CN112130705B - 触控结构、电子装置及触控结构的驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种触控结构，其包括基板、感应层以及触控芯片。所述感应层包括自电容式触控电极及环境电极。所述触控芯片用于分别通过第一走线和第二走线向所述触控电极和所述环境电极施加相同的驱动信号，以使所述触控电极和所述环境电极分别产生第一感测信号和第二感测信号。所述触控芯片根据所述第一感测信号和所述第二感测信号的差值的变化判断触控位置。垂直于所述基板的厚度方向，所述环境电极与所述触控电极的最小距离小于5mm。沿所述基板的厚度方向，所述环境电极在所述基板上的投影面积与所述触控电极在所述基板上的投影面积的比值小于0.2。本发明实施例还提供一种电子装置及触控结构的驱动方法。

Description

触控结构、电子装置及触控结构的驱动方法

技术领域

本发明涉及触控技术领域，尤其涉及一种触控结构、应用该触控结构的电子装置及该触控结构的驱动方法。

背景技术

自容式触控结构中，当导电物体(如手指)接近触控电极时，触控电极的自电容为手指对地的电容及触控电极对地的电容并联的结果。然而，当位于触控电极上方的盖板厚度较厚(如，大于10mm)时，触控电极感应到的手指的触摸所产生的电容改变量很小。另外，触控电极对地的电容还常常受到环境的影响。例如，触控走线会受到其附近走线上的其他信号的干扰、触控芯片会受到电源的杂讯、地的杂讯的干扰等。

因此，现有的自容式触控结构中，一方面，触控芯片感测到的手指的触摸所产生的电容改变量本身很小，另一方面，触控芯片接收到的信号存在较大噪声，导致触控芯片最终收到的信号的信躁比很低，不易稳定判断正常的触摸行为。

发明内容

本发明一实施例提供一种触控结构，其包括：

基板，所述基板具有第一表面；

感应层，位于所述第一表面上，所述感应层包括自电容式的触控电极及与所述触控电极间隔且绝缘设置的环境电极；以及

触控芯片，所述触控芯片分别通过第一走线和第二走线与所述触控电极和所述环境电极电性连接；

所述触控芯片用于分别通过所述第一走线和所述第二走线向所述触控电极和所述环境电极施加相同的驱动信号，以使所述触控电极和所述环境电极分别产生第一感测信号和第二感测信号；所述触控芯片还被配置为分别通过所述第一走线和所述第二走线接收所述第一感测信号和所述第二感测信号，并根据所述第一感测信号和所述第二感测信号的差值的变化判断触控位置；

其中，垂直于所述基板的厚度方向，所述环境电极与所述触控电极的最小距离小于5mm；

沿所述基板的厚度方向，所述环境电极在所述基板上的投影面积与所述触控电极在所述基板上的投影面积的比值小于0.2；

所述第二走线紧邻所述第一走线。

该触控结构中，由于触控电极的面积远大于环境电极的面积，第一感测信号的值远大于第二感测信号的值，且第二感测信号的值中，手指的感测信号所占的比例较低，而噪声占的比例较大。另，由于第一走线紧邻第二走线，环境电极紧邻触控电极，使得第一走线和第二走线具有接近的环境杂讯以及相同的电源杂讯和地杂讯，进而第一感测信号和第二感测信号中，环境杂讯相当。即，所述第一感测信号和所述第二感测信号的差值的变化更能反映导电物体(例如，手指)的触摸行为。第一感测信号减去第二感测信号的值可保留较多的手指触摸行为导致的自电容的变化，提高了触控芯片最终检测到的信号的信噪比(信号值与噪声值的比)，触控结构具有高的灵敏度。

本发明一实施例还提供一种电子装置，包括本体以及安装于所述本体上的触控结构，其中，所述触控结构为上述的触控结构。

该电子装置包括上述的触控结构，因此，其亦具有高的信噪比，高的触控灵敏度。

本发明一实施例还提供一种上述的触控结构的驱动方法，其包括：

所述触控芯片分别通过所述第一走线和所述第二走线向所述触控电极和所述环境电极施加相同的驱动信号，以使所述触控电极和所述环境电极分别产生第一感测信号和第二感测信号；以及

所述触控芯片分别通过所述第一走线和所述第二走线接收所述第一感测信号和所述第二感测信号，并根据所述第一感测信号和所述第二感测信号的差值的变化判断触控位置。

该驱动方法中，所述触控芯片接收到的第一感测信号大部分为噪声信号，所述第一感测信号和所述第二感测信号的差值的变化更能反映导电物体(例如，手指)的触摸行为。该驱动方法，提高了触控芯片最终检测到的信号的信噪比(信号值与噪声值的比)，灵敏度高。

附图说明

图1为本发明一实施例的触控结构的平面示意图。

图2为图1所示的触控结构沿线A-A的剖面示意图。

图3为图1所示的触控结构沿线B-B的剖面示意图。

图4为本发明另一实施例的触控结构的剖面示意图。

图5为本发明一实施例的电子装置的结构示意图。

图6为本发明一实施例的触控结构的驱动方法的流程图。

主要元件符号说明

触控结构 10、20

基板 11

第一表面 111

第二表面 112

感应层 12

触控电极 121

环境电极 122

触控芯片 13

第一走线 141

第二走线 142

绝缘胶层 151

粘合层 152

盖板 16

主体部 161

按压部 162

遮光层 17

通光孔 171

显示模组 18

电路板 19

本体 30

电子装置 100

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1为本发明一实施例的触控结构10的平面示意图。图2为图1所示的触控结构10沿线A-A的剖面示意图。请结合参阅图1和图2，触控结构10包括基板11、感应层12、触控芯片13。所述基板11具有相对的第一表面111和第二表面112。感应层12位于所述第一表面111上。所述感应层12包括自电容式的触控电极121及与所述触控电极121间隔且绝缘设置的环境电极122。所述触控芯片13分别通过第一走线141和第二走线142与所述触控电极121和所述环境电极122电性连接。

所述触控芯片13用于分别通过所述第一走线141和所述第二走线142向所述触控电极121和所述环境电极122施加相同的驱动信号，以使所述触控电极121和所述环境电极122分别产生第一感测信号和第二感测信号。所述触控芯片13还被配置为分别通过所述第一走线141和所述第二走线142接收所述第一感测信号和所述第二感测信号，并根据所述第一感测信号和所述第二感测信号的差值的变化判断触控位置。

垂直于所述基板11的厚度方向，所述环境电极122与所述触控电极121的最小距离小于5mm。沿所述基板11的厚度方向，所述环境电极122在所述基板11上的投影面积与所述触控电极121在所述基板11上的投影面积的比值小于0.2。每一所述第二走线142紧邻一条所述第一走线141。

该触控结构10中，由于触控电极121的面积远大于环境电极122的面积，即触控电极121和导电物体(如，手指)之间的正对面积远大于环境电极122和导电物体(如，手指)之间的正对面积。根据电容计算公式，C＝εA/d(C为电容，ε为常数，A为两导电物体之间的正对面积，d为两导电物体之间的距离)，第一感测信号(如，电容C1)的值远大于第二感测信号(如，电容C2)的值，且由于环境电极122的面积较小导致环境电极122和导电物体(如，手指)之间的正对面积也较小，使得第二感测信号(如，电容C2)的值中，手指的感测信号所占的比例较低，而噪声占的比例较大。

另，由于第一走线141紧邻第二走线142，环境电极122紧邻触控电极121，使得第一走线141和第二走线142具有接近的环境杂讯以及相同的电源杂讯和地杂讯。即，第一感测信号和第二感测信号中，环境杂讯相当。所述第一感测信号和所述第二感测信号的差值的变化更能反映导电物体(例如，手指)的触摸行为。当对应触控结构10的一触控电极121的位置处有导电物体(例如，手指)触摸时，该区域的触控电极121和紧邻其的环境电极122的自电容感应信号均出现差异。其中，由于环境电极122的面积较小，其因手指的触摸行为产生的自电容变化也较小，使得第二感测信号大部分为环境杂讯产生的噪声。而由于触控电极121面积较大，其因手指的触摸行为产生的自电容变化较大。且由于触控电极121面积远远大于环境电极122的面积(5倍以上)，因此，触控电极121由于手指的触摸操作产生的自电容的变化也远远大于环境电极122由于手指的触摸操作产生的自电容变化，以至于环境电极122由于手指的触摸操作产生的自电容变化可以忽略不计。

另，由于环境电极122和触控电极121紧邻，第一走线141和第二走线142紧邻，第一感测信号和第二感测信号中包含的噪声基本相等。因此，第一感测信号减去第二感测信号的值可保留较多的手指触摸行为导致的自电容的变化，提高了触控芯片13检测的信噪比(信号值与噪声值的比)，触控结构10具有高的灵敏度。

于一实施例中，触控电极121及环境电极122的数量均为多个。如图1所示，触控电极121和环境电极122为一一对应的。第一走线141和第二走线142也是一一对应的。每一触控电极121通过一条第一走线141电性连接至触控芯片13。每一环境电极122通过一条第二走线142电性连接至触控芯片13。第一走线141和第二走线142延伸方向相同，且二者之间大致等距平行。

于一实施例中，所述第二走线142和所述第一走线141之间的垂直距离小于10mm。所述第二走线142和其对应的一条第一走线141的长度差小于10mm。如此，通过在每一触控电极121的周边设置一个环境电极122，并在连接该触控电极121的第一走线141的周边设置一条第二走线142，且保证第二走线142与第一走线141长度相等或相差很小，使得触控芯片13上检测到的环境电极122的第二感测信号基本为其对应的触控电极121的环境噪声。

图1中，示出了四对触控电极121和环境电极122。可以理解，触控电极121和环境电极122的对数可以为1，2，3或更多。另，图1中，触控电极121为圆形，环境电极122为矩形。于其他实施例中，触控电极121和环境电极122的形状可以相同或不同，且也可以为其他形状，例如，菱形、三角形等。

于一实施例中，虽不限定触控电极121和环境电极122的形状，但二者的面积相差越大，第一感测信号和第二感测信号的差越能反映触摸行为导致的自电容值的变化。

图1中，触控芯片13位于一电路板19上，电路板19搭接在基板11上。电路板19可以为软性电路板。

于一实施例中，触控芯片13上设置有驱动电路和检测电路。驱动电路可以一一向触控电极121和环境电极122施加相同的驱动信号(例如，驱动电压)，并一一接收每一触控电极121和环境电极122在驱动信号作用下反馈的第一感测信号(例如，电容值)和第二感测信号(例如，电容值)。当用户的手指靠近或触摸触控结构10时，该触摸位置对应的触控电极121处自电容值发生变化，该变化可通过第一感测信号和第二感测信号的差值反应。检测电路处理第一感测信号(例如，电容值)和第二感测信号(例如，电容值)，得到二者的差值，以把大部分环境的杂讯去除，进而判断触控位置。

于一实施例中，触控电极121和环境电极122可以为同一个导电材料层图案化形成。触控电极121和环境电极122的材料可以为氧化铟锡、金属网格、纳米银、石墨烯、铜或铝等金属单质、金属合金、透明导电高分子等导电材料。

如图2所示，所述触控结构10还包括盖板16。所述盖板16位于所述感应层12远离所述基板11的一侧。所述盖板16包括主体部161以及由所述主体部161向远离所述感应层12的方向凸伸的按压部162。每一所述按压部162对准一个所述触控电极121设置。即，按压部162和触控电极121为一一对应的。

如图1所示，主体部161大致呈矩形平板状。每一按压部162大致呈圆形。沿所述基板11的厚度方向，每一所述按压部162的投影落入其对应的一个所述触控电极121的投影范围内，而所述按压部162的投影和任意一个所述环境电极122的投影均不重叠。

如图3所示，环境电极122到按压部162的上表面(即，按压部162远离感应层12的表面，也即触摸面)的距离大于触控电极121到按压部162的上表面的距离。因此，当导电物体(如，手指)触摸到按压部162时，手指和触控电极121之间的距离小于手指和触控电极121周边的环境电极122之间的距离。由电容计算公式，C＝εA/d(C为电容，ε为常数，A为两导电物体之间的正对面积，d为两导电物体之间的距离)可知，第一感测信号(如，电容C1)的值更大于第二感测信号(如，电容C2)的值，使得第二感测信号(如，电容C2)的值中，手指的感测信号所占的比例相较于第一感测信号中手指的感测信号所占的比例可以忽略不计。因此，第一感测信号减去第二感测信号的值可保留较多的手指触摸行为导致的自电容的变化，提高了触控芯片13检测的信噪比(信号值与噪声值的比)，触控结构10具有高的灵敏度。

于一实施例中，所述盖板16为透明的，所述触控结构10还包括遮光层17。

如图2和图3所示，所述遮光层17位于所述盖板16靠近所述感应层12的表面，所述遮光层17对应所述按压部162开设有通光孔171。通光孔171大致呈圆形，通光孔171的大小与按压部162相当。盖板16的材质例如为透明的玻璃或透明的塑料。

于一实施例中，遮光层17完全覆盖盖板16的除去通光孔171以外的区域，以使其遮挡通光孔171以外的部分的光线，进而对触控结构10的内部线路(如环境电极122、第一走线141和第二走线142)其遮蔽作用。遮光层17的材料可以为遮光油墨。

如图2和图3所示，触控结构10还包括绝缘胶层151。绝缘胶层151位于盖板16和基板11之间，以粘接二者。绝缘胶层151填充触控电极121、环境电极122、第一走线141及第二走线142两两之间的间隙，以使基板11上的触控电极121、环境电极122、第一走线141及第二走线142之间通过绝缘胶层151实现绝缘设置。于一实施例中，绝缘胶层151可以为透明光学胶。

如图2和图3所示，触控结构10还包括显示模组18。所述显示模组18位于所述基板11远离所述感应层12的一侧并通过粘合层152与基板11的第二表面112粘接。

于一实施例中，粘合层152为透明光学胶，所述基板11及所述感应层12为透光的，以使得显示模组18显示的画面可以在按压部162处进行显示。

于一实施例中，基板11为透明的，其材质为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或透明聚酰亚胺等。感应层12的材质例如为，氧化铟锡、金属网格、透明导电高分子等。

于一实施例中，触控结构10还包括一处理器(图未示)。触控芯片13及显示模组18分别电性连接处理器。每一按压部162可对应一个功能。当触控芯片13检测到某一按压部162对应的位置处的触摸行为时，可向处理器发送信号，处理器接收该信号后，使显示模组18显示该按压部162对应功能的按键标识。由于对应按压部162处，盖板16、绝缘胶层151、触控电极121、基板11以及粘合层152均为透光的，使得该按键标识可被用户观看到。

于一实施例中，显示模组18可以为液晶显示模组、微型发光二极管显示模组或者有机发光二极管显示模组等，在此不作限定。

图4为本发明另一实施例的触控结构20的剖面示意图。如图4所示，该触控结构020和触控结构10的区别在于，触控结构20中，盖板16呈平板状而不包括按压部162，盖板16的远离感应层12的一面(即，触控面)为一平面，触控结构20可以为自容式触控面板。

图5为本发明一实施例的电子装置100的结构示意图。如图5所示，电子装置100包括本体30以及安装于所述本体30上的触控结构10(20)。

于一实施例中，电子装置100可以为电子游戏机的操作手柄，按压部162为操作手柄上的按钮，用户可通过操纵其按钮，实现对游戏虚拟角色的控制。按压部162可以用作功能键、暂停键或主页键等。相较于传统的物理按键，触控式的按压部162具有反应灵敏、易于操作、外观简洁、使用寿命长等优点。在游戏过程中，用户的视线主要集中于游戏画面，设计者将触控按钮凸出主体部161的上表面，用户仅凭借触感即可完成相应操作。

于其他实施例中，上述触控结构10(20)还可以应用于家用电器例如洗衣机、电饭煲、热水器等。其中触控结构10中，按压部162可作为家用电器上的触控按钮，以实现触控操作。

图6为本发明一实施例的触控结构10(20)的驱动方法的流程图。如图6所示，该触控结构10(20)的驱动方法包括如下步骤。

步骤S1：所述触控芯片13分别通过所述第一走线141和所述第二走线142向所述触控电极121和所述环境电极122施加相同的驱动信号，以使所述触控电极121和所述环境电极122分别产生第一感测信号和第二感测信号。

步骤S2：所述触控芯片13分别通过所述第一走线141和所述第二走线142接收所述第一感测信号和所述第二感测信号，并根据所述第一感测信号和所述第二感测信号的差值判断触控位置。

该驱动方法中，触控芯片13检测到的第二感测信号的大部分为环境噪声，而由于环境电极122和触控电极121紧邻，第一走线141和第二走线142紧邻，使得第一感测信号和第二感测信号中包含的噪声基本相等。因此，第一感测信号减去第二感测信号的值可保留较多的手指触摸行为导致的自电容的变化，提高了触控芯片13检测的信噪比(信号值与噪声值的比)，进而使得触控结构10(20)具有更高的灵敏度。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种触控结构，其特征在于，包括：

基板，所述基板具有第一表面；

感应层，位于所述第一表面上，所述感应层包括自电容式的触控电极及与所述触控电极间隔且绝缘设置的环境电极，所述触控结构还包括盖板，所述盖板位于所述感应层远离所述基板的一侧，所述盖板包括主体部以及由所述主体部向远离所述感应层的方向凸伸的至少一个按压部，且所述按压部对准所述触控电极设置；沿所述基板的厚度方向，所述按压部的投影完全落入所述触控电极的投影范围内；以及

触控芯片，所述触控芯片分别通过第一走线和第二走线与所述触控电极和所述环境电极电性连接；

所述触控芯片用于分别通过所述第一走线和所述第二走线向所述触控电极和所述环境电极施加相同的驱动信号，以使所述触控电极和所述环境电极分别产生第一感测信号和第二感测信号；所述触控芯片还被配置为分别通过所述第一走线和所述第二走线接收所述第一感测信号和所述第二感测信号，并根据所述第一感测信号和所述第二感测信号的差值的变化判断触控位置；

其中，垂直于所述基板的厚度方向，所述环境电极与所述触控电极的最小距离小于5mm；

沿所述基板的厚度方向，所述环境电极在所述基板上的投影面积与所述触控电极在所述基板上的投影面积的比值小于0.2；

所述第二走线紧邻所述第一走线。

2.如权利要求1所述的触控结构，其特征在于，所述第二走线和所述第一走线的长度差小于10mm。

3.如权利要求1所述的触控结构，其特征在于，所述第二走线和所述第一走线之间等距平行，且所述第二走线和所述第一走线之间的垂直距离小于10mm。

4.如权利要求1所述的触控结构，其特征在于，沿所述基板的厚度方向，所述按压部的投影和所述环境电极的投影不重叠。

5.如权利要求1所述的触控结构，其特征在于，所述盖板为透明的，所述触控结构还包括遮光层，所述遮光层位于所述盖板靠近所述感应层的表面，所述遮光层对应所述按压部开设有通光孔。

6.如权利要求1所述的触控结构，其特征在于，所述触控结构还包括显示模组，所述显示模组位于所述基板远离所述感应层的一侧，所述基板及所述感应层为透光的。

7.一种电子装置，包括本体以及安装于所述本体上的触控结构，其特征在于，所述触控结构为如权利要求1至6中任意一项所述的触控结构。

8.一种如权利要求1至6中任意一项所述的触控结构的驱动方法，其特征在于，包括：

所述触控芯片分别通过所述第一走线和所述第二走线向所述触控电极和所述环境电极施加相同的驱动信号，以使所述触控电极和所述环境电极分别产生第一感测信号和第二感测信号；以及

所述触控芯片分别通过所述第一走线和所述第二走线接收所述第一感测信号和所述第二感测信号，并根据所述第一感测信号和所述第二感测信号的差值的变化判断触控位置。