实用新型内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本实用新型的一个目的在于提供一种三维多点式触控屏。
在本实用新型的一个方面,本实用新型提出了一种触控屏。该触控屏包括:保护盖板;显示单元,所述显示单元设置于所述保护盖板下方,所述显示单元具有滤光片;背光单元,所述背光单元设置在所述显示单元下方,所述背光单元具有反射片;压力感应层,所述压力感应层设置在所述保护盖板以及所述显示单元之间、所述显示单元以及所述背光单元之间或者所述显示单元内部;以及接地层,所述接地层与所述压力感应层之间具有可压缩空间,并耦接形成压力感应电容,所述接地层设置在所述滤光片或者所述反射片上。由此,有利于减小该触控屏的厚度,简化制备工艺。该触控屏具有制备工艺简单、触控屏平整度好、感应灵敏等优点。
在实际使用中,压力感应层以及接地层的至少之一能够随垂直于屏体平面触控力度的不同发生不同程度的变形,从而使得压力感应层以及接地层之间的电容随两层之间距离的改变而改变,进而该触控屏可以感知在不同位置上触控压力的变化,从而可以实现压力感应功能。
任选地,所述滤光片包括接地屏蔽层,所述接地层为所述接地屏蔽层。由此,可以简便地利用上述接地屏蔽层形成接地层,有利于减小该触控屏的厚度,简化制备工艺。
任选地,所述反射片包括基材及位于所述基材远离所述显示单元的一侧上的金属膜层,所述接地层为所述金属膜层。由此,可以利用反射片具有的导电结构形成接地层,有利于减小该触控屏的厚度,简化制备工艺。
任选地,所述反射片为所述接地层时,所述压力感应层位于所述显示单元以及所述背光单元之间、所述显示单元内部的下偏光片上方、所述显示单元内部的阵列基板下方,或者所述压力感应层为所述显示单元内部的像素电极。可以简便地通过在上述结构表面加设导电膜作为压力感应层,有利于简化该触控屏的结构,从而可以简化生产工艺、降低触控屏的体积。
任选地,所述触控屏进一步包括:触摸感应结构,所述触摸感应结构设置在所述保护盖板以及所述显示单元之间,所述压力感应层位于所述触摸感应结构下方。由此,可以实现该触控屏的压力感应以及触控感应功能,进一步提高该触控屏的集成程度,节省成本且有利于减小该触控屏的厚度。
任选地,该触控屏进一步包括:屏蔽层,所述屏蔽层位于所述压力感应层远离所述接地层的一侧。由此,可以利用该屏蔽层屏蔽触控屏中其他电极层对于压力感应层的影响,从而可以提高压力感应层对于压力感应的灵敏度以及准确程度。
任选地,该触控屏进一步包括:基板,所述屏蔽层和所述压力感应层分别形成于所述基板的上表面和下表面。由此,可以为屏蔽层以及压力感应层提供可靠的力学支撑,便于将压力感应层以及屏蔽层集成在一起,从而可以简化该触控屏的制备工艺,提高集成程度,有利于减小根据本实用新型实施例的触控屏的体积。
任选地,所述屏蔽层、所述基板以及所述压力感应层是由透明材料形成的。由此,可以在实现压力感应触控的同时,不影响显示模组的显示效果。
附图说明
图1显示了根据本实用新型一个实施例的触控屏的结构示意图;
图2显示了根据本实用新型另一个实施例的触控屏的部分结构示意图;
图3显示了根据本实用新型又一个实施例的触控屏的部分结构示意图;
图4显示了根据本实用新型又一个实施例的触控屏的部分结构示意图;
图5显示了根据本实用新型一个实施例的显示单元的结构示意图;
图6A-图6D显示了根据本实用新型实施例的压力感应层的电极结构示意图;
图7A-图7B显示了根据本实用新型实施例的压力感应电极形状示意图;
图8显示了根据本实用新型一个实施例的压力感应层、基板以及屏蔽层的结构示意图;以及
图9显示了根据本实用新型一个实施例的电子设备的结构示意图。
附图标记说明:
100:保护盖板;
210:显示单元;230:上偏光片;240:滤光片;250:液晶层;260:阵列基板;270:下偏光片
220:背光单元;50:反射片
310:压力感应层;320:接地层;10:压力感应电极;20:屏蔽线;30:感应电极;40:驱动电极
400:可压缩空间
500:屏蔽层;600:基板;700:触摸感应结构
1000:电子设备;1100:触控屏。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中,术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“宽度”、“厚度”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型中,触控屏、电子设备、保护盖板或者压力感应层、接地层等结构的“上表面”、“上方”等术语特指在实际使用中,触控屏等设备或结构朝向用户的一侧,即用户通过触摸或压力触控对触控屏或者电子设备实施操作的一侧。
在本实用新型的第一方面,本实用新型提出了一种触控屏。具体地,参考图1,该触控屏包括:保护盖板100、显示单元210、背光单元220、压力感应层310以及接地层320。其中,显示单元210位于保护盖板100下方,背光单元220位于显示单元210下方,压力感应层310设置在保护盖板100以及显示单元210之间、显示单元210以及背光单元220之间或者显示单元210内部。显示单元210中具有滤光片240,背光单元220中具有反射片50,接地层320与压力感应层310之间具有可压缩空间,并耦接形成压力感应电容,接地层320设置在滤光片240或者反射片50上。将接地层320设置在滤光片或者反射片上有利于节省成本,提高该触控屏的集成程度,降低该触控屏的厚度。总的来说,该触控屏具有制备工艺简单、触控屏平整度好、感应灵敏等优点。
为了方便理解,下面首先对根据本实用新型实施例的触控屏工作的原理进行简要说明:当触控屏受触摸按压时,压力感应层310以及接地层320的至少之一会随着保护盖板100和显示模组200等结构一起发生形变,根据式I所示的电容计算公式:
C=εS/4πkd 式I
电容C与组成该电容的两个极板(即压力感应层310以及接地层320)之间介质的介电常数ε、极板面积S以及极板之间的距离d有关(k为与真空电容率相关的常数)。当压力感应层310与接地层320之间距离发生变化(即式I中的d值)时,上述两层之间形成的压力感应电容也发生变化,而上述距离的变化与施加在触控屏上的压力有关。因此,可以建立电容传感器的电容变化信息与触控屏的受力信息的相互关系数据库。由此,可以实现对垂直于屏体平面的触摸参数(即触摸压力)进行感知。在具体的信号检测过程中,可以直接或间接得测得前述的压力感应电容,如通过自容的检测方法直接测得前述的压力感应电容,或通过单层互容的检测方法间接测得前述的压力感应电容。对于单层互容检测方法,也可以建立检测电容信号与触控屏的受力信息的相互关系数据库,从而实现触摸压力感知。
下面对根据本实用新型的触控屏的各个单元进行详细描述。
根据本实用新型的实施例,参考图3以及图4,在压力感应层310与接地层320之间具有可压缩空间400。可压缩空间400可以在对触控屏进行按压触控时,可以为压力感应层310以及接地层320提供形变的空间。由此,可以实现根据本实用新型实施例的触控屏的压力感应功能。本领域技术人员能够理解的是,上述图例中可压缩空间400的位置仅为示例性的描述,在实际应用中,可压缩空间400只要位于压力感应层310与接地层320之间即可,可以为该触控屏中一个模组之内或者多个模组之间的间隙(即为空气),也可以设置在一个模组之内或者多个模组之间的空间,并填充有可变性的弹性材料,例如,可以在可压缩空间400中填充泡沫、凝胶或者多孔材料。在本实用新型的实施例中,可压缩空间400的厚度可以在0.05-0.5毫米之间,同一产品各不同位置之间的可压缩空间400的厚度差异可以保持在0.02-0.2毫米之间,由此,能够保证良好的均一性。
根据本实用新型的实施例,保护盖板100设置在触控屏的最上方,以便为根据本实用新型实施例的触控屏的其他部件提供保护。根据本实用新型的实施例,保护盖板100的具体材料不受特别限制,本领域技术人员可以根据实际情况对构成保护盖板100的材料进行选择。例如,根据本实用新型的具体实施例,保护盖板100可以为玻璃、蓝宝石、以及透明有机膜材(如聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物有机膜)构成的。上述材料来源广泛、容易获得,能够为该触控屏提供具有足够强度的保护,且透光性能良好,不会影响该触控屏的显示功能。
需要说明的是,在本实用新型中,显示单元210的具体类型不受特别限制,可以为IPS、TN、STN等方式的显示屏幕。例如,参考图5,根据本实用新型的具体实施例,显示单元可以包括上偏光片230、滤光片240、液晶层250、阵列基板260以及下偏光片270等结构,以实现根据本实用新型实施例的显示模组的显示功能。上述显示单元210中包括的各个部件的具体组成以及结构不受特别限制,只要能实现显示功能即可。
需要说明的是,组成压力感应层310的具体材料以及具体结构不受特别限制,本领域技术人员可以根据实际情况进行设计。例如,根据本实用新型的实施例,压力感应层310可以由ITO、金属网格(metal mesh)、纳米银丝导电膜、镀有金属的石墨烯层(如Cu、Ag镀层,或者是金属有机浆料,如银浆、铜浆等)形成。压力感应层310的具体设置方式也不受特别限制,例如,根据本实用新型的实施例,可以通过在需要设置压力感应层310的位置镀导电层,然后通过蚀刻等方式形成具有预定电极图案的压力感应层310,也可以直接通过丝网印刷形成压力感应层310。在本实用新型的一些实施例中,压力感应层310可以形成在柔性基材(如PET、PC等透明有机薄膜材料等),也可以在柔性基材上形成凹槽,将压力感应层310设置于凹槽中。
根据本实用新型的实施例,参考图2-图4,接地层320可以设置在滤光片240或者反射片50上。利用该触控屏中滤光片240或者反射片50具有的导电结构构成接地层320,可以节省成本,简化制备工艺,并减小该触控屏的厚度。
具体地,根据本实用新型的实施例,参考图3以及图4,滤光片240可以包括接地屏蔽层(图中未示出),接地层320为滤光片240中的接地屏蔽层。由此,可以简便地利用上述接地屏蔽层形成接地层,有利于减小该触控屏的厚度,简化制备工艺。参考图2,接地层320设置在反射片50上,压力感应层310可以位于显示单元210以及背光单元220之间。由此,可以在显示单元210最下部的下偏光片270或者玻璃基板的下表面进行导电镀膜处理,形成具有预定电极图案的压力感应层310,或者可以直接在下偏光片270或者玻璃基板的下表面贴附导电薄膜作为压力感应层310。由此,可以简化该触控屏的制备工艺,且可以利用下偏光片或者玻璃基板等较为平整的表面,提高压力感应层310的平整程度。此时,可以利用背光单元220中的空间作为可压缩空间400(图中未示出)。根据本实用新型的具体实施例,接地层320设置在反射片50上时,反射片50可以包括基材及位于基材远离显示单元210的一侧上的金属膜层(图中未示出),并利用该金属膜层作为接地层320。由此,可以利用反射片50具有的导电结构形成接地层320,有利于减小该触控屏的厚度,简化制备工艺。
根据本实用新型的另一些实施例,压力感应层310还可以设置在显示单元210内部。例如,根据本实用新型的具体实施例,压力感应层310可以设置在显示单元内部的下偏光片270上方、阵列基板260下方,或者采用阵列基板260中的像素电极作为压力感应层310。此时,可以对像素电极进行分时检测处理。由此,有利于简化该触控屏的结构,从而可以简化生产工艺、降低触控屏的体积。
根据本实用新型的一些实施例,参考图6D,压力感应层310上的压力感应电极还可以具有多个压力感应电极,并分别作为感应电极30以及驱动电极40,耦合形成互电容,且压力感应层310与接地层320耦合,与接地层320形成压力感应电容。此时,当该触控屏受到外力按压触控时,压力感应层310由于发生形变,感应电极30以及驱动电极40之间的距离发生变化,耦合形成的互电容(C1)将随压力发生变化;同时,由于压力感应层310以及接地层320之间的距离也发生了变化,因此感应电极30与接地层320之间的电容(C2)、驱动电极40与接地层320之间的电容均随压力发生变化(C3)。此时,接地层320可以作为参考,通过计算统计C1、C2以及C3在按压前后的变化,综合计算该触控屏所受到的压力,从而可以提高该触控屏的压力感应准确程度。
本领域技术人员能够理解的是,为了提高压力传感效果,参考图6A以及图6B,压力感应层310的表面可以具有多个压力感应电极10,多个压力感应电极10构成电极阵列。利用电极阵列对该触控屏的不同位置的触控压力进行独立检测,可以提高压力检测的灵敏程度。具体地,多个压力感应电极10可以均独立地与接地层之间形成压力感应电容,以便反应该触控屏表面不同位点的电容值。例如,参考图6A,压力感应层可以由多个规则排列的电极10构成。通过调节每个电极的面积,可以调节每一个电极的原始电容值(即触控屏表面未受触控操作时的电容值)。利用上述多个规则排列的电极覆盖需要进行压力传感的区域,可以实现触控屏监测区域的检测点均匀分布。本领域技术人员能够理解的是,上述多个压力感应电极10的具体形状、排列方式以及数量不受特别限制,可以根据该触控屏对于压力传感的敏感度的具体要求进行设计。例如,参考图6B,多个压力感应电极10的面积可以不全部相等。由于该触控屏不同位置在受到垂直于触控屏的触控压力时产生的形变程度不同,因此多个压力感应电极10的面积不全部相等有利于利用电极面积调节不同位置的初始电容,从而有利于增强该触控屏上各个位置的压力感应灵敏程度。例如,根据本实用新型的具体实施例,由于触控屏中央位置在受到压力触控时的形变较触控屏边缘处更大,位于触控屏中央位置的压力感应电极10B的面积可以小于位于触控屏边缘的压力感应电极10A的面积。
为了进一步提高该触控屏的压力触控感应效果,根据本实用新型的实施例,压力感应层还可以进一步具有屏蔽线20。具体地,参考图6C,屏蔽线20可以环绕压力感应电极10设置。由此,可以利用该屏蔽线屏蔽相邻的压力感应电极之间的信号以防止互相干扰,从而可以提高压力感应层对于压力感应的灵敏度以及准确程度。
根据本实用新型的另一些实施例,参考图8,当压力感应层310上未设置屏蔽线20,或屏蔽线20不足以屏蔽其余电极结构对压力感应电极10的信号干扰时,该触控屏还可以进一步包括屏蔽层500以及基板600。具体地,根据本实用新型的实施例,屏蔽层500可以位于压力感应层310远离接地层320的一侧。根据本实用新型的一些实施例,屏蔽层500以及压力感应层310可以分别设置于基板600的上表面以及下表面,以便为压力感应层310提供有力的电磁屏蔽,从而可以提高该触控屏的压力感应灵敏度以及准确程度。例如,在该触控屏的制备过程中,只需将含有屏蔽层500以及压力感应层310的基板600贴附在保护盖板100的下表面,再按照传统的触控屏制备工艺,将该集成有压力感应层310的保护盖板100与其他模组进行组装,即可获得根据本实用新型实施例的触控屏。
具体地,根据本实用新型的实施例,基板600可以由PET、玻璃、PMMA、COP、COC、PC等光学透明材质形成,屏蔽层500可以为在基板600需要设置屏蔽层500的一面上设置整面ITO,也可以在基板600的相应位置设置多条ITO线,相连两条ITO线的间距可以为不大于1mm;或者,可以利用金属网格、纳米银丝导电膜以及金属镀层形成根据本实用新型实施例的屏蔽层500。
根据本实用新型的实施例,为了简化制备工艺,可以利用同一种导电材料在基板600的上下两侧表面制备屏蔽层500以及压力感应层310。例如,可以选用双面镀ITO的薄膜材料(即Double ITO膜),在薄膜材料的一面进行电极图案制作处理做为压力感应层310,另一面不需额外处理,用整面ITO做为屏蔽层500即可。由此,可以进一步简化根据本实用新型实施例的触控屏的制备工艺。
根据本实用新型的实施例,在该触控屏中,压力感应电极10可以为多边形电极或者镂空电极。例如,参考图7A以及图7B,压力感应电极10可以为菱形,也可以为正方形等多边形、无规则电极块(图中未示出),也可以对压力感应电极10进行镂空处理。需要说明的是,图7B中所示出的镂空图案仅为示例性的,不能理解为对本实用新型的限制。即镂空电极10的镂空区域的个数可以不为1个,镂空区域的形状除可以为正方形以外,还可以为长方形、圆形、三角形等等。本领域技术人员还可以根据触控屏表面对于压力触控敏感程度的要求,对压力感应层310表面的压力感应电极图案进行设计,由此,便于调控该压力感应电极的初始电容值,防止按压过程中发生电容信号溢出,从而可以提高压力检测的准确性。
当对该触控屏进行压力触控操作时,由于压力感应层310受垂直向下的压力,因此压力感应层310与接地层320之间的距离减小,电容变大。此时,本领域技术人员可以根据接地层320与压力感应层310之间的距离,对压力感应层310上的镂空电极的尺寸进行调节,防止触控操作造成电容变大后,超出检测电路的检测范围而发生信号溢出。由此,可以通过简单的调节压力感应层310上电极图案的方式,防止信号溢出。例如,根据本实用新型的实施例,可以通过对压力感应层310上的电极图案进行设计,使得压力感应层310与接地层之间的原始电容值为检测电路可以检测到的最大电容值的10%-50%。并且,设置在压力感应层310上的镂空电极越多,在压力感应层310总面积一定的前提下,单个镂空电极的面积越小,则单个镂空电极与接地层之间形成的原始电容值受接地层平整度的影响越小,对接地层的平整度要求越低。本领域技术人员可以方便地根据该触控屏的参数要求,对压力感应层310上的电极数量进行设计。
根据本实用新型的实施例,该触控屏还可以进一步包括触摸感应结构。触摸感应结构可以具有本领域常用的触控屏结构,例如可以为外挂式(包括但不限于OGS、GF、GFF、GF2等)、on-cell、in-cell等方式的触控屏结构。根据本实用新型的具体实施例,参考图4,触摸感应结构700可以位于保护盖板100以及显示单元210之间,即采用外挂式结构,将压力感应层310设置在触摸感应结构700的下方。由此,可以进一步提高该触控屏的集成程度,节省成本且有利于减小该触控屏的厚度。根据本实用新型的一个实施例,将压力感应层310设置在触摸感应结构的下方时,可以采用滤光片240作为接地层320。由此,有利于简化该触控屏的制备工艺,且可以保证压力感应层310以及接地层320之间的压力感应电容能够随敏感地随触控屏幕压力的变化而发生变化,进而可以提高压力感应的灵敏程度。
需要说明的是,上述触控屏的实施例是示例性的,不能理解为对本实用新型的限制,本领域的技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。例如,在上述实施例中,只要压力感应结构310以及接地层320之间具有可压缩空间400且能够形成压力感应电容,并采用滤光片240或者反射片50作为接地层320即可,压力感应结构310以及可压缩空间400的具体位置可以根据实际情况进行调节。
本领域技术人员能够理解的是,前面描述的触控屏可以用于电子设备中。也即是说,根据本实用新型的实施例,参考图9,该电子设备1000可以包括前面描述的触控屏1100。利用前面描述的触控屏作为电子设备1000的屏幕,可以通过屏幕对不同触控力度进行感应,从而实现压力感应,并基于对上述触控压力的感应实现对电子设备进行控制。由于该电子设备中包括前面描述的触控屏,因此该电子设备具有前面描述的触控屏所具有的全部特征以及优点,在此不再赘述。综合来说,该电子设备具有压力触控敏感度高、制备工艺简单等优点。
本领域技术人员能够理解的是,上述电子设备还可以包括电子设备所必须的其他部件,以实现该电子设备的使用功能。例如,该电子设备还可以进一步包括中框,中框用于支撑上述触控屏。在本实用新型的一些实施例中,可以将压力感应层310设置在中框上,并与接地层320耦接形成压力感应电容。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本实用新型的限制,本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。