CN112925445B - 触控模组、显示模组、显示装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种触控模组、显示模组、显示装置及检测方法。触控层，触控层包括多个触控电极；压感辅助层，压感辅助层包括在触控层之上依次堆叠的第一透明基板、介质层和第二透明基板；第一透明基板和第二透明基板交叠位置处的介质层的复合介电常数与该交叠位置处介质层的厚度相关，介质层的厚度随压感辅助层承受的压力而变化。本发明能够将触控电极复用为压感电极实现压感检测，实现触控检测和压感检测一体化。

Description

触控模组、显示模组、显示装置及检测方法

技术领域

本发明涉及触控技术领域，尤其涉及一种触控模组、显示模组、显示装置及检测方法。

背景技术

随着科技的发展，触控技术也已经由简单的单点触控发展到现在的多点触控，并广泛应用在目前的智能设备中。触控技术的应用使得智能设备中显示面板的正面不需要再设置实体控制键，释放了空间，增大了显示面板的屏占比，而且提升了用户在操作时的交互体验。目前的触控技术已经能够实现对用户触摸位置的精确定位和反馈，但是不能实现对用户触摸按压的压力大小的检测。在手写或者画画等应用场景中时，为了能够控制书写线条的粗细，则显示面板在触控功能基础上还需要搭载压力传感的功能。而目前主流方案是采用主动笔来配合显示面板上的触控功能实现压力传感，还没有压力传感与显示面板一体化的设计。

发明内容

本发明实施例提供一种触控模组、显示模组、显示装置及检测方法，实现触控检测和压感检测一体化。

第一方面，本发明实施例提供一种触控模组，包括：

触控层，触控层包括多个触控电极；

压感辅助层，压感辅助层包括在触控层之上依次堆叠的第一透明基板、介质层和第二透明基板；其中，

第一透明基板和第二透明基板交叠位置处的介质层的复合介电常数与该交叠位置处介质层的厚度相关，介质层的厚度随压感辅助层承受的压力而变化。

第二方面，本发明实施例提供一种检测方法，应用于对触控模组进行检测，触控模组包括：触控层，触控层包括多个触控电极；压感辅助层，位于触控层之上，压感辅助层包括依次堆叠的第一透明基板、介质层和第二透明基板，第一透明基板和第二透明基板交叠位置处的介质层的复合介电常数与该交叠位置处介质层的厚度相关，介质层的厚度随压感辅助层承受压力而变化；检测方法，包括：

触控电极响应于用户对压感辅助层的按压产生感测信号；

根据感测信号判断用户按压的压力大小，其中，感测信号的信号量与按压的压力呈负相关。

第三方面，本发明实施例提供一种显示模组，包括显示面板和本发明任意实施例提供的触控模组，显示面板位于触控层的远离压感辅助层的一侧。

第四方面，本发明实施例还提供一种显示装置，包括本发明实施例提供的显示模组。

本发明实施例提供的触控模组、显示模组和显示装置及检测方法，具有如下有益效果：在触控层之上设置压感辅助层，压感辅助层包括介质层，其中，在压感辅助层承受外界压力时，受压位置处介质层的厚度随其承受的压力而变化，且受压位置处介质层的等效介电常数与该位置处介质层的厚度相关。将触控层中的触控电极复用为压感电极，触控电极响应于用户对压感辅助层的按压能够产生感测信号，根据感测信号能够判断按压的压力大小，实现触控电极与压感辅助层相配合进行压感检测，实现触控检测和压感检测一体化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的触控模组示意图；

图2为本发明实施例提供的触控模组承受外力时的状态示意图；

图3为本发明实施例提供的一种检测方法流程图；

图4为本发明实施例提供的一种触控模组中触控电极示意图；

图5为自电容触控检测原理图；

图6为互电容触控检测原理图；

图7为本发明实施例提供的另一种触控模组示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种触控模组示意图；

图9为本发明实施例提供的显示模组的示意图；

图10为本发明实施例提供显示装置示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

基于现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种触控模组，在触控层之上设置压感辅助层，压感辅助层包括介质层，其中，在压感辅助层承受外界压力时，受压位置处介质层的厚度随其承受的压力而变化，且受压位置处介质层的等效介电常数与该位置处介质层的厚度相关。触控层中的触控电极复用为压感电极，触控电极响应于用户对压感辅助层的按压能够产生感测信号，根据感测信号能够判断按压的压力大小，实现触控电极与压感辅助层相配合进行压感检测。

图1为本发明实施例提供的触控模组示意图，图2为本发明实施例提供的触控模组承受外力时的状态示意图。

如图1所示，触控模组包括触控层10和压感辅助层20。其中，触控层10包括多个触控电极；具体的，触控电极为透光率较高的透明电极，可选的，触控电极的制作材料包括金属氧化物，比如铟锡氧化物。其中，压感辅助层20包括在触控层10之上依次堆叠的第一基板21、介质层22和第二基板23。其中，第一基板21和第二基板23交叠位置处的介质层22的等效介电常数与该交叠位置处介质层22的厚度相关，介质层22的厚度随压感辅助层20承受的压力而变化。具体的，第一基板21为第一透明基板，第二基板23为第二透明基板，则触控模组具有较高的透光率，能够应用于显示装置中。

需要说明的是，对于介质层22来说，其制作材料本身具有相对介电常数，为材料固有属性。材料的相对介电常数会随工作频率、外界温度等因素而变化。而本发明中“介质层22的等效介电常数”是指材料堆积成一定厚度构成的膜层的介电常数。如图2所示，在触控模组承受压力时，压感辅助层20相应承受压力F，在承受压力F的位置处介质层22的厚度d变小，压力F越大则介质层22的厚度d变化程度越大。在本发明中，对于一固定位置处介质层22的厚度也即为该固定位置处第一基板21和第二基板23之间的间隔距离，也就是说第一基板21和第二基板23之间的间距限定了介质层22的厚度。

在承受压力F的位置处介质层22的等效介电常数随该位置处介质层22的厚度的变化而变化。具体的，在承受压力F的位置处介质层22的等效介电常数与该位置处介质层22的厚度呈正相关，也就是，在压感辅助层20承受压力按压时，按压压力越大，则按压位置处介质层22的厚度越小，相应的按压位置处介质层22的等效介电常数越小。具体的，本发明实施例中介质层22的制作材料具有较高的相对介电常数，则介质层22的厚度变化对介质层的等效介电常数的影响非常明显。

本发明实施例中提供的触控模组在承受外界压力时，通过压感辅助层20的辅助作用，能够利用触控电极来检测按压压力的大小，将触控电极复用为压感电极，实现触控检测和压感检测一体化。

具体的，本发明实施例提供一种检测方法，应用于对本发明实施例提供的触控模组进行检测。图3为本发明实施例提供的一种检测方法流程图，如图3所示，检测方法，包括：

步骤S101：触控电极响应于用户对压感辅助层20的按压产生感测信号。在触控检测方案中，用户手指对触控模组的按压会对检测电容(自容触控方案中为触控电极对地电容，互容触控方案中为驱动电极和感测电极之间的电容)产生影响，通过检测电容的变化实现触控检测。对于本发明提供的触控模组，用户的手指按压在触控模组的表面时，手指按压也会对检测电容的大小产生影响。在实际应用中，手指按压的作用力使得按压位置处压感辅助层20中第一基板21和第二基板23之间的距离发生变化，则按压位置处介质层22的厚度发生变化，相应的按压位置处介质层23的等效介电常数发生变化。则手指按压对检测电容的影响与介质层的厚度相关，相应的，手指按压对检测电容的影响与按压的压力相关。

步骤S102：根据感测信号判断用户按压的压力大小，其中，感测信号的信号量与按压的压力呈负相关。在本发明实施例提供的触控模组中，手指按压的压力越大，压感辅助层20承受压力越大，则介质层22的厚度越小，那按压位置处介质层22的等效介电常数越小，相应的按压对检测电容的变化影响越小，则在检测时感测信号的信号量越小，也即感测信号的信号量与按压的压力有一一对应的关系，从而能够根据感测信号判断用户按压的压力大小。也即能够实现利用触控电极进行压感检测。

具体的，本发明实施例提供的检测方法还包括：根据感测信号判断用户按压的位置。根据感测信号判断按压位置的方式与现有触控方案中的判断方式相同，以自容触控方案为例，在触摸检测时，依次分别检测横向和纵向的多个触控电极，根据触摸前后电容的变化，分别确定横向坐标和纵向坐标，然后组合成平面的触摸坐标，以确定触摸位置。本发明能够实现触控检测和压感检测一体化。

图4为本发明实施例提供的一种触控模组中触控电极示意图，图5为自电容触控检测原理图，图6为互电容触控检测原理图。

如图4中示意出了一种触控电极的结构，触控电极包括第一触控电极11-1和第二触控电极11-2，多个第一触控电极11-1在第一方向x上依次电连接形成触控电极行11H，多个第二触控电极11-2在第二方向y上依次电连接形成触控电极列11L。

具体的，在一种实施例中，触控模组应用自电容原理实现触控检测。以图4实施例提供的电极结构为例，其中，第一触控电极11-1和第二触控电极12-2分别与地构成电容，触控电极对地的电容也就是自电容。

图5为自电容触控检测原理图，如图5所示，在自电容触控模组中，触控电极11对地构成电容C_p，手指对地存在电容，当手指触摸到触控模组时，手指与触控电极11之间会形成电容C_f，相当于形成一个并联电路，电容C_f会叠加到触控电极11对地构成的电容上，使得触控电极11对地电容的电容量发生变化。对于不设置压感辅助层20的触控模组来说，以图4中示意的触控电极结构为例，通过依次分别检测触控电极行10H和触控电极列10L，检测触摸前后触控电极对地电容的变化，能够确定手指的触摸位置。

在常规的具有触控功能的显示面板中，在手指触摸显示面板的表面时，在手指与触控电极之间也会存在介质层，使得手指与触控电极之间形成电容。其中，手指与触控电极之间的介质层可以是绝缘层或者玻璃盖板等，在显示面板制作完成之后这些介质层的介电常数一般保持不变，也就是说，在现有技术中当手指触摸按压显示面板时，并不会引起介质层介电常数的变化。

而本发明实施例中在触控模组中触控层10之上设置压感辅助层20，压感辅助层20中介质层22的厚度随压感辅助层承受的压力而变化，且介质层22的厚度的变化会引起介质层22的等效介电常数的变化。则当手指触摸到触控模组时，由于手指的触摸按压会使得触摸位置处介质层22的厚度发生变化，从而触摸位置处介质层22的等效介电常数发生变化，而介质层22的等效介电常数又会影响手指与触控电极11之间的电容，进而影响触控电极11对地的电容。其中，手指按压的压力越大，按压位置处介质层22的厚度越小，则按压位置处介质层22的等效介电常数越小，相应的手指与触控电极11之间形成的电容越小，则手指的按压对触控电极对地电容影响越小，在检测时电容的变化量越小。也就是说，按压压力的大小与电容变化量呈负相关，通过检测电容的变化能够确定按压压力的大小，从而能够利用触控电极实现压感检测。

另外，对于平行板电容器的计算公式C＝εrS/(4πkd)，只能大致表征两个极板之间的电容随两个极板之间的距离、交叠面积、以及极板之间的介质层的介电常数的变化。但是上述公式不能体现电容边缘场强的变化，那么应用触控检测方案中也就不能完全体现触摸检测时触控信号量的变化规律。而且在本发明实施例中介质层的厚度本身比较薄，在触控模组承受压力时，介质层的厚度的变化对手指与触控电极之间的电容的影响远小于介质层的等效介电常数的变化对电容的影响。所以，在分析手指按压触控模组时按压压力与检测电容变化量的规律时，可以忽略介质层的厚度对电容的影响，也就是说不参考上述平行板电容器的公式中C与ε的规律。

在实际中，手指按压触控模组时按压压力与检测电容变化量的规律是能够在仿真试验中测得的。再将仿真试验得到的数据存储在处理器模块中进行应用，即能够实现触摸压力检测的功能。

具体的，在另一种实施例中，触控模组应用互电容原理实现触控检测。以图4实施例提供的电极结构为例，在触控电极行11H和触控电极列11L相互交叉的位置会形成电容，也就是互电容。

图6为互电容触控检测原理图，如图6所示，在互电容触控模组中，触控电极行11H和触控电极列11L分别作为电容的两极，在触控电极行11H和触控电极列11L相互交叉的位置会形成电容C_m。当手指触摸到触控模组时，手指与触控电极行11H之间形成电容C_fr，手指与触控电极列11L之间形成电容C_ft，则手指的触摸会影响触摸位置处触控电极行11H和触控电极列11L之间的电容C_m。在检测时，通过向触控电极列11L提供驱动电压信号，同时接收触控电极行11H回传的感应信号，能够检测触控电极行11H和触控电极列11L相互交叉位置处电容的变化，从而确定手指的触摸位置。

在本发明实施例提供的触控模组中触控层10之上设置压感辅助层20，当手指触触摸到触控模组时，由于手指的触摸按压会使得触摸位置处介质层22的厚度发生变化，从而触摸位置处介质层22的等效介电常数发生变化，而介质层22的等效介电常数又会影响手指与触控电极行11H之间形成电容C_fr以及手指与触控电极列11L之间形成电容C_ft，进而影响触摸位置处触控电极行11H和触控电极列11L之间的电容C_m。其中，手指按压的压力越大，按压位置处介质层22的厚度越小，则按压位置处介质层22的等效介电常数越小，相应的手指与触控电极行11H和触控电极列11L之间分别形成的电容越小，则手指的按压对触控电极行11H和触控电极列11L之间形成的电容的影响越小，在检测时电容的变化量越小。也就是说，按压压力的大小与电容变化量呈负相关，通过检测电容的变化能够确定按压压力的大小，从而能够利用触控电极实现压感检测。

上述关于触摸位置检测以及压感检测的原理，以手指触摸触控模组为例进行说明，在实际应用中触摸主体可以为用户的手指或者触控笔等，本发明对此不作限定。另外，上述图4示意的触控层中触控电极的结构也仅做示意性表示，本发明实施例能够适用任意一种应用自电容或者互电容原理的触控层。具体的，触控层包括触控金属层，其中，触控电极位于触控金属层。

本发明实施例提供的触控模组包括触控层和压感辅助层，其中，压感辅助层承受外界压力时，其受压位置处介质层的厚度随压力而变化，且受压位置处介质层的等效介电常数与该位置处介质层的厚度相关。在触摸主体触摸触控模组(或者包括触控模组的电子设备时)，触摸主体的按压力度不同，则触摸主体的按压对触控检测时电容的变化量影响程度不同，通过检测电容变化量的大小能够判断触摸主体的按压压力大小，通过压感辅助层与触控层进行配合，在实现触摸位置检测的同时还能够实现压感检测，实现了压力传感与触控传感一体化，能够复用触控检测电路实现压感检测，不需要额外设计压力检测电路。并且设置压感辅助层位于触控层之上，在应用中压感辅助层位于触控层的靠近触摸主体的位置，能够使得压感检测的灵敏度更高。

具体的，介质层22包括液态介质，则介质层22具有流动性，在应用中当触控主体按压触控模组时，按压的压力使得在按压位置处第一基板21和第二基板23之间相互挤压，则按压位置处的介质层22由于流动性会向周围游动，使得按压位置处介质层22液体量变少则厚度变小，而且按压的压力越大按压位置处介质层22的厚度变小的越多，则按压位置处介质层22的等效介电常数越小。在按压压力足够大时，按压位置处介质层22的液体量可能为0，则按压位置处第一基板21和第二基板23之间的等效介电常数最小。

具体的，介质层22的透光率为r，r≥80％。介质层22为高透光率的材料，在应用中由于触摸按压导致介质层22的厚度发生变化时，对介质层22的透光率影响较小，则对触控模组整面透光率的均一性影响较小，触控模组应用在显示领域对整体显示效果没有影响。

具体的，如图1所示的，在触控模组不承受外力时，在垂直于触控模组方向上，第一基板21和第二基板23之间的距离为D，其中，1μm≤D≤100μm。本发明中介质层22采用高介电常数的材料制作，介质层22的厚度变化对介质层22的等效介电常数影响明显。设置D不小于1μm则能够保证在承受压力时介质层22的厚度变化，能够引起受压位置处介质层22的等效介电常数的变化，进而能够检测信号量的变化。在触控模组出厂之间经过多次仿真试验能够得到检测信号量和按压压力之间的多组对应关系，将对应关系存储在处理器模块中，在实际检测时则能够根据检测信号量在对应关系中查找到相应的按压压力。同时设置D不大于100μm，在满足按压压力检测需求的介质层厚度时不需要将介质层的厚度设置的过厚，避免对模组整体厚度的影响。

图7为本发明实施例提供的另一种触控模组示意图，如图7所示，压感辅助层20中，第二基板23和第一基板21通过位于边缘的封框胶24固定粘结，介质层22位于第二基板23、第一基板21以及封框胶24共同形成的空腔内。具体的，第一基板21为刚性基板，第一基板21用于对介质层22进行支撑，第二基板23用于对介质层22进行封装。在应用中设置压感辅助层20位于触控层10的靠近触摸主体的一侧，设置第一基板21为刚性基板，在触控模组承受触摸主体的按压时，第一基板21能够对介质层22起到支撑作用，以保证第一基板21和第二基板23之间的介质层22的厚度随触摸主体的按压而发生变化，确保压感检测的灵敏性。同时，第二基板23在介质层22的外侧对介质层22进行封装和保护。

具体的，介质层22采用喷墨打印工艺制作。在触控模组制作时，在触控层10之上制作第一基板21，然后在第一基板21之上通过喷墨打印工艺制作介质层22，然后在介质层22的工艺之后制作第二基板23。

在一种实施例中，第二基板23为刚性基板。可选的，第二基板23为刚性塑料基板或者玻璃基板。

在另一种实施例中，第二基板23为柔性基板，第二基板23的制作材料包括具有柔性的有机材料。

具体的，图8为本发明实施例提供的另一种触控模组示意图，如图8所示，触控层10和压感辅助层20之间设置有透明胶层30。透明胶层30的透光率较高，将触控模组应用在显示领域时，不会影响电子设备的显示性能。

在一种实施方式中，在触控层10之上涂布透明胶层30，然后在透明胶层30之上依次制作第一基板21、介质层22和第二基板23以形成压感辅助层20。

在另一种实施方式中，首先制作出包括第一基板21、介质层22和第二基板23的压感辅助层20，然后将压感辅助层20与触控层10通过透明胶层30进行贴合。

本发明实施例还提供一种显示模组，图9为本发明实施例提供的显示模组的示意图，如图9所示，显示模组包括显示面板100和触控模组200，其中触控模组200为本发明任意实施例提供的触控模组，且显示面板100位于触控层10的远离压感辅助层20的一侧。沿显示面板100的出光方向上，显示面板100、触控层10、压感辅助层20依次排列。对于触控模组200的具体结构在上述实施例中已经说明，在此不再赘述。

在一种实施例中，显示面板100为液晶显示面板，显示面板100包括阵列基板、彩膜基板和液晶层。

在另一种实施例中，显示面板100为有机发光显示面板，显示面板100包括依次堆叠的阵列基板、显示层和封装结构，其中，显示层包括多个发光器件，封装结构用于对发光器件进行封装保护。具体的，在封装结构的远离显示层一侧还设置有减反层，可选的，减反层为偏光片。

在一种实施例中，触控层10和显示面板100为一体的。也就是说，触控模组200中的触控层10与显示面板100之间不设置胶层。具体的，在显示面板100的工艺之后以显示面板100为基底制作触控电极以形成触控层10，然后再在触控层10上制作压感辅助层20。

在另一种实施例中，触控模组200与显示面板100通过光学胶粘结。在制作时，分别制作触控模组200和显示面板100，然后通过光学胶将显示面板100和触控模组200贴合。

另一方面，本发明实施例还提供一种显示装置，图10为本发明实施例提供显示装置示意图，如图10所示，显示装置包括本发明实施例提供的显示模组00。本发明实施例中显示装置可以是例如手机、平板计算机、笔记本电脑、电纸书、电视机、智能穿戴产品等任何具有显示功能的设备。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种触控模组，其特征在于，包括：

触控层，所述触控层包括多个触控电极；

压感辅助层，所述压感辅助层包括在所述触控层之上依次堆叠的第一基板、介质层和第二基板；其中，

所述第一基板和所述第二基板交叠位置处的所述介质层的等效介电常数与该交叠位置处所述介质层的厚度相关，所述介质层的厚度随所述压感辅助层承受的压力而变化；

其中，所述触控电极复用为压感电极，所述触控电极与所述压感辅助层相配合进行压感检测，实现触控检测和压感检测一体化。

2.根据权利要求1所述的触控模组，其特征在于，

所述介质层包括液态介质。

3.根据权利要求1所述的触控模组，其特征在于，

所述介质层的透光率为r，r≥80％。

4.根据权利要求1所述的触控模组，其特征在于，

在垂直于所述触控模组方向上，所述第一基板和所述第二基板之间的距离为D，其中，1μm≤D≤100μm。

5.根据权利要求1所述的触控模组，其特征在于，

所述第一基板为刚性基板，所述第一基板用于对所述介质层进行支撑，所述第二基板用于对所述介质层进行封装。

6.根据权利要求5所述的触控模组，其特征在于，

所述第二基板为刚性基板。

7.根据权利要求5所述的触控模组，其特征在于，

所述第二基板为柔性基板。

8.根据权利要求1所述的触控模组，其特征在于，

所述触控层和所述压感辅助层之间设置有透明胶层。

9.一种检测方法，应用于对触控模组进行检测，其特征在于，所述触控模组包括：触控层，所述触控层包括多个触控电极；压感辅助层，位于所述触控层之上，所述压感辅助层包括依次堆叠的第一基板、介质层和第二基板，所述第一基板和所述第二基板交叠位置处的所述介质层的等效介电常数与该交叠位置处所述介质层的厚度相关，所述介质层的厚度随所述压感辅助层承受压力而变化，其中，所述触控电极复用为压感电极，所述触控电极与所述压感辅助层相配合进行压感检测，实现触控检测和压感检测一体化；

所述检测方法，包括：

所述触控电极响应于用户对所述压感辅助层的按压产生感测信号；

根据所述感测信号判断用户按压的压力大小，其中，所述感测信号的信号量与所述按压的压力呈负相关。

10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括：根据所述感测信号判断用户按压的位置。

11.一种显示模组，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的触控模组，所述显示模组还包括显示面板，其中，所述显示面板位于所述触控层的远离所述压感辅助层的一侧。

12.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求11所述的显示模组。

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