CN109491529A - 触控面板及其驱动方法、触控装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种触控面板及其驱动方法、触控装置。该触控面板包括：第一衬底基板；第二衬底基板，与第一衬底基板相对设置；第一电极，位于第一衬底基板远离第二衬底基板的一侧，被配置为提供参考基准；压电层，位于第一电极和第一衬底基板之间；第二电极，位于第一衬底基板和第二衬底基板之间；其中，压电层被配置为被按压时在靠近第二电极的一侧产生第一电荷，第二电极被配置为在按压位置处耦合第一电荷并输出触摸信号。可实现灵敏压力触控检测。
Description
技术领域
本公开至少一示例涉及一种触控面板及其驱动方法、触控装置。
背景技术
当前由IPhone带来的包括压力触控(Force Touch)的3D触控，及其应用俞来广泛，通过增加压力大小的检测，实现更多的触控功能，同时通过压力的大小的判断，输出不同层次的压力反馈，给消费者带来更好的触控体验。可以预判3D触控其在消费电子上的应用会越来越多。
发明内容
本公开的至少一示例涉及一种触控面板及其驱动方法、触控装置，可实现灵敏压力触控检测。
本公开的至少一示例提供一种触控面板，包括：
第一衬底基板；
第二衬底基板，与所述第一衬底基板相对设置；
第一电极，位于所述第一衬底基板远离所述第二衬底基板的一侧，被配置为提供参考基准；
压电层，位于所述第一电极和所述第一衬底基板之间；
第二电极，位于所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间；其中，
所述压电层被配置为被按压时在靠近所述第二电极的一侧产生第一电荷，所述第二电极被配置为在按压位置处耦合所述第一电荷并输出触摸信号。
根据本公开一示例提供的触控面板，所述第一电极的材料为高阻抗材料，方块电阻大于1MΩ/□的材料为所述高阻抗材料。
根据本公开一示例提供的触控面板，所述第一电极连接至参考电压端。
根据本公开一示例提供的触控面板，所述第一电极还被配置为导出静电和第二电荷至少之一，所述第二电荷为所述压电层在其被按压时产生的与所述第一电荷极性相反的电荷。
根据本公开一示例提供的触控面板，所述压电层与所述第一电极接触。
根据本公开一示例提供的触控面板，还包括导电网格电极，其中，所述导电网格电极设置在所述第一电极和所述压电层之间。
根据本公开一示例提供的触控面板，所述第二电极包括彼此绝缘的多个第二子电极，所述导电网格电极和所述多个子电极在垂直于所述第一衬底基板的方向上不重合。
根据本公开一示例提供的触控面板，所述导电网格电极的网格在相邻第二子电极之间。
根据本公开一示例提供的触控面板，所述第二电极复用为显示用的公共电极。
根据本公开一示例提供的触控面板，所述第一电极的形状包括面状或网格状，所述压电层的形状包括面状或网格状。
根据本公开一示例提供的触控面板，还包括检测单元，其中，所述检测单元被配置为检测所述检测信号以获得所述触摸压力。
本公开至少一示例还提供上述任一示例提供的触控面板的驱动方法，包括：
向所述第一电极输入参考信号；
向所述多个第二子电极输入驱动信号，按压位置处的所述第二子电极耦合所述第一电荷，并输出所述触摸信号；
对所述触摸信号进行检测以识别触摸位置和触摸压力。
根据本公开一示例提供的驱动方法，对所述触摸信号进行检测以识别触摸位置和触摸压力包括：从所述触摸信号中分解出触摸位置信号和触摸叠加信号，由所述触摸位置信号得到触摸位置，由所述触摸叠加信号得到所述触摸压力。
根据本公开一示例提供的驱动方法，分时进行触摸和显示，该驱动方法包括：
在第一时间段，向所述第二电极输入显示信号；
在第二时间段，向所述第二电极输入所述驱动信号。
本公开至少一示例还提供一种触控装置，包括本公开任一示例提供的所述触控面板。
附图说明
为了更清楚地说明本公开示例的技术方案，下面将对示例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些示例，而非对本公开的限制。
图1为压电材料不受外力时的状态图；
图2为压电材料受外力作用产生压电效应的状态图；
图3A为本公开一示例提供的触控面板的剖视图；
图3B为本公开一示例提供的触控面板的剖视图；
图4为本公开一示例提供的触控面板的剖视图；
图5为本公开一示例提供的触控面板中的第一电极的俯视图；
图6为本公开一示例提供的触控面板中的第二电极的俯视图；
图7为本公开一示例提供的触控面板中的第一电极和第二电极的俯视图；
图8为本公开一示例提供的触控面板中的导电网格电极的俯视图；
图9为本公开一示例提供的触控面板中的导电网格电极和第二电极的俯视图；
图10为本公开一示例提供的触控面板中的导电网格电极和第二电极的俯视图。
具体实施方式
为使本公开示例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开示例的附图，对本公开示例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的示例是本公开的一部分示例，而不是全部的示例。基于所描述的本公开的示例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他示例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
本公开的示例采用了压电材料。
如图1所示，压电材料在不受外力时，电荷无规分布，表面不带电荷。
如图2所示，压电材料在受外力作用时，产生形变，引起压电材料表面带电，压电材料一端带第一电荷C1，另一端带第二电荷C2，第一电荷和第二电荷极性相反。以第一电荷C1为正电荷，第二电荷为负电荷为例进行说明，但不限于此。
如图3A所示，本公开至少一示例提供一种触控面板，包括：
第一衬底基板101；
第二衬底基板201，与第一衬底基板101相对设置；
第一电极111，位于第一衬底基板101远离第二衬底基板201的一侧，并被配置为提供参考基准；
压电层112，位于第一电极111和第一衬底基板101之间，例如，在第一衬底基板101远离第二衬底基板201的一侧；
第二电极211，位于第一衬底基板101和第二衬底基板201之间；例如，位于第一衬底基板101或第二衬底基板201上，例如，第二电极211可在第二衬底基板201靠近第一衬底基板101的一侧，也可位于第一衬底基板101靠近第二衬底基板201的一侧。
例如，压电层112位于第一电极111和第二电极211之间，第二电极211和压电层112在垂直于第一衬底基板101的方向上交叠。压电层112被配置为在其被按压时在靠近第二电极211的一侧产生第一电荷，第二电极211被配置为在按压位置处耦合第一电荷并输出触摸信号以识别触摸位置和触摸压力。
例如，第二电极211可为自电容电极，如图3A所示，第二电极211可包括彼此绝缘的多个第二子电极2111。可通过第二电极211(多个第二子电极2111)的输出信号识别触摸位置。例如，第二电极211可采用透明导电金属氧化物。透明导电金属氧化物例如包括氧化铟锡(ITO)，但不限于此。因第二电极211可耦合第一电荷，从而可使得触摸位置的输出信号(触摸信号)得到加强，从而，可以识别触摸压力。
例如，本公开的示例中，实现触控的原理为：由于人体的电场作用，当手指接触触控面板的出光一侧(例如图3A中的第一衬底基板远离第二衬底基板的一侧为出光侧)时，手指作为导体，与第二电极211(多个第二子电极2111)形成外部电容(Ce)；外部电容(Ce)和第二电极211(多个第二子电极2111)的自感电容(Cp)在第二电极211(多个第二子电极2111)与手指间形成耦合电场，将会改变自感电容(Cp)的大小；根据触控点位置电容的变化情况，从而可计算出触控点的位置，进而实现触控位置识别功能。
实现压力检测的原理为：压电层112在外力作用(按压)下，在靠近第二电极211的一侧产生第一电荷，第一电荷在第二电极211(多个第二子电极2111)与手指间形成耦合电场，将会改变自感电容(Cp)的大小。根据触控点位置电容的变化情况，从而可计算出触控点的触控压力，进而实现触控压力识别功能。例如，按压位置处的第二电极211(第二子电极211)耦合了第一电荷。
例如，触摸信号因耦合的第一电荷的量的不同而不同。例如，触摸信号因耦合的第一电荷的量的增大而增大。触摸信号包括因耦合第一电荷而形成的压力信号。当耦合第一电荷时，则触摸位置处的输出信号包括压力信号(叠加信号)。当没有压力时，触摸位置处的输出信号为触摸位置处的第二电极211(第二子电极2111)的自感电容(Cp)和外部电容(Ce)叠加后的电容产生的电信号。
为了实现触控压力检测功能，且结构最简化，考虑到压电材料集成到第一衬底基板101和第二衬底基板201之间需要考虑很多因素，如压电材料精细图形(pattern)化，以及压电材料对显示的影响等。为了最简化兼容实现压力触控检测功能，可将压电层112设置在第一衬底基板101和第二衬底基板201之外，以避免影响显示。
本公开至少一示例提供的触控面板，具有压力检测功能。因设置了压电层，从而，当受到外力例如手指按压存在力度时，压电材料特性作用，在作为基准电极的第一电极111作用下，压电材料产生的电荷会耦合到第二电极211上，从而可读出相应的触摸信号，进而得到压力信号。触摸信号例如包括电压和/或电流信号。
本公开至少一示例提供的触控面板，结构简单，成本较低，优势明显，既能实现压力触控检测又能实现灵敏压力触控检测。
例如，第一衬底基板101和第二衬底基板201可以为玻璃基板，但不限于此，还可以采用其他材质的基板(绝缘材质)。例如，第一电极111和压电层112设置在第一衬底基板101远离第二衬底基板201的一侧。例如，压电层112可以与第一衬底基板101接触，但不限于此。例如，第二电极211和压电层112之间至少包括第一衬底基板101。
例如，压电层112采用压电材料制作，压电层112具有压电效应。压电效应是指某些介质在外力的作用下，产生形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。
例如，压电层112材质包括有机压电材料和无机压电材料至少之一。例如，有机压电材料包括聚偏氯乙烯(PVDF)，聚偏氟乙烯压电材料等，但不限于此，例如，无机压电材料包括氮化铝，但不限于此，还可以采用其他材质的压电层。
当触控(无压力作用)时，压电材料可作为绝缘材料使用。此时，可通过第二电极211输出的触摸信号(第二电极211没有耦合第一电荷的情况，触摸信号不包括压力信号)获知触摸位置。例如，当触控(有压力作用)时，可通过第二电极211输出的叠加压力信号后的触摸信号(第二电极211耦合第一电荷的情况，触摸信号包括压力信号)获知触摸位置和触摸压力。因有耦合电荷和没有耦合电荷的情况下，第二电极211输出的信号不同，从而，可分辨是否有触摸压力。因耦合电荷量的不同，可分辨触摸压力的大小。例如，可通过算法根据第二电极211输出的触摸信号而确定触摸位置和触摸压力。
如图3A所示，触控面板还可包括检测单元222，检测单元222可设置在第二衬底基板201上，检测单元222被配置为检测第二电极211输出的触摸信号以检测触摸压力。检测单元222例如包括检测电路(检测IC)。
如图3A所示，根据本公开一示例提供的触控面板，压电层112与第一电极111电连接，但不限于此，也可以彼此绝缘。例如，压电层112与第一电极111接触。从而，可利于压电层112靠近第一衬底基板101的一端形成的第一电荷耦合至第二电极211。
根据本公开一示例提供的触控面板，第一电极111还被配置为导出静电和第二电荷至少之一，第二电荷为压电层112在其被按压时产生的与第一电荷极性相反的电荷。
如图3A所示，根据本公开一示例提供的触控面板，第二电极211与压电层112之间有间隔，至少包括第一衬底基板101。例如，第二电极211可利用显示面板中的电极复用而成，例如，可利用显示面板中的公共电极复用为第二电极211，但不限于此。例如，公共电极可为液晶显示面板中与像素电极产生电场以驱动液晶旋转的电极，第二衬底基板201可以是阵列基板，第一衬底基板101可以是对向基板，例如彩膜基板。例如，公共电极可为有机发光二极管显示面板中显示用的阴极。触控面板为有机发光二极管显示面板时，第一衬底基板101可以为封装基板，第二衬底基板201可以是阵列基板，阵列基板可包括薄膜晶体管、与薄膜晶体管的漏极电连接的阳极、阴极、以及位于阳极和阴极之间的有机材料功能层。
如图3A所示，根据本公开一示例提供的触控面板，第一电极111连接至参考电压端，参考电压端例如为接地端，本公开的示例以接地为例进行说明。例如，第一电极111可通过银浆连接至参考电压端。第一电极111接地可防止外界静电对触控面板的影响。例如，参考电压端可位于第二衬底基板201上。
如图3A所示，根据本公开一示例提供的触控面板，第一电极111的材料为高阻抗材料，方块电阻大于1MΩ/□的材料为高阻抗材料。例如，方块电阻是导电材料单位厚度单位面积上的电阻值。例如，方块电阻是指电阻率与材料厚度的比值。由于高阻材料阻值较高，所以触控信号不会受到屏蔽影响，同时外界静电会被高阻材料导入接地点，从而保护触控面板不受到外界静电的影响。例如，第一电极111的材料可在导电材料(导电主体)中掺杂绝缘粒子，形成绝缘粒子掺杂的导电材料，以利于达到需要的阻抗。导电主体例如包括聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和透明导电金属氧化物。透明导电金属氧化物例如包括氧化铟锡(ITO)，但不限于此。绝缘粒子例如包括氧化硅和氮氧化硅至少之一。例如，第一电极111的材料包括绝缘粒子掺杂的为氧化硅掺杂的聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)，但不限于此。高阻抗材料阻值虽高，也具有导电性，以利于提供固定电位和/或电荷导出。例如，第一电极111可采用透明材料，以利于提高透过率。例如，第一电极111可采用透明导电高阻材料。
如图3B所示，第一衬底基板101和第二衬底基板201相对设置形成盒。第一衬底基板101和第二衬底基板201可通过封框胶123粘结在一起。盒内设置液晶层124。本公开的示例以触控液晶显示面板为例进行说明，但不限于此，还可以为其他显示面板，例如有机发光二极管显示面板等。
例如，图3B中还示出了第一偏光板102和第二偏光板202。例如，压电层112可设置在第二偏光板202远离第一衬底基板101的一侧，但不限于此。压电层112还可以设置在第一衬底基板101和第一偏光板102之间。
如图3B所示，根据本公开一示例提供的触控面板/触控显示面板，为了实现彩色显示，还可包括黑矩阵103和彩膜层104。图3B中还示出了背光源301。
如图4所示，为了使得第一电极111更好的实现固定电极(电位固定)的作用，且信号均一稳定。根据本公开一示例提供的触控面板，还包括导电网格电极113，导电网格电极113可设置在第一电极111和压电层112之间。例如，导电网格电极113材质包括透明导电材料，例如，包括石墨烯或者纳米银等。
如图4所示，根据本公开一示例提供的触控面板，为了不影响触控，导电网格电极113和多个子电极2111在垂直于第一衬底基板101的方向上不重合。例如，导电网格电极113在第一衬底基板101上的正投影与多个子电极在第一衬底基板101上的正投影不重合。例如，不重合是指不具有重叠面积。例如，各第二子电极2111可单独引出以利于信号输出，但不限于此。
如图4所示，根据本公开一示例提供的触控面板，导电网格电极113的网格1131在相邻第二子电极2111之间。例如，导电网格电极113的网格1131位于第二子电极2111的间隙位置。例如，导电网格电极113可与第一电极111电连接(接触)，例如，导电网格电极113可与压电层112接触，可以整面防止外界静电，且不影响触控效果，且能实现更好的压力触控检测。
图5示出了面状的第一电极111，但本公开的示例中，第一电极111的形状不限于此，还可以为网格状等其他形状。网格状的第一电极111可参照导电网格电极113的形状，但不限于此。
图6示出了一种第二电极211的图形，包括彼此绝缘的多个第二子电极2111。多个第二子电极2111可呈阵列排布。
图7示出了第一电极111和第二电极211的俯视示意图。
图8示出了一种导电网格电极113的俯视示意图。
图9示出了一种导电网格电极113与彼此绝缘的多个第二子电极2111之间的俯视示意图。导电网格电极113的网格1131位于相邻第二子电极2111间隙内，且在俯视图上，第二子电极2111的间隙被导电网格电极113完全填满。
图10示出了一种导电网格电极113与彼此绝缘的多个第二子电极2111之间的俯视示意图。图10中，导电网格电极113的网格1131位于相邻第二子电极2111间隙内。例如，第二子电极2111和导电网格电极113的网格1131之间具有间隔213。
根据本公开一示例提供的触控面板，第一电极111的形状包括面状或网格状，压电层112的形状包括面状或网格状。
本公开至少一示例提供一种触控装置，包括上述任一触控面板。例如，触控装置包括触控显示装置。例如，触控显示装置包括液晶显示装置或有机发光二极管显示装置等，但不限于此。
本公开至少一示例提供上述任一示例提供的触控面板的驱动方法，包括：向第一电极111输入参考信号，参考信号例如包括参考电压；
向第二电极211(多个第二子电极2111)输入驱动信号，第二电极在按压位置处(按压位置处的第二子电极2111)耦合第一电荷，并输出触摸信号；
对触摸信号进行检测以识别触摸位置和触摸压力。
本公开至少一示例提供的触控面板的驱动方法，根据第二电极211(多个第二子电极2111)的输出信号，即可同时获知触摸位置和触摸压力。
例如，驱动信号可为交流信号，例如，可为交流电压信号，但不限于此。
根据本公开至少一示例提供的驱动方法，对触摸信号进行检测以识别触摸位置和所述触摸压力包括：从触摸信号中分解出触摸位置信号和触摸叠加信号，由触摸位置信号得到触摸位置，由触摸叠加信号得到触摸压力(压力大小)。
根据本公开至少一示例提供的驱动方法，当第二电极复用为显示用的公共电极时，可分时进行触摸和显示，该驱动方法包括：
在第一时间段，向第二电极211输入显示信号；
在第二时间段，向第二电极输入驱动信号。
例如，第一时间段为显示时间段，第二时间段为触摸时间段。显示时间段，除了向第二电极211输入显示信号外，还可配合为了进行显示的其他操作，例如，向像素电极输入数据信号。
例如，多个第二子电极2111输出触摸信号；未触摸位置处的第二子电极2111输出触摸基准信号S1，触摸位置处的第二子电极2111输出触摸位置信号S2，因触摸位置信号S2不同于触摸基准信号S1，从而可识别出触摸位置。而当触摸带有压力时，即按压时，触摸位置处的第二电极(第二子电极2111)输出的触摸信号Sp包括触摸位置信号S2和触摸叠加信号S3，触摸叠加信号S3可增加触摸位置信号S2的变化趋势，即，若S2小于S1，则触摸位置信号S2和触摸叠加信号S3更小于触摸基准信号S1，若S2大于S1，则触摸位置信号S2和触摸叠加信号S3之和更加大于触摸基准信号S1。触摸叠加信号S3即为触摸压力信号。触摸压力信号由第二电极(第二子电极2111)耦合的第一电荷产生。可依据耦合的第一电荷量的不同而不同。第一电荷量的多少由触控压力而定，故而，通过触摸压力信号的分析可以获知触控压力信息。
例如，通过检测触摸信号是否叠加了触摸压力信号，以及触摸压力信号情况(即，第二电极211/第二子电极2111的输出信号是否包括触摸叠加信号S3)，可给出触摸压力信息。例如，还可根据触摸信号给出触摸位置信息。
例如，第一电极111可采用涂覆方法或磁控溅射制作。可依据选择的材料采用适合的方法制作第一电极111。
例如，压电层112可采用涂覆方法制作。例如旋涂方法制作压电层112，也可采用其他适合的方法制作。可依据选择的材料采用适合的方法制作压电层112。
需要说明的是，为了清晰起见，在用于描述本公开的示例的附图中，层或区域的厚度被放大。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
并且，在不冲突的情况下，本公开的同一示例及不同示例中的特征可以相互组合。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (15)
1.一种触控面板，包括：
第一衬底基板；
第二衬底基板，与所述第一衬底基板相对设置；
第一电极，位于所述第一衬底基板远离所述第二衬底基板的一侧，被配置为提供参考基准；
压电层，位于所述第一电极和所述第一衬底基板之间；
第二电极，位于所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间；
其中，所述压电层被配置为被按压时在靠近所述第二电极的一侧产生第一电荷，所述第二电极被配置为在按压位置处耦合所述第一电荷并输出触摸信号。
2.根据权利要求1所述的触控面板，其中，所述第一电极的材料为高阻抗材料，方块电阻大于1MΩ/□的材料为所述高阻抗材料。
3.根据权利要求1所述的触控面板，其中，所述第一电极连接至参考电压端。
4.根据权利要求3所述的触控面板，其中，所述第一电极还被配置为导出静电和第二电荷至少之一，所述第二电荷为所述压电层在其被按压时产生的与所述第一电荷极性相反的电荷。
5.根据权利要求1所述的触控面板，其中，所述压电层与所述第一电极接触。
6.根据权利要求1所述的触控面板，还包括导电网格电极，其中，所述导电网格电极设置在所述第一电极和所述压电层之间。
7.根据权利要求6所述的触控面板，其中，所述第二电极包括彼此绝缘的多个第二子电极，所述导电网格电极和所述多个子电极在垂直于所述第一衬底基板的方向上不重合。
8.根据权利要求7所述的触控面板，其中，所述导电网格电极的网格在相邻第二子电极之间。
9.根据权利要求1-8任一项所述的触控面板，其中，所述第二电极复用为显示用的公共电极。
10.根据权利要求1-8任一项所述的触控面板，其中，所述第一电极的形状包括面状或网格状，所述压电层的形状包括面状或网格状。
11.根据权利要求1-8任一项所述的触控面板，还包括检测单元，其中，所述检测单元被配置为检测所述触摸信号以获得触摸压力。
12.权利要求1-11任一项所述的触控面板的驱动方法，包括：
向所述第一电极输入参考信号；
向所述第二电极输入驱动信号，所述第二电极在按压位置处耦合所述第一电荷，并输出所述触摸信号；
对所述触摸信号进行检测以识别触摸位置和触摸压力。
13.根据权利要求12所述的触控面板的驱动方法，对所述触摸信号进行检测以识别触摸位置和触摸压力包括：从所述触摸信号中分解出触摸位置信号和触摸叠加信号，由所述触摸位置信号得到触摸位置，由所述触摸叠加信号得到所述触摸压力。
14.权利要求9所述的触控面板的驱动方法，分时进行触摸和显示，该驱动方法包括：
在第一时间段，向所述第二电极输入显示信号；
在第二时间段，向所述第二电极输入所述驱动信号。
15.一种触控装置，包括权利要求1-11任一项所述的触控面板。
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