CN106547411A - 一种带有压力感应功能的触摸屏 - Google Patents

Abstract

一种带有压力感应功能的触摸屏，包括第一基板、第二基板、第一电极组、第二电极组、第一电路、第二电路和弹性绝缘层；第一电极组设置在第一基板的内侧，第二电极组设置在第二基板的外侧；弹性绝缘层设置在第一基板与第二基板之间；第二电极组中的各个电极均通过弹性绝缘层与第一电极组中的相应电极构成平板电容器；第一电路与第一电极组电连接，第一电路探测第一电极组中各个电极与手指之间的电容值；第二电路与第一电极组、第二电极组电连接，第二电路探测各个平板电容器的电容值。第一电极组中各电极不仅用于探测触碰动作，还用于探测按压力，将触控功能与压力感应功能集成在一起，减少触摸屏的厚度、重量，符合当前智能产品轻薄化的发展趋势。

Description

一种带有压力感应功能的触摸屏

技术领域

本发明涉及一种触摸屏，尤其涉及一种带有压力感应功能的触摸屏。

背景技术

触摸屏往往被设置在智能电子产品，如智能手机、平板电脑的前方以作为其输入工具。

近来，有人提出了带有压力感应功能的触摸屏，这种触摸屏不仅能够感应到手指的触碰动作，还能够检测出手指触碰时的按压力度，由此可提高智能电子产品的操控性。

然而，目前这种带有压力感应功能的触摸屏，需要在原触摸屏的基础上粘合一个独立的压力感应器。一般来说，独立的压力感应器会导致触摸屏的厚度增加、重量增大，不符合当前智能电子产品轻薄化的发展趋势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种带有压力感应功能的触摸屏，这种带有压力感应功能的触摸屏的厚度较低、重量较小，符合智能电子产品轻薄化的发展趋势。采用的技术方案如下：

一种带有压力感应功能的触摸屏，包括透明的第一基板、第二基板、第一电极组、第二电极组、第一电路和第二电路，第一电极组、第二电极组均包含多个电极，其特征是：还包括透明的弹性绝缘层；所述第一电极组设置在第一基板的内侧，所述第二电极组设置在第二基板的外侧；弹性绝缘层设置在第一基板与第二基板之间，弹性绝缘层的厚度能够随着施加在第一基板外侧的压力而改变；第二电极组中的各个电极均通过弹性绝缘层与第一电极组中的相应电极构成电容值可变的平板电容器；第一电路与第一电极组电连接，当手指按压在第一基板外侧时，第一电路能够探测第一电极组中各个电极与手指之间的电容值；第二电路与第一电极组、第二电极组电连接，第二电路能够探测各个平板电容器的电容值。

上述外侧是指靠近操作者的一侧，内侧是指远离操作者的一侧。

上述第一基板、第二基板可以由玻璃、透明塑料等透明板状材料制作而成，弹性绝缘层可以为透明软性胶层或透明流体层(透明流体层可通过采用隔垫的结构使其保持在一定的厚度范围内)，第一电极组、第二电极组中的电极均为经过一定图形化处理(如光刻、印刷)的透明导电膜层，如氧化铟锡(ITO)膜、纳米银线膜。上述第一电路、第二电路均可采用现有技术中的电容检测电路，具体可通过普通电路或集成芯片来实现。

在上述带有压力感应功能的触摸屏中，第一电路探测第一电极组中各电极与手指之间的电容值，由此感应手指的触碰动作，而第二电路对第一电极组、第二电极组中相对应的电极所构成的平板电容器的电容值进行探测，检测手指的按压力(由于手指的按压可改变弹性绝缘层的厚度，从而改变该平板电容器的电容值)。第一电极组与第二电极组相配合用于检测手指按压力，相当于压力感应器，无需在触摸屏上设置独立的压力感应器，使得触摸屏更轻、更薄，其中，第一电极组中各电极不仅用于探测手指的触碰动作，同时还用于探测手指的按压力，省去了为了探测手指按压力而专门设置的电极及其承载基板，由此，达到了将触控功能与压力感应功能集成在一器件之中的目的，从而进一步减少了触摸屏的厚度、重量，符合当前智能产品轻薄化的发展趋势。

作为本发明的优选方案，所述第二电极组在第一基板上的投影处于第一电极组的范围之内。第二电极组在第一基板上的投影处于第一电极组的范围之内，即是第二电极组中的各电极均隐藏在第一电极组相对应的电极的内侧，也就是说，第二电极组中的每个电极(除了外接连线之外)都被第一电极组中的相应电极所遮盖，使得当手指触碰或按压在第一基板外侧时，由于受到第一电极组中各电极的屏蔽，第二电极组中各电极无法与手指发生作用，从而使得第一电极组、第二电极组各相对应电极之间的电容值不受手指触碰的响应，其能够更加准确地反映出手指的按压力，从而避免触控信号与按压力信号的混淆，使触控信号、按压力信号各自更加清晰。

在一种具体方案中，所述第一电极组由多个二维排列的第一电极构成，所述第二电极组由多个二维排列的第二电极构成。第一电极组、第二电极组分别由多个二维排列的第一电极、第二电极构成，根据第一电极组来探测到手指在触摸屏上的二维坐标位置，而根据第二电极组来探测手指在触摸屏不同二维坐标位置的按压力，以实现多点且更加准确的按压力探测功能。

作为本发明进一步的优选方案，所述第一电极组由多个第一X电极、第一Y电极构成，所述第一X电极与第一Y电极相互交叉构成矩阵；所述第二电极组至少包含多个第二X电极，第二X电极与第一X电极相对应。更具体地，第一电极组可采用搭桥结构、双电极层结构等来实现第一X电极与第一Y电极的交叉，通过第一X电极、第一Y电极的交叉，使得触摸屏能够更加准确地感应到手指的触碰动作。优选方案中，第二电极组中各个第二X电极都隐藏在第一X电极内侧，并且第二X电极被第一Y电极分隔开，每个第二X电极都通过细线引出，由此，多个第一X电极所对应的第二电极将构成一矩阵，以实现多点的按压力探测功能。

作为本发明更进一步的优选方案，所述第二电极组还包含多个第二Y电极，各个第二Y电极均与所述第一Y电极相对应，第二X电极与第二Y电极相互交叉构成矩阵。具体地，第二电极组可采用搭桥结构、双电极层结构等来实现第一X电极与第一Y电极的交叉，由此，进一步提高第二电极组的电极密度，从而能够实现更加精确的压力感应功能。

作为本发明进一步的优选方案，所述第一电路、第二电路包含在同一个分时控制电路中，分时控制电路的驱动时段包括第一驱动时段和第二驱动时段，在第一驱动时段中，分时控制电路中的第一电路探测第一电极组与手指之间的电容，在第二驱动时段中，分时控制电路中的第二电路探测第一电极组、第二电极组之间的电容。采用分时控制电路，进一步减少触控信号与按压力信号的混淆，以减少触摸感应和压力探测两种功能的相互干扰，使得对按压力的测量更加准确。进一步地，在第一驱动时段中，分时控制电路中的第一电路通过探测第一电极组与大地之间的电容，来判断手指的触碰动作，通过探测第一电极组与大地之间的电容来判断手指的触碰动作，其信号强度大，灵敏度较高。

作为本发明更进一步的优选方案，所述第一电极组由多个第一X电极、第一Y电极构成，第一X电极与第一Y电极相互交叉构成矩阵，在第一驱动时段中，分时控制电路通过第一X电极与第一Y电极之间的电容，来探测第一电极组与手指之间的电容。由此，即使第二电极组与大地之间存在电容，也不会对第一X电极与第一Y电极之间电容造成影响，从而进一步降低触控信号与压力信号之间的相互干扰，以提高各自信号的清晰度。

作为本发明更进一步的优选方案，还包括高阻电路，高阻电路设置在所述第二电极组与第二电路之间。通过在第二电极组与第二电路之间设置高阻电路，使得第二电极组与第二电路之间具有高电阻，由此，第一电极组经过第二电极组的对地线路被阻断，使得第一电极组与大地之间的电容只能通过手指的触碰来进行改变，从而提高其对手指触碰探测的灵敏度。一般情况下，高阻电路采用高输出阻抗的运算放大电路等电路。

作为本发明再更进一步的优选方案，所述高阻电路通过分时控制电路输出的一时序控制波形进行控制，时序控制波形包含对应第一驱动时段的断开信号(如高电平)和对应第二驱动时段的闭合信号(如低电平)，而高阻电路则依据时序控制波形，来控制高阻电路的通断控制。

作为本发明进一步的优选方案，还包括开关电路，开关电路设置在所述第二电极组与第二电路之间，在第一驱动时段中，开关电路被设置为断开。由此，在第一驱动时段中，第一电极组经过第二电极组的对地连接线路被断开，使得第一电极组与大地之间的电容只能通过手指的触碰来进行改变，从而提高其对手指触碰探测的灵敏度。一般情况下，开关电路可以采用MOS或三极管开关电路，例如可以通过数字波形控制通断的三极管电路。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

第一电路探测第一电极组中各电极与手指之间的电容值，由此感应手指的触碰动作，而第二电路对第一电极组、第二电极组中相对应的电极所构成的平板电容器的电容值进行探测，检测手指的按压力(由于手指的按压可改变弹性绝缘层的厚度，从而改变该平板电容器的电容值)。第一电极组与第二电极组相配合用于检测手指按压力，相当于压力感应器，无需在触摸屏上设置独立的压力感应器，使得触摸屏更轻、更薄，其中，第一电极组中各电极不仅用于探测手指的触碰动作，同时还用于探测手指的按压力，省去了为了探测手指按压力而专门设置的电极及其承载基板，由此，达到了将触控功能与压力感应功能集成在一器件之中的目的，从而进一步减少了触摸屏的厚度、重量，符合当前智能产品轻薄化的发展趋势。

附图说明

图1是本发明实施例一的触摸屏的平面示意图；

图2是本发明实施例一的原理示意图；

图3是本发明实施例一中第一电路、第二电路与第一电极组、第二电极组的连接示意图；

图4是本发明实施例一中第二电路与第二电极组的连接示意图；

图5是本发明实施例二中触摸屏的平面及电路连接示意图；

图6是图5中沿着A-A的剖面图；

图7是本发明实施例三的触摸屏的平面及电路连接示意图；

图8是图7的B部分局部放大图；

图9是本发明实施例四的触摸屏的平面及电路连接示意图；

图10是图8中沿C-C的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和本发明的优选实施方式做进一步的说明。

实施例一

如图1、2、3、4所示，这种带有压力感应功能的触摸屏，包括透明的第一基板1、第二基板2、第一电极组3、第二电极组4、第一电路5、第二电路6和透明的弹性绝缘层7，第一电极组3由多个二维矩阵排列的第一电极301构成，第二电极组4由多个二维矩阵排列的第二电极401构成；第一电极组3设置在第一基板1的内侧，第二电极组4设置在第二基板2的外侧；弹性绝缘层7设置在第一基板1与第二基板2之间，弹性绝缘层7的厚度能够随着施加在第一基板1外侧的压力而改变；第二电极组4中的各个第一电极401均通过弹性绝缘层7与第一电极组3中相应的第一电极301构成电容值可变的平板电容器；第一电路5与第一电极组3电连接，当手指按压在第一基板1外侧时，第一电路5能够探测第一电极组3中各个第一电极301与手指之间的电容值；第二电路6与第一电极组3、第二电极组4电连接，第二电路6能够探测各个平板电容器的电容值。

第一电路5探测第一电极组3中各第一电极301与手指之间的电容值，由此感应手指的触碰动作，而第二电路6对第一电极组3、第二电极组4中相对应的第一电极301、第二电极302所构成的平板电容器的电容值进行探测，检测手指的按压力(由于手指的按压可改变弹性绝缘层7的厚度，从而改变该平板电容器的电容值)。第一电极组3与第二电极组4相配合用于检测手指按压力，相当于压力感应器，无需在触摸屏上设置独立的压力感应器，使得触摸屏更轻、更薄，其中，第一电极组3中各个第一电极301不仅用于探测手指的触碰动作，同时还用于探测手指的按压力，省去了为了探测手指按压力而专门设置的电极及其承载基板，由此，达到了将触控功能与压力感应功能集成在一器件之中的目的，从而进一步减少了触摸屏的厚度、重量，符合当前智能产品轻薄化的发展趋势。

为了避免触控信号与按压力信号的混淆，使触控信号、按压力信号其各自更加清晰，如图1或图3所示，第二电极401在第一基板1上的投影处于第一电极301的范围之内，即是每个第二电极401都隐藏在相应的第一电极301内侧。也就是说，每个第二电极401(除了外接连线之外)都被第一电极301所遮盖，使得当手指触碰或按压在第一基板1外侧时，由于受到第一电极301的屏蔽，第二电极401无法与手指发生作用，从而使得第一电极301、第二电极401之间的电容值不受手指触碰的响应，其能够更加准确地反映出手指的按压力。

在第二电极组4中的各个第二电极401与第二电路6之间还设有高阻电路8，使得第二电极401与第二电路6之间具有高电阻。由此，第一电极301经过第二电极401的对地线路被阻断，使得第一电极301与大地之间的电容只能通过手指的触碰来进行改变，从而提高其对手指触碰探测的灵敏度。具体地，所述高阻电路8可以为高输出阻抗的运算放大电路等电路。在另一种具体方案中，在第二电极组4中的各个第二电极401与第二电路6之间还设有开关电路。

在本实施例的一具体方案中，如图3所示，第一电路5、第二电路6均包含在同一个分时控制电路9中，分时控制电路9的驱动时段包括第一驱动时段和第二驱动时段，在第一驱动时段中，分时控制电路9中的第一电路5探测第一电极组3与手指之间的电容，在第二驱动时段中，分时控制电路9中的第二电路6探测第一电极组3、第二电极组4之间的电容。采用分时控制电路9，进一步减少触控信号与按压力信号的混淆，以减少触摸感应和压力探测两种功能的相互干扰，使得对按压力的测量更加准确。进一步地，在第一驱动时段中，分时控制电路9中的第一电路5通过探测第一电极组3与大地之间的电容，来判断手指的触碰动作，通过探测第一电极组3与大地之间的电容来判断手指的触碰动作，其信号强度大，灵敏度较高。如图3所示，当第一电路5、第二电路6均包含在同一个分时控制电路9中时，上述高阻电路8通过分时控制电路9输出的一时序控制波形进行控制，时序控制波形包含对应第一驱动时段的断开信号(如高电平)和对应第二驱动时段的闭合信号(如低电平)，而高阻电路9则依据时序控制波形，来控制高阻电路9的通断控制。

上述第一基板1、第二基板2可以采用玻璃、透明塑料等透明板状材料制作而成，弹性绝缘层7可以为透明软性胶层或垫隔层(如仅用垫隔柱垫隔的空气层、液体层)，第一电极组3、第二电极组4中的第一电极301、第二电极401均为经过一定图形化处理(如光刻、印刷)的透明导电膜层，如氧化铟锡(ITO)膜、纳米银线膜。上述第一电路5、第二电路6均可采用现有技术中的电容检测电路，具体可通过普通电路或集成芯片来实现。

实施例二

如图5、6所示，在其它部分均与实施例以相同的情况下，其区别在于：第一电极组3、第二电极组4改为：第一电极组3由多个第一X电极311、第一Y电极312构成，第一X电极311与第一Y电极312相互交叉构成矩阵；第二电极组4包含多个第二X电极411，第二X电极411与第一X电极311相对应。其中，第一电极组3可采用搭桥设计来实现第一X电极311与第一Y电极312的交叉，通过第一X电极311、第一Y电极312的交叉，使得触摸屏能够更加准确地感应到手指的触碰动作。

在本实施例的一具体方案中，在第一驱动时段中，分时控制电路9的第一电路5通过第一X电极311与第一Y电极312之间的电容，来探测第一电极组3与手指之间的电容。由此，即使第二X电极411与大地之间存在电容，也不会对第一X电极311与第一Y电极312之间电容造成影响，从而可进一步降低触控信号与压力信号之间的相互干扰，以提高各自信号的清晰度。

实施例三

如图7、8所示，在其它部分均与实施例二相同的情况下，其区别在于：第二X电极411在第一基板1上的投影处于第一X电极311的范围之内，即是第二X电极411设置为隐藏在第一X电极311内侧，并且被第一Y电极312所分隔开，其每个第二X电极411都通过细线10引出，由此，多个第一X电极311所对应的第二X电极411将构成一矩阵，以实现多点的按压力探测功能。

实施例四

如图9、10所示，在其它部分均与实施例二相同的情况下，其区别在于：第二电极组4还包含多个第二Y电极412，各个第二Y电极412均与第一Y电极312相对应，第二X电极411与第二Y电极412相互交叉构成矩阵。具体地，第二电极组4可采用搭桥结构、双电极层结构等来实现第一X电极411与第一Y电极412的交叉，由此，进一步提高第二电极组4的电极密度，从而能够实现更加精确的压力感应功能。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种带有压力感应功能的触摸屏，包括透明的第一基板、第二基板、第一电极组、第二电极组、第一电路和第二电路，第一电极组、第二电极组均包含多个电极，其特征是：还包括透明的弹性绝缘层；所述第一电极组设置在第一基板的内侧，所述第二电极组设置在第二基板的外侧；弹性绝缘层设置在第一基板与第二基板之间，弹性绝缘层的厚度能够随着施加在第一基板外侧的压力而改变；第二电极组中的各个电极均通过弹性绝缘层与第一电极组中的相应电极构成电容值可变的平板电容器；第一电路与第一电极组电连接，当手指按压在第一基板外侧时，第一电路能够探测第一电极组中各个电极与手指之间的电容值；第二电路与第一电极组、第二电极组电连接，第二电路能够探测各个平板电容器的电容值。

2.如权利要求1所述的带有压力感应功能的触摸屏，其特征是：所述第二电极组在第一基板上的投影处于第一电极组的范围之内。

3.如权利要求1或2所述的带有压力感应功能的触摸屏，其特征是：所述第一电极组由多个第一X电极、第一Y电极构成，所述第一X电极与第一Y电极相互交叉构成矩阵；所述第二电极组至少包含多个第二X电极，第二X电极与第一X电极相对应。

4.如权利要求3所述的带有压力感应功能的触摸屏，其特征是：所述第二电极组还包含多个第二Y电极，各个第二Y电极均与所述第一Y电极相对应，第二X电极与第二Y电极相互交叉构成矩阵。

5.如权利要求1或2所述的带有压力感应功能的触摸屏，其特征是：所述第一电路、第二电路包含在同一个分时控制电路中，分时控制电路的驱动周期包括第一驱动时段和第二驱动时段，在第一驱动时段中，分时控制电路中的第一电路探测第一电极组与手指之间的电容，在第二驱动时段中，分时控制电路中的第二电路探测第一电极组、第二电极组之间的电容。

6.如权利要求5所述的带有压力感应功能的触摸屏，其特征是：所述第一电极组由多个第一X电极、第一Y电极构成，第一X电极与第一Y电极相互交叉构成矩阵，在第一驱动时段中，分时控制电路通过第一X电极与第一Y电极之间的电容，来探测第一电极组与手指之间的电容。

7.如权利要求5所述的带有压力感应功能的触摸屏，其特征是：还包括高阻电路，高阻电路设置在所述第二电极组与第二电路之间。

8.如权利要求7所述的带有压力感应功能的触摸屏，其特征是：所述高阻电路通过分时控制电路输出的一个时序控制波形进行控制，时序控制波形包含对应第一驱动时段的断开信号和对应第二驱动时段的闭合信号，而高阻电路则依据时序控制波形，来高阻电路的通断控制。

9.如权利要求5所述的带有压力感应功能的触摸屏，其特征是：还包括开关电路，开关电路设置在所述第二电极组与第二电路之间，在第一驱动时段中，开关电路被设置为断开。