CN109144333A - 一种金属网孔触控膜电子黑板实现全贴合的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属网孔触控膜电子黑板实现全贴合的方法，包括稳定自电容：在接收甩尾引线与发送甩尾引线之间及接收甩尾引线外侧增加隔离地线，形成初始稳定的自电容；增加电源滤波：在电子黑板的电源输入端口加装单相三节电源滤波器；灵敏度调试：用EasyTune软件设置合适的触控灵敏度。本发明采取稳定自电容、增加电源滤波和灵敏度调试工艺，有效解决了现有金属网孔传感器电子黑板无法实现全贴合的问题，使电子黑板的触控膜基板与显示器面板在全贴合的情况下实现稳定、有效触控，且显示图像的清晰度、亮度都大为提升，观看的角度达到160°以上。

Description

一种金属网孔触控膜电子黑板实现全贴合的方法
技术领域
本发明属于电子黑板领域，涉及一种金属网孔触控膜电子黑板应用电子触摸抗干扰技术实现全贴合的方法。
背景技术
教育信息化的发展，带来了教育形式和学习方式的重大变革，促进教育改革。对于教育装备的影响是直接的，适应时代需求，提高教育装备质量，加强创新对于教育装备企业具有深远意义，也是实现教育行业跨越式发展的必然选择。随着教学现代化的推进及大屏幕显示和触摸控制技术的进步，电子黑板在各行各业尤其是教育领域得到越来越广泛的应用。
目前国内采用金属网孔传感器(Metal Mesh Sensor，又称投射电容触控膜Projective Capacitive Touch Foil)生产的电子黑板都必须在触控膜基板与显示器面板之间留有不低于4mm的间隙，国外较为前沿的公司也只能将此间隙控制在2mm以上，否则会产生触控失灵的问题。其主要原因是由于电磁干扰EMI的存在。由于空气及玻璃的光折射率不一，这个4mm以上的空气间隙就直接影响显示图像的亮度和清晰度，特别是观看角度大于120°以后影响更为显著。
发明内容
申请人在大量试验、分析和反复测量、验证的基础上，通过对金属网孔传感器工作原理的深入理解，现通过本发明提供一种金属网孔触控膜电子黑板实现全贴合的方法，可使采用金属网孔传感器生产、制造电子黑板时，实现触控膜基板与显示器面板的全贴合，在稳定、有效触控的同时提升显示图像的清晰度和亮度，且观看角度达到160°以上。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种金属网孔触控膜电子黑板实现全贴合的方法，包括如下步骤：
形成稳定自电容：
在接收甩尾引线与发送甩尾引线之间及接收甩尾引线外侧增加隔离地线，所述隔离地线与接收甩尾引线平行并延伸至接收甩尾引线尾端，形成初始稳定的自电容，用于稳定没有触摸时的基础感应电压UB；
增加电源滤波器：
在电子黑板的电源输入端口加装电源滤波器，所述电源滤波器为单相三节电源滤波器，额定电流取实际工作电流值的1.5～2倍，确保10KHz～30MHz之间的共模或差模插入损耗大于40dB，漏电流不大于0.5mA；
触控灵敏度调试：
打开Easy Tune软件的设置界面，硬件连接后，点击连接按键Connect转换成新的设置界面，状态Status显示为连接成功connect success，连接按键Connect变成分离按键Disconnects，同时坐标互换Coord Swap的勾选框自动打勾，表示X Y互换，Coord Inv X是X轴反向，Coord Inv Y是Y轴反向；灵敏度调节由灵敏度调节拉条Sensitivity控制，其值为5～50任选，值越小即门限值越低越灵敏，抗干扰能力越低；反之，值越大即门限值越高灵敏度越低，则抗干扰能力越强；勾选好方向设置后点击设置键Set，使用电脑操作系统自带的画图软件，用单指划线；如果手指没有接触到玻璃基板即可画出连续的线段，说明灵敏度偏高，需要降低灵敏度即加大Sensitivity值；如果单指接触到玻璃基板不能划线，或画出线段不连续，而当采用两指并拢方能画出连续的线段时，则说明灵敏度偏低，需要加大灵敏度即降低Sensitivity值；找到合适的Sensitivity值后，点击Set测试确认是否合适。调试好后点击保存键Save保存；最后按退出键Exit退出。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
1、显示亮度提高：
由于减少了屏幕面板到触控膜基板之间空气介质的距离，其光损耗也相应降低，因此显示亮度得以提高。实测结果为全贴合的亮度比间隔6mm的亮度提高20％左右(实测时有间隔形式亮度为280cd/m2)。
2、显示清晰度及可视角度提高：
同样是由于减少了屏幕面板到触控膜基板之间空气介质的距离，空气及透明基板两种不同介质对光的折射更加单一，空气介质分量的减少，透明基板介质更加贴近显示面板，从而使显示的清晰度得以提高，特别是显示面板四周的清晰度。实测结果为全贴合四周的清晰度比间隔6mm的清晰度提升100线左右(实测时有间隔形式清晰度为800线)。
整机可视角度亦由有间隙的120°左右扩大为160°左右(显示面板的可视角度为178°)。
3、触控更加稳定、有效：
自电容的稳定、电源滤波器的使用及触控灵敏度的合理设置使触控的稳定性大幅提高，触控失灵的故障一直没有出现。干扰电压软件实测无触摸时的取样值一般在10以下，触摸后即上升到60左右。
显示器面板到触控膜基板之间的距离为零后，显示面板与触控膜基板实现了全贴合，触摸时触控膜基板的晃动大幅度减小，触控的稳定性则进一步提高。
由于减少了显示器面板到触控膜基板之间的距离，触控的真实感大幅提高，有间隙触控的那种悬浮、飘忽感不再存在。70”显示面板触控精度由有间隙的5mm提高为3mm，人为感觉的延迟响应也有明显提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是金属网孔传感器(投射电容触控膜)结构形式。
图2是金属网孔传感器(投射电容触控膜)等效电路。
图3是金属网孔传感器(投射电容触控膜)的触摸等效。
图4是无触摸时仿真波形及相关电压。
图5是触摸时仿真波形及相关电压。
图6是触控灵敏度与干扰信号的关系。
图7是隔离地线结构、位置及形式。
图8是电源滤波器前后电源干扰波形对比。
图9是单相三节电源滤波器电原理图。
图10是打开《Easy Tune》后设置界面。
图11是点击连接Connect后设置界面及最小门限拉条图。
图12最大门限拉条图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
金属网孔传感器(投射电容触控膜)的结构形式如图1所示。图1中触控区域内的花纹为金属网孔传感器，水平为发送线，垂直为接收线，其外为收发甩尾引线。
根据其触摸区及收发引线(甩尾)结构，从电路的角度分析有自电容SelfCapacity和互电容Mutual Capacity之分，自电容是指扫描电极与地构成的电容，而互电容则是指横向和纵向的ITO电极交叉处形成的电容，相关的电路等效如图2所示。图2中ET为发送信号、RL为接收信号输入电阻、CST为发送信号线与地之间的自电容、CSR为接收信号线与地之间的自电容、CM为收发信号线交叉点的互电容；UB为无触摸时接收信号的输入电压。
金属网孔传感器(投射电容触控膜)的触摸控制主要是利用互电容CM触控。当触摸相关节点时，该点的互电容会增加(CM+CM)，对应的触摸感应电压UT(接收信号电压)会高于没有触摸时的基础感应电压UB，具体的电路等效及形象表达如图3所示。图3中ET为发送信号、RL为接收信号输入电阻、CST为发送信号线与地之间的自电容、CSR为接收信号线与地之间的自电容、CM为收发信号线交叉点固有的互电容、CT则为触摸耦合电容。当触摸相关节点时，该点的互电容会增加(CM+CM)，对应的触摸感应电压UT(接收信号电压)会高于没有触摸时的基础感应电压UB。形象表达为相比较无触摸状态电力线由6根增加为9根。
系统工作时除触控膜外还需一块收发信号及进行相关数据处理的触控板，并以USB接口形式与相关的计算机连接，工作过程如下：
在给触控板加电时，首先确定没有触摸时各节点(横向发送线数*纵向接收线数＝总节点数)的基础感应电压UB(通过横向和纵向的ITO电极交叉处形成的微分耦合)，仿真波形及相关电压数值如图4所示：无触摸时，发送信号为+30Vpp的直流脉冲串，接收信号为正负对称的微分脉冲，仿真的峰值电压为+2V左右。
当相关节点被触摸时，由于触摸处电容的增加使微分耦合的电荷增多，触摸感应电压UT则实时提高(高于基础感应电压UB)，此时的仿真波形及相关电压数值如图5所示：仿真的峰值电压为+5V左右。
以此确定每一个触摸点的坐标，即使有多个触摸点，也能计算出每个触摸点的真实坐标。
根据金属网孔传感器(投射电容触控膜)触摸控制工作原理，有
UT>UB
即触摸时的触摸感应电压UT总是大于没有触摸时的基础感应电压UB。
根据以上分析，可以得出如此结论：触摸时，只有当触摸感应电压UT大于没有触摸时的基础感应电压UB才能实现有效触控。
触控灵敏度设置与干扰信号的关系图6所示。图6中，在低门限(高灵敏度)状态下，只要干扰信号的幅度超过设定值，即产生误触控。如果将门限提高(降低灵敏度)，使干扰信号的幅度在设定门限电平以下，就不会产生误触控，只有当手指在某些点触摸后，接收信号的幅度超过设定的高门限时，系统才会正常工作。
因此，只要稳定没有触摸时的基础感应电压UB，降低电磁干扰，并合理设置触控灵敏度(即门限值)，即可实现触控膜基板与显示器面板的全贴合，在稳定、有效触控的同时提升显示图像的清晰度和亮度，并扩大可视角度。
上述金属网孔传感器(投射电容触控膜)工作原理给实现触控膜基板与显示器面板的全贴合，在实现稳定、有效触控的同时提升显示图像的清晰度和亮度、扩大观看角度技术方案的实施带来了可能，具体做法如下：
一、稳定自电容。
稳定自电容的方法是在收、发甩尾引线之间及接收甩尾引线外侧增加隔离地线，形成初始稳定的自电容，即可稳定没有触摸时的基础感应电压UB。
具体结构见图7。图7中接收1、接收2的甩尾引线，其上下两边的区域为稳定自电容的隔离地线。隔离地线与接收甩尾引线平行并延伸至引线尾端。
该方法的实现须与触控膜及触控板的生产、制造厂家配合，隔离地线设置的位置、数量、尺寸及结构、形式以保证稳定、有效触控为准。
二、加装电源滤波器。
在电子设备供电电源上，存在有各种各样的外来干扰信号。这些干扰信号通过传导或辐射的方式，影响着该环境里运行的电子设备，包括电子黑板。
IBM公司的一项研究表明：一台普通计算机每月都会遭受120多次电源干扰，且电源问题是造成美国45％以上的计算机丢失数据和发生故障的根本原因。其中脉冲干扰占39.5％，振荡瞬变占49％，这两项共占88.5％，是电源受到干扰的主要成分。电网中的负载切换、电网切换或其他各种故障都会使电网发生瞬变过程产生脉冲噪声，它通常也称瞬变噪声，其波形是一系列的单个脉冲或脉冲束，此类干扰同样影响电子黑板触控的稳定性。
在使用、测试及调试过程中电子黑板会出现触控失灵故障，加装电源滤波器后即恢复正常触控，实拍的电源滤波器前后电源干扰波形对比如图8所示。图8中示波器实测电源滤波器前有干扰的50Hz市电波形，正弦波上叠加有相关的干扰脉冲，电源滤波器后的干扰脉冲基本消除。
因此在电子黑板的电源输入端口加装相关规格的电源滤波器是消除电网瞬变电压干扰、EMI信号传导干扰和某些辐射干扰的有效方法。
电源滤波器有成熟的产品，主要性能指标一般包括插入损耗、频率特性、阻抗匹配、额定的电流值、绝缘电阻值、漏电流、物理尺寸及重量、使用环境以及本身的可靠性。实际使用时主要的选型指标是额定电压和电流、插入损耗和漏电流三项。
电子黑板通常使用220VAC单相交流电源，一般选择额定电压的标称值为250VAC；在确定滤波器的额定电流时，要留有一定的余量，一般取实际工作电流值的1.5～2倍为宜；10KHz～30MHz的插入损耗不管是共模还是差模都应大于40dB；为保证工作安全，漏电流应不大于0.5mA。
达到上述指标的电源滤波器需要三节滤波，相关单相三节电源滤波器的电原理图见图9。图9为通用单相三节电源滤波器电原理图，以确保10KHz～30MHz之间的共模或差模插入损耗大于40dB。
三、合理设置触控灵敏度Sensitivity(即门限值)。
采用金属网孔传感器(投射电容触控膜)生产、制造电子黑板时，触控板厂家通常会提供用于调试或测试的相关软件，其中一款《Easy Tune》用于门限电平即灵敏度设置的软件可进行全贴合后触控灵敏度(即门限值)的设置，只要合理设置触控灵敏度Sensitivity(即门限值)，即可实现触控膜基板与显示器面板的全贴合。
打开《Easy Tune》后的设置界面见图10。此时处于未连接状态not connect。
相关硬件完成连接后，点击连接按键Connect后转换成新的设置界面，该界面及门限拉条见图11和图12。图11显示最小门限(灵敏度最高)拉条位置。图12显示最大门限(灵敏度最低)拉条位置。图11和图12中状态Status显示为连接成功connect success，连接按键Connect亦变成分离按键Disconnects，同时坐标互换Coord Swap的勾选框自动打勾，表示XY互换，Coord Inv X是X轴反向，Coord Inv Y是Y轴反向。灵敏度调节由灵敏度调节拉条Sensitivity控制，其值为5～50任选，值越小(5)即门限值越低越灵敏，抗干扰能力越低；反之，值越大(50)即门限值越高灵敏度越低，则抗干扰能力越强。
勾选好方向设置后点击设置键Set，使用电脑操作系统自带的画图软件，用单指划线。如果手指没有接触到玻璃基板即可画出连续的线段，说明灵敏度偏高，需要降低灵敏度(加大Sensitivity值)；如果单指接触到玻璃基板不能划线，或画出线段不连续，而当采用两指并拢方能画出连续的线段时，则说明灵敏度偏低，需要加大灵敏度(降低Sensitivity值)。
找到合适的Sensitivity值后，点击Set测试确认是否合适。调试好后点击保存键Save保存。最后按退出键Exit退出即可。
本发明的工艺要求如下：
1、稳定自电容的措施是增加隔离地线。此地线的增加需要触控膜生产厂家绘制相关图形，并生产、制作。
2、电子黑板实现全贴合整机需要进行准确、稳定的结构设计，并生产、制作相关的结构件，安装时要严格按照相关的工艺操作，触控膜基板与显示器面板之间不得出现任何的结构松动和晃动。
3、电源滤波器的选择在保证高于40dB以上插入损耗的同时要注意较高的安全性，并留有较大的功率冗余。
4、整机联调时须根据不同的触控膜基板材质、尺寸及厚度进行合理的灵敏度(即门限值)的设置，并列入必要的安装调试工艺。
综上所述，本发明采取稳定自电容(甩尾引线加设隔离地线)、增加电源滤波和灵敏度调试工艺，有效解决了现有问题，使电子黑板的触控膜基板与显示器面板在全贴合(间隙为0mm)的情况下实现稳定、有效触控，且显示图像的清晰度、亮度都大为提升，观看的角度达到160°以上。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本专利。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种金属网孔触控膜电子黑板实现全贴合的方法，其特征在于，包括如下步骤：
形成稳定自电容：
在接收甩尾引线与发送甩尾引线之间及接收甩尾引线外侧增加隔离地线，所述隔离地线与接收甩尾引线平行并延伸至接收甩尾引线尾端，形成初始稳定的自电容，用于稳定没有触摸时的基础感应电压UB；
增加电源滤波器：
在电子黑板的电源输入端口加装电源滤波器，所述电源滤波器为单相三节电源滤波器，额定电流取实际工作电流值的1.5～2倍，确保10KHz～30MHz之间的共模或差模插入损耗大于40dB，漏电流不大于0.5mA；
触控灵敏度调试：
打开Easy Tune软件的设置界面，硬件连接后，点击连接按键Connect转换成新的设置界面，状态Status显示为连接成功connect success，连接按键Connect变成分离按键Disconnects，同时坐标互换Coord Swap的勾选框自动打勾，表示X Y互换，Coord Inv X是X轴反向，Coord Inv Y是Y轴反向；灵敏度调节由灵敏度调节拉条Sensitivity控制，其值为5～50任选，值越小即门限值越低越灵敏，抗干扰能力越低；反之，值越大即门限值越高灵敏度越低，则抗干扰能力越强；勾选好方向设置后点击设置键Set，使用电脑操作系统自带的画图软件，用单指划线；如果手指没有接触到玻璃基板即可画出连续的线段，说明灵敏度偏高，需要降低灵敏度即加大Sensitivity值；如果单指接触到玻璃基板不能划线，或画出线段不连续，而当采用两指并拢方能画出连续的线段时，则说明灵敏度偏低，需要加大灵敏度即降低Sensitivity值；找到合适的Sensitivity值后，点击Set测试确认是否合适；调试好后点击保存键Save保存；最后按退出键Exit退出。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190104

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