CN205068353U - 三维触控总成 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种三维触控总成，包括一复合触控压感层，所述复合触控压感层包括一柔性基材层以及分别设置在所述柔性基材层两侧的一第一触控压感层与一第二触控压感层，所述第一触控压感层上设置有多条第一方向触控压电电极，所述第二触控压感层上设置有多条第二方向触控压电电极。本实用新型所提供的三维触控总成具有轻薄，硬件及电路设计简单，成本低等优点。

Description

三维触控总成

【技术领域】

本实用新型涉及触控及压感领域，尤其涉及一种三维触控总成。

【背景技术】

随着科技的发展，触控总成(touchScreenassembly)已广泛应用于各种消费电子设备，例如：智能型手机、平板计算机、相机、电子书、MP3播放器等携带式电子产品，或是应用于操作控制设备的显示屏幕。

现有的电子设备大都采用电容式触控总成，电容式触控总成是利用人体的电流感应进行工作的。以触控面所在表面建立二维坐标系(X，Y)，一般的电容式触控总成在该平面内设置有X方向及Y方向的触控电极，当手指触摸在触控电极所对应的触控表面上时，由于人体电场，手指改变了触控点处的电信号。电子设备内部通过对触控点处电信号改变的精确计算，得出触摸点在X方向以及Y方向上的坐标位置，即确定触控点的二维位置进而控制电子设备的显示、跳转等操作。

为了进一步丰富触控总成的功能，目前已有部分触控总成会加装独立的压力传感器，所述压力传感器包括多个压感单元，位于触控点处的压感单元感应来自垂直于触控面(相当于Z轴方向)的按压力会产生一定的形变从而引起压感单元之电信号发生变化，对该电性号的侦测可以确定压感单元所受到的压力。通过压力值的侦测可设计出匹配于不同压力值下的设备功能，譬如不同力度下同一触控点可匹配多种功能。即我们可以从触控点(X，Y)和压力(Z)所界定的三维角度去丰富设计。

然，前述具有压力侦测功能的电子设备，由于其加载有压力传感器，其整体厚度增加，线路繁杂，制程复杂；也因此，如何发展出兼具触控及压力侦测的简易型三维触控侦测功能模块解决方案，是业界所需要的。

【实用新型内容】

为克服目前三维触控总成厚度增加，线路繁杂的问题，本实用新型提供一种三维触控总成。

本实用新型提供了一种解决上述技术问题的技术方案:一种三维触控总成，包括一复合触控压感层，所述复合触控压感层包括一柔性基材层以及分别设置在所述柔性基材层两侧的一第一触控压感层与一第二触控压感层，所述第一触控压感层上设置有多条第一方向触控压电电极，所述第二触控压感层上设置有多条第二方向触控压电电极。

优选地，所述第一触控压感层与所述第二触控压感层互补设置。

优选地，所述第一触控压感层与所述第二触控压感层分别为一第一纳米银线PVDF压电层与一第二纳米银线PVDF压电层。

优选地，所述第一纳米银线PVDF压电层和所述第二纳米银线PVDF压电层分别包含多条第一方向纳米银线PVDF压电电极及多条第二方向纳米银线PVDF压电电极。

优选地，所述多条第一方向纳米银线PVDF压电电极和所述多条第二方向纳米银线PVDF压电电极形状为串联的菱形、串联的三角形、串联的圆形、矩形、或波浪形中的一种或多种。

优选地，所述多条第一方向纳米银线PVDF压电电极和所述多条第二方向纳米银线PVDF压电电极内部散布有多条纳米银线，所述多条纳米银线之间相互搭接形成传导网络。

优选地，所述每一条第一方向纳米银线PVDF压电电极和所述每一条第二方向纳米银线PVDF压电电极两端设置有导电线，所述导电线直接连接至至一集成在一芯片上的三维信号处理电路，或通过软性电路板连接至所述三维信号处理电路。

优选地，所述纳米银线横向尺寸为10-450nm，纵向尺寸为10-300um。

优选地，所述柔性基材层厚度为100-200μm。

优选地，所述第一触控压感层和所述第二触控压感层厚度约为10nm—5μm。

与现有技术相比，本实用新型揭示的具有压电侦测的触控总成至少具有如下优点：

1.本实用新型中第一纳米银线PVDF压电层和第二纳米银线PVDF压电层采用纳米银线PVDF压电膜制成，其同时具备触控信号侦测和压力信号侦测功能，这样可以大大降低三维触控总成的厚度，且触控信号与压力信号采用同一组导电线导出，其可以减少线路的排布，避免了传统三维触控总成所存在的线路繁杂的问题。由于纳米银线PVDF压电膜内散布并嵌入了纳米银线，纳米银线在其内部形成传导网络，故，其导电性非常好，而纳米银线PVDF压电膜本身具有较好的压电特性，因此第一方向纳米银线PVDF压电电极和第二方向纳米银线PVDF压电电极采用纳米银线PVDF压电膜制作时，触控信号和压力信号的侦测效果均非常理想。

2.本实用新型中复合触控压感层结构为过柔性基材层两侧设置第一纳米银线PVDF压电层和第二纳米银线PVDF压电层，柔性基材层的设置可以使得复合触控压感层能够灵敏响应于触控操作产生一定的形变以提升三维触控总成的压力信号侦测灵敏度。

【附图说明】

图1是本实用新型第一实施例三维触控总成的层状结构示意图。

图2是本实用新型第一实施例三维触控总成之第一纳米银线PVDF压电层的平面结构示意图。

图3是本实用新型第一实施例三维触控总成之复合触控压感层的平面结构示意图。

图4是纳米银线PVDF压电膜的平面结构示意图。

图5是本实用新型第一实施例三维触控总成之触控信号与压力信号侦测的时序图。

图6是本实用新型第二实施例三维触控总成之第一纳米银线PVDF压电层的平面结构示意图。

图7是本实用新型第二实施例三维触控总成之复合触控压感层的平面结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型第一实施例三维触控总成10包括一从上至下(本实用新型中，上下左右、顶部、底部等位置词仅用于限定指定视图上的相对位置，而非绝对位置)依次包括一上基板11，一贴合层12以及一复合触控压感层10s以及一三维信号处理电路18，所述复合触控压感层10s兼具触控信号侦测与压力信号侦测这两种功能，触控信号用于确定触控操作者的触控位置，压力信号用于确定触控操作之按压力值大小。所述三维信号处理电路18设置在复合压感层10s的下方，其位置不作限定。所述复合触控压感层10s与三维信号处理电路18电性连接，而三维信号处理电路18得以透过讯号处理技巧计算触控位置及相应位置的按压力值大。

上基板11可以认定为电子设备的触摸盖板，所谓的盖板包括一触控操作面与一组件安装面，其触控操作面用于手指或触控笔等进行触控操作，组件安装面则用于安装触控电极组件或显示模组等。上基板111材质可以是PEEK(polyetheretherketone聚醚醚酮)，PI(Polyimide聚酰亚胺)，PET(polyethyleneterephthalate聚对苯二甲酸乙二醇酯)，PC(聚碳酸酯聚碳酸酯)，PES(聚丁二酸乙二醇酯，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯polymethylmethacrylate)及其任意两者的复合物等材料，但不以此为限而可以使用软性玻璃或薄化玻璃盖板。

贴合层12可以选用OCA(光学透明胶，OpticalClearAdhesive)或LOCA(液态光学透明胶，LiquidOpticalClearAdhesive)。

请再合并参阅图1至图3，复合触控压感层10s包括一柔性基材层16以及分别设置在柔性基材层16两侧的一第一触控压感层15与一第二触控压感层17，所述第一触控压感层15与第二触控压感层17以柔性基材层16相对的两侧作为承载面。第一触控压感层15上设置有多条第一方向触控压电电极151，第二触控压感层17上设置有多条第二方向触控压电电极171，多条第一方向触控压电电极151与第二方向触控压电电极171既侦测触控信号，也侦测压力信号且所述两者互补设置。

具体地，于本新型较佳实施例中，第一触控压感层15与第二触控压感层17分别为一第一纳米银线PVDF压电层15与一第二纳米银线PVDF压电层17。第一纳米银线PVDF压电层15和第二纳米银线PVDF压电层17分别包含多条第一方向纳米银线PVDF压电电极151及多条第二方向纳米银线PVDF压电电极171。

于触控侦测模式下，第一纳米银线PVDF压电层15和第二纳米银线PVDF压电层17配合可以以互电容的方式对操作者在上基板11上的触控操作进行触控信号侦测以确定触控操作所对应的位置；于压力侦测模式下，每一条第一方向纳米银线PVDF压电电极151和每一条第二方向纳米银线PVDF压电电极171采用以自电容的侦测方式，各自分别对触控操作下的按压力值进行侦测。

请参阅图2和图3，于本新型较佳实施例中，所述第一纳米银线PVDF压电层15包括多条沿第一方向(X方向)平行等间距排列的第一方向纳米银线PVDF压电电极151，所述第二纳米银线PVDF压电层17包括多条沿第二方向(Y方向)平行等间距排列的第二方向纳米银线PVDF压电电极171，X方向正交于Y方向，即所述多条相互平行排列的第一方向纳米银线PVDF压电电极151与多条相互平行排列的第二方向纳米银线PVDF压电电极171正交。

第一纳米银线PVDF压电层15上的每一第一方向纳米银线PVDF压电电极151可通过两导电线连接至三维信号处理电路18以形成封闭电性回路，俾利每一第一方向纳米银线PVDF压电电极151执行自电容压感侦测，第一纳米银线PVDF压电层15上的多条导电线可选择性地先透过该层对应的软性电路板(图未示)进行讯号导出，软性电路板电性连接于三维信号处理电路18；同样地，第二纳米银线PVDF压电层17的每一第二方向纳米银线PVDF压电电极171亦可各自形成封闭电性回路以利自电容压感侦测，并选择性地使用软性电路板通过该层对应的软性电路板(图未示)进行讯号导出，软性电路板电性连接于三维信号处理电路18。所述每一第一方向纳米银线PVDF压电电极151和每一第二方向纳米银线PVDF压电电极171之两端的导电线兼具传导触控信号和压力信号的功能。

触控操作者在上基板11的上表面进行触控操作时，该触控点处对应的一第一方向纳米银线PVDF压电电极151或第二方向纳米银线PVDF压电电极171，或一第一方向纳米银线PVDF压电电极151和一第二方向纳米银线PVDF压电电极171将同时受到压力。

所述第一方向纳米银线PVDF压电电极151和/或第二方向纳米银线PVDF压电电极171导电性较佳，其最佳面电阻小于200欧姆/平方厘米。第一方向纳米银线PVDF压电电极151和第二方向纳米银线PVDF压电电极171是在触控操作下所产生的压力而引起的变形、偏转或剪切等应变性反应从而导致至少一个电性能发生改变的压电材料。

图2和图3中仅以4条第一方向纳米银线PVDF压电电极151与4条第二方向纳米银线PVDF压电电极171为例来进行示意说明，实际上，数量不作限制。所述第一方向纳米银线PVDF压电电极151与第二方向纳米银线PVDF压电电极171的设置位置互补，从上基板11的正面的叠加效果来看，相当于用单层材料同时实现了触控压感电极(包括第一方向纳米银线PVDF压电电极151和第二方向纳米银线PVDF压电电极171)的配置。在本实施例中，所述X方向与Y方向正交，但X和Y方向的夹角角度不作限定。

图2及图3中仅以串联的菱形状的第一方向纳米银线PVDF压电电极151和第二方向纳米银线PVDF压电电极171为例来进行说明，实际上，其形状可以是串联的三角形、串联的圆形、矩形，波浪形等其他形状，其未加以限定。

请参阅图4，所述第一纳米银线PVDF压电层15和第二纳米银线PVDF压电层17采用纳米银线PVDF(PolyvinylideneFluoride聚偏氟乙稀)压电膜800图案化后制成(图案化结果可如图2及6所示)，即所述纳米银线PVDF压电膜800为PVDF材料制成薄膜，所述PVDF材料中掺杂了多条纳米银线801。多条纳米银线801散布并内嵌于纳米银线PVDF压电膜800中，且相互搭接形成一个传导网络以提高纳米银线PVDF压电膜800的导电性。所谓纳米银线801(silvernanowires，简称SNW)是指横向尺寸在10-450nm，纵向尺寸在10-300um范围内的一种银的形态。银在一般状态下为银白色金属，且为不透明材料，导电性极佳。

于触控压感层尺寸上，第一纳米银线PVDF压电层15和第二纳米银线PVDF压电层17厚度约为10nm—5μm，优选为20nm—1μm，更优为20nm—100nm。优选透光率在90％以上。

所述柔性基材层16为柔性材质，较佳地，厚度小于500μm，更佳地，厚度小于200μm，最优选为100-200μm，在该优选范围内，柔性基材层16既可以作为较好的承载层，有具有较佳柔性而具有良好的应变能力。柔性基材层16材质可以是聚合物膜，所述聚合物膜诸如包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯的膜，薄玻璃片(例如，100μm厚或更薄)或钠钙硅玻璃。跟进一步优选为透明柔性材质，透光率在80％以上(优选透光率在90％以上)。

在本新型中，三维信号处理电路18集成于一芯片上，其至少用于处理触控信号及压力信号(即互电容讯号及自电容信号)。为了清楚说明侦测触控信号及压力信号系分时序进行的，请参阅图5，It1和It2分别代表对依序两相邻二不同的触控压力电极(例如两第一方向纳米银线PVDF压电电极151)侦测触控信号之时序，所述Ifa_1与Ifa_2代表对依序两相邻第一纳米银线PVDF压电层15上二不同的第一方向纳米银线PVDF压电电极151之压力信号侦测时序，Ifb_1与Ifb_2代表对依序两相邻第二纳米银线PVDF压电层17上二不同的第二纳米银线PVDF压电电极171之压力信号侦测时序。因第一方向纳米银线PVDF压电电极151和第二方向纳米银线PVDF压电电极171兼具触控信号和压力信号侦测功能，故，所述触控信号与压力信号侦测分时序进行，即触控信号与压力信号侦测时段彼此分开进行，该分开进行的方式包括至少两种：

一、触控信号与压力信号侦测独立进行；即信号处理电路18在分开的时段里通过逐一扫描第一方向纳米银线PVDF压电电极151和第二方向纳米银线PVDF压电电极171以分别侦测触控信号与压力信号。触控信号与压力信号的侦测彼此相互独立分时序进行。

二、先侦测触控信号以确定触控点位置，再侦测压力信号以确定按压力值大小；三维信号处理电路18逐一扫描第一方向纳米银线PVDF压电电极151和第二方向纳米银线PVDF压电电极171以优先侦测触控信号并对触控信号进行处理后确定触控点的位置，触控点位置处所对应的第一方向纳米银线PVDF压电电极151和/或第二方向纳米银线PVDF压电电极171必定会受到按压力产生压力信号，由于触控点位置已经确定，故，三维信号处理电路18随即对触控点位置处的第一方向纳米银线PVDF压电电极151和第二方向纳米银线PVDF压电电极171进行压力信号的侦测即可。这样可以节约程序的运行时间，以最快速度获得触控点位置及按压力值的大小。

三维触控总成10对触控信号采用互电容方式侦测，对压力信号采用自电容的方式侦测，所述互电容方式侦测触控信号具体为：所述触控单元由第一方向纳米银线PVDF压电电极151与第二方向纳米银线PVDF压电电极171所界定，其具有电容效应，即第一方向纳米银线PVDF压电电极151与第二方向纳米银线PVDF压电电极171之间形成电容，第一方向纳米银线PVDF压电电极151相当于电容的上极板，所述第二方向纳米银线PVDF压电电极171相当于电容的下极板，当用户手指或触控笔等在上基板11上进行触控操作时，影响了触控点处对应的触控单元上下极板之间的耦合，从而改变了这两个极板之间的电容量。

又于压力信号侦测时，所述电容量的改变形成触控信号传递至三维信号处理电路18。所述自电容方式侦测压力信号具体为：每一第一方向纳米银线PVDF压电电极151与第二方向纳米银线PVDF压电电极171两端设置有导电线，所述二导电线和三维信号处理电路18及第一方向纳米银线PVDF压电电极151或第二方向纳米银线PVDF压电电极171构成闭合回路以侦测压力信号。

在压力信号侦测上，所述第一纳米银线PVDF压电层15和第二纳米银线PVDF压电层17相互独立，但三维信号处理电路18对第一纳米银线PVDF压电层15和第二纳米银线PVDF压电层17所侦测到的压力信号的处理方式能体现压力信号叠加有益效果。

与现有技术相比，本实用新型揭示的三维触控总成10至少具有如下优点：

1.本实用新型中第一纳米银线PVDF压电层15和第二纳米银线PVDF压电层17采用纳米银线PVDF压电膜800制成，其同时具备触控信号侦测和压力信号侦测功能，这样可以大大降低具有压电侦测的触控总成10的厚度，且触控信号与压力信号采用同一组导电线导出，其可以减少线路的排布，避免了传统三维触控总成所存在的线路繁杂的问题。由于纳米银线PVDF压电膜800内散布并嵌入了纳米银线，纳米银线在其内部形成传导网络，故，其导电性非常好，而纳米银线PVDF压电膜800本身具有较好的压电特性，因此第一方向纳米银线PVDF压电电极151和第二方向纳米银线PVDF压电电极171采用纳米银线PVDF压电膜800制作时，触控信号和压力信号的侦测效果均非常理想。

2.本实用新型中复合触控压感层10s结构为过柔性基材层16两侧设置第一纳米银线PVDF压电层15和第二纳米银线PVDF压电层17，柔性基材层16的设置可以使得复合触控压感层10s能够灵敏响应于触控操作产生一定的形变以提升具有压电侦测的触控总成10的压力信号侦测灵敏度。

3.本实用新型中采用的是互电容的侦测方式侦测触控信号，采用自电容的方式侦测压力信号，所述两者响应于触控操作所产生的触控信号与压力信号变化均为电容量的改变，即两者因触控操作所引起的信号类型变化一致。由于两者的信号类型变化的一致性，其能够通过同一处理电路来实现信号的侦测，在本实用新型中通过一套硬件设备(集成在一芯片上的三维信号处理电路18)就可以实现对触控信号以及压力信号的处理。生产厂商无需设计两套独立的硬件设备来对压力信号和触控信号进行处理。这样提高了电容式三维侦测模块10的集成度，降低了硬件设备的成本。避免了现有具有压电侦测的触控总成所存在的多套硬件设备所带来的硬件复杂，成本高等问题。

4.具有压电侦测的触控总成10分时序侦测触控点位置以及按压力值。最佳地，具有压电侦测的触控总成10先侦测触控点的位置，然后再侦测触控点位置处所对应的触控压感电极所受到的按压力值，在按压力值的侦测过程中，信号处理电路18无需对触控压感电极全部逐一侦测，这样，提高了侦测效率，降低了硬件损耗。

请参阅图6和图7，本实用新型第二实施例具有压电侦测的触控总成(未标号)与第一实施例的不同之处仅在于：所述复合触控压感层10a包括一柔性基材层16a,该柔性基材层16a相对的两侧分别设置一第一纳米银线PVDF压电层15a和一第二纳米银线PVDF压电层17a。所述第一纳米银线PVDF压电层15a和第二纳米银线PVDF压电层17a上分别设置有多条沿第一方向(X方向)平行等间距排列的第一方向纳米银线PVDF压电电极151a和多条沿第二方向(Y方向)平行等间距排列的第二方向纳米银线PVDF压电电极171a，所述第一方向纳米银线PVDF压电电极151a和第二方向纳米银线PVDF压电电极171a为矩形长条状。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维触控总成，其特征在于：包括一复合触控压感层，所述复合触控压感层包括一柔性基材层以及分别设置在所述柔性基材层两侧的一第一触控压感层与一第二触控压感层，所述第一触控压感层上设置有多条第一方向触控压电电极，所述第二触控压感层上设置有多条第二方向触控压电电极。

2.如权利要求1所述的三维触控总成，其特征在于：所述第一触控压感层与所述第二触控压感层互补设置。

3.如权利要求1所述的三维触控总成，其特征在于：所述第一触控压感层与所述第二触控压感层分别为一第一纳米银线PVDF压电层与一第二纳米银线PVDF压电层。

4.如权利要求3所述的三维触控总成，其特征在于：所述第一纳米银线PVDF压电层和所述第二纳米银线PVDF压电层分别包含多条第一方向纳米银线PVDF压电电极及多条第二方向纳米银线PVDF压电电极。

5.如权利要求4所述的三维触控总成，其特征在于：所述多条第一方向纳米银线PVDF压电电极和所述多条第二方向纳米银线PVDF压电电极形状为串联的菱形、串联的三角形、串联的圆形、矩形、或波浪形中的一种或多种。

6.如权利要求4所述的三维触控总成，其特征在于：所述多条第一方向纳米银线PVDF压电电极和所述多条第二方向纳米银线PVDF压电电极内部散布有多条纳米银线，所述多条纳米银线之间相互搭接形成传导网络。

7.如权利要求4所述的三维触控总成，其特征在于：所述每一条第一方向纳米银线PVDF压电电极和所述每一条第二方向纳米银线PVDF压电电极两端设置有导电线，所述导电线直接连接至一集成在一芯片上的三维信号处理电路，或通过软性电路板连接至所述三维信号处理电路。

8.如权利要求6所述的三维触控总成，其特征在于：所述纳米银线横向尺寸为10-450nm，纵向尺寸为10-300um。

9.如权利要求1所述的三维触控总成，其特征在于：所述柔性基材层厚度为100-200μm。

10.如权利要求1所述的三维触控总成，其特征在于：所述第一触控压感层和所述第二触控压感层厚度约为10nm—5μm。