CN106502478B - 触摸显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种触摸显示装置，包括呈叠层设置的电容触摸屏和显示模组，所述电容触摸屏包括触摸驱动电极和触摸感应电极，所述触摸驱动电极和触摸感应电极用于感应施加于电容触摸屏上的触摸信号，所述显示模组包括液晶层，以及用于驱动液晶层的像素电极和公共电极，所述触摸显示装置还包括压力感应电极，所述压力感应电极与触摸驱动电极或触摸感应电极位于同一叠层，所述压力感应电极与公共电极形成电容感应器并用于感应施加于电容触摸屏上的压力信号。本发明中无需额外设置压力传感器即可实现压力信号的感应，且用于感应压力信号的压力感应电极可于用于感应触摸信号的触控电极的同时制作，具有生产成本低、工艺简单等优点。

Description

触摸显示装置

技术领域

本发明涉及触控显示领域，特别是涉及一种具有压力感应功能的触摸显示装置。

背景技术

触摸屏因具有易操作性、灵活性等优点，已成为个人移动通信设备和综合信息终端(如手机、平板电脑和超级笔记本电脑等)的主要人机交互手段。相对于电阻式触摸屏和其它方式的触摸屏，电容式触摸屏以成本低、结构简单和耐用等优势，逐渐被智能终端广泛使用。然而，现有的电容触摸屏仅感知屏体所在平面的触摸位置及操作，难以感知施加于屏体表面的压力变化带来的触摸参数。

为了能感测屏体表面的压力变化，业者在触摸屏内集成压力传感器。然而现有的做法均是将压力传感器堆砌在触摸屏中，难以对触摸屏的整体结构的简化作出贡献，使得具有压力传感器的触摸屏的生产成本较高。

发明内容

基于此，有必要针对具有压力传感器的触摸屏的结构复杂、生产成本高的问题，提供一种结构简单、生产成本低的触摸显示装置。

一种触摸显示装置，包括呈叠层设置的电容触摸屏和显示模组，所述电容触摸屏包括触摸驱动电极和触摸感应电极，所述触摸驱动电极和触摸感应电极用于感应施加于电容触摸屏上的触摸信号，所述显示模组包括液晶层，以及用于驱动液晶层的像素电极和公共电极，所述触摸显示装置还包括压力感应电极，所述压力感应电极与触摸驱动电极或触摸感应电极位于同一叠层，所述压力感应电极与公共电极形成电容感应器并用于感应施加于电容触摸屏上的压力信号。

上述触摸显示装置通过监测电容的方式获取触摸操作的压力信号，同时构成用于压力信号感应的电容传感器的一端电极位于用于触摸位置信息等触摸信号感应的触控电极的同一叠层上，无需额外设置压力传感器即可实现压力信号的感应，且用于感应压力信号的压力感应电极可于用于感应触摸信号的触控电极的同时制作，具有生产成本低、工艺简单等优点。

在其中一个实施例中，所述像素电极和公共电极分别位于液晶层的两侧，或者所述像素电极和公共电极位于液晶层的同一侧。

在其中一个实施例中，所述电容触摸屏还包括承载触摸驱动电极、触摸感应电极的基板，所述压力感应电极与所述触摸驱动电极或触摸感应电极共用基板。

在其中一个实施例中，所述电容触摸屏还包括保护盖板，所述保护盖板作为承载触摸驱动电极和/或触摸感应电极的基板。

在其中一个实施例中，所述基板为两个，每一基板对应承载触摸驱动电极和触摸感应电极，所述压力感应电极设置在承载触摸驱动电极的基板上，或者设置在承载触摸感应电极的基板上。

在其中一个实施例中，所述压力感应电极与触摸驱动电极或触摸感应电极之间设置接地导线。

在其中一个实施例中，所述压力感应电极分布于电容触摸屏的中心、角落、边缘或者以阵列的形式分布于整个电容触摸屏中。

在其中一个实施例中，分布于电容触摸屏边缘的压力感应电极的面积大于分布于电容触摸屏的中心的压力感应电极的面积。

在其中一个实施例中，还包括处理器，所述处理器用于控制所述压力感应电极的工作时序以及所述触摸驱动电极和触摸感应电极的工作时序错开，使压力信号的感应和触摸信号的感应互不干扰。

在其中一个实施例中，所述触摸显示装置还包括处理器，所述处理器使所述压力感应电极提供第一状态和第二状态，其中在所述第一状态时，所述压力感应电极被配置用于感应触摸信号，在所述第二状态时，所述压力感应电极被配置用于感应压力信号。

附图说明

图1为本发明一实施例所提供的触摸显示装置的结构示意图。

图2为本发明不同实施例所提供的触摸显示装置的结构示意图。

图3为本发明一实施例所提供的触摸显示装置中的电容触摸屏的部分结构示意图。

图4为本发明一实施例所提供的触摸显示装置中的电容触摸屏的另一部分结构示意图。

图5为本发明另一实施例所提供的触摸显示装置中的电容触摸屏的部分结构示意图。

图6为本发明又一实施例所提供的触摸显示装置中的电容触摸屏的部分结构示意图。

图7为本发明再一实施例所提供的触摸显示装置中的电容触摸屏的部分结构示意图。

具体实施方式

本发明提供的触摸显示装置可以作为手机、平板电脑等类型的具有触摸交互形式的显示终端。

所述触摸显示装置包括呈叠层设置的电容触摸屏和显示模组，以及承载电容触摸屏、显示模组的板体。

一实施例中，所述电容触摸屏包括保护盖板、触摸驱动电极、触摸感应电极和基板。基板用于承载触摸驱动电极和触摸感应电极。保护盖板用于保护基板、触摸驱动电极和触摸感应电极等结构。

触摸驱动电极和触摸感应电极可以分布于同一基材上，例如业界所称的GF结构、GF2结构等，或分别分布于两个不同的基材，例如业界所称的GFF结构。另外的一些实施例中，触摸驱动电极和触摸感应电极也可以形成在保护盖板的内侧面而使得保护盖板兼具电容传感器的功能。若触摸驱动电极和触摸感应电极均形成在保护盖板上，则用于承载触摸驱动电极和触摸感应电极的基板被保护盖板取代，该种结构被业界称为OGS结构。另外的一些实施例中，该两种触控电极中的一种也可以形成在贴合于保护盖板的基板的表面，例如业界所称的G1F结构。

在另外的一些实施例中，所述显示模组包括叠层设置的偏光片、滤光片和液晶层。显示模组还包括用于驱动液晶层的像素电极和公共电极。

所述触摸驱动电极和触摸感应电极用于感应施加于电容触摸屏上的触摸信号。所述触摸信号包括平行于电容触摸屏的二维方向上的接触、滑动、拖拽等触摸输入信号，甚至包括垂直于电容触摸屏方向上的隔空输入信号(即悬浮触控信号)或电容触摸屏边缘的侧边(例如弯曲屏的弧形侧边)的触摸输入信号。

所述触摸显示装置还包括压力感应电极，所述压力感应电极与触摸驱动电极或触摸感应电极位于同一叠层，所述压力感应电极与显示模组中的公共电极形成电容感应器并用于感应施加于电容触摸屏上的压力信号。

所述压力感应电极与触摸驱动电极或触摸感应电极位于同一叠层，可以理解为，当触摸驱动电极与触摸感应电极不位于同一基板上时，压力感应电极既可以与触摸驱动电极位于同一基板上，也可以与触摸感应电极位于同一基板上；当触摸驱动电极与触摸感应电极位于同一基板上或者同一叠层时，则压力感应电极与触摸驱动电极、触摸感应电极位于同一基板上或同一叠层。具体地，当触摸驱动电极和触摸感应电极分布于同一基材上时，则压力感应电极也分布于该一基材上。当触摸驱动电极和触摸感应电极分布于不同基材上时，压力感应电极可以选择性地分布在其中一个基材上。在一些实施例中，电容触摸屏的保护盖板可以作为其中一个基材。

在上述的触摸显示装置中，压力感应电极与显示模组中的公共电极形成电容传感器。当施加压力于电容触摸屏上时，压力感应电极与公共电极之间的距离d微弱变小，根据电容的计算公式C＝εS/4πkd，可知压力感应电极与公共电极之间所形成的电容传感器的电容值变大。另一方面，在一些实施例中，显示模组中的液晶分子存在一定程度的变形，液晶分子去向会发生微小的变化，使液晶的介电常数变大，因此所形成的电容传感器的电容值会相应变大。

由于电容触摸屏上不同的触摸压力使电容触摸屏的各个位置会产生相应的应变，进而产生相应的d值的变化和液晶分子的相应的微小的挤压形变。据此，可以建立电容触摸屏中所述的由压力感应电极与公共电极形成的电容传感器的电容变化信息与电容触摸屏的受力信息的相互关系数据库。在实际应用中，根据电容触摸屏受力后，检测获得的由压力感应电极与公共电极形成的各个电容传感器的电容变化信息即可获得电容触摸屏的受力信息。

以下将结合附图对不同实施例中的触摸显示装置作进一步说明。

如图1所示，触摸显示装置中的触摸显示屏包括保护盖板100和两个基板10、20，触摸显示屏中的触摸驱动电极11和触摸感应电极21分别对应设置在其中一个基板10、20上。一具体实施例中，所述保护盖板100为玻璃材质，所述基板10、20为薄膜材质，也即上述电容触摸屏的结构被业界称为GFF结构。压力感应电极30形成在基板10上。触摸驱动电极11和压力感应电极30相互独立。

触摸显示装置中的显示模组包括呈叠层设置的上偏光片51、滤光片52、液晶层53、基材54和下偏光片55。上偏光片51靠近电容触摸屏。其中液晶层53还设有用于驱动供电的像素电极531和公共电极532。像素电极531和公共电极532位于液晶层53的同一侧，提供的电场将平行于液晶层53用于驱动液晶，此结构也即业界所称IPS(In-Plane Switch)结构。

在显示模组正常工作时，显示模组的公共电极532处于固定值，如5V。显示模组中的公共电极532与压力感应电极30形成若干个电容传感器。当触摸显示装置受触摸按压时，一方面压力感应电极30与显示模组中的公共电极532之间的距离d变小，另一方面显示模组中的液晶分子存在一定程度的变形。根据电容的计算公式C＝εS/4πkd，所形成的电容传感器的电容值变大。同时，液晶分子受挤压变形后，液晶分子去向会发生微小的变化，使液晶介电常数变大，因此所形成的电容传感器的电容值会相应变大。由于触摸屏上不同的触摸力使触摸屏的各个位置会产生相应的应变，进而产生相应的d值的变化和液晶分子的相应的微小的挤压形变。据此建立电容触摸屏中的由公共电极532与压力感应电极30形成的电容传感器的电容变化信息与电容触摸屏的受力信息的相互关系数据库，即可在实际应用中，通过检测获得的各个电容传感器的电容变化信息而获得电容触摸屏的受力信息。

在其他实施例中，显示模组还可以是其他结构。例如，图2中所示为另一种结构的显示模组，其中液晶层53的像素电极531和公共电极532分别位于液晶层53的两侧，此结构也即业界所称TN(Twisted Nematic)结构。

如图3所示，为电容触摸屏中的一基板10，以及形成在基板10上的触摸驱动电极11和压力感应电极30。如图4所示，为电容触摸屏中的另一基板20以及形成在基板20上的触摸感应电极21。其中基板10相较于基板20远离保护盖板，也即基板20位于保护盖板和基板10之间。图4中的触摸感应电极21为长方形，可以理解不局限于此种形状，触摸感应电极21通过引线210引导至基板20的接口端201。

所述基板10上还设有引线110将触摸驱动电极11引导至基板10的接口端101。同样的，所述基板10上也设有引线300将压力感应电极30引导至基板10的接口端101。在该实施例中，压力感应电极30以电极块阵列的形式分布在基板10上。分布于电容触摸屏边缘(也即基板10边缘)的压力感应电极30的面积略大于分布于电容触摸屏的中心(也即基板10中心)的压力感应电极30的面积，一般而言，电容触摸屏的中心位置更易于形变，如此设置压力感应电极30的面积可以考虑电容触摸屏的位置与形变大小，平衡各个位置的压力感应灵敏度。压力感应电极30被触摸驱动电极11包围，仅留出供引线300穿过的间隙。

在不同实施例中，压力感应电极30也可以位于触摸驱动电极11之外而不被触摸驱动电极11包围。为降低或避免用于感应触摸信号的触摸驱动电极11(或触摸感应电极21)对用于感应压力信号的压力感应电极30的影响，两种电极之间可以用接地导线(未示出)隔开。同时，在基板10上，各个电极和引线的外围采用一接地的导线40包围，以降低或避免触摸显示装置中或外部的电磁场对触摸信号和压力信号的感应的影响。

图5为另一实施例中的电容触摸屏的基板10和触摸驱动电极11、压力感应电极30的结构示意图。其中压力感应电极30以若干个电极块分布于电容触摸屏的基板10的中心。

图6为另一实施例中的电容触摸屏的基板10和触摸驱动电极11、压力感应电极30的结构示意图。其中压力感应电极30只被部分触摸驱动电极11包围，即另一部分触摸驱动电极11与压力感应电极30各自独立分开，没有形成包围与被包围关系。

图7为另一实施例中的电容触摸屏的基板10和触摸驱动电极11、压力感应电极30的结构示意图。其中压力感应电极30与触摸驱动电极11均各自独立分开，并各自呈条带状间隔分布。具体地，两个触摸驱动电极11之间间隔设置若干个呈块状的压力感应电极30，间隔设置的压力感应电极30呈线性排列。为降低或避免用于感应触摸信号的触摸驱动电极11(或触摸感应电极21)对用于感应压力信号的压力感应电极30的影响，两种电极之间也可以用接地的导线(图未示)隔开。

在上述的实施例中，压力感应电极30的形状在图中示出为正方形，但应理解不局限于正方形，也可以为其它形状，如三角形、长方形、棱形、梯形等等；触摸驱动电极11在图中示出为长方形，但应理解不局限于长方形，也可以为其它形状。

在前述实施例中，压力感应电极30也可以位于另一基板20上，即压力感应电极30与触摸感应电极21位于同一叠层。在该种结构中，压力感应电极30与触摸感应电极21的位置关系，和前述实施例中的压力感应电极30与触摸驱动电极11的位置关系类似。

对于其它结构的电容触摸屏，例如业界所称的GF、OGS、G1F、GF2等结构，压力感应电极30与触摸驱动电极11或触摸感应电极21位于同一叠层。在GF、OGS等结构中，触摸驱动电极与触摸感应电极位于同一叠层，则压力感应电极30分布在触摸驱动电极11和/或触摸感应电极21的旁边，也可被触摸驱动电极11和/或触摸感应电极21包围。在业界所称的G1F、GF2等结构中，压力感应电极30的分布与前述GFF结构的实施例所示的结构类似。

上述具有压力感应功能的触摸显示装置在工作运行时，为避免触摸信号和压力信号两者的检测互相产生影响，可采用时序控制的方式使触摸信号的感应和压力信号的感应分时工作运行，从而各自在实现相应的功能时不产生相互干扰。该时序控制的方式可以通过连接电容触摸屏的处理器进行，也可以通过额外的处理器和存储器等元件进行时序控制，还可以通过额外的数据选择器MUX进行。在上述触摸显示装置中，可独立设置用于感应触摸信号和用于感应压力信号的处理器。为降低成本，也可采用同一处理器进行触摸信号和压力信号的监测。

为避免显示模组中的薄膜晶体管阵列以及液晶像素电极在工作时对压力信号感应的影响，所述触摸显示装置中还可设置另外的处理器和存储器等元件，通过所述的处理器和存储器可以进一步使显示模组的薄膜晶体管阵列的工作和压力信号的感应时间在不同的时间段工作运行，即在感应压力信号时，显示模组的薄膜晶体管阵列处于不工作状态，只使显示模组的公共电极处于0或者薄膜晶体管阵列工作运行时的正常固定值。

更进一步的，所述触摸显示装置中，至少部分的触摸驱动电极或至少部分的触摸感应电极可以作为用于压力信号检测的压力感应电极，即用于感应触摸信号的触摸驱动电极或触摸感应电极可以作为共用电极，用于感应压力信号。此种情形下，所述触摸显示装置还包括额外的处理器和存储器等元件，可使这些共用电极至少提供第一状态和第二状态；其中在所述第一状态时，所述共用电极被配置用于平行于电容触摸屏的二维方向上的触摸信号的检测，以及用于垂直于触摸屏方向上的隔空输入(即悬浮触控)的检测或装置边缘的侧边的触控输入的检测等触摸信号的感应，在所述第二状态时，所述共用电极被配置与显示模组中的公共电极形成若干电容感应器，以用于压力信号的检测。

为进一步提高所述压力感应电极与所述公共电极形成电容感应器用于检测触控压力的灵敏度，触摸显示装置中，保护盖板与显示模组优选采用框贴的方式。当保护盖板与显示模组为框贴时，触摸显示装置受力后，压力感应电极与所述显示模组中的公共电极之间的距离可以产生明显的变化，因而电容变化信号更容易被检测。

本发明通过监测电容的方式获取触摸操作的压力信号，同时构成用于压力信号感应的电容传感器的一端电极位于用于触摸位置信息等触摸信号感应的触控电极的同一叠层上，无需额外设置压力传感器即可实现压力信号的感应，且用于感应压力信号的压力感应电极可于用于感应触摸信号的触控电极的同时制作，具有生产成本低、工艺简单等优点。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种触摸显示装置，包括呈叠层设置的电容触摸屏和显示模组，所述电容触摸屏包括触摸驱动电极和触摸感应电极，所述触摸驱动电极和触摸感应电极用于感应施加于电容触摸屏上的触摸信号，所述显示模组包括液晶层，以及用于驱动液晶层的像素电极和公共电极，其特征在于，所述触摸显示装置还包括压力感应电极，所述压力感应电极与触摸驱动电极或触摸感应电极位于同一叠层，所述压力感应电极与所述公共电极形成电容感应器并用于感应施加于电容触摸屏上的压力信号，分布于电容触摸屏边缘的压力感应电极的面积大于分布于电容触摸屏的中心的压力感应电极的面积。

2.根据权利要求1所述的触摸显示装置，其特征在于，所述像素电极和公共电极分别位于液晶层的两侧，或者所述像素电极和公共电极位于液晶层的同一侧。

3.根据权利要求1所述的触摸显示装置，其特征在于，所述电容触摸屏还包括承载触摸驱动电极、触摸感应电极的基板，所述压力感应电极与所述触摸驱动电极或触摸感应电极共用基板。

4.根据权利要求3所述的触摸显示装置，其特征在于，所述电容触摸屏还包括保护盖板，所述保护盖板作为承载触摸驱动电极和/或触摸感应电极的基板。

5.根据权利要求3所述的触摸显示装置，其特征在于，所述基板为两个，每一基板对应承载触摸驱动电极和触摸感应电极，所述压力感应电极设置在承载触摸驱动电极的基板上，或者设置在承载触摸感应电极的基板上。

6.根据权利要求1所述的触摸显示装置，其特征在于，所述压力感应电极与触摸驱动电极或触摸感应电极之间设置接地导线。

7.根据权利要求1所述的触摸显示装置，其特征在于，所述压力感应电极分布于电容触摸屏的中心、角落、边缘或者以阵列的形式分布于整个电容触摸屏中。

8.根据权利要求1-7项中任意一项所述的触摸显示装置，其特征在于，还包括处理器，所述处理器用于控制所述压力感应电极的工作时序以及所述触摸驱动电极和触摸感应电极的工作时序错开，使压力信号的感应和触摸信号的感应互不干扰。

9.根据权利要求1-7项中任意一项所述的触摸显示装置，其特征在于，所述触摸显示装置还包括处理器，所述处理器使所述压力感应电极提供第一状态和第二状态，其中在所述第一状态时，所述压力感应电极被配置用于感应触摸信号，在所述第二状态时，所述压力感应电极被配置用于感应压力信号。