CN108762587A - 电容式压力检测组件 - Google Patents

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Abstract

一种电容式压力检测组件，用于采集施加在显示屏上的按压并转换为电信号，包括各自设置有电极的第一基材和第二基材，所述第一基材和第二基材正面相对地贴合在一起，使各自所设置电极之间形成间隙，该间隙与第一基材和第二基材外的空气连通。第一基材和第二基材中至少一个用作压力承载面，压力承载面能够贴附在显示屏的显示模组下方。本发明无需依靠显示屏内的部件形成压力检测电容，能够适用于当前大多数显示屏；本发明为形成压力检测电容的间隙提供物理支撑，确保间隙厚度可控；本发明通过基材材料和泡棉介质确保压力检测电容的电容变化率，提高压力检测的灵敏度。

Description

电容式压力检测组件
技术领域
本发明涉及将力采集并转换为电信号的组件，特别是涉及以电容为转换媒介的、采集压力并转换为电信号的组件。
背景技术
现有技术基于电容原理的、能够侦测施加其上按压力的显示屏包括用于完成图像显示的显示模组，压力检测电极，以及具有铁框的背光模块。一种实现方案是压力检测电极与显示模组贴合，在压力检测电极与背光模块之间形成空气间隙，以背光模块的铁框为参考平面，压力检测电极与背光模块之间形成压力检测电容。当有按压力施加在显示屏上时，压力检测电极随着受压显示模组的形变而发生形变，因压力检测电极与背光模块的铁框之间的间距发生变化而使两者之间的压力检测电容发生变化，通过数据处理将压力检测电容的变化量转换为按压力的压力值。另一种实现方案是压力检测电极与背光模块贴合，在压力检测电极与显示模组之间形成空气间隙，以显示模组为参考平面，压力检测电极与显示模组之间形成压力检测电容。当有按压力施加在显示屏上时，作为参考平面的显示模组发生形变，因压力检测电极与显示模组之间的间距发生变化而使两者之间的压力检测电容发生变化，通过数据处理将压力检测电容的变化量转换为按压力的压力值。现有技术存在以下的缺陷和不足之处：
1. 显示模组与背光模块之间需要留有足够厚度的空气间隙以确保发生按压动作时能够产生足够区别于干扰信号的压力检测电容变化量，但是空气无法抵御结构间的变化而使空气间隙的厚度不易控制；
2. 并不是所有的显示屏都设置有具有铁框的背光模块；
当显示模组采用薄膜晶体管液晶显示Thin Film Transistor Liquid CrystalDisplay的显示模组时，一些应用中采用非金属框的背光模块，导致该采用非金属框的背光模块无法作为参考平面与压力检测电极之间形成压力检测电容，也就无法实现压力检测；薄膜晶体管液晶显示Thin Film Transistor Liquid Crystal Display简称TFT-LCD；
当显示模组采用主动矩阵有机发光二极管Active Matrix Organic Light EmittingDiode的显示模组时，无需设置背光模块，压力检测电极因没有形成压力检测电容的参考平面而无法实现压力检测；主动矩阵有机发光二极管Active Matrix Organic LightEmitting Diode简称AMOLED。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出能够用于当前大多数显示屏的电容式压力检测组件。
本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：
设计、制造一种电容式压力检测组件，用于采集施加在显示屏上的按压力并转换为电信号。该显示屏包括能够因施加在显示屏上的按压而形变的显示模组。电容式压力检测组件包括能够受压形变的第一基材和第二基材，设置在第一基材正面上的至少一第一电极，以及设置在第二基材正面上的至少一第二电极。所述第一基材和第二基材正面相对地贴合在一起，使所有第一电极所在面与所有第二电极所在面之间形成间隙，且该间隙与第一基材和第二基材外的空气连通。所有第一电极所在面与所有第二电极所在面之间的距离是间隙的厚度，第一基材和第二基材未受压形变时间隙的厚度是常态厚度。第一基材和第二基材中至少一个用作压力承载面，压力承载面能够贴附在显示屏的显示模组下方，使压力承载面能够随着显示屏的形变而形变；当有按压施加在显示屏上时，压力承载面发生形变，所述间隙的厚度发生变化；当没有按压施加在显示屏上时，所述间隙保持常态厚度。
具体地，所述第一基材的正面边缘与第二基材的正面边缘采用环形胶体贴合封闭，在第一基材和第二基材中的至少一个加工有至少一连通间隙的气流通孔，使间隙与第一基材和第二基材外的空气连通。
为提高压力承载面的形变量，所述第一基材作为压力承载面贴附在显示屏的显示模组下方，第一基材的杨氏模量小于第二基材的杨氏模量。
同理，所述第二基材作为压力承载面贴附在显示屏的显示模组下方，第二基材的杨氏模量小于第一基材的杨氏模量。
为提高电容变化率，在所述间隙中填充有用介电常数高于空气的材料制成的泡棉介质。
具体地，所述介电常数高于空气的材料是高密度聚氨酯材料。
一种应用方案，所述显示屏的显示模组是薄膜晶体管液晶显示的显示模组，该显示屏还包括设置在薄膜晶体管液晶显示模组下方的一层背光模块。第一基材或者第二基材作为压力承载面贴附在背光模块下方。
另一种应用方案，所述显示屏的显示模组是主动矩阵有机发光二极管显示模组。第一基材或者第二基材作为压力承载面贴附在主动矩阵有机发光二极管显示模组的阴极面。
同现有技术相比较，本发明“电容式压力检测组件”的技术效果在于：
1. 本发明无需依靠显示屏内的部件作为参考平面形成压力检测电容，将压力承载面贴合在显示屏的形变器件上即可实现压力检测，能够适用于当前大多数显示屏；
2. 本发明为形成压力检测电容的间隙提供物理支撑，确保间隙厚度可控；
3. 本发明通过基材材料和泡棉介质确保压力检测电容的电容变化率，提高压力检测的灵敏度。
附图说明
图1是本发明“电容式压力检测组件”第一实施例的正投影主视示意图；
图2是所述第一实施例的正投影俯视示意图；其中第一基材11被半面剖去；
图3是图2所示A-A剖视示意图；
图4是所述第一实施例受到按压时沿图2所示A-A方向的剖视示意图；
图5是所述第一实施例用于TFT-LCD显示屏时沿图2所示A-A方向的剖视示意图；
图6是所述第一实施例用于AMOLED显示屏时沿图2所示A-A方向的剖视示意图；
图7是本发明第二实施例的正投影俯视示意图；其中第一基材11被半面剖去。
具体实施方式
以下结合附图所示各实施例作进一步详述。
本发明提出一种电容式压力检测组件，用于采集施加在显示屏上的按压力并转换为电信号。施加在显示屏上的按压力区别于对屏幕的触碰输入，按压力是对显示屏施加压力，而触碰输入不需要施加压力，只需要对显示屏有接触即可。所述显示屏包括能够因施加在显示屏上的按压而形变的显示模组。如图1至图7所示，电容式压力检测组件包括能够受压形变的第一基材11和第二基材12，设置在第一基材11的正面上的至少一第一电极21，以及设置在第二基材12的正面上的至少一第二电极22。第一基材11和第二基材12可以采用简称FPC的柔性印刷电路板Flexible Printed Circuit，也可以采用薄膜Film。第一电极21和第二电极22可以采用镀银材料制成，也可以采用金属铺铜材料制成，还可以采用简称ITO的氧化铟锡Indium Tin Oxide材料制成。所述第一基材11和第二基材12正面相对地贴合在一起，使所有第一电极21所在面与所有第二电极22所在面之间形成间隙5，且该间隙5与第一基材11和第二基材12外的空气连通，也就是间隙5是非封闭的空间。第一基材11和第二基材12中至少一个用作压力承载面，压力承载面能够贴附在显示屏的显示模组下方，使该压力承载面能够随着显示屏的形变而形变。大多数情况下，第一基材11和第二基材12中的一个用作压力承载面，但是在特殊情况下，例如将电容式压力检测组件用于双面屏时，第一基材11和第二基材12都用作压力承载面。本发明第一实施例和第二实施例均采用第一基材11作为压力承载面。本发明将所有第一电极21所在面与所有第二电极22所在面之间的距离作为间隙5的厚度，那么第一基材和第二基材未受压形变时间隙5的厚度就是常态厚度。当第一电极21所在面和第二电极所在面都是平面且互相平行时，常态厚度是确定值；而当第一电极21所在面和第二电极所在面不是平面时，亦或第一电极21所在面和第二电极所在面互不平行时，常态厚度就是依两面相对位置不同而不同的变量，即依第一电极21和第二电极22各自所在面的形态而发生连续变化。因此常态厚度不能仅仅理解为是一个固定量，而是与第一电极21和第二电极22各自所在面的形态相关联的函数变量。当有按压力施加在显示屏上时，压力承载面发生形变，所述间隙5的厚度相对常态厚度发生变化，压力检测电容也会发生变化；当没有按压施加在显示屏上时，所述间隙5保持常态厚度。当对第一电极21和第二电极22施加电压而在两者之间形成电压差时，在第一电极21与第二电极22之间就形成压力检测电容。
本发明第一实施例和第二实施例，如图1、图2和图7所示，所述第一基材11的正面边缘与第二基材12的正面边缘采用环形胶体3贴合封闭。在第一基材11和第二基材12中的至少一个加工有至少一连通间隙5的气流通孔4，使间隙5与第一基材11和第二基材12外的空气连通。本发明第一实施例和第二实施例，如图2和图7所示，在第二基材12上加工有气流通孔4，为连通间隙5，有些气流通孔4贯穿第二基材12，有些气流通孔4贯穿第二基材12和第二电极22。
本发明第一实施例，如图4所示，当有按压力施加在显示屏上时，第一基材11作为压力承载面发生形变，同时第二基材12也会发生形变，由于按压力直接作用于第一基材11上，第二基材12的形变量小于第一基材11的形变量，所述间隙5的厚度相对常态厚度发生变化，如图4所示箭头方向，间隙5内的空气受挤压而从各气流通孔4排出。间隙5的厚度发生变化意味着第一电极21与第二电极22之间的距离发生变化，它们之间形成的压力检测电容也会发生变化，通过数据处理就可以将压力检测电容的变化转换为按压力的压力值。当没有按压施加在显示屏上时，第一基材11和第二基材12恢复常态，电容式压力检测组件从图4所示状态恢复到图3所示状态，所述间隙5的厚度恢复常态厚度，第一基材11和第二基材12外的空气吸入间隙5内。
本发明第一实施例，当所述第一基材11作为压力承载面贴附在显示屏的显示模组下方时，第一基材11的杨氏模量小于第二基材12的杨氏模量，使作为压力承载面的第一基材11较第二基材12更容易发生形变，从而增加间隙5的厚度变化幅度，增加了压力检测电容的电容变化率，提高压力检测灵敏度。
同理，当所述第二基材12作为压力承载面贴附在显示屏的显示模组下方时，第二基材12的杨氏模量小于第一基材11的杨氏模量，也能够增加压力检测电容的电容变化率，提高压力检测灵敏度。
在上述方案，以及第一实施例和第二实施例中，在所述间隙5中填充有用介电常数高于空气的材料制成的泡棉介质，从而能够进一步提高压力检测电容的电容变化率，提高压力检测灵敏度。另外，在间隙5中填充泡棉介质还有助于提高第一基材11和第二基材12的平整度，更进一步提高压力检测灵敏度。
所述介电常数高于空气的材料可以是高密度聚氨酯材料。
如图5所示，当本发明第一实施例的电容式压力检测组件装于TFT-LCD显示屏内时，即显示屏的显示模组是薄膜晶体管液晶显示TFT-LCD的显示模组61，该显示屏还包括设置在TFT-LCD的显示模组61下方的一层背光模块62。本发明第一实施例的第一基材11作为压力承载面贴附在背光模块62下方。显然当第二基材12作为压力承载面时，第二基材12应当贴附在背光模块62下方。采用本发明电容式压力检测组件，无论背光模块62设置有金属框与否，电容式压力检测组件都能正常工作而不受背光模块62的影响，不需要背光模块62提供形成压力检测电容的参考平面。
如图6所示，当本发明第一实施例的电容式压力检测组件装于AMOLED显示屏内时，所述显示屏的显示模组是主动矩阵有机发光二极管AMOLED的显示模组71。本发明第一实施例的第一基材11作为压力承载面贴附在AMOLED的显示模组71的阴极面。显然当第二基材12作为压力承载面时，第二基材12应当贴附在AMOLED的显示模组71的阴极面。采用本发明电容式压力检测组件，不需要AMOLED显示屏提供形成压力检测电容的参考平面，电容式压力检测组件自身即可形成压力检测电容。
本发明电容式压力检测组件能够通过电连接数据处理模块构建电容式压力检测装置，借助数据处理模块在第一电极21与第二电极22之间形成电压差而形成压力检测电容并实时侦测压力检测电容的变化量，进而实现压力侦测。
根据电容形成原理，本发明电容式压力检测组件既能用于形成压力检测自电容，也可以用于形成压力检测互电容。
当采用本发明电容式压力检测组件的电容式压力检测装置是基于自电容原理时，数据处理模块包括能够发出激励信号并侦测自电容变化的自电容数据处理模块。所有第一电极21和所有第二电极22中的一组电连接自电容数据处理模块，另一组电连接参考电位。本发明第一实施例是用于构建基于自电容原理的电容式压力检测装置的电容式压力检测组件，如图2所示，当所有第一电极21电连接自电容数据处理模块，所有第二电极22电连接参考电位时，在第一电极21和第二电极22之间形成压力检测自电容。
当采用本发明电容式压力检测组件的电容式压力检测装置是基于互电容原理时，数据处理模块包括用于发出驱动信号的驱动模块，以及用于收集电极响应信号的传感模块。所有第一电极21和所有第二电极22中的一组电连接驱动模块，另一组电连接传感模块。本发明第二实施例是用于构建基于互电容原理的电容式压力检测装置的电容式压力检测组件，如图7所示，当所有第一电极21电连接驱动模块，所有第二电极22电连接传感模块时，在第一电极21和第二电极22之间形成压力检测互电容。

Claims (8)

1.一种电容式压力检测组件，用于采集施加在显示屏上的按压力并转换为电信号；该显示屏包括能够因施加在显示屏上的按压而形变的显示模组；其特征在于：
包括能够受压形变的第一基材和第二基材，设置在第一基材正面上的至少一第一电极，以及设置在第二基材正面上的至少一第二电极；
所述第一基材和第二基材正面相对地贴合在一起，使所有第一电极所在面与所有第二电极所在面之间形成间隙，且该间隙与第一基材和第二基材外的空气连通；所有第一电极所在面与所有第二电极所在面之间的距离是间隙的厚度，第一基材和第二基材未受压形变时间隙的厚度是常态厚度；
第一基材和第二基材中至少一个用作压力承载面，压力承载面能够贴附在显示屏的显示模组下方，使压力承载面能够随着显示屏的形变而形变；当有按压施加在显示屏上时，压力承载面发生形变，所述间隙的厚度发生变化；当没有按压施加在显示屏上时，所述间隙保持常态厚度。
2.根据权利要求1所述的电容式压力检测组件，其特征在于：
所述第一基材的正面边缘与第二基材的正面边缘采用环形胶体贴合封闭，在第一基材和第二基材中的至少一个加工有至少一连通间隙的气流通孔，使间隙与第一基材和第二基材外的空气连通。
3.根据权利要求1所述的电容式压力检测组件，其特征在于：
所述第一基材作为压力承载面贴附在显示屏的显示模组下方，第一基材的杨氏模量小于第二基材的杨氏模量。
4.根据权利要求1所述的电容式压力检测组件，其特征在于：
所述第二基材作为压力承载面贴附在显示屏的显示模组下方，第二基材的杨氏模量小于第一基材的杨氏模量。
5.根据权利要求1、3或者4所述的电容式压力检测组件，其特征在于：
在所述间隙中填充有用介电常数高于空气的材料制成的泡棉介质。
6.根据权利要求5所述的电容式压力检测组件，其特征在于：
所述介电常数高于空气的材料是高密度聚氨酯材料。
7.根据权利要求1所述的电容式压力检测组件，其特征在于：
所述显示屏的显示模组是薄膜晶体管液晶显示的显示模组，该显示屏还包括设置在薄膜晶体管液晶显示模组下方的一层背光模块；
第一基材或者第二基材作为压力承载面贴附在背光模块下方。
8.根据权利要求1所述的电容式压力检测组件，其特征在于：
所述显示屏的显示模组是主动矩阵有机发光二极管显示模组；
第一基材或者第二基材作为压力承载面贴附在主动矩阵有机发光二极管显示模组的阴极面。
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