与该信号接收层202之间。该金属框架204位于该信号接收层202远离该信号发送层201的一侧，且该金属框架204与该信号接收层202之间具有空气间隙D，该空气间隙D可为由于组装公差而形成，也可为组装预留。该金属框架204用于承载该触控装置10的电路板及驱动芯片等元件，其为导电的金属材质。此外，该触控装置10还包括一用于存储数据信息的数据存储单元（图未示）。

进一步地，本实施方式中，该触控显示单元100为外挂式触控显示面板，其包括依次层叠设置的盖板110、触控感应结构120、显示面板130。该盖板110盖设于该触控感应结构120上方，对整个触控显示单元100起保护作用，该盖板110的远离该触控感应结构120的表面形成所述触控显示面101，该触控显示面101用于显示画面，同时还可作为触控操作界面，使用者在该触控显示面101实施触摸按压操作从而实现该触控装置10的触控功能。

该触控感应结构120用于实现该触控装置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，该触控感应结构120可以为但不限于单片式（One GlassSolution, 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，该触控显示单元100也可以为内嵌式触控显示面板，此时，该触控显示单元100的触控功能集成于显示面板130内，从而无需额外设置该触控感应结构120。

该显示面板130设置于该触控感应结构120的下方。本实施方式的显示面板130为有机发光显示面板130(Organic Light Emitting Display，OLED)。在一变更实施方式中，该显示面板130也可以为液晶显示面板（未图示），其包括阵列基板、与阵列基板相对设置的对向基板、设置于阵列基板与对向基板之间的液晶层及用于提供所述显示面板130显示画面所需的背光的背光模组等与现有技术的液晶显示面板类似的结构，此处不再赘述。

请进一步参照图2，图2为图1中II部的一压力传感器的结构放大图。该信号发送层201包括多个阵列排布的信号发送组210，每一信号发送组210包括一第一信号发送单元211及一与该第一信号发送单元211间隔设置的第二信号发送单元212，每一该第一信号发送单元211在所述金属框架204所在的平面的投影面积小于所述第二信号发送单元212在所述金属框架204所在的平面的投影面积。所述信号接收层202包括阵列排布的多个信号接收组220，每一信号接收组220包括一第一信号接收单元221及一第二信号接收单元222，每一该第一信号接收单元221在所述金属框架204所在的平面的投影面积大于所述第二信号接收单元222在所述金属框架204所在的平面的投影面积。

该多个信号发送组210及该多个信号接收组220的材料可以为，但不仅限于氧化铟锡（Indium Tin Oxide， ITO）、铟锌氧化物(Indiumzincoxide，IZO)、铟锡氟氧化 物(Indium Tin Fluorine Oxide，ITFO)、铝锌氧化物(Aluminum Zinc Oxide， AZO)、氟锌氧化物(Fluorine Zinc Oxide，FZO)、纳米碳管或透明导电高分子 (例如，聚乙烯二氧噻吩(poly(3，4-ethylenedioxythiophene)，PEDOT))中的任意一种。所述弹性体的材质可以为，但不仅限于泡棉、垫片、缓冲垫、胶带、橡胶片中之一。可通过调整该信号发送层201中的所述信号发送组210的个数及该信号接收层202中的所述信号接收组220的个数，来提高该触控装置10侦测触摸按压力的解析度，其中该信号发送组210及与该信号发送组210对应的所述信号接收组220的个数越多，越有利于提高该触控装置10侦测触摸按压力的解析度。

为描述方便，以下所称面积均指在所述金属框架204所在的平面的投影面积。

所述第一信号发送单元211与所述第一信号接收单元221一一正对设置，所述第二信号发送单元212与所述第二信号接收单元222一一正对设置。所述第一信号发送单元211的面积与所述第二信号接收单元222的面积大小相等，所述第二信号发送单元212的面积与所述第一信号接收单元221的面积相等。本实施方式中，所述第一信号接收单元221的面积为所述第一信号发送单元211的面积的两倍，对应地，所述第二信号发送单元212的面积为所述第二信号接收单元222的面积的两倍。在其他实施方式中，所述第一信号发送单元211的面积与所述第二信号接收单元222的面积大小也可以不相等，所述第一信号接收单元221的面积与所述第一信号发送单元211的面积大小的关系并不限定，只要满足所述第一信号发送单元211的面积小于所述第一信号接收单元221的面积及所述第二信号发送单元212的面积大于所述第二信号接收单元222的面积，以使自所述第一信号发送单元211发出的电力线无法绕过所述第一信号接收单元221，及自所述第二信号发送单元212发出的电力线能够部分绕过所述第二信号接收单元222不被第二信号接收单元222所阻挡而到达所述金属框架204即可。

所述弹性体203、金属框架204与于所述弹性体203相对两侧正对设置的一所述信号发送组210及一所述信号接收组220共同构成一压力传感器200，从而形成多个压力传感器200设置于该触控显示单元100下方，用于侦测作用于所述触控显示面101上的触摸按压力度的大小。图2中仅示出了一个压力传感器200。

其中，该压力传感器200为电容式压力传感器200。每一所述压力传感器200中，所述第一信号发送单元211与所述第一信号接收单元221之间的电容为C1，所述第二信号发送单元212与所述第二信号接收单元222之间的电容为C2，所述第二信号接收单元222与所述金属框架204之间的电容为C3，所述第二信号发送单元212与所述金属框架204之间的总电容为C4，所述压力传感器200的总电容为CT，其中，C4=C2+C3，CT=C1+C4=C1+C2+C3。

请一并参照图3至图5，图3至图5为图2所示的压力传感器200受触摸按压时的结构变化过程示意图。该压力传感器200在实际工作中，该第一信号发送单元211与该第二信号发送单元212交替发送信号，其中，该第一信号发送单元211向所述第一信号接收单元221发送信号，从而使电力线从所述第一信号发送单元211发出到达所述第一信号接收单元221；该第二信号发送单元212向所述第二信号接收单元222发送信号，使电力线从所述第二信号发送单元212发出到达所述第二信号接收单元222。

由于每一压力传感器200中，所述第一信号接收单元221的面积较所述第一信号发送单元211的面积大，自所述第一信号发送单元211发出的电力线无法绕过所述第一信号接收单元221到达所述金属框架204；由于所述第二信号接收单元222的面积较所述第二信号发送单元212的面积小，自所述第二信号发送单元212发出的电力线不能全部被所述第二信号接收单元222阻挡，而是有部分电力线绕过所述第二信号接收单元222从第二信号接收单元222的侧缘到达所述金属框架204。

请进一步参照图6及图7，图6为在某一空气间隙D下，C1、C4及CT各电容随触摸按压力的变化曲线图，图7为根据图6得到的在不同空气间隙D1、D2及D3下，所述压力传感器200的总电容CT1、CT₂、CT₃随触摸按压力的变化曲线图。当所述触控显示面101上产生触摸按压动作时，所述压力传感器200的总电容CT的变化分为两个阶段。

在第一阶段，由于所述信号接收层202与所述金属框架204的所述空气间隙D的存在，该空气间隙D将首先在所述触摸按压力的作用下变小，从而引起所述第二信号接收单元222与所述金属框架204之间的电容C3发生变化。根据电容计算公式：C=Q/U，Q为电容极板的带电量(单位/K)，U为电容两端电压(单位/V)。

如图3所示，随着所述空气间隙D的减小，自所述第二信号发送单元212发出的电力线到达所述金属框架204后，反射回所述第二信号接收单元222数量将逐渐变少，即Q变小，使得所述第二信号接收单元222与所述金属框架204之间的电容C3值随之变小。

如图4所示，当所述空气间隙D趋近于零时，自所述第二信号发送单元212发出的电力线到达所述金属框架204后，反射回所述第二信号接收单元222数量也趋于零，因此，所述第二信号接收单元222与所述金属框架204之间的电容C3值随之趋于零，此时，C4=C2+C3≈C2。而在第一阶段中，由于所述弹性体203几乎没有发生形变，所述信号发送层201与所述信号接收层202之间的距离没有发生变化，所述第一信号发送单元211与所述第一信号接收单元221之间的电容C1，所述第二信号发送单元212与所述第二信号接收单元222之间的电容C2均没有发生变化。

在第二阶段，如图5所示，由于此时所述空气间隙D为零，当触摸按压继续作用于所述触控显示面101时，可以是触摸按压力逐渐增大，也可以是在同样大小的触摸按压力下施加触摸按压力的时间延伸，所述弹性体203将在触摸按压力的作用下发生变形，使所述信号发送层201与所述信号接收层202之间的距离变小。根据平行板电容器的电容计算公式：C=εS/4πkd 。其中，ε是一个常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板间的距离，则是静电力常量。在其它参数均不变的情况下，随着所述信号发送层201与所述信号接收层202之间的距离变小，由于电容极板间的距离d与电容成反比关系，所述第一信号发送单元211与所述第一信号接收单元221之间的电容C1，所述第二信号发送单元212与所述第二信号接收单元222之间的电容C2均将增大，因此，所述压力传感器200的总电容CT= C1+C2+C3≈C1+C2也逐渐增大。

经过实验及理论计算，可得到在某一空气间隙D下，所述压力传感器200的总电容CT随触摸按压力F变化的关系曲线（如图6所示）并将其存储于所述数据存储单元中。其中，以电容值大小为Y轴，单位为EF，以触摸按压力F的大小为X轴，单位为N。从图3中可以看出，在第一阶段，所述压力传感器200的总电容CT的大小随着触摸按压力F的增大而线性减小，在第二阶段，所述压力传感器200的总电容CT的大小随着触摸按压力F的增大而线性增大，该第一阶段与该第二阶段以该空气间隙D为零时的坐标值为临界点M。且在第二阶段，所述压力传感器200的总电容CT与触摸按压力F的关系曲线与Y轴的延长相交线刚好与在第一阶段，所述压力传感器200的总电容CT与触摸按压力F的关系曲线关于过该临界点M的水平线对称。

进一步地，如图7所示，由于在组装过程中，不同的所述触控装置10的组装公差不同，导致有不同大小的所述空气间隙D1、D2、D2，所述压力传感器200的总电容CT与触摸按压力F的大小关系曲线的斜率并不受所述空气间隙D的影响，即，该关系曲线的斜率不变，因此，只要确定所述触控装置10在不同的所述空气间隙（组装公差）D1、D2、D3下的所述临界点M1、M2、M3的坐标值及未进行触摸按压动作时的所述总电容CT1、CT2、CT3即可得到不同组装公差下的所述压力传感器200的总电容CT与触摸按压力F的关系曲线。

因此，在侦测该触控显示面101受到的触摸按压力大小时，只需侦测各电容C1、C2及C3，以得到所述压力传感器200的总电容CT，便可根据预先存储于所述数据存储单元中的所述压力传感器200的总电容CT与触摸按压力F的关系曲线，换算出对应的触摸按压力F的大小。其中，在所述压力传感器200的总电容CT与触摸按压力F的关系曲线中，在所述临界点M以前，即所述空气间隙D趋向于零，所述弹性体203开始发变弹性变形以前，该总电容CT随着所述触摸按压力F的增大而线性减小，在所述临界点M以后，该总电容CT随着所述触摸按压力F的增大而线性增大。在根据该总电容CT换算对应该总电容CT的触摸按压力大小前，根据不同时刻下侦测到的该多个第一信号发送单元211与该多个第一信号接收单元221之间的电容C1大小，判断该触摸按压力F的大小是对应该所述临界点M之前还是之后的该总电容CT，从而换算出该总电容CT的触摸按压力F大小。

可根据侦测到的触摸按压力F转换为相应的电信号，以进一步控制所述触控装置10执行相应触控指令，例如解锁、选定应用程序等。其中，也可以设定在不同触摸按压力F大小区间时对应执行不同的触控指令，例如设定在所述第一阶段过程中的所述触摸按压力F大小区间，执行一种触控指令，在所述第二阶段过程中的所述触摸按压力F大小区间执行另一种触控指令。

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 (10)

1.一种触控装置，包括一触控显示单元，该触控显示单元具有用于实施触控操作的触控显示面，其特征在于，该触控装置还包括：一信号发送层、一信号接收层、弹性体及金属框架；该信号发送层设置于该触控显示单元背离该触控显示面的一侧，该信号接收层与该信号发送层相对设置，且较该信号发送层更为远离该触控显示单元；该弹性体位于该信号接收层与该信号发送层之间，该信号发送层包括多个间隔设置的第一信号发送单元与多个间隔设置的第二信号发送单元，该信号接收层包括多个间隔设置的第一信号接收单元与多个间隔设置的第二信号接收单元；该多个第一信号发送单元分别与该多个第一信号接收单元正对设置，该多个第二信号发送单元分别与该多个第二信号接收单元正对设置；该金属框架位于该信号接收层远离该弹性体的一侧，且该金属框架与该信号接收层之间具有空气间隙；所述金属框架、所述弹性体、正对设置的一所述第一信号发送单元与一所述第一信号接收单元及正对设置的一第二信号发送单元与一所述第二信号接收单元共同构成一压力传感器；每一该第一信号发送单元在所述金属框架所在的平面的投影面积小于正对的所述第一信号接收单元在所述金属框架所在的平面的投影面积；每一该第二信号发送单元在所述金属框架所在的平面的投影面积大于正对的所述第二信号接收单元在所述金属框架所在的平面的投影面积；每一所述压力传感器中，所述第一信号发送单元与所述第一信号接收单元之间的电容为C1，所述第二信号发送单元与所述第二信号接收单元之间的电容为C2，所述第二信号接收单元与所述金属框架之间的电容为C3，所述压力传感器的总电容为CT，其中，CT＝C1+C2+C3，所述触控装置根据所述压力传感器的总电容CT以换算出对应该总电容的触摸按压力大小。

2.如权利要求1所述的触控装置，其特征在于，所述第一信号发送单元与所述第二信号接收单元的面积大小相等，所述第二信号发送单元与所述第一信号接收单元的面积相等。

3.如权利要求2所述的触控装置，其特征在于，所述第二信号发送单元的面积为所述第二信号接收单元面积的两倍。

4.如权利要求1所述的触控装置，其特征在于，该触控显示单元为外挂式触控显示面板，其包括依次层叠设置的盖板、触控感应结构及显示面板。

5.如权利要求1所述的触控装置，其特征在于，该触控显示单元为内嵌式触控显示面板，其包括层叠设置的盖板及显示面板，该显示面板集成有触控功能。

6.如权利要求1所述的触控装置，其特征在于，所述空气间隙较所述弹性体在相同压力作用下随着施压时间变长而首先收缩。

7.一种利用如权利要求1至6任一项所述触控装置侦测触摸按压力的方法，其特征在于，包括如下步骤：

使所述多个第一信号发送单元分别向该多个第一信号接收单元发送信号，并侦测该多个第一信号发送单元与该多个第一信号接收单元之间的电容C1；

使所述多个第二信号发送单元分别向该多个第二信号接收单元发送信号，并侦测该多个第二信号发送单元与该多个第二信号接收单元之间的电容C2，及侦测所述第二信号接收单元与所述金属框架之间的电容C3，所述多个第一信号发送单元及所述多个第二信号发送单元交替发送电信号；

计算该压力传感器的总电容CT，根据该总电容CT换算对应该总电容的触摸按压力大小，其中CT＝C1+C2+C3。

8.如权利要求7所述触控装置侦测触摸按压力的方法，其特征在于，该方法包括：在进行所述触控装置的触摸按压力的侦测之前，预先根据所述触控装置的所述空气间隙推算出所该总电容与触控按压力的关系曲线，并存储于的所述触控装置内的数据存储单元中，以便利用该关系曲线根据侦测到的所述总电容换算出对应该总电容的触摸按压力大小。

9.如权利要求8所述触控装置侦测触摸按压力的方法，其特征在于，在所述压力传感器的总电容与触摸按压力的关系曲线中，在所述弹性体开始发变弹性变形以前，该总电容随着所述触摸按压力的增大而线性减小，所述弹性体开始发变弹性变形以前以后，该总电容随着所述触摸按压力的增大而线性增大。

10.如权利要求9所述触控装置侦测触摸按压力的方法，其特征在于，在根据该总电容换算对应该总电容的触摸按压力大小前，根据不同时刻下侦测到的该多个第一信号发送单元与该多个第一信号接收单元之间的电容大小，判断该触摸按压力的大小是对应所述弹性体开始发变弹性变形以前还是之后的该总电容，从而换算出对应该总电容的触摸按压力大小。