CN203689487U - 用于触摸屏的自电容传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出用于触摸屏的自电容传感装置，包括矩形电极，以及设置有变量采集模块的自电容变化检测单元。变量采集模块包括电连接于第一节点的恒流源、钳位电路和电荷收发检测电路，以及接地的第二节点。在针对一个电极的检测过程中，所述变量采集模块的第一节点先电连接电极的第一端，且第二节点电连接电极的第二端，采集到第一自电容变化量之后，变量采集模块的第一节点再电连接该电极的第二端，且第二节点电连接电极的第一端，以采集第二自电容变化量。本实用新型所述自电容传感装置具有上产工艺简单，生产效率高，电极可靠性好、不易断裂，适用电极材料广泛，以及抗静电释放ESD性能好的特点。

Description

用于触摸屏的自电容传感装置

技术领域

本实用新型涉及传感信号的检测装置，特别是涉及用于触摸屏的、将触碰信息转换为自电容变化量的装置。

背景技术

自电容触摸屏作为电容式触摸屏的一种，以自电容传感装置为基础。该电容传感装置将对触摸屏的触碰信息转换为自电容变化信号，并根据自电容变化信号确定触碰位置坐标。所述自电容传感装置不仅可以用于制造独立的触摸屏，还可以结合应用在相关设备中，例如将自电容传感装置结合在显示设备上，制成触摸显示屏。所述自电容传感装置由于其只需要单层布局布线，生产工艺简单，良率高，成本低，在智能机和平板电脑上得到了越来越广泛的应用。现有技术单层自电容传感装置的电极布置结构图如图12所示，采用三角形或者类三角形的电极91，各电极91成对设置成互补的电极对92，各电极对92重复堆叠而布满整个触摸屏或者显示屏的屏体。从图12所示电极布置结构中就可以明显看出，各电极91之间没有交叉走线的情况，令生产工序较为简单。现有技术自电容传感装置还包括电连接各电极91的自电容检测单元。

图13和图14示出自电容检测的基本原理。在电极91上通常覆盖一层用透明绝缘介质材料制成的盖板93。自电容传感装置的自电容，即电极91到地的电容，如图13所示的Cp。当人体94触摸到盖板93上时，由于人体近似于一个大地，相当于电极91上的又并联了一个到地的电容Cf，从而令电极91到地的自电容增加，如图13和图14所示。通过侦测自电容变化情况，可以判断出是否发生触摸。

如图12所示，长底边位于左侧的电极91按911L、912L、…、91（M－1）L、91ML、91（M+1）L、…编号，长底边位于右侧的电极91按911R、912R、…、91（M－1）R、91MR、91（M+1）R、…编号，M代表一自然数。相同数字编号的两电极91构成一电极对，例如，编号是91ML与91MR的电极91构成电极对。当发生触摸时自电容检测单元通过检测各电极91的自电容变化量。触摸点99引起六个电极91发生自电容变化，它们的编号分别是91（M－1）L、91ML、91（M+1）L、91（M－1）R、91MR和91（M+1）R。相应地自电容变化量分别是Dp1、Dp2、Dp3、Dp4、Dp5和Dp6。首先找出纵向方向上变化量最大的通道为触摸发生的通道，即变化量是Dp2、编号是91ML对应电极91的通道，结合其上下通道的变化量，求出其重心位置，即为触摸点的纵轴坐标；通过变化量最大的通道及其对面三角形电极变化量的比值，得出横轴方向上的坐标。

现有技术自电容传感装置还存在以下的缺陷和不足之处：

1. 生产工艺复杂；现有技术自电容传感装置的电极91，在实际生产中一般都无法做出真正的三角形，而以类三角形的梯形代替；为了在X轴方向上获得比较好的精度，通常要求梯形窄的一边，例如图12所示编号是911L的电极91的右侧，宽度越小越好，通常要求在0.3mm甚至更小，这对工艺能力有一定要求，成为影响生产成本降低的因素之一；

2. 生产工序多；传统结构的最小检测单元是一对三角形，而且为了改善画线线性度，还会把每个三角形拆成两个或更多个小三角形并联，这样的电极结构，对于激光工艺来说，需要切割很多次，成为又一个影响生产成本降低的因素；

3. 对于采用软性基材的触摸屏模组，例如用薄膜材料制成基材，如果在这种基材上采用现有技术自电容传感装置的电极91，由于三角形电极91的尖端很细，在生产、运输、测试过程中如果基材发生弯折，可能会导致电极区用于制造电极的透明导电材料，例如氧化铟锡Indium Tin Oxide发生断裂，而使得自电容传感装置，乃至触摸屏损坏；所述三角形电极91的易损结构也是影响生产成本降低的因素；

4. 电极材料要求高；对于一些新型制造电极91的材料，例如金属网metal mesh材料，为了保证构成金属网的金属丝之间搭接良好，电极91的最小宽度会比现有的氧化铟锡ITO材料大，应当在1mm以上，该最小宽度对于将现有技术三角形电极91用于制造自电容传感装置很难接受；

5. 抗静电释放Electro-Static Discharge性能差；对于现有主流的透明导电材料氧化铟锡ITO，其阻抗较大，如果发生静电释放ESD事件，在氧化铟锡ITO宽度较小的区域，例如宽度在0.1mm以下，比较容易发生静电释放ESD，导致氧化铟锡ITO电极间短路。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出一种用于触摸屏的自电容变化检测方法，以及应用该方法的自电容传感装置，通过改进电极结构，采用新的自电容检测方法，令自电容传感装置的生产成本降低，提升其总体性能。

本实用新型解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

设计、制造一种用于触摸屏的自电容传感装置，包括至少一电极，以及电连接各电极的自电容变化检测单元。所述电极呈矩形，包括用于电连接自电容变化检测单元的、沿该电极延伸方向的第一端和第二端。所述自电容变化检测单元包括至少一变量采集模块。该变量采集模块包括电连接于第一节点的恒流源、钳位电路和电荷收发检测电路，以及接地的第二节点。在针对一个电极的检测过程中，所述变量采集模块的第一节点先电连接电极的第一端，且第二节点电连接电极的第二端，采集到第一自电容变化量之后，变量采集模块的第一节点再电连接该电极的第二端，且第二节点电连接电极的第一端，以采集第二自电容变化量。所述钳位电路将所电连接电极一端的电位限定在恒定电位，所述恒流源向所电连接电极提供恒定电流；所述电荷收发检测电路因其所电连接电极的自电容变化向该电极输出电荷，并检测电荷输出量，量化电荷输出量为自电容变化量。

所述钳位电路将所电连接电极一端的电位限定的恒定电位是V1，所述恒流源向所电连接电极提供的恒定电流是I，那么应当满足V1/I＝R，R是钳位电路和恒流源所电连接电极的电阻。

具体而言，所述钳位电路包括一运算放大器，该钳位电路所限定的恒定电位由该运算放大器正向输入端的输入电压控制。所述电荷收发检测电路包括所述用作钳位电路的运算放大器，电连接在该运算放大器反相输入端与输出端之间的电荷收发电容，以及电连接所述运算放大器的输出端的交直流转换子模块。所述恒流源的电流输出端和运算放大器的反相输入端都电连接于第一节点。

为了在每次检测后复位电路状态，在所述电荷收发电容的两端之间还电连接有复位开关。

一种电极的具体结构是，所述电极的至少一个顶角被切除形成直线段斜边，从而电极被加工成带有斜边的矩形电极。

另一种电极的具体结构是，所述电极的至少一个顶角被切除形成圆弧边，从而电极被加工成带有圆弧边的矩形电极。

还有一种电极的具体结构是，所述电极的至少一条边加工有至少两个凹槽，在两相邻两凹槽之间形成凸齿，从而电极被加工成带有锯齿边的矩形电极。

具体应用中，所述电极用氧化铟锡、金属网或者碳纳米材料制成。

关于电极的设置，所述自电容传感装置还包括用树脂合成薄膜材料或者用玻璃制成的基板，所述电极附着在该基板上。

当自电容传感装置与显示设备结合时，所述自电容传感装置安装在液晶显示屏内。该液晶显示屏包括第一液晶基板和第二液晶基板，以及夹在第一液晶基板与第二液晶基板之间的液晶材料、像素电极、彩色滤光层和黑矩阵。所述电极附着在所述第一液晶基板的上层或者下层，或者第二液晶基板的上层或者下层。

一种电极扫描检测方式，所述自电容变化检测单元包括一套变量采集模块；该套变量采集模块受控地按照设定的时序依次电连接所述各电极，即分时地电连接各电极以完成对各电极的自电容变化检测。

另一种电极扫描检测方式，所述变量采集模块的数量少于电极的数量；各变量采集模块受控地按照设定的时序依次一对一地电连接所有电极中的部分电极，即分时分区域地电连接各电极以完成对各电极的自电容变化检测。

还可以用一对一的电极扫描检测方式，所述变量采集模块一对一地电连接所述电极。

当自电容传感装置与显示设备结合时，所述自电容传感装置安装在液晶显示屏内。该液晶显示屏由显示驱动电路芯片控制。所述自电容变化检测单元集成在所述显示驱动电路芯片内。

当自电容传感装置与显示设备结合时，为了协调液晶驱动与自电容检测，所述自电容传感装置还包括协调检测模块。所述自电容传感装置安装在液晶显示屏内。该液晶显示屏由显示驱动电路控制。所述协调检测模块电连接所述自电容变化检测单元和显示驱动电路，以令自电容变化检测单元和显示驱动电路互不干扰地分时段和/或分区域完成各自功能。

同现有技术相比较，本实用新型“用于触摸屏的自电容传感装置”的技术效果在于：

1. 生产工艺简单；本实用新型电极形状为矩形，电极纵向宽度比较宽，降低了对工艺精度的要求，能够减少生产成本；

2. 生产效率高；本实用新型电极形状采用矩形结构，最小检测单元只要切割一刀即可完成，生产效率高；

3. 可靠性好，不易断裂；本实用新型电极采用矩形结构，宽度值比较大，即使电极所附着基材用软性材料制成，基材弯折时电极也不易断裂；

4. 对材料要求低；本实用新型电极采用矩形结构，其最小宽度值较大，令电极能够采用金属网metal mesh新材料制成；

5. 抗静电释放ESD性能好；现有主流的电极制造材料氧化铟锡ITO，抗静电释放ESD能力随着宽度降低而降低，本实用新型中电极的宽度值比较大，抗静电释放ESD能力比较强。

附图说明

图1是本实用新型自电容传感装置的电极布置结构示意图；

图2是本实用新型自电容传感装置的电原理示意图；

图3是本实用新型自电容传感装置在发生触碰时第一自电容变化量检测的电原理示意图；

图4是本实用新型自电容传感装置在发生触碰时第二自电容变化量检测的电原理示意图；

图5是本实用新型自电容传感装置的实施例的电原理示意图；

图6是本实用新型带有斜边的矩形电极101的结构示意图；

图7是本实用新型带有圆弧边的矩形电极102的结构示意图；

图8是本实用新型带有锯齿边的矩形电极103的结构示意图；

图9是用金属网metal mesh制成的电极10的结构示意图；

图10是用一套变量采集模块分时检测各电极10的实例电原理示意图；

图11是液晶显示屏的横截面结构示意图；

图12是现有技术单层自电容传感装置的电极布置结构示意图；

图13是现有技术自电容传感装置在发生触碰时的自电容示意图；

图14是现有技术自电容传感装置在发生触碰时的等效电原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例作进一步详述。

本实用新型为了摒除现有技术三角形电极带来的生产工艺复杂、生产工序多、易折损、电极材料要求高和抗静电释放ESD性能差的缺陷，采用矩形电极。矩形电极相比三角形电极显然生产工艺简化、减少了生产工序。矩形电极由于具有较大的纵向宽度，电极附着在软性基材上，即使基材弯折也不易折损；并且矩形电极较大的纵向宽度满足金属网metal mesh材料对最小宽度的要求，适于用金属网材料制成电极；同样由于矩形电极具有较大的纵向宽度，也提高了电极的抗静电释放ESD性能。如图1所示，本实用新型提出的自电容传感装置包括矩形电极10，电极10按直角坐标系的横坐标方向延伸，各电极10沿直角坐标系的纵坐标方向互相平行的布满整个触摸区域内。当然，电极10按直角坐标系的纵坐标方向延伸，各电极10沿直角坐标系的横坐标方向互相平行的布满整个触摸区域，也是一种等同的可行方案。如图1所示，为了便于后文说明，各电极10用S1、…、Sn标明了各自的编号，其中n是取值是自然数的变量，因而编号是Sn的电极10可以代表适于所有电极10的任一电极10。各电极10沿延伸方向，即直角坐标系的X轴方向具有两端，电极10各自包括第一端L和第二端R，那么编号S1的电极10就具有第一端S1L和第二端S2R，以此类推，编号是Sn的电极10包括第一端SnL和第二端SnR。

如图2所示，本实用新型自电容传感装置还包括电连接各电极10的自电容变化检测单元2，通过该自电容变化检测单元2实现对各电极自电容变化的检测。该自电容变换检测单元2具体通过变量采集模块21完成针对与该变量采集模块21电连接的电极10的自电容变化量的侦测和采集。对于编号是Sn的任一电极10，电极10的第一端SnL分别连接到电荷收发检测电路211、恒流源212和钳位电路213。电极10的第二端SnR连接地。从而电荷收发检测电路211、恒流源212和钳位电路213都电连接于变量采集模块21的第一节点a，该变量采集模块21的第二节点b接地。恒流源212流入或流出一固定大小的电流。钳位电路213将第一节点a，即电极10的第一端SnL端钳位至一固定电压，电荷收发检测电路211可以流入或流出电荷，并能检测出所流入或流出的电荷量的大小。

钳位电路213所钳位的电压为V1，电极10两端间的电阻为R，恒流源212的电流为I，他们之间的关系为：V1/R=I。这样，未发生触摸的情况下，恒流源212提供的电流I刚好使得电极10的电阻连接电流源和钳位电路的第一端SnL的电压维持在V1，而不需要电荷收发检测电路211流入或流出电荷，即未发生触摸时电荷收发检测电路211检测到的电荷为0。

电极10可以等效为k个电阻R1、R2、R3、…、Rj、…、Rk的串联，其阻值相等，每个电阻上端节点分别为0、1、2……k-1，最后一个电阻的下极板节点为k，节点0和k即分别为电极10的第一端SnL和第二端SnR。

当节点0接到钳位电路213一端时，即第一节点a电连接电极10的第一端SnL，且第二节点b电连接电极10的第二端SnR时，节点0的电压为V1，节点k接地，则节点j上的电压为：

，                （1）。

当节点k接钳位电路213一端时，即第一节点a电连接电极10的第二端SnR，且第二节点b电连接电极10的第一端SnL时，节点k的电压为V1，节点0接地，节点j上的电压为：

                     （2）。

当节点j发生触摸时，如图3所示，这一事件可以等效为触摸点j和地之间连接了一个电容Ct。

如图3，当电极10的第一端SnL端接钳位电路213时，即第一节点a电连接电极10的第一端SnL，且第二节点b电连接电极10的第二端SnR时，由式（1），Ct上的电压为

，

则Ct上将存储的电荷Q1为

，                            （3）。

由于恒流源212只能提供电阻串上流过的电流，这一电荷Q1就由电荷收发检测电路211提供，并可由其量化成为第一自电容变化量。

上述检测完成后，再将电极10的第一端SnL改为接地，该电极10的第二端SnR接钳位电路212，即第一节点a电连接电极10的第二端SnR，且第二节点b电连接电极10的第一端SnL，如图4所示。由式（2），此时Ct上的电压为：

，

则Ct上将存储的电荷Q2为

                                （4）。

由于恒流源212只能提供电阻串上流过的电流，这一电荷由电荷收发检测电路211提供，并可由其量化成为第二自电容变化量。

从而变量采集模块21对于发生触摸电极10将采集获得第一自电容变化量和第二自电容变化量共两个自电容变化量数据。

就此，本实用新型提出一种用于触摸屏的自电容变化检测方法，基于自电容传感装置，该自电容传感装置包括至少一电极。所述电极包括在沿第一方向的第一端和第二端。具体到本实用新型如图1所示的实施例中，所述第一方向就是实施例中直角坐标系的横坐标X轴方向。所述方法针对每个电极执行以下步骤，

A. 在电极的第一端电连接恒流源、钳位电路和电荷收发检测电路，将该电极的第二端接地；所述恒流源向电极输出恒定电流值的电流；所述钳位电路令所电连接电极的一端的电位限定于恒定电位；所述电荷收发检测电路能够输出电荷或者接收电荷，并检测电荷输出量或者接收量，量化电荷输出量为自电容变化量；

B. 电荷收发检测电路检测是否有电荷输出；

如果有电荷输出，则量化电荷输出量或者电荷接收量为第一自电容变化量，随后执行步骤C；显然出现该步骤的情况就是所述电极被触碰的情况；

如果没有电荷输出，直接执行步骤E；

C. 在电极的第二端电连接恒流源、钳位电路和电荷收发检测电路，将该电极的第一端接地；

D. 电荷收发检测电路量化电荷输出量为第二自电容变化量；

E. 针对所述电极的自电容变化检测结束。

所述方法是针对每个电极执行一次上述步骤，完成一次针对该电极的自电容变化检测。可见所述方法在步骤B中如果没有检测到电荷输出或者接收电荷，就直接完成对该电极的自电容变化的检测。只有检测到电荷输出或者接收电荷的情况下，才进行第一节点和第二节点与电极第一端和第二端互换电连接的操作，并继续检测。当然，无论电荷收发检测电路是否检测到有电荷输出或者接收电荷，在一个相对固定的时间段内，都进行第一节点和第二节点与电极第一端和第二端互换电连接的操作，并继续检测的操作过程也应当是本实用新型上述方案的一种可选替代方案，应当还在本实用新型的保护范围之内。

如上所述步骤A所述恒流源向电极输出的恒定电流值是I，所述钳位电路令所电连接电极的一端的电位限定的恒定电位是V1，那么应当满足V1/I＝R，R是钳位电路和恒流源所电连接电极的电阻。

在上述方法基础上本实用新型还提出一种用于触摸屏的自电容传感装置，包括至少一电极10，以及电连接各电极10的自电容变化检测单元2。所述电极10呈矩形，包括用于电连接自电容变化检测单元的、沿该电极延伸方向的第一端和第二端。在本实用新型实施例中，电极延伸方向就是矩形电极的长边所在方向，也就是图1所示直角坐标系中的横坐标X轴方向。从而所述电极10包括第一端SnL和第二端SnR。所述自电容变化检测单元2包括至少一变量采集模块21。该变量采集模块21包括电连接于第一节点a的恒流源212、钳位电路213和电荷收发检测电路211，以及接地的第二节点b。在针对一个电极10的检测过程中，所述变量采集模块21的第一节点a先电连接电极10的第一端SnL，且第二节点b电连接电极的第二端SnR，采集到第一自电容变化量之后，变量采集模块21的第一节点a再电连接该电极10的第二端SnR，且第二节点b电连接电极10的第一端SnL，以采集第二自电容变化量。所述钳位电路213将所电连接电极10一端的电位限定在恒定电位，所述恒流源212向所电连接电极10提供恒定电流；所述电荷收发检测电路211因其所电连接电极10的自电容变化，向该电极10输出电荷，并检测电荷输出量或者电荷接收量，量化电荷输出量为自电容变化量。

所述钳位电路将所电连接电极一端的电位限定的恒定电位是V1，所述恒流源向所电连接电极提供的恒定电流是I，那么应当满足V1/I＝R，R是钳位电路和恒流源所电连接电极的电阻。

作为用于触摸屏的自电容变化检测方法后续将自电容变化量数据转换成坐标数据的方法，本实用新型提出一种触碰点坐标数据处理方法，基于所述步骤A至步骤E的用于触摸屏的自电容变化检测方法，所述各电极沿垂直于第一方向的第二方向依序排布。在本实用新型实施例中，所述第一方向是图1所示直角坐标系的横坐标X轴方向，从而第二方向就是图1所示直角坐标系的纵坐标Y轴方向。所述方法包括：

F. 当一个触碰点令K个电极的自电容发生变化时，获取到涉及该触碰点的K对自电容变化量，即2K个自电容变化量；

G. 选择2K个自电容变化量中最大的一个；

该最大自电容变化量所属电极是沿第二方向的第T个电极，该最大自电容变化量是所述第T个电极的第一自电容变化量，即DTU，第T个电极的另一个自电容变化量是该电极的第二自电容变化量，即DTV，

从而第T个电极沿第二方向两侧电极各自的第一自电容变化量分别是D（T+1）U，D（T+2）U，…，D（T+W1）U，以及D（T-1）U，D（T-2）U，…，D（T-W2）U；第二自电容变化量分别是D（T+1）V，D（T+2）V，…，D（T+W1）V，以及D（T-1）V，D（T-2）V，…，D（T-W2）V，W1+W2+1=K；

H. 若各电极沿第一方向的长度是X0，沿第二方向的长度是Y0，那么步骤A所述触碰点沿第二方向坐标Y是，

，

步骤A所述触碰点沿第一方向横向坐标X是，

。

上述方法具体到本实用新型实施例中，所述变量采集模块21采集到的第一、第二自电容变化量数据传输给专用的坐标数据处理器单元，或者带有坐标数据处理功能的数据处理器。基于本实用新型采集的第一、第二自电容变化量数据，触摸坐标数据可依据上述方法通过如下具体方案获取，如图1所示，假设触碰点影响三个相邻电极10，处于中间位置的编号是Sn的电极10的在上述两次检测中获得第一自电容变化量D3，第二自电容变化量D4，其中第一自电容变化量D3为所有变化量的最大值。那么编号是S（n-1）的电极在两次检测中获得第一自电容变化量D1和第二自电容变化量D2。编号是S（n+1）的电极10的两次检测获得第一自电容变化量D5和第二自电容变化量D6。若每个电极10沿直角坐标系的Y轴方向的长度为Y0，那么触摸点的Y轴坐标是，

           （5），

若电极10在X轴总长度为X0，那么触摸点的X轴坐标采用比例算法得到，具体为：

                               （6）。

本实用新型提出一实现变量采集模块21的实施例，如图5所示，所述钳位电路213包括一运算放大器OP，钳位电路213所限定的恒定电位由该运算放大器OP正向输入端的输入电压Vf控制。运算放大器OP通过与电荷收发电容Cc构成的反馈电路，令电位Vf在运算放大器OP的反向输入端形成钳位电压。所述电荷收发检测电路211包括所述用作钳位电路213的运算放大器OP，电连接在该运算放大器OP反相输入端与输出端之间的电荷收发电容Cc，以及电连接所述运算放大器OP的输出端的交直流转换子模块2111。所述恒流源212的电流输出端和运算放大器OP的反相输入端都电连接于第一节点a。所述恒流源212可以采用现有的电流源产品，或者实现电流源功能的电路。当有电荷流入或流出运算放大器OP的反相输入端时，该运算放大器OP能够通过电荷收发电容Cc提供电荷，并以运算放大器OP的输出电压形式量化出来，该输出电压电压的变化量与电荷收发电容Cc成反比。运算放大器OP的输出电压变化通过交直流转换子模块2111转换为数字量，从而输出至数据处理器进行进一步处理。

SW电路的作用是复位，每次检测完毕后它就闭合一次，将OP的输出端电压恢复为初始值，再进行下一次检测。

本实用新型上述实施例中为了在每次检测后复位电路状态，如图5所示，在所述电荷收发电容Cc的两端之间还电连接有复位开关SW。每次检测完毕后复位开关SW就闭合一次，将运算放大器OP的输出端电压恢复为初始值，再进行下一次检测。

本实用新型的矩形电极还可以有多种等同结构。如图6所示，一种电极的具体结构是，所述电极10的至少一个顶角被切除形成直线段斜边111，从而电极10被加工成带有斜边111的矩形电极101。如图7所示，另一种电极10的具体结构是，所述电极10的至少一个顶角被切除形成圆弧边112，从而电极10被加工成带有圆弧边112的矩形电极102。如图8所示，还有一种电极10的具体结构是，所述电极10的至少一条边加工有至少两个凹槽113，在两相邻两凹槽113之间形成凸齿114，从而电极10被加工成带有锯齿边的矩形电极103。

本实用新型所述电极10用氧化铟锡ITO、金属网metal mesh或者碳纳米材料制成。如图9所示，电极10用金属网metal mesh制成，所述金属网是由金属丝115搭接成网状而成，图9中的虚线部分就是金属网所等效成的矩形电极形状。

关于电极的敷设结构，所述自电容传感装置还包括用树脂合成薄膜材料或者用玻璃制成的基板，所述电极附着在该基板上。所述电极可以借助粘贴、蚀刻、切割或者焊接工艺附着在基板之上。

本实用新型可以采用的一种电极扫描检测方式是，所述自电容变化检测单元包括一套变量采集模块。该套变量采集模块受控地按照设定的时序依次电连接所述各电极，即分时地电连接各电极以完成对各电极的自电容变化检测。举例来说，如图10所示，图1所示各电极10两端都电连接在自电容变化检测单元2的n对端口上。所述自电容变化检测单元2设置一对受控分时电连接各对端口的受控端口c、d。所述自电容变化检测单元2内仅设置一套变量采集模块21。开始检测时，受控端口c、d先电连接序号是1的一对端口，该对端口分别电连接编号是S1的电极10的第一端S1L和第二端S2R。所述变量采集模块21按照本实用新型所述方法，将第一节点a和第二节点b倒换地电连接受控端口c、d，从而完成对编号是S1的电极10的检测，检测结构由变量采集模块21输出至相应的数据处理器单元。此后受控端口c、d按设定的时序电连接序号是2的一对端口，对编号是S2的电极10检测。依此类推，受控端口电连接序号是n的一对端口，对编号是Sn的电极10检测，直到所有电极10都被检测后，完成一次电极扫描的过程。此种扫描方式就是用一套变量采集模块分时地检测所有电极。

另一种电极扫描检测方式，所述变量采集模块的数量少于电极的数量；各变量采集模块受控地按照设定的时序依次一对一地电连接所有电极中的部分电极，即分时分区域地电连接各电极以完成对各电极的自电容变化检测。本方案与上述实例情况相类似，只是用多套变量采集模块对由多个电极组成的区域分时完成检测，是一种分时分区域的电极扫描方式。

还可以用一对一的电极扫描检测方式，所述变量采集模块一对一地电连接所述电极。此种扫描方式既可以实现分时扫描，也可以实现分时分区域扫描。

所述自电容传感装置既可以用于构成独立的、作为输入设备的触摸屏，也可以与显示设备结合而构成触摸显示屏。

当自电容传感装置与显示设备结合时，所述自电容传感装置安装在液晶显示屏内。如图11所示，该液晶显示屏3包括第一液晶基板31和第二液晶基板32，以及夹在第一液晶基板31与第二液晶基板32之间的液晶材料33、像素电极34、彩色滤光层35和黑矩阵36。所述电极附着在所述第一液晶基板31的上层或者下层，或者第二液晶基板32的上层或者下层。所述电极可以借助粘贴、蚀刻、切割或者焊接工艺附着在第一液晶基板31或者第二液晶基板32上。

当自电容传感装置与显示设备结合时，在电路方面可以采用与液晶显示屏的固有电路集成在同一芯片内的结构，所述自电容传感装置安装在液晶显示屏内。该液晶显示屏由显示驱动电路芯片控制。所述自电容变化检测单元集成在所述显示驱动电路芯片内。

当自电容传感装置与显示设备结合时，在控制方面为了避免电极扫描检测与液晶扫描互相干扰，所述自电容传感装置还包括协调检测模块。所述自电容传感装置安装在液晶显示屏内。该液晶显示屏由显示驱动电路控制。此时显示驱动电路既可以与自电容变化检测单元在同一芯片内，也可以互相独立地存在于各自所属芯片内。所述协调检测模块电连接所述自电容变化检测单元和显示驱动电路，以令自电容变化检测单元和显示驱动电路互不干扰地分时段和/或分区域完成各自功能。所述分时段完成各自功能是指，在一个设定的时间段内，分配给自电容变化检测单元一个以上的时段完成扫描检测，该时段内显示驱动电路不工作，将剩余的时段分配给显示驱动电路完成扫描，此时段内自电容变化检测单元不工作。所述分区域完成各自功能是指，将屏体分成多个互不重合的区域，协调分配自电容变化检测单元和显示驱动电路在不同的区域内实施扫描，也就是对于同一区域，进行自电容检测扫描的时候，不进行显示驱动扫描，而进行显示驱动扫描的时候，不进行自电容检测扫描。

Claims (15)

1.一种用于触摸屏的自电容传感装置，包括至少一电极，以及电连接各电极的自电容变化检测单元；其特征在于：

所述电极呈矩形，包括用于电连接自电容变化检测单元的、沿该电极延伸方向的第一端和第二端；

所述自电容变化检测单元包括至少一变量采集模块；该变量采集模块包括电连接于第一节点的恒流源、钳位电路和电荷收发检测电路，以及接地的第二节点；

在针对一个电极的检测过程中，所述变量采集模块的第一节点先电连接电极的第一端，且第二节点电连接电极的第二端，采集到第一自电容变化量之后，变量采集模块的第一节点再电连接该电极的第二端，且第二节点电连接电极的第一端，以采集第二自电容变化量；

所述钳位电路将所电连接电极一端的电位限定在恒定电位，所述恒流源向所电连接电极提供恒定电流；所述电荷收发检测电路因其所电连接电极的自电容变化向该电极输出电荷，并检测电荷输出量，量化电荷输出量为自电容变化量。

2.根据权利要求1所述的用于触摸屏的自电容传感装置，其特征在于：

所述钳位电路将所电连接电极一端的电位限定的恒定电位是V1，所述恒流源向所电连接电极提供的恒定电流是I，那么应当满足V1/I＝R，R是钳位电路和恒流源所电连接电极的电阻。

3.根据权利要求1所述的用于触摸屏的自电容传感装置，其特征在于：

所述钳位电路包括一运算放大器，该钳位电路所限定的恒定电位由该运算放大器正向输入端的输入电压控制；

所述电荷收发检测电路包括所述运算放大器，电连接在该运算放大器反相输入端与输出端之间的电荷收发电容，以及电连接所述运算放大器的输出端的交直流转换子模块；

所述恒流源的电流输出端和运算放大器的反相输入端都电连接于第一节点。

4.根据权利要求3所述的用于触摸屏的自电容传感装置，其特征在于：

在所述电荷收发电容的两端之间还电连接有复位开关。

5.根据权利要求1所述的用于触摸屏的自电容传感装置，其特征在于：

所述电极的至少一个顶角被切除形成直线段斜边，从而电极被加工成带有斜边的矩形电极。

6.根据权利要求1所述的用于触摸屏的自电容传感装置，其特征在于：

所述电极的至少一个顶角被切除形成圆弧线段边，从而电极被加工成带有圆弧边的矩形电极。

7.根据权利要求1所述的用于触摸屏的自电容传感装置，其特征在于：

所述电极的至少一条边加工有至少两个凹槽，在两相邻两凹槽之间形成凸齿，从而电极被加工成带有锯齿边的矩形电极。

8.根据权利要求1所述的用于触摸屏的自电容传感装置，其特征在于：

所述电极用氧化铟锡、金属网或者碳纳米材料制成。

9.根据权利要求1所述的用于触摸屏的自电容传感装置，其特征在于：

还包括用树脂合成薄膜材料或者用玻璃制成的基板，所述电极附着在该基板上。

10.根据权利要求1所述的用于触摸屏的自电容传感装置，其特征在于：

所述自电容传感装置安装在液晶显示屏内；该液晶显示屏包括第一液晶基板和第二液晶基板，以及夹在第一液晶基板与第二液晶基板之间的液晶材料、像素电极、彩色滤光层和黑矩阵；

所述电极附着在所述第一液晶基板的上层或者下层，或者第二液晶基板的上层或者下层。

11.根据权利要求1所述的用于触摸屏的自电容传感装置，其特征在于：

所述自电容变化检测单元包括一套变量采集模块；该套变量采集模块受控地按照设定的时序依次电连接所述各电极，即分时地电连接各电极以完成对各电极的自电容变化检测。

12.根据权利要求1所述的用于触摸屏的自电容传感装置，其特征在于：

所述变量采集模块的数量少于电极的数量；各变量采集模块受控地按照设定的时序依次一对一地电连接所有电极中的部分电极，即分时分区域地电连接各电极以完成对各电极的自电容变化检测。

13.根据权利要求1所述的用于触摸屏的自电容传感装置，其特征在于：

所述变量采集模块一对一地电连接所述电极。

14.根据权利要求1所述的用于触摸屏的自电容传感装置，其特征在于：

所述自电容传感装置安装在液晶显示屏内；该液晶显示屏由显示驱动电路芯片控制；所述自电容变化检测单元集成在所述显示驱动电路芯片内。

15.根据权利要求1所述的用于触摸屏的自电容传感装置，其特征在于：

还包括协调检测模块；

所述自电容传感装置安装在液晶显示屏内；该液晶显示屏由显示驱动电路控制；

所述协调检测模块电连接所述自电容变化检测单元和显示驱动电路，以令自电容变化检测单元和显示驱动电路互不干扰地分时段和/或分区域完成各自功能。

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