CN107239173B - 触控装置、触控显示装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种触控装置，包括：触控感测层，包括沿第一方向设置的多个第一电极和沿第二方向设置的多个第二电极；压力感测层，设置于所述触控感测层下方，至少包括多个第三电极；触控电路，与所述多个第一电极、多个第二电极和多个第三电极相连，用于以不同的频率分别驱动所述触控感测层和所述压力感测层以获取触控感测信号和压力感测信号，并根据所述触控感测信号确定触摸操作的位置，以及根据所述压力感测信号确定触摸操作的压力。

Description

触控装置、触控显示装置及其驱动方法
技术领域
本发明属于触控感测领域，更具体地，涉及一种触控装置、触控显示装置及其驱动方法。
背景技术
触控面板是一种通过使用人的手或物体来选择在诸如图像显示装置等的屏幕上显示的指令以输入用户的指令的输入装置。
为此，触控面板设置在图像显示装置的前表面上，并将人的手或物体直接触摸的位置转换成电信号。因此，接收在触摸的位置处选择的指令作为输入信号。因为触控面板可以代替通过被连接到图像显示装置来进行操作的单独的输入装置，诸如键盘或鼠标，所以触控面板的应用领域正逐渐扩大。
触控面板依照其感测方式的不同而大致上区分为电阻式触控面板、电容式触控面板、光学式触控面板、声波式触控面板以及电磁式触控面板。其中，电容式触控面板(Capacitive Touch Panel)因智能型手机销售量快速增长而受到瞩目。
具体地讲，在电容型的情况下，可以以自电容型(self capacitance type)或互电容型(mutual capacitance type)来实现多点触摸识别。当人的至少一根手指触摸触控面板的表面时，电容型触控面板检测在位于被触摸的表面处的感测单元(sensing cell)中形成的电容的改变，以识别触摸的位置。
然而，根据这些方案，难以识别出人的手指的触摸操作的压力大小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种触控装置、触控显示装置及其驱动方法。
根据本发明的一方面，提供一种触控装置，包括：
触控感测层，包括沿第一方向设置的多个第一电极和沿第二方向设置的多个第二电极；
压力感测层，设置于所述触控感测层下方，至少包括多个第三电极；
触控电路，与所述多个第一电极、多个第二电极和多个第三电极相连，用于以不同的频率分别驱动所述触控感测层和所述压力感测层以获取触控感测信号和压力感测信号，并根据所述触控感测信号确定触摸操作的位置，以及根据所述压力感测信号确定触摸操作的压力。
优选地，所述多个第一电极沿第一方向间隔设置，所述多个第二电极沿第二方向间隔设置，多个第三电极沿第一方向间隔设置。
优选地，所述第一方向和所述第二方向垂直。
优选地，多个所述第三电极在触控感测层的投影位于相邻的第一电极之间。
优选地，多个所述第三电极在触控感测层的投影与所述第一电极相配合形成长方形。
优选地，所述第一电极、第二电极、第三电极选自长方形、三角形、菱形或U型中的一个。
优选地，所述触控电路包括：
触控检测模块，用于向所述第一电极提供触控驱动信号并从所述第二电极获取触控感测信号以确定触摸操作的位置；
压力检测模块，用于向所述第三电极提供压力驱动信号并从所述第二电极获取压力感测信号以确定触摸操作的压力。
优选地，所述压力感测层还包括第四电极，所述触控电路包括：
触控检测模块，用于向所述第一电极提供触控驱动信号并从所述第二电极获取触控感测信号以确定触摸操作的位置；
压力检测模块，用于向所述第三电极提供压力驱动信号并从所述第四电极获取压力感测信号以确定触摸操作的压力。
优选地，所述触控装置还包括：
时序控制器，分别与所述触控检测模块和所述压力检测模块连接，用于向所述触控检测模块和所述压力检测模块发送帧同步信号；
其中，所述帧同步信号用于控制所述触控检测模块和所述压力检测模块同时驱动。
优选地，所述触控装置还包括盖板，所述触控感测层设置在所述盖板和所述压力感测层之间。
优选地，所述触控装置还包括：
第一光学胶层，设置在所述触控感测层和所述压力感测层之间，第一光学胶层为透明光学软胶材料。
根据本发明的另一方面，提供一种触控显示装置，包括：
上述所述的触控装置，
显示面板，位于所述触控装置的压力感测层下方。
优选地，所述触控装置还包括：
第二光学胶层，设置在所述压力感测层和所述显示面板之间。
优选地，所述第二光学胶层为透明硬质胶。
根据本发明的第三方面，提供一种上述所述的触控装置的驱动方法，包括：
向所述第一电极施加触控驱动信号，以及向所述第三电极施加压力驱动信号；
从所述第二电极获取触控感测信号和压力感测信号，
根据所述触控感测信号确定触摸操作的触摸位置，以及根据所述压力感测信号确定触摸操作的压力大小，
其中，所述触控驱动信号和所述压力驱动信号的频率不同。
优选地，向所述第一电极施加触控驱动信号和向所述第三电极施加压力驱动信号同时进行。
本发明提供的触控装置及其驱动方法，在触控感测层的下方设置压力感测层，使触控感测层和压力感测层形成互电容，检测触摸操作的压力，无需额外装置来检测压力，节省成本，采用分频驱动，即用不同频率的驱动信号分别驱动触控感测层的第一电极和压力感测层的第三电极，共同将触控感测层的第二电极作为感测电极，从第二电极分别获取触控感测信号和压力感测信号，同时进行触摸操作的位置检测和压力检测。由于驱动信号可以同时驱动，触控操作的位置检测和压力检测可以同时进行，能显著提高扫描频率和帧率。
另外，第一电极和第二电极可以同层设置，使得触控感测层同时兼有检测第一方向位置和第二方向位置的功能，使触控装置轻薄。
显示面板设置在压力感测层之下，不影响触控感测层和压力感测层之间的距离，在具有显示功能的同时不影响其对压力检测的敏感度，对触摸操作的压力计算更加准确。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出了根据本发明第一实施例的触控装置的结构示意图；
图2示出了根据本发明第一实施例的触控装置的截面结构示意图；
图3a示出了根据本发明第一实施例的触控装置的未进行触摸操作时的截面结构示意图；
图3b示出了根据本发明第一实施例的触控装置的进行触摸操作时的截面结构示意图；
图4a-图4b示出了根据本发明第一实施例的触控装置的触控感测层的结构示意图；
图5a-图5d示出了根据本发明第一实施例的触控装置的压力感测层在触控感测层上的投影示意图；
图6示出了根据本发明第二实施例的触控装置的结构示意图；
图7示出了根据本发明第三实施例的触控装置的驱动方法的流程图；
图8示出了根据本发明实施例的触控装置的驱动方法的时序信号图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
图1示出了根据本发明第一实施例的触控装置的结构示意图；图2示出了根据本发明第一实施例的触控装置的截面结构示意图。如图1和图2所示，所述触控装置包括触控面板10和触控电路20。
在本实施例中，触控装置可以是智能型手机(smart phone)、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)或平板计算机(Tablet PC)等等具有触控功能的电子装置，在此并不以此为限制。
其中，所述触控面板10包括触控感测层11、压力感测层12以及盖板13。其中，所述触控感测层11和压力感测层12之间具有一定的空隙(air gap)14。所述空隙处14可以添加光学胶层、显示面板以及具有弹性变换的材料。
盖板13包括上下两个表面，上表面为一触摸面，触控感测层11设置在远离触摸面的一面。盖板13主要是保护设置在其下的其他叠层结构和电路。
图4a图4b示出了根据本发明第一实施例的触控装置的触控感测层的结构示意图。触控感测层11设置在基板(图中未示出)之上，基板用于承载触控感测层11，因此，基板可以是PCB板(Printed Circuit Board，印制电路板)，可以是刚性基材，如玻璃、强化玻璃、蓝宝石玻璃等，也可以是柔性基材，如PET(polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)等。
触控感测层11最佳布设是直接设置在盖板13远离触摸面一侧，可以减小触摸操作与触控感测层11之间的距离，方便触摸操作压力的传导，进一步提升触控压力检测的精度。
如图4a和图4b所示，触控感测层11包括沿第一方向X间隔设置的多个第一电极111和沿第二方向Y间隔设置的多个第二电极112。其中，第一方向X和第二方向Y交叉设置。第一方向X例如是垂直第二方向Y。
其中，第一电极111和第二电极112的材质可以为ITO(氧化铟锡)、纳米银线、石墨烯、纳米金属网格、碳纳米管。
第一电极111和第二电极112的图案可以是长方形，也可以是菱形、三角形等其他形状。
其中，第一电极111和第二电极112可以同层设置，使得触控感测层同时兼有检测第一方向位置和第二方向位置的功能，使触控装置轻薄。
触控感测层11中的第一电极111和第二电极112可以利用互电容式(mutual-capacitance)检测并接收使用者透过手指或其它介质进行的触摸操作。
压力感测层12至少包括多个第三电极121(如图5a和图5b所示)，其中，所述第三电极121例如是沿第一方向X间隔设置。
压力感测层12设置在另一承载板上，承载板用于承载压力感测层12，因此，承载板可以是PCB板(Printed Circuit Board，印制电路板)，可以是刚性基材，如玻璃、强化玻璃、蓝宝石玻璃等，也可以是柔性基材，如PET(polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)等。
第三电极121的图案可以是长方形，也可以是菱形、三角形、等其他形状。
触控电路20与所述多个第一电极111、多个第二电极112和多个第三电极121相连，用于以不同的频率分别驱动所述触控感测层11和所述压力感测层12以获取触控感测信号和压力感测信号，并根据所述触控感测信号确定触摸操作的位置，以及根据所述压力感测信号确定触摸操作的压力。
在本实施例中，触控驱动信号的周期Ta与压力驱动信号的周期Tb不同。
触控电路20包括触控检测模块21和压力检测模块22。
触控检测模块21用于向所述触控感测层11提供触控驱动信号并从所述第一电极111和/或所述第二电极112获取触控感测信号以确定触摸操作的位置。
触控检测模块21包括触控驱动单元211、触控感测单元212和第一处理器213，其中，触控驱动单元211用于顺序地将触控驱动信号施加到所述第一电极111；触控感测单元212用于从所述第二电极112获取触控感测信号；第一处理器213用于根据所述触控感测单元212发送的触控感测信号以确定触摸操作的触摸位置。
压力检测模块22用于向所述第三电极121提供压力驱动信号并从所述第二电极112获取压力感测信号以确定触摸操作的压力。
压力检测模块22包括压力驱动单元221、压力感测单元222和第二处理器223，其中，压力驱动单元221用于顺序地将将压力驱动信号施加到所述第三电极121；压力感测单元222用于从多个所述第二电极112获取压力感测信号；第二处理器223用于接收所述压力感测单元222发送的压力感测信号以确定触摸操作的压力大小。
如图3a和图3b所示，手指在盖板13的触摸操作的位置处会引起设置在远离盖板13触摸面的触控感测层11在第一方向X和第二方向Y的电容量变化，触控检测模块21经过处理分析得到触摸操作的位置。在压力检测阶段，其感测压力的原理是利用触控感测层11和压力感测层12形成互电容，通过检测触控感测层11和压力感测层12之间的电容变化量来确定触摸操作的压力。
在未进行触摸操作时，盖板13、触控感测层11以及第一光学胶层13都处于初始状态，没有发生形变。此时，触控感测层11下表面和压力感测层12之间的初始距离为d。
在盖板13上面进行触摸操作时，在感受到外力作用时盖板13发生弯曲形变，与盖板13贴合的触控感测层11也随着发送弯曲形变，与触控感测层11相贴合的第一光学胶层13也会随之发生弹性形变，从而使得触控感测层11和压力感测层12之间的距离为d1，d和d1之间的距离差为Δd。Δd的大小会随着触摸操作的压力的大小而产生变化，且压力越大，Δd的值越大。
在一个优选的实施例中，在触控感测层11和压力感测层12之间的空隙14处添加第一光学胶141(图中未示出)，用以粘合触控感测层11和压力感测层12。
为了提高压力检测的灵敏度，因此设置在触控感测层11和压力感测层12之间的第一光学胶层141的厚度越薄越好，同时为了使第一光学胶层141在外力作用下能够更好发生的弹性形变材料，优选为光学软胶，且是越软越好。第一光学胶层141可以在用户对触控感测层11施加力的作用使之产生形变时对压力感测层12起到缓冲保护的作用，同时也使得触控感测层11产生形变时对压力感测层12没有损害，由于第一光学胶层13为基本透明状，因此透光性能良好。
在一个优选地实施例中，所述触控驱动信号和所述压力驱动信号的频率不同。即用不同频率的驱动信号分别驱动触控感测层的第一电极和压力感测层的第三电极，共同将触控感测层的第二电极作为感测电极，从第二电极分别获取触控感测信号和压力感测信号，同时进行触摸操作的位置检测和压力检测。由于驱动信号可以同时驱动，触控操作的位置检测和压力检测可以同时进行，能显著提高扫描频率和帧率。
在一个优选地实施例中，所述压力感测层12还包括多个第四电极122(如图5c和图5d所示)，其中，所述第四电极122例如是沿第二方向Y间隔设置。
所述压力检测模块22还与多个所述第四电极122相连，用于向所述第三电极141的施加压力驱动信号，并从所述第四电极122获取压力感测信号。
在一个优选的实施例中，所述触控装置还包括时序控制器30，分别与所述触控检测模块21和所述压力检测模块22连接，用于向所述触控检测模块21和所述压力检测模块22发送帧同步信号。
在本实施例中，所述帧同步信号用于控制所述触控检测模块和所述压力检测模块同时驱动。
本发明提供的触控装置，在触控感测层的下方设置压力感测层，使触控感测层和压力感测层形成互电容，检测触摸操作的压力，无需额外装置来检测压力，节省成本，采用分频驱动，即用不同频率的驱动信号分别驱动触控感测层的第一电极和压力感测层的第三电极，共同将触控感测层的第二电极作为感测电极，从第二电极分别获取触控感测信号和压力感测信号，同时进行触摸操作的位置检测和压力检测。由于驱动信号可以同时驱动，触控操作的位置检测和压力检测可以同时进行，能显著提高扫描频率和帧率。
第一电极和第二电极可以同层设置，使得触控感测层同时兼有检测第一方向位置和第二方向位置的功能，使触控装置轻薄。
图6示出了根据本发明第二实施例的触控装置的结构示意图。如图6所示，所述触控装置包括触控感测层11、压力感测层12、盖板13、触控感测层11和压力感测层12之间的空隙14以及显示面板15。与第一实施例相比，增设了显示面板15，使得触控装置在具有检测触摸操作的位置和压力的功能同时，还具有显示功能。
其中，所述显示面板15可以设置在触控感测层11和压力感测层12之间，也可以设置在压力感测层12之下。
在一个优选的实施例中，显示面板15设置在压力感测层12之下。
在本实施例中，在显示面板15和压力感测层12之间设置第二光学胶层16。
其中，第二光学胶层16设置在压力感测层12和显示面板15之间，第二光学胶层16为硬质光学胶材料可以进一步防止压力感测层12产生形变，影响到触控感测层11和压力感测层12形成自电容时的电量的变化，从而影响对施加在盖板13上触控压力大小的检测精确性。且显示面板15设置在第二光学胶层16之下，触控感测层11和压力感测层12之间的距离d越小，对触控压力的检测越灵敏，因此，若显示面板15设置在触控感测层11和压力感测层12之间时势必会增大触控感测层11和压力感测层12之间距离d，从而影响触控压力检测的灵敏度。显示面板15在触控感测层11和压力感测层12形成的互电容之下，不影响触控感测层11和压力感测层12之间的距离d，使得触控装置具有触摸操作的位置检测功能、显示功能、触摸操作的压力检测功能，同时对触摸操作的压力小的感测更为灵敏。
由于第二光学胶层16为硬质材料，其贴合设置在压力感测层12和显示面板15之间，在受到外力触控时第二光学胶层16可以给压力感测层12一硬性支撑，有效的防止压力感测层12发生形变，提高压力检测的精确度，同时使得承载压力感测层12的承载板可以为玻璃、LCM的偏光片等硬质材料，也可以为PET(polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)等柔性基材。
显示面板设置在压力感测层之下，不影响触控感测层和压力感测层之间的距离，在具有显示功能的同时不影响其对压力检测的敏感度，对触摸操作的压力计算更加准确。
图7示出了根据本发明第三实施例的触控装置的驱动方法的流程图；图8示出了根据本发明实施例的触控装置的驱动方法的时序信号图。如图7和图8所示，所述驱动方法适用于上述第一实施例和第二实施例所述的触控装置，包括以下步骤。
在步骤S01中，向所述第一电极施加触控驱动信号，以及向所述第三电极施加压力驱动信号。
在本实施例中，步骤S01中，向所述第一电极施加触控驱动信号和向所述第三电极施加压力驱动信号同时进行。
在步骤S02中，从所述第二电极获取触控感测信号和压力感测信号。
其中，所述触控驱动信号和所述压力驱动信号的频率不同。
在步骤S03中，根据所述触控感测信号确定触摸操作的触摸位置，以及根据所述压力感测信号确定触摸操作的压力大小。
本发明提供的触控装置的驱动方法，采用分频驱动，即用不同频率的驱动信号分别驱动触控感测层的第一电极和压力感测层的第三电极，共同将触控感测层的第二电极作为感测电极，从第二电极分别获取触控感测信号和压力感测信号，同时进行触摸操作的位置检测和压力检测。由于驱动信号可以同时驱动，触控操作的位置检测和压力检测可以同时进行，能显著提高扫描频率和帧率。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (16)

1.一种触控装置，包括：
触控感测层，包括沿第一方向设置的多个第一电极和沿第二方向设置的多个第二电极；
压力感测层，设置于所述触控感测层下方，至少包括多个第三电极；
触控电路，与所述多个第一电极、多个第二电极和多个第三电极相连，用于以不同的频率分别驱动所述触控感测层和所述压力感测层获取触控感测信号和压力感测信号，并根据所述触控感测信号确定触摸操作的位置，以及根据所述压力感测信号确定触摸操作的压力，
其中，所述触控电路向所述第一电极施加触控驱动信号和向所述第三电极施加压力驱动信号同时进行。
2.根据权利要求1所述的触控装置，其中，所述多个第一电极沿第一方向间隔设置，所述多个第二电极沿第二方向间隔设置，多个第三电极沿第一方向间隔设置。
3.根据权利要求2所述的触控装置，其中，所述第一方向和所述第二方向垂直。
4.根据权利要求3所述的触控装置，其中，多个所述第三电极在触控感测层的投影位于相邻的第一电极之间。
5.根据权利要求3所述的触控装置，其中，多个所述第三电极在触控感测层的投影与所述第一电极相配合形成长方形。
6.根据权利要求4或5所述的触控装置，其中，所述第一电极、第二电极、第三电极选自长方形、三角形、菱形或U型中的一个。
7.根据权利要求1所述的触控装置，其中，所述触控电路包括：
触控检测模块，用于向所述第一电极提供触控驱动信号并从所述第二电极获取触控感测信号以确定触摸操作的位置；
压力检测模块，用于向所述第三电极提供压力驱动信号并从所述第二电极获取压力感测信号以确定触摸操作的压力。
8.根据权利要求1所述的触控装置，其中，所述压力感测层还包括第四电极，所述触控电路包括：
触控检测模块，用于向所述第一电极提供触控驱动信号并从所述第二电极获取触控感测信号以确定触摸操作的位置；
压力检测模块，用于向所述第三电极提供压力驱动信号并从所述第四电极获取压力感测信号以确定触摸操作的压力。
9.根据权利要求7或8所述的触控装置，其中，还包括：
时序控制器，分别与所述触控检测模块和所述压力检测模块连接，用于向所述触控检测模块和所述压力检测模块发送帧同步信号；
其中，所述帧同步信号用于控制所述触控检测模块和所述压力检测模块同时驱动。
10.根据权利要求1所述的触控装置，其中，还包括盖板，所述触控感测层设置在所述盖板和所述压力感测层之间。
11.根据权利要求1所述的触控装置，其中，还包括：
第一光学胶层，设置在所述触控感测层和所述压力感测层之间，第一光学胶层为透明光学软胶材料。
12.一种触控显示装置，包括：
如权利要求1-11任一项所述的触控装置，
显示面板，位于所述触控装置的压力感测层下方。
13.根据权利要求12所述的触控显示装置，其中，还包括：
第二光学胶层，设置在所述压力感测层和所述显示面板之间。
14.根据权利要求13所述的触控显示装置，其中，所述第二光学胶层为透明硬质胶。
15.一种如权利要求1-11任一项所述的触控装置的驱动方法，包括：
向所述第一电极施加触控驱动信号，以及向所述第三电极施加压力驱动信号；
从所述第二电极获取触控感测信号和压力感测信号，
根据所述触控感测信号确定触摸操作的触摸位置，以及根据所述压力感测信号确定触摸操作的压力大小，
其中，所述触控驱动信号和所述压力驱动信号的频率不同。
16.根据权利要求15所述的驱动方法，其中，向所述第一电极施加触控驱动信号和向所述第三电极施加压力驱动信号同时进行。
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