CN115933897A - 触控模组及触控显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种触控模组，包括：超声波组件，包括：发射层，用于在发射时段第一超声波；接收层，用于在接收时段接收根据所述第一超声波反射的第二超声波，并用于根据所述第二超声波生成触控感测信号后输出；基材，位于所述发射层和所述接收层之间，所述基材厚度为所述第一超声波的半波长的整数倍；及触控控制电路，分别电连接所述发射层和所述接收层，用于输出驱动信号至所述发射层以驱动所述发射层发射所述第一超声波，并用于接收所述触控感测信号，根据所述触控感测信号获取触控位置。本申请还提供一种触控显示装置。

Description

触控模组及触控显示装置

技术领域

本申请涉及人机交互技术领域，尤其涉及一种触控模组及应用该触控模组的触控显示装置。

背景技术

触控面板是目前消费电子设备(如手机、平板、电脑、大屏等)的主要人机交互接口。可以在触控面板上实现点击、滑动、手势等操作，给所述电子设备下发各种命令或者选择图形界面上的对象。

当前主要的触控面板类型包括电容式、红外式、表面声波式等。电容式触控面板具有触摸精度高、触摸体验好等优，但无法应用于金属材质的触控面板。红外式触控面板精度良好，但需要增设光源和传感器等结构以支持触控，光源和传感器等结构会占据额外空间，导致凸边，不支持触控面板的纯平轮廓。表面声波式触控面板不支持多点触控，且易受触控面板表面上附着物的干扰。

发明内容

本申请第一方面提供一种触控模组，包括：

超声波组件，包括：

发射层，用于在发射时段第一超声波；

接收层，用于在接收时段接收根据所述第一超声波反射的第二超声波，并用于根据所述第二超声波生成触控感测信号后输出；

基材，位于所述发射层和所述接收层之间，所述基材厚度为所述第一超声波的半波长的整数倍；及

触控控制电路，分别电连接所述发射层和所述接收层，用于输出驱动信号至所述发射层以驱动所述发射层发射所述第一超声波，并用于接收所述触控感测信号，根据所述触控感测信号获取触控位置。

上述触控模组，基于第一超声波和第二超声波获取触控位置，第一方面，由于超声波可穿透金属材质，有利于增加触控模组的应用场景，例如使得触控模组可应用于接触层为金属的场景。第二方面，第一超声波可根据电信号驱动产生，因此基于第一超声波和第二超声波获取触控位置，无需搭配光源等结构，有利于节省触控模组的体积，当触控模组应用于触控显示装置时，有利于减小触控模组所占空间。第三方面，本实施例中的触控模组可支持多点触控，超声波穿透性强衰减较慢，受接触层上附着物的干扰较小。

第四方面，本实施例中的触控模组的基材厚度为所述第一超声波的半波长的整数倍，可以增强第一超声波和第二超声波的能量，进而增大信噪比。

于一些实施例中，所述超声波组件还包括声阻抗匹配层，所述声阻抗匹配层位于所述接收层远离所述基材的一侧，用于匹配所述超声波组件与一接触层的声阻抗。

如此，有利于使得超声波(第一超声波和第二超声波)能量穿透超声波组件与一接触层之间的界面，提高超声波的透射率、降低超声波的反射率，提高超声波组件接收到的第二超声波的能量，从而有利于提升触控位置的精度。

于一些实施例中，所述声阻抗匹配层为环氧树脂。

于一些实施例中，所述超声波组件还包括阻尼背衬层，所述阻尼背衬层位于所述发射层远离所述基材的一侧，用于吸收所述第一超声波。

如此，有利于避免第一超声波被反射后对接收到的第二超声波造成干扰，因此通过设置阻尼背衬层有利于提高第二超声波的信噪比。

于一些实施例中，所述阻尼背衬层为橡胶或环氧胶。

于一些实施例中，所述发射层包括第一电极层，所述第一电极层电连接所述触控控制电路，用于接收所述驱动信号；

所述接收层包括第二电极层，所述第二电极层电连接所述触控控制电路，用于输出所述触控感测信号至所述触控控制电路。

于一些实施例中，所述触控模组还包括多个第一开关和多个第二开关；

所述多个第一开关分别电连接所述发射层，所述多个第二开关分别电连接所述接收层，所述触控控制电路通过控制所述多个第一开关的导通与关断控制所述发射层发射所述第一超声波，所述触控控制电路通过控制所述多个第二开关的导通与关断控制所述接收层输出所述触控控制信号。

如此，所述触控感测信号通过所述多个开关中的至少部分开关传输至所述触控控制电路，触控控制电路可以通过控制各个开关处于导通状态或关断状态，控制超声波组件发射第一超声波或接收第二超声波，各个开关的状态(导通或关断)不同，超声波组件发射第一超声波和/或接收第二超声波的位置、面积不同，发射第一超声波和/或接收第二超声波的位置不同，可检测不同范围内是否有手指触控，单次发射第一超声波和/或单次接收第二超声波的面积不同，可获得不同的检测精度、检测时长，因此通过控制各个开关处于导通状态或关断状态，可调节触控模组的检测范围、检测精度、检测时长。

于一些实施例中，所述第一电极层包括多个第一电极块，所述多个第一电极块沿第一方向相互间隔平行排列，每一所述第一开关至少电连接一个所述第一电极块；

所述第二电极层包括多个第二电极块，所述多个第二电极块沿第二方向相互间隔平行排列，每一所述第二开关至少电连接一个所述第二电极块。

于一些实施例中，至少部分所述多个第一电极块包括多个依次电连接的菱形电极，至少部分所述多个第二电极块包括多个依次电连接的菱形电极。

如此，相较于条形的第一电极块和第二电极块，增加了手指触控时可覆盖的第一电极块和第二电极块的数量，有利于使得手指触控时引起足够的信号改变量(第一超声波与第二超声波的差值)，因此有利于提高信噪比，进而有利于提高触控的检出概率。

于一些实施例中，所述第一电极层为一连续的导电层；

所述第二电极层包括多个第二电极块，所述多个第二电极块排列为包括多行多列的矩阵。

如此，第一电极层为一连续的导电层，在第一电极层被施加驱动信号时，发射层发射的第一超声波为平面波，有利于使得第一超声波覆盖更大的区域，有利于在手指触控时获得更多的信号改变量(第一超声波与第二超声波的差值)，因此有利于提高信噪比，进而有利于提高检出概率和触控精度。

于一些实施例中，每一所述第二电极块在所述第一电极层上的投影为矩形。

于一些实施例中，至少部分所述多个第二电极块在所述第一电极层上的投影为菱形。

如此，相较于矩形的第二电极块，增加了手指触控时可覆盖的第二电极块数量，有利于使得手指触控时引起足够的信号改变量(第一超声波与第二超声波的差值)，因此有利于提高信噪比，进而有利于提高触控的检出概率。

于一些实施例中，所述触控模组还包括多个第三开关，所述多个第三开关与所述多个第二电极块一一对应电连接，所述第一电极层电连接所述触控控制电路；

所述触控控制电路输出所述驱动信号至所述第一电极层以驱动所述发射层发射所述第一超声波，所述触控控制电路通过控制所述多个第三开关的导通与关断控制所述多个第二电极块输出所述触控感测信号。

于一些实施例中，所述基材为玻璃、聚酰亚胺薄膜或聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。

于一些实施例中，所述第一电极层和所述第二电极层为透明导电材料。

如此，所述第一电极层和所述第二电极层可以透射显示图像的光。

于一些实施例中，所述第一电极层和所述第二电极层为氧化铟锡。

于一些实施例中，所述第一电极层和所述第二电极层为金属。

如此，所述第一电极层和所述第二电极层具有良好的导电性。

于一些实施例中，所述第一电极层和所述第二电极层为银、铬、铜、镍或金。

本申请第二方面提供一种触控显示装置，包括：

如上述任一项所述的触控模组，用于获取触控位置；

显示模组，与所述触控模组电连接，用于根据所述触控位置显示图像。

上述触控显示装置中，触控模组基于第一超声波和第二超声波获取触控位置，第一方面，由于超声波可穿透金属材质，有利于增加触控模组的应用场景，例如使得触控模组可应用于接触层为金属的场景。第二方面，第一超声波可根据电信号驱动产生，因此基于第一超声波和第二超声波获取触控位置，无需搭配光源等结构，有利于节省触控模组的体积，当触控模组应用于触控显示装置时，有利于减小触控模组所占空间。第三方面，本实施例中的触控模组可支持多点触控，超声波穿透性强衰减较慢，受接触层上附着物的干扰较小。

第四方面，本实施例中的触控显示装置中，触控模组的基材厚度为所述第一超声波的半波长的整数倍，可以增强第一超声波和第二超声波的能量，进而增大信噪比。

本申请第三方面提供一种触控模组，包括：

超声波组件，用于在发射时段发射第一超声波，在接收时段接收根据所述第一超声波反射的第二超声波，并用于根据所述第二超声波生成触控感测信号后输出；

多个开关，所述多个开关电连接所述超声波组件；以及

触控控制电路，分别电连接所述多个开关，用于控制所述多个开关导通或断开，以控制所述超声波组件发射所述第一超声波和接收所述第二超声波，并用于接收所述触控感测信号，根据所述触控感测信号获取触控位置。

上述触控模组，基于第一超声波和第二超声波获取触控位置，第一方面，由于超声波可穿透金属材质，有利于增加触控模组的应用场景，例如使得触控模组可应用于接触层为金属的场景。第二方面，第一超声波可根据电信号驱动产生，因此基于第一超声波和第二超声波获取触控位置，无需搭配光源等结构，有利于节省触控模组的体积，当触控模组应用于触控显示装置时，有利于减小触控模组所占空间。第三方面，本实施例中的触控模组可支持多点触控，超声波穿透性强衰减较慢，受接触层上附着物的干扰较小。

第四方面，触控模组包括多个开关，多个开关电连接超声波组件，触控控制电路可以通过控制各个开关处于导通状态或关断状态，控制超声波组件发射第一超声波或接收第二超声波，各个开关的状态(导通或关断)不同，超声波组件发射第一超声波和/或接收第二超声波的位置、面积不同，发射第一超声波和/或接收第二超声波的位置不同，可检测不同范围内是否有手指触控，单次发射第一超声波和/或单次接收第二超声波的面积不同，可获得不同的检测精度、检测时长，因此通过控制各个开关处于导通状态或关断状态，可调节触控模组的检测范围、检测精度、检测时长。

于一些实施例中，所述超声波组件包括收发层，所述收发层用于分时发射所述第一超声波和接收所述第二超声波。

如此，一方面，有利于减小触控模组整体厚度，降低触控模组的工艺复杂度和成本；另一方面，有利于改善超声波组件各个区域的一致性，从而提高第二超声波的信噪比。

于一些实施例中，所述收发层包括相互电绝缘的第三电极层和第四电极层，所述多个开关分别电连接所述第三电极层；

在发射时段，所述触控控制电路控制所述第三电极层保持地电压，并输出驱动信号至所述第四电极层，以使得所述收发层发射所述第一超声波；

在接收时段，所述触控控制电路控制所述第四电极层保持地电压，所述收发层接收所述第二超声波并根据所述第二超声波生成触控感测信号，所述第四电极层用于输出所述触控感测信号至所述触控控制电路。

于一些实施例中，所述第三电极层包括多个第二电极块，所述多个第二电极块排列为包括多行多列的矩阵；

所述第四电极层为一连续的导电层。

如此，第四电极层为一连续的导电层，在第四电极层被施加驱动信号时，收发层发射的第一超声波为平面波，有利于使得第一超声波覆盖更大的区域，有利于在手指触控时获得更多的信号改变量(第一超声波与第二超声波的差值)，因此有利于提高信噪比，进而有利于提高检出概率和触控精度。

于一些实施例中，每一所述第二电极块在所述第四电极层上的投影为矩形。

于一些实施例中，至少部分所述多个第二电极块在所述第四电极层上的投影为菱形。

如此，相较于矩形的第二电极块，增加了手指触控时可覆盖的第二电极块数量，有利于使得手指触控时引起足够的信号改变量(第一超声波与第二超声波的差值)，因此有利于提高信噪比，进而有利于提高触控的检出概率。

于一些实施例中，所述多个开关包括多个第四开关，所述多个第四开关与所述多个第二电极块一一对应电连接，所述第四电极层电连接所述触控控制电路。

附图说明

图1为本申请实施一的触控显示装置的结构示意图。

图2为图1中触控模组的平面结构示意图。

图3为本申请实施一的接触层、贴合层及图2中超声波组件沿A-A’线的剖面结构示意图。

图4为图2中超声波组件沿B-B’线的剖面结构示意图。

图5为图4中第一电极层的平面结构示意图。

图6为图4中第二电极层的平面结构示意图。

图7为图4中第一电极层、第二电极层、触控控制电路、开关的平面结构示意图。

图8为本申请实施例一对触控感测信号的处理过程示意图。

图9为本申请实施例一的一变更实施例中对触控感测信号的处理过程示意图。

图10为本申请实施例二的触控模组的部分剖面结构和实施例二的接触层、贴合层的剖面结构示意图。

图11为本申请实施例三的触控模组的部分剖面结构和实施例三的接触层、贴合层的剖面结构示意图。

图12为图11中第一电极层的平面结构示意图。

图13为图11中第二电极层的平面结构示意图。

图14为本申请实施例四的触控模组的部分剖面结构和实施例四的接触层、贴合层的剖面结构示意图。

图15为图14中第一电极层的平面结构示意图。

图16为图14中第二电极层的平面结构示意图。

图17为本申请实施例四中第一电极层、第二电极层、触控控制电路、开关的平面结构示意图。

图18为本申请实施例四的一变更实施例的第二电极层的平面结构示意图。

图19为本申请实施例五的触控模组的部分剖面结构和实施例五的接触层、贴合层的剖面结构示意图。

图20为图19中第三电极层的平面结构示意图。

图21为图19中第四电极层的平面结构示意图。

图22为本申请实施例五中第三电极层、第四电极层、触控控制电路、开关的平面结构示意图。

图23为本申请实施例五中发射第一超声波的示意图。

图24为本申请实施例五中接收第二超声波的示意图。

主要元件符号说明

触控显示装置                           10

触控模组                               100、500、600、700、800

超声波组件                             110、510、610、710、810

发射层                                 111、511、611、711

第一电极层                             1111、5111、6111、7111

电极块                                 T、T1、T2……TN

菱形电极                               T0、R0

第一参考电极层                         1112、5112、6112、7112

压电层                                 1113、5113、6113、7113

基材                                   112、512、612、712、812

接收层                                 113、513、613、713

电极块                                 R、R1、R2……RM

第二电极层                             1131、5131、6131、7131

第二参考电极层                         1132、5132、6132、7132

压电层                                 1133、5133、6133、7133

保护层                                 114、514、813

触控控制电路                           120、520、620、720

驱动模块                               121、521、621、721

主控芯片                               122、522、622、722

信号处理模块                           123、523、623、723

第一开关                               130、530、630

第二开关                               140、540、640

声阻抗匹配层                           515

阻尼背衬层                             516

第三开关                               730

收发层                                 811

第三电极层                             8111

第四电极层                             8112

第四开关                               830

显示模组                               200

接触层                                 300

贴合层                                 400

第一方向                               X

第二方向                               Y

幅值                                   P1、P2

覆盖范围                               F1、F2、F3、F4

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。

实施例一

本实施例的触控显示装置，可为智能终端(例如手机)、便携式办公电脑、穿戴设备(例如智能手表)等具有图像显示功能和触控功能的电子装置。

请参阅图1，本实施例中触控显示装置10包括触控模组100和显示模组200。触控模组100用于实现所述触控功能，显示模组200用于实现所述图像显示功能。触控模组100与显示模组200电连接。触控模组100上接收到触控物体(例如为手指)的触控操作时，触控模组100可获取该触控物体的触控位置，显示模组200可根据所述触控位置显示相应的图像。例如在某一时刻手指的触控位置上为播放音乐的按钮(触控显示装置10所显示的虚拟按钮)，则显示模组200可响应于手指的触控从而显示播放音乐的界面。本实施例中，触控模组100和显示模组200层叠设置。于一变更实施例中，触控模组100也可内嵌于显示模组200中。

手指触控显示装置10时，可能触控显示装置10的玻璃盖板、背面或侧边的金属壳体等。本实施例中，触控显示装置10包括接触层300，接触层300层定义为手指触控触控显示装置10时所直接接触的层(如前述玻璃盖板、金属壳体等)。本实施例中，触控模组100用于发射第一超声波E1。第一超声波E1到达接触层300时，至少部分被接触层300反射，定义接触层300所反射的超声波为第二超声波E2，第二超声波E2可被触控模组100接收。当接触层300上存在手指时，一部分第一超声波E1会透射至手指内部，另一部分作为第二超声波E2被接触层300反射后再被触控模组100接收。触控模组100用于根据第一超声波E1和第二超声波E2判断手指触控的位置(或坐标)。

请参阅图2，触控模组100包括超声波组件110、触控控制电路120及多个开关。本实施例中，该多个开关包括多个第一开关130和多个第二开关140。触控控制电路120分别电连接每一第一开关130和每一第二开关140，每一第一开关130和每一第二开关140分别电连接超声波组件110。触控控制电路120通过控制每一第一开关130和每一第二开关140的导通与关断，控制超声波组件110发射第一超声波并接收第二超声波。

请一并参阅图3和图4，本实施例中，超声波组件110包括依次层叠设置的发射层111、基材112及接收层113。发射层111和接收层113分别设置于基材112的两个相对的表面上。基材112可选用刚性或柔性基材，如玻璃、聚酰亚胺薄膜(Polyimide，PI)膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)膜等，用于承载发射层111和接收层113并使之相互电绝缘。本实施例中，基材112的厚度为第一超声波的半波长的整数倍，可以增强第一超声波和第二超声波的能量，进而增大信噪比。

触控显示装置10还包括用于贴合超声波组件110与接触层300的贴合层400，发射层111位于基材112远离贴合层400的表面上，贴合层400直接接触接触层300和接收层113。于一变更实施例中，接收层113和发射层111的位置可互换。

本实施例中，超声波组件110还包括保护层114。保护层114位于发射层111远离基材112的表面上。保护层114为高分子保护膜，用于保护超声波组件110免受外部机械损伤、环境腐蚀等影响。

发射层111包括第一电极层1111、第一参考电极层1112及压电层1113，第一电极层1111和第一参考电极层1112分别位于压电层1113的两个相对的表面上，其中第一电极层1111位于压电层1113远离基材112的表面。第一电极层1111包括多个条形的第一电极块T，第一参考电极层1112为连续的一整层导电层。压电层1113可为压电陶瓷、有机压电材料等。压电陶瓷例如为锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)O3，PZT)，有机压电材料例如为聚偏氟乙烯(Poly(vinylidene fluoride)，PVDF)薄膜。第一电极层1111和第一参考电极层1112被施加不同电压时，压电层1113两端产生电压差，所述电压差使得压电层1113产生第一超声波。

接收层113包括第二电极层1131、第二参考电极层1132及压电层1133，第二电极层1131和第二参考电极层1132分别位于压电层1133的两个相对的表面上，其中第二电极层1131位于压电层1133远离基材112的表面上。第二电极层1131包括多个条形的第二电极块R，第二参考电极层1132为连续的一整层导电层。压电层1133可为压电陶瓷、有机压电材料等。压电陶瓷例如为PZT，有机压电材料例如为PVDF薄膜。压电层1133用于接收第二超声波并根据第二超声波产生触控感测信号，第二参考电极层1132被施加一参考电压(例如地电压)，该触控感测信号可经第二电极层1131输出。

请参阅图5，第一电极层1111中多个第一电极块T依次编号为第一电极块T1、T2、T3……TN。第一电极块T1、T2、T3……TN相互平行且沿第一方向X等间距排列。本实施例中，N＝30，也即第一电极层1111包括30个第一电极块T。每一第一电极块T的宽度(也即沿第一方向X的长度)为W，相邻第一电极块T之间的间距为K，定义宽度W和间距K的和为节距P，也即P＝W+K。本实施例中，W＝3.6㎜，K＝0.4㎜，超声波组件110的有效触控长度L＝N*P＝30*(3.6+0.4)＝120㎜。

请参阅图6，第二电极层1131的结构与第一电极层1111的结构基本类似，第二电极层1131中多个第二电极块R依次编号为第二电极块R1、R2、R3……RM。第二电极块R1、R2、R3……RM相互平行且沿第二方向Y等间距排列。第一方向X与第二方向Y相互垂直。本实施例中，M＝15，也即，第一参考电极层1112包括16个第二电极块R。

于其他实施例中，相邻电极块之间的间距、每一电极块的宽度、节距、有效触控长度、数量等可为其他数值。相邻电极块之间的间距、每一电极块的宽度、节距、有效触控长度、数量等数值可根据电极块的形状、排列方式、触控精度要求、触控模组面积等等多种因素决定。

手指触控触控显示装置10时所覆盖的范围大致为圆形的范围。如图5和图6所示，手指触控触控显示装置10时，可能产生F1和F2两种情况的覆盖范围。根据手指的大小和本实施例中电极块(T、R)之间的间距、电极块宽度、节距等的数值设置，覆盖范围F1大致可覆盖相邻排列的两个第一电极块T，也可覆盖相邻排列的两个第二电极块R，覆盖范围F2大致可覆盖相邻排列的三个第一电极块T，也可覆盖相邻排列的三个第二电极块R。也即，手指触控触控显示装置10时至少可覆盖两个相邻排列的电极块(T、R)，有利于使得手指触控时引起足够的信号改变量(第一超声波与第二超声波的差值)，因此有利于提高信噪比，进而有利于提高触控的检出概率。

请参阅图7，本实施例中，第一开关130的数量与第一电极块T的数量相同，第一开关130与第一电极块T一一对应电连接。也即，每一第一开关130一端电连接触控控制电路120，另一端电连接其中一个第一电极块T。触控控制电路120用于控制每一第一开关130的导通与关断。触控控制电路120控制某一第一开关130导通时，可输出驱动信号至该第一开关130所电连接的第一电极块T。本实施例中，每一第一开关130为金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。于一变更实施例中，每一第一开关130也可为例如开关芯片等具有导通和关断两个状态的器件。

本实施例中，触控控制电路120用于控制各个第一开关130依次导通。以图7中所示的方位为基准，触控控制电路120用于控制各个第一开关130从左至右依次导通，以使得第一电极块T1、T2、T3……TN依次接收所述驱动信号，压电层1113上对应第一电极块T1、T2、T3……TN的位置依次发射第一超声波。也即，将压电层1113划分为平行排列的多个阵元，每个第一电极块T在压电层1113上的投影与其中一个阵元重合，则多个阵元与第一电极块T1、T2、T3……TN一一对应，通过设置第一电极块T1、T2、T3……TN依次接收所述驱动信号，可控制所述多个阵元依次发射第一超声波。

于一变更实施例中，第一开关130的数量小于第一电极块T的数量。每一第一开关130分别电连接多个第一电极块T。例如每一第一开关130电连接相邻排列的两个第一电极块T，触控控制电路120控制某一第一开关130导通时，可输出驱动信号至该第一开关130所电连接的两个第一电极块T，使得两个第一电极块T同时接收所述驱动信号。触控控制电路120控制多个第一开关130依次导通，使得多个第一电极块T1、T2、T3……TN中，以两个第一电极块T为单位从左至右依次接收所述驱动信号，所述两个第一电极块T为相邻排列的两个第一电极块T。

请继续参阅图7，第二开关140的数量与第二电极块R的数量相同，第二开关140与第二电极块R一一对应电连接。也即，每一第二开关140一端电连接触控控制电路120，另一端电连接其中一个第二电极块R。触控控制电路120用于控制每一第二开关140的导通与关断。触控控制电路120控制某一第二开关140导通时，该第二开关140所电连接的第二电极块R输出根据第二超声波获取的触控感测信号至至触控控制电路120。本实施例中，每一第二开关140为MOSFET)。于一变更实施例中，每一第二开关140也可为例如开关芯片等具有导通和关断两个状态的器件。

本实施例中，触控控制电路120用于控制各个第二开关140依次导通。以图7中所示的方位为基准，触控控制电路120用于控制各个第二开关140从上至下依次导通，以使得第二电极块R1、R2、R3……RN依次输出所述触控感测信号，触控控制电路120依次接收第二电极块R1、R2、R3……RN输出的触控感测信号。

于一变更实施例中，第二开关140的数量小于第二电极块R的数量。每一第二开关140分别电连接多个第二电极块R。例如每一第二开关140电连接相邻排列的两个第二电极块R，触控控制电路120控制某一第二开关140导通时，该第二开关140所电连接的两个第二电极块R同时输出触控感测信号。触控控制电路120控制多个第二开关140依次导通，使得多个第二电极块R1、R2、R3……RN中，以两个第二电极块R为单位依次输出触控感测信号，所述两个第二电极块R为相邻排列的两个第二电极块R。

触控控制电路120包括驱动模块121、主控芯片122及信号处理模块123。主控芯片122分别电连接驱动模块121和信号处理模块123。驱动模块121分别电连接各个第一开关130。信号处理模块123分别电连接各个第二开关140。

主控芯片122用于输出控制信号至所述驱动模块121，以使得所述驱动模块121依次控制各个第一开关130导通并依次输出驱动信号至第一电极块T1、T2、T3……TN。信号处理模块123用于接收导通的第二开关140所电连接的第二电极块R输出的触控感测信号，并对所述触控感测信号作预处理后输出至主控芯片122。所述预处理包括但不限于信号放大、滤波、或模数转换等。主控芯片122预存有预设算法，主控芯片122用于基于所述预设算法，根据经预处理后的触控感测信号计算触控位置(或称触控坐标)。

以下对触控模组100的工作过程进行描述。

触控模组100工作于多个发射时段和多个接收时段，一个发射时段和一个接收时段交替出现。也即触控模组100工作于多个检测周期，每个检测周期包括一个发射时段和一个接收时段。

在第一个发射时段，主控芯片122输出控制信号至驱动模块121，以使得所述驱动模块121控制电连接第一电极块T1的第一开关130导通，则驱动模块121可加载驱动信号至第一电极块T1，第一参考电极层1112被施加一地电压，第一参考电极层1112与第一电极块T1之间产生电压差，压电层1113上对应第一电极块T1的位置产生第一超声波并发射。

在第一个接收时段，接收层113接收第二超声波并根据第二超声波产生触控感测信号，主控芯片122输出控制信号控制多个第二开关140从上至下(以图7所示之方位为基准)依次导通，以使得信号处理模块123可依次接收第二电极块R1-RM回传的触控感测信号。

在第二个发射时段，主控芯片122输出控制信号至驱动模块121，以使得所述驱动模块121控制电连接第一电极块T2的第一开关130导通，则驱动模块121可加载驱动信号至第一电极块T2，第一参考电极层1112被施加一地电压，第一参考电极层1112与第一电极块T2之间产生电压差，压电层1113上对应第一电极块T2的位置产生第一超声波并发射。

在第二个接收时段，触控模组100的工作过程与第一个接收时段相同，不再赘述。

针对每一个接收时段，信号处理模块123依次接收各个第二电极块R回传的触控感测信号，直至遍历第二电极块R1-RM后进入下一个发射时段。触控模组100在不同的发射时段控制不同的第一开关130导通，以加载所述驱动信号至不同的第一电极块T，直至遍历第一电极块T1-TN后，根据接收到的所有触控感测信号，基于预设的算法计算触控位置。

在每一发射时段和每一接收时段，第一参考电极层1112和第二参考电极层1132都保持地电位。

若不存在手指触控，触控模组100接收到的第二超声波相对发射的第一超声波几乎没有损耗；存在手指触控时，触控模组100发射的第一超声波中其中一部分会被手指吸收，因此触控模组100接收到的第二超声波存在损耗。

本实施例中，请参阅图8中(a)图，以不存在手指触控时根据第二超声波获得的触控感测信号的幅值P1作为基准，与当前接收到的根据第二超声波获得的触控感测信号的幅值P2作比较。具体的，请参阅图8中(b)图和(c)图，对幅值P1和P2取包络后计算两者差值。主控芯片122预存有一差值阈值，当幅值P1和P2之间的差值大于等于该差值阈值时，判断存在手指触控，也即认为该差值是手指触控引起的。若幅值P1和P2之间的差值小于该差值阈值，则认为不存在手指触控。进一步的，根据输出该触控感测信号的电极R和接收时段可确定手指的触控位置。

于本实施例的一变更实施例中，对幅值P1和P2取包络后，分别计算幅值P1和P2的衰减系数，如图9所示。在该变更实施例中，主控芯片122预存有一差值阈值，当幅值P1和P2之间的差值大于等于该差值阈值时，判断存在手指触控，也即认为该差值是手指触控引起的。若幅值P1和P2之间的差值小于该差值阈值，则认为不存在手指触控。进一步的，根据输出该触控感测信号的电极块R和接收时段可确定手指的触控位置。

于本实施例的另一变更实施例中，触控模组100可采用图8和图9中所示的两种方法对触控感测信号进行数据处理，以提高触控模组100的鲁棒性。

于本实施例的一变更实施例中，在每一个发射时段，可控制压电层1113上对应相邻多个第一电极块T的位置同时发射第一超声波，在每一个接收时段，同时接收相邻排列的多个第二电极块R输出的触控感测信号。例如，在第一个发射时段，控制电连接第一电极块T1和T2的第一开关130导通，压电层1113上对应第一电极块T1和T2的位置同时发射第一超声波，在第一个接收时段，控制电连接第二电极块R1和R2的第二开关140导通，同时接收第二电极块R1和R2输出的触控感测信号。该种方式增加了压电层1113单次(一个发射时段算作一次)发射第一超声波的面积，也增加了单次(一个发射时段算作一次)输出触控感测信号的第二电极块R的数量，有利于缩短获取触控位置的整体时间。

于本实施例的另一变更实施例中，驱动模块121在相邻的多个发射时段控制同一第一开关130导通，以控制同一第一电极块T接收驱动信号，从而使得压电层1113上对应同一第一电极块T的位置在相邻的多个发射时段皆发射第一超声波。例如，在第一个至第三个发射时段，驱动模块121都控制电连接第一电极块T1的第一开关130导通，以在第一个至第三个发射时段都控制第一电极块T1接收驱动信号，压电层1113上对应第一电极块T1的位置在第一个至第三个发射时段皆发射第一超声波；在第四个至第六个发射时段，驱动模块121都控制电连接第一电极块T2的第一开关130导通，以在第四个至第六个发射时段都控制第一电极块T2接收驱动信号，压电层1113上对应第一电极块T2的位置在第四个至第六个发射时段皆发射第一超声波。该驱动方式增加了每个第一电极块T发射第一超声波的次数，有利于提高触控位置的计算精度。

本实施例中的触控模组100，基于第一超声波和第二超声波获取触控位置，第一方面，由于超声波可穿透金属材质，有利于增加触控模组100的应用场景，例如使得触控模组100可应用于接触层300为金属的场景(金属背壳、金属边框等)。第二方面，第一超声波可根据电信号驱动产生，因此基于第一超声波和第二超声波获取触控位置，无需搭配光源等结构，有利于节省触控模组100的体积，当触控模组100应用于触控显示装置10时，有利于减小触控模组100所占空间。第三方面，本实施例中的触控模组100可支持多点触控，超声波穿透性强衰减较慢，受接触层300上附着物的干扰较小。

第四方面，本实施例中的触控模组100包括多个开关，多个开关电连接超声波组件110，触控控制电路可以通过控制各个开关处于导通状态或关断状态，控制超声波组件110发射第一超声波或接收第二超声波，各个开关的状态(导通或关断)不同，超声波组件110发射第一超声波和/或接收第二超声波的位置、面积不同，发射第一超声波和/或接收第二超声波的位置不同，可检测不同范围内是否有手指触控，单次发射第一超声波和/或单次接收第二超声波的面积不同，可获得不同的检测精度、检测时长，因此通过控制各个开关处于导通状态或关断状态，可调节触控模组100的检测范围、检测精度、检测时长。

实施例二

本实施例提供的触控模组500如图10所示(为方便比对，图10仅展示触控模组500中的超声波组件510)。触控模组500也可应用于实施例一中所述的触控显示装置10中，实现与触控模组100基本相同的功能。

本实施例的触控模组500包括超声波组件510，超声波组件510包括发射层511、基材512、接收层513、保护层514。本实施例的触控模组500与实施例一中触控模组100的区别主要在于：本实施例的触控模组500中，超声波组件510还包括声阻抗匹配层515和阻尼背衬层516。以下主要对上述区别的部分进行描述。

保护层514、阻尼背衬层516、发射层511、基材512、接收层513、声阻抗匹配层515依次层叠。贴合层400与接触层300和声阻抗匹配层515直接接触以粘合所述接触层300和声阻抗匹配层515。

本实施例中，声阻抗匹配层515使用高模量环氧树脂等材料，用于匹配超声波组件110与接触层300之间的声阻抗。本实施例中，阻尼背衬层516使用高阻尼吸音材料，例如橡胶或环氧胶。发射层511发射第一超声波时，大部分第一超声波朝向接触层300方向传播，少量第一超声波会朝向保护层514方向传播。阻尼背衬层516用于吸收朝向保护层514方向传播的第一超声波。

触控模组500的工作过程与触控模组100的工作过程基本相同，本实施例中不再赘述。

本实施例的触控模组500，可实现如实施例一中触控模组100的所有有益效果。

在此基础上，本实施例中的触控模组500通过声阻抗匹配层515匹配超声波组件110与接触层300之间的声阻抗，有利于使得超声波(第一超声波和第二超声波)能量穿透超声波组件110与接触层300之间的界面，提高超声波的透射率、降低超声波的反射率，提高超声波组件110接收到的第二超声波的能量，从而有利于提升触控位置的精度。

进一步的，本实施例中的触控模组500通过阻尼背衬层516吸收朝向保护层514方向传播的第一超声波，有利于避免朝向保护层514方向传播的第一超声波被反射到接收层513后对接收层513接收到的第二超声波造成干扰，因此通过设置阻尼背衬层516有利于提高第二超声波的信噪比。

本实施例中的声阻抗匹配层515和阻尼背衬层516同样可适用于后续的实施例中的触控模组，实现相同的技术效果。于一变更实施例中，触控模组也可仅包括声阻抗匹配层515和阻尼背衬层516其中之一。

实施例三

本实施例的触控模组600如图11所示(为方便比对，图10仅展示触控模组600中的超声波组件610)。触控模组600也可应用于实施例一中所述的触控显示装置10中，实现与触控模组100基本相同的功能。

触控模组600包括超声波组件610，超声波组件610包括第一电极层6111和第二电极层6131。本实施例的触控模组600与实施例一中触控模组100结构基本相同，主要区别在于：第一电极层6111和第二电极层6131的电极结构。第一电极层6111与实施例一中第一电极层1111功能相同，结构不同。第二电极层6131与实施例一中第二电极层1131功能相同，结构不同。以下主要对与实施例一的区别部分进行描述。

请参阅图12，本实施例中，第一电极层6111包括沿着第一方向X相互平行排列的多个第一电极块T，至少部分第一电极块T包括依次串联的多个菱形电极T0。每相邻的两个菱形电极T0之间通过长条形的桥接部建立电连接。

请参阅图13，本实施例中，第二电极层6131包括沿着第二方向Y相互平行排列的多个第二电极块R。至少部分第二电极块R包括依次串联的多个菱形电极R0。电极块每相邻的两个菱形电极R0之间通过长条形的桥接部建立电连接。

如图12和图13所示，手指触控触控显示装置10时，可能产生F3和F4两种情况的覆盖范围。根据手指的大小和本实施例中电极块(T、R)的形状、尺寸，覆盖范围F3大致可覆盖相邻排列的三个第一电极块T，也可覆盖相邻排列的三个第二电极块R，覆盖范围F4大致可覆盖相邻排列的三个第一电极块T，也可覆盖相邻排列的三个第二电极块R。也即，手指触控触控显示装置10时至少可覆盖三个相邻排列的电极块(T、R)。

触控模组600的工作过程与触控模组100的工作过程基本相同，本实施例中不再赘述。

本实施例的触控模组600，可实现如实施例一中触控模组100的所有有益效果。

在此基础上，本实施例中的触控模组600，通过采用菱形电极，相较于实施例一中的第二电极块R和T的结构，手指触控触控显示装置10时，可覆盖更多数量的第二电极块R和T，有利于增强手指触控时引起的信号改变量(第一超声波与第二超声波的差值)，因此有利于提高信噪比，进而有利于提高触控的精度。

实施例四

本实施例的触控模组700如图14所示(为方便比对，图14仅展示触控模组700中的超声波组件710)。触控模组700也可应用于实施例一中所述的触控显示装置10中，实现与触控模组100基本相同的功能。

触控模组700包括超声波组件710，超声波组件710包括第一电极层7111和第二电极层7131。本实施例的触控模组700与实施例一中触控模组100结构基本相同，主要区别在于：第一电极层7111和第二电极层7131的电极结构。第一电极层7111与实施例一中第一电极层1111功能相同，结构不同。第二电极层7131与实施例一中第二电极层1131功能相同，结构不同。以下主要对与实施例一的区别部分进行描述。

请参阅图15，本实施例中，第一电极层7111为一整层连续的导电层。请参阅图16，第二电极层7131包括多个方形的第二电极块R，多个第二电极块R排列为包括多行多列的电极块阵列。各个行的第二电极块R的数量相同，各列的第二电极块R的数量相同，相邻排列的第二电极块R之间间距相等，多个第二电极块R相互间隔绝缘。

请参阅图17，触控模组700还包括触控控制电路720和多个开关。本实施例中，该多个开关为多个第三开关730。触控控制电路720包括驱动模块721、主控芯片722及信号处理模块723。主控芯片722分别电连接驱动模块721和信号处理模块723。驱动模块721电连接第一电极层7111。用于根据主控芯片722的控制第一电极层7111整体发射第一超声波。信号处理模块123分别电连接第二电极层7131中每一第二电极块R。第三开关730的数量与第二电极块R的数量相同，多个第三开关730与多个第二电极块R一一对应电连接，每一第三开关730分别电连接信号处理模块723。当一第三开关730导通时，该第三开关730所电连接的第二电极块R可输出触控感测信号至信号处理模块723。

主控芯片722依次控制各个第三开关730导通，从而使得信号处理模块723可依次接收各个第二电极块R输出的触控感测信号，以根据触控感测信号计算触控位置。

请参阅图18，于本实施例的一变更实施例中，第二电极块R也可为菱形的电极块。通过采用菱形的第二电极块R，相较于采用方形的第二电极块R，手指触控触控显示装置10时，可覆盖更多数量的第二电极块R，有利于增强手指触控时引起的信号改变量(第一超声波与第二超声波的差值)，因此有利于提高信噪比，进而有利于提高检出概率和触控精度。

以下对触控模组700的工作过程进行描述。

触控模组700工作于发射时段和接收时段。

在发射时段，主控芯片122输出控制信号至驱动模块121，以使得所述驱动模块121加载驱动信号至第一电极层7111以使得压电层7113发射第一超声波。本实施例中，由于第一电极层7111为一整块连续的电极层，压电层7113整体发射第一超声波，压电层1113整体发射的第一超声波为平面波。

在接收时段，压电层7133接收第二超声波并跟第二超声波产生触控感测信号，主控芯片122输出控制信号控制多个第三开关730依次导通，以使得信号处理模块123可依次接收各个第二电极块R回传的触控感测信号。本实施例中不限定各个第三开关730的导通顺序，例如可先使得电连接同一行第二电极块R的第三开关730从左至右(以图17所示为基准)依次导通，再逐行以前述的从左至右的顺序控制第三开关730导通。

于本实施例的另一变更实施例中，触控模组700的工作过程包括多个上述的发射时段和接收时段，也即，触控模组700具有多个触控周期，每一触控周期包括上述的一个发射时段和一个接收时段。该变更实施例通过多次发射第一超声波和多次接收第二超声波以获取检测位置，有利于提升触控位置的精度。

本实施例的触控模组700，可实现如实施例一中触控模组100的所有有益效果。

在此基础上，本实施例中的触控模组700，通过控制第二电极层7131整体发射第一超声波，相较于实施例一，有利于使得第一超声波覆盖更大的区域，有利于在手指触控时获得更多的信号改变量(第一超声波与第二超声波的差值)，因此有利于提高信噪比，进而有利于提高检出概率和触控精度。

实施例五

本实施例的触控模组800如图19所示(为方便比对，图19仅展示触控模组800中的超声波组件810)。触控模组800也可应用于实施例一中所述的触控显示装置10中，实现与触控模组100基本相同的功能。

触控模组800包括超声波组件810。超声波组件810包括依次层叠设置的收发层811、基材812及保护层813。收发层811和保护层813分别位于基材812相对的两个表面上。贴合层400直接接触接触层300和收发层811以贴合接触层300和收发层811。

本实施例的触控模组800与实施例一种触控模组100的主要区别在于：收发层811集成了发射层111和接收层113的功能。以下仅对区别部分进行描述。

收发层811包括第三电极层8111、第四电极层8112及压电层8113，第三电极层8111和第四电极层8112分别位于压电层8113相对的两个表面上，其中第三电极层8111相对第四电极层8112更靠近接触层300。

请参阅图20，第三电极层8111包括多个第二电极块R，多个第二电极块R排列为包括多行多列的电极块阵列。各个行的第二电极块R的数量相同，各列的第二电极块R的数量相同，相邻排列的第二电极块R之间间距相等，多个第二电极块R相互间隔绝缘。请参阅图21，第四电极层8112为一整面连续的导电层。

请参阅图22，触控模组800还包括触控控制电路820和多个开关。本实施例中，该多个开关为多个第四开关830。触控控制电路820包括驱动模块821、主控芯片822及信号处理模块823。主控芯片822分别电连接驱动模块821和信号处理模块823。驱动模块821电连接第四电极层8112。用于根据主控芯片822的控制驱动压电层8113整体发射第一超声波。信号处理模块823分别电连接第三电极层8111中每一第二电极块R。第四开关830的数量与第二电极块R的数量相同，多个第四开关830与多个第二电极块R一一对应电连接，每一第四开关830分别电连接信号处理模块823。当一第四开关830导通时，该第四开关830所电连接的第二电极块R可输出触控感测信号至至信号处理模块823。

主控芯片822依次控制各个第四开关830导通，从而使得信号处理模块823可依次接收各个第二电极块R所输出的触控感测信号，以根据所述触控感测信号计算触控位置。

触控模组800工作于发射时段和接收时段，收发层811在发射时段和接收时段分时复用，也即收发层811用于在发射时段发射第一超声波并用于在接收时段接收第二超声波，其中，发射时段与接收时段不重叠。

以下对触控模组800的工作过程进行描述。

在发射时段，每一第二电极块R被施加地电压，第四电极层8112被施加驱动电压，压电层8113发射第一超声波，本实施例中发射的第一超声波为平面波，如图23所示。

在接收时段，第四电极层8112被施加地电压，压电层8113接收第二超声波(如图24所示)并产生触控感测信号，各个第二电极块R用于分别输出触控感测信号。

于本实施例的一变更实施例中，触控模组800的工作过程包括多个上述的发射时段和接收时段，也即，触控模组800具有多个触控周期，每一触控周期包括上述的一个发射时段和一个接收时段。该变更实施例通过多次发射第一超声波和多次接收第二超声波以获取检测位置，有利于提升触控位置的精度。

本实施例的触控模组800，可实现如实施例一中触控模组100的所有有益效果。

在此基础上，本实施例中的触控模组800，通过控制第三电极层8111整体发射第一超声波，相较于实施例一，有利于使得第一超声波覆盖更大的区域，有利于在手指触控时获得更多的信号改变量(第一超声波与第二超声波的差值)，因此有利于提高信噪比，进而有利于提高检出概率和触控精度。

进一步的，本实施例中触控模组800通过分时复用收发层811，一方面，有利于减小触控模组整体厚度，降低触控模组800的工艺复杂度和成本；另一方面，有利于改善超声波组件810各个区域的一致性，从而提高第二超声波的信噪比。

本申请上述所有实施例中，所有电极层(1111、5111、6111、7111、1112、5112、6112、7112、1131、5131、6131、7131、1132、5132、6132、7132、8111、8112)的材料都可为透明导电材料，例如氧化铟锡；也可为金属，例如银、铬、铜、镍或金。当接触层300远离触控模组(100、500、600、700、800)的表面还用于显示图像时，为了透射显示图像的光，电极层采用透明导电材料。当接触层300本身即为不透光材料时，电极层既可以为透明导电材料，也可为金属。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (19)

1.一种触控模组，其特征在于，包括：

超声波组件，包括：

发射层，用于在发射时段第一超声波；

接收层，用于在接收时段接收根据所述第一超声波反射的第二超声波，并用于根据所述第二超声波生成触控感测信号后输出；

基材，位于所述发射层和所述接收层之间，所述基材厚度为所述第一超声波的半波长的整数倍；及

触控控制电路，分别电连接所述发射层和所述接收层，用于输出驱动信号至所述发射层以驱动所述发射层发射所述第一超声波，并用于接收所述触控感测信号，根据所述触控感测信号获取触控位置。

2.如权利要求1所述的触控模组，其特征在于，所述超声波组件还包括声阻抗匹配层，所述声阻抗匹配层位于所述接收层远离所述基材的一侧，用于匹配所述超声波组件与一接触层的声阻抗。

3.如权利要求1-2任一项所述的触控模组，其特征在于，所述声阻抗匹配层为环氧树脂。

4.如权利要求1-3任一项所述的触控模组，其特征在于，所述超声波组件还包括阻尼背衬层，所述阻尼背衬层位于所述发射层远离所述基材的一侧，用于吸收所述第一超声波。

5.如权利要求4所述的触控模组，其特征在于，所述阻尼背衬层为橡胶或环氧胶。

6.如权利要求1-5任一项所述的触控模组，其特征在于，所述发射层包括第一电极层，所述第一电极层电连接所述触控控制电路，用于接收所述驱动信号；

所述接收层包括第二电极层，所述第二电极层电连接所述触控控制电路，用于输出所述触控感测信号至所述触控控制电路。

7.如权利要求6所述的触控模组，其特征在于，所述触控模组还包括多个第一开关和多个第二开关；

所述多个第一开关分别电连接所述发射层，所述多个第二开关分别电连接所述接收层，所述触控控制电路通过控制所述多个第一开关的导通与关断控制所述发射层发射所述第一超声波，所述触控控制电路通过控制所述多个第二开关的导通与关断控制所述接收层输出所述触控控制信号。

8.如权利要求7所述的触控模组，其特征在于，所述第一电极层包括多个第一电极块，所述多个第一电极块沿第一方向相互间隔平行排列，每一所述第一开关至少电连接一个所述第一电极块；

所述第二电极层包括多个第二电极块，所述多个第二电极块沿第二方向相互间隔平行排列，每一所述第二开关至少电连接一个所述第二电极块。

9.如权利要求8所述的触控模组，其特征在于，至少部分所述多个第一电极块包括多个依次电连接的菱形电极，至少部分所述多个第二电极块包括多个依次电连接的菱形电极。

10.如权利要求6所述的触控模组，其特征在于，所述第一电极层为一连续的导电层；

所述第二电极层包括多个第二电极块，所述多个第二电极块排列为包括多行多列的矩阵。

11.如权利要求10所述的触控模组，其特征在于，每一所述第二电极块在所述第一电极层上的投影为矩形。

12.如权利要求10所述的触控模组，其特征在于，至少部分所述多个第二电极块在所述第一电极层上的投影为菱形。

13.如权利要求10-12任一项所述的触控模组，其特征在于，所述触控模组还包括多个第三开关，所述多个第三开关与所述多个第二电极块一一对应电连接，所述第一电极层电连接所述触控控制电路；

所述触控控制电路输出所述驱动信号至所述第一电极层以驱动所述发射层发射所述第一超声波，所述触控控制电路通过控制所述多个第三开关的导通与关断控制所述多个第二电极块输出所述触控感测信号。

14.如权利要求1-13任一项所述的触控模组，其特征在于，所述基材为玻璃、聚酰亚胺薄膜或聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。

15.如权利要求6-13任一项所述的触控模组，其特征在于，所述第一电极层和所述第二电极层为透明导电材料。

16.如权利要求15所述的触控模组，其特征在于，所述第一电极层和所述第二电极层为氧化铟锡。

17.如权利要求6-13任一项所述的触控模组，其特征在于，所述第一电极层和所述第二电极层为金属。

18.如权利要求17所述的触控模组，其特征在于，所述第一电极层和所述第二电极层为银、铬、铜、镍或金。

19.一种触控显示装置，其特征在于，包括：

如权利要求1-18任一项所述的触控模组，用于获取触控位置；

显示模组，与所述触控模组电连接，用于根据所述触控位置显示图像。

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