TWI910397B - 互容式觸控屏及具有該互容式觸控屏之觸控裝置 - Google Patents

互容式觸控屏及具有該互容式觸控屏之觸控裝置

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Abstract

本申請提出一種互容式觸控屏及具有該互容式觸控屏之觸控裝置。互容式觸控屏包括：第一介質層、第一電極單元及第二電極單元。第一介質層包括相背設置之第一面及第二面。第一電極單元設置於第一介質層之第一面。第二電極單元設置於第一介質層之第二面。第一電極單元與第二電極單元配合設置，以形成耦合互電容。其中，第一電極單元包括第一狀態及第二狀態。當它處於第二狀態時，兩個電極單元構成驅動電極和接收電極之組合，藉由偵測兩個電極單元之間之耦合互電容獲得觸控點之座標。當它處於第一狀態時，兩個電極單元構成諧振電路。

Description

互容式觸控屏及具有該互容式觸控屏之觸控裝置
本申請涉及觸控屏技術領域，尤其涉及一種互容式觸控屏及具有該互容式觸控屏之觸控裝置。
隨著智慧手機、筆記型電腦、智慧手錶等設備之普及，智慧設備之功能越來越多，同時要求體積越來越緊湊。由於這兩種趨勢相互之間形成矛盾，因此往往需要於智慧設備之體積與功能之間做出犧牲。
觸控屏作為智慧設備之主要之人機交互手段，往往佔據智慧設備較大之面積（體積），但卻僅承擔觸控功能。以常規之互容式觸控屏為例，通常包括多條驅動電極和接收電極，用以形成互電容進而實現觸控位置之檢測。然而，常規之互容式觸控屏無法於其內部提供電磁諧振，因此無法利用既有之元件實現能量傳遞。
有鑑於此，有必要提供一種互容式觸控屏及具有該互容式觸控屏之觸控裝置，能夠於實現常規觸控位置檢測功能之同時，亦能夠提供電磁諧振，以實現能量傳遞之功能。
本申請之第一方面，提供一種互容式觸控屏，互容式觸控屏包括：第一介質層，第一介質層包括相背設置之第一面及第二面；第一電極單元，第一電極單元設置於第一介質層之第一面；第二電極單元，第二電極單元設置於第一介質層之第二面，並與第一電極單元配合設置，以形成耦合互電容；其中，第一電極單元包括第一狀態及第二狀態，當第一電極單元處於第二狀態時，第一電極單元與第二電極單元構成驅動電極和接收電極之組合，藉由偵測第一電極單元和第二電極單元之間之耦合互電容獲得觸控點之座標；當第一電極單元處於第一狀態時，第一電極單元與第二電極單元構成諧振電路。
根據本申請之第一方面，於一種可能之實現方式中，第一電極單元包括第一端及第二端；當第一端與第二端均被施加激勵訊號時，第一電極單元處於第一狀態；當第一端或第二端被施加激勵訊號時，第一電極單元處於第二狀態。
根據本申請之第一方面，於一種可能之實現方式中，當第一電極單元處於第一狀態時，第一電極單元於第一介質層上之投影與第二電極單元於第一介質層上之投影之每一個交疊處形成一個等效電容，第一電極單元形成等效電感，複數個等效電容與等效電感並聯，以構成諧振電路。
根據本申請之第一方面，於一種可能之實現方式中，第一電極單元至少包括第一電極與第二電極，第一電極與第二電極之間設置有開關，第一電極與第二電極能夠藉由開關實現連接或斷開。
根據本申請之第一方面，於一種可能之實現方式中，第一電極單元圍繞一中心點沿一定方向延伸，並呈矩形狀設置，第二電極單元包括複數個條形電極。
根據本申請之第一方面，於一種可能之實現方式中，第一電極單元呈螺旋形設置，第二電極單元包括複數個方位電極，方位電極呈完整之塊狀。
根據本申請之第一方面，於一種可能之實現方式中，第一電極單元呈同心圓形設置，方位電極呈扇形設置，並沿圓周之半徑方向延伸。
根據本申請之第一方面，於一種可能之實現方式中，第一電極單元呈同心圓形設置，方位電極之邊緣呈鋸齒狀。
根據本申請之第一方面，於一種可能之實現方式中，方位電極上開設有複數開孔或開槽。
根據本申請之第一方面，於一種可能之實現方式中，條形電極是以一中心線為對稱軸之軸對稱圖形，條形電極之形狀呈“王”字形，條形電極相對之兩側具有開口，複數個條形電極之開口方向相同。
根據本申請之第一方面，於一種可能之實現方式中，互容式觸控屏還包括由一底部介質層及一底部充電線圈構成之底部線圈層組；構成從上至下順序為第二電極單元、第一介質層、第一電極單元、底部介質層及底部充電線圈之堆疊結構，底部介質層上開設有至少一個底部通孔，第一電極單元與底部充電線圈藉由底部通孔相連接。
根據本申請之第一方面，於一種可能之實現方式中，互容式觸控屏還包括：至少一組由中間介質層及中間充電線圈構成之中間線圈層組；中間線圈層組設置於第一電極單元與底部線圈層組之間，各組中間線圈層組均是中間介質層設置於中間充電線圈上方；各中間介質層上均開設有至少一個中間通孔，第一電極單元與各個中間充電線圈、底部充電線圈藉由中間通孔及底部通孔相連接。
根據本申請之第一方面，於一種可能之實現方式中，互容式觸控屏還包括：由線路介質層和第一走線構成之線路層組，線路介質層設置於第一走線之上方，線路層組和底部線圈層組相鄰，且線路層設置於底部線圈層上方；第一走線連接第一電極單元和/或第二電極單元。
根據本申請之第一方面，於一種可能之實現方式中，底部線圈層組還包括第二走線，第二走線與底部充電線圈同層設置；第二走線連接第一電極單元和/或第二電極單元。
根據本申請之第一方面，於一種可能之實現方式中，第二電極單元、第一介質層、第一電極單元、中間線圈層組和底部線圈層組集成於同一印製電路板內。
根據本申請之第一方面，於一種可能之實現方式中，互容式觸控屏還包括蓋板，蓋板設置於第二電極單元遠離第一介質層之一側。
本申請之第二方面提供一種觸控裝置，觸控裝置包括驅動晶片及如上之互容式觸控屏，互容式觸控屏與驅動晶片電連接。
根據本申請之第二方面，於一種可能之實現方式中，觸控裝置能夠將第一電極單元與第二電極單元構成之諧振電路動態切換至預設頻率點上，實現與同頻率點之外部裝置發送或接受能量。
根據本申請之第二方面，於一種可能之實現方式中，第一電極單元包括複數個電極，觸控裝置能夠將第一電極單元內不同之電極設置於不同之頻率點，使得觸控裝置同時與對應不同頻率點之外部裝置發送能量或接收能量。
根據本申請之第二方面，於一種可能之實現方式中，互容式觸控屏於設定區域內之第一電極單元與第二電極單元構成諧振電路。
根據本申請之第二方面，於一種可能之實現方式中，驅動晶片包括觸控驅動晶片、無線控制晶片和複數切換開關；每個切換開關之第一端連接第一電極單元，第二端連接觸控驅動晶片，第三端連接無線控制晶片，第一電極單元之第一狀態和第二狀態能夠藉由切換開關進行切換。
本申請相比於習知技術，至少具有如下有益效果：藉由將第一電極單元處於不同之配置狀態，即於第一狀態下與第二電極單元構成諧振電路，使得互容式觸控屏能夠實現選頻功能。觸控裝置可以將第一電極單元與第二電極單元構成之諧振電路動態切換至預設頻率點上，從而實現與同頻率點之外部裝置發送或接受能量。更進一步，藉由將第一電極單元內不同之電極設置於不同之頻率點，使得觸控裝置可以同時與對應不同頻率點之外部裝置發送能量或接收能量，並且外部裝置發送能量和接收能量同時進行。於第二狀態下第一電極單元與第二電極單元構成驅動電極與接收電極之組合，實現常規觸控位置檢測功能。如此，同時實現了觸控位置檢測與能量傳遞。
為能夠更清楚地理解本申請之上述目的、特徵與優點，下面結合附圖與具體實施方式對本申請進行詳細描述。需要說明的是，於不衝突之情況下，本申請之實施方式及實施方式中之特徵可以相互之間組合。
於下面之描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本申請，所描述之實施方式僅僅是本申請一部分實施方式，而不是全部之實施方式。基於本申請中之實施方式，本領域普通技術人員於沒有做出創造性勞動前提下所獲得之所有其它實施方式，均屬於本申請保護之範圍。
除非另有定義，本文所使用之所有之技術與科學術語與屬於本申請之技術領域之技術人員通常理解之含義相同。本文中於本申請之說明書中所使用之術語僅是為描述具體之實施方式之目的，不是旨在於限制本申請。
實施例1：
請參閱圖1，本申請實施例提供一種互容式觸控屏100。互容式觸控屏100包括第一介質層30、第一電極單元10及第二電極單元20。
可以理解，第一介質層30可為薄膜（Film）、玻璃（Glass）、塑膠（Plastic）、印製電路板（Printed Circuit Board，PCB）中之一種，亦可為其他材料，於此不作限制。
第一介質層30包括相背設置之第一面31及第二面32。第一電極單元10與第二電極單元20設置於第一介質層30相背之兩面上。例如，第一電極單元10設置於第一面31，第二電極單元20設置於第二面32。
請一併參閱圖2，圖2為第一電極單元10之結構示意圖。第一電極單元10圍繞某一中心點由內向外或由外向內沿一定方向延伸，並以一定之形狀佈置於第一介質層30。例如，第一電極單元10以某一端為起點圍繞中心點A由內向外逆時針方向延伸至另一端，並呈矩形狀佈置於第一介質層30。
於一種可能之實現方式中，第一電極單元10包括相連接之第一電極11及第二電極12。具體地，第一電極11具有第一端101及第二端102，第二電極12具有第三端103及第四端104。第二端102與第三端103相連接，以使得第一電極11與第二電極12相互連接構成一個整體。於僅實施方式中，第一電極11以第一端101為起點圍繞中心點A由內向外逆時針方向延伸至第二端102，並呈矩形狀佈置於第一介質層30。第二電極12之第三端103與第一電極11之第二端102連接，並繼續圍繞第一電極11及中心點A由內向外逆時針方向延伸至第四端104，並呈矩形狀佈置於第一介質層30。
於一種可能之實現方式中，第二端102與第三端103之間還設置有開關（圖未示），第一電極單元10能夠藉由開關之打開與關閉實現第一電極11與第二電極12之連接或斷開。
可以理解，於其他之實施方式中，第一電極單元10還可以包括更多之與第一電極11和第二電極12結構相似之其他電極，並圍繞於第一電極11之週邊。
請參閱圖3，圖3為第二電極單元20之示意圖。第二電極單元20包括複數個條形電極21。複數條形電極21設置於第一介質層30上並形成陣列矩陣，且陣列矩陣之中心位置不設置條形電極。具體地，建立如圖3所示XY軸坐標系，每一個條形電極21位於一個座標儲存格內。位於中間位置之座標儲存格內不設置條形電極21。
可以理解，第二電極單元20之條形電極21之數量以及不設置條形電極21之座標儲存格之數量均可以根據需要設置。例如，位於中間位置之1個、4個或9個座標儲存格內不設置有條形電極21。以圖3為例，圖3中共有7×7=49個座標儲存格。位於中間之9個座標儲存格內未設置有條形電極21，即第二電極單元20共有40個條形電極21。
於一種可能之實現方式中，每一條形電極21是以一中心線（圖未標）為對稱軸之軸對稱圖形。條形電極21之形狀例如呈“王”字形。條形電極21相對之兩側具有開口201。複數條形電極21之開口201均朝同一方向設置，例如沿圖中Y軸方向設置。
請一併參閱圖4，所示為第一電極單元10與第二電極單元20配合之示意圖。第一電極單元10與第二電極單元20於第一介質層30（參圖1）上之投影相交疊。具體地，第二電極單元20中之條形電極於第一介質層30上之投影與第一電極單元10內之第一電極11或第二電極12於第一介質層30上之投影相交疊。
以圖4為例，第二電極單元20共設置有40個條形電極。位於X=1及X=7這兩列上之座標儲存格內之條形電極、以及位於Y=1及Y=7這兩行上之座標儲存格內之條形電極於第一介質層30上之投影均與第二電極12於第一介質層30上之投影相交疊，即共有24個條形電極與第二電極12配合設置。而第二電極單元20中剩餘之16個條形電極以相同之方式與第一電極11配合設置，於此不再贅述。
可以理解，第一電極單元10與第二電極單元20能夠形成電場耦合，進而形成互電容矩陣。互電容矩陣包括複數個耦合互電容，耦合互電容主要集中於第一電極單元10與第二電極單元20於第一介質層30上之投影之交疊處。於一種可能之實現方式中，第二電極單元20內之每一個條形電極與第一電極單元10於第一介質層30上之投影之交疊處均會形成一個耦合互電容。
請一併參閱圖5及圖7，於本申請實施例中，第一電極單元10包括兩種狀態，即第一狀態（參圖5）與第二狀態（參圖7）。下面為描述方便，以第一電極單元10僅包括第一電極11為例進行說明。可以理解，當第一電極單元10包括多個電極，例如包括第一電極11與第二電極12時，第一電極11與第二電極12相當於串聯於一起，其原理與下文描述之原理一致。
圖5所示為第一電極單元10處於第一狀態之示意圖。於本實施例中，當第一電極單元10之兩端均被施加相反之激勵訊號（例如交流電訊號）時，第一電極單元10處於第一狀態。例如於第一端101施加負極激勵訊號（例如激勵電壓V-），於第二端102施加正極激勵訊號（例如激勵電壓V+）。可以理解，亦可以於第一端101施加正極激勵訊號（例如激勵電壓V+），於第二端102施加負極激勵訊號（例如激勵電壓V-）。可以理解，當第一電極單元10之一端被饋入負極激勵訊號，另一端被饋入正極激勵訊號時，第一電極單元10便形成一個電流回路。
可以理解，如上所述，當第一電極11之兩端（例如第一端101及第二端102）饋入相反之激勵訊號並形成電流回路時，如果將第二電極單元20中位於同一列之條形電極連接於一起，則第一電極單元10與第二電極單元20將等效為一個並聯諧振電路。
具體地，請一併參閱圖6，圖6為第一電極單元10與第二電極單元20構成之並聯諧振電路1001之示意圖。其中，並聯諧振電路1001包括複數個並聯於一起之等效電容 至 、等效電感L及損耗電阻R。如圖6所示，所有等效電容 至 之一端、等效電感L之一端及損耗電阻R之一端均連接激勵電壓V+，所有等效電容 至 之另一端、等效電感L之另一端及損耗電阻R之另一端均連接激勵電壓V-。
可以理解，第一電極11與第二電極單元20之條形電極配合（例如第二電極單元20與第一電極11並聯）形成之一個互電容構成相應之等效電容。以圖6為例，由於第二電極單元20中有16個條形電極與第一電極11配合，因此，第一電極11與第二電極單元20之條形電極配合形成16個等效電容。亦就是說，藉由適當之配置，並聯諧振電路1001共並聯有16個等效電容，即i=16。
另外，如上所述，當第一電極11之兩端（例如第一端101及第二端102）饋入相反之激勵訊號並形成電流回路時，即第一電極單元10處於第一狀態時，第一電極單元10相當於一個通電螺旋體，其周圍將產生磁場。通電螺旋體之磁場方向滿足“右手螺旋定則”，磁場之強度取決於第一電極單元10自身之形狀及材質等。如此，第一電極11於並聯諧振電路1001中相當於一個等效電感L。於一種可能之實現方式中，藉由調整第一電極單元10之參數（例如電極之數量、形狀及材質等）能夠實現等效電感L之值之變化。
具體地，等效電感L之值能夠由公式（1）獲得，單位為亨利（H）：
（1）
其中， 為線圈（例如第一電極單元10）之長度，單位為米， 為長岡係數， ，其中 為半徑。 為真空磁導率， 。 為線圈（例如第一電極單元10）內部磁芯之相對磁導率。 為線圈（例如第一電極單元10）之圈數， 為線圈（例如第一電極單元10）之橫截面積，單位為平方米。
可以理解，當第一電極單元10包括第一電極11與第二電極12時，第一電極11與第二電極22相當於串聯於一起，如此，並聯諧振電路1001能夠獲得更大之等效電感L值。並聯諧振電路1001之損耗電阻R受到第一電極11與條形電極之形狀、材料以及介質等因素之影響。
可以理解，並聯諧振電路1001具有相應之諧振頻率，其諧振頻率 。其中 。
並聯諧振電路1001之3dB頻寬 ，其中 為並聯諧振電路1001之品質因數。並聯諧振電路1001之矩形係數 。
可以理解，藉由將第一電極單元10配置成第一狀態並與第二電極單元20構成並聯諧振電路1001，使得互容式觸控屏100具有相應之選頻功能，於特定範圍內能夠進行能量傳遞。藉由調節相關參數，例如第一電極單元10及第二電極單元20之形狀、材料等，能夠對通頻帶內之能量進行傳遞，而通頻帶外之能量能夠得到有效抑制。
請再次參閱圖3及圖4，需要注意的是，於一些實施方式中，當第一電極單元10處於第一狀態時，如果將第二電極單元20中位於同一行之條形電極連接於一起，例如將位於Y=1及Y=7這兩行上之座標儲存格內之條形電極21分別連接於一起，則第一電極單元10與第二電極單元20亦將等效為一個並聯諧振電路。於另外一些實施方式中，當第一電極單元10處於第一狀態時，亦可以不將同一行或同一列之條形電極21連接於一起，而僅需使得第一電極單元10與第二電極單元20配合形成之互電容呈陣列矩陣狀。可以理解，於僅部分實施方式中，等效電感L之值不能適用上述實施例中之公式（1）獲得。
可以理解，當第一電極單元10（例如第一電極11）饋入激勵訊號，但不形成電流回路時，第一電極單元10處於第二狀態，且其磁場效應將會消失。具體地，請再次參閱圖7，所示為第一電極單元10處於第二狀態之示意圖。當第一電極單元10處於第二狀態時，第一電極單元10之第一端101或第二端102其中之一被施加激勵訊號。例如僅於第一端101施加激勵電壓V+，而將第二端102懸空。此時，第一電極單元10與第二電極單元20之間僅構成互電容矩陣。
可以理解，當第一電極單元10與第二電極單元20之間構成互電容矩陣時，第一電極單元10用作觸控驅動電極，第二電極單元20可用作觸控接收電極。或者第二電極單元20可用作觸控驅動電極，第一電極單元10可用作觸控接收電極。即於本實施例中，第一電極單元10與第二電極單元20構成驅動電極和接收電極之組合，藉由偵測第一電極單元10與第二電極單元20之間之耦合互電容獲得觸控點座標。如此，實現互容式觸控屏100之觸控位置檢測功能。
實施例2：
請參閱圖8至圖10，為本申請實施例提供之另一種互容式觸控屏100a（參圖8）。如圖8至圖10所示，互容式觸控屏100a之結構與互容式觸控屏100之結構類似，其區別在於，第一電極單元10a之結構與第一電極單元10之結構不同，第二電極單元20a之結構與第二電極單元20之結構不同。
如圖9所示，於實施例2中，第一電極單元10a包括第一電極11a及第二電極12a。第一電極單元10a為平面螺旋形狀。於一種可能之實現方式中，第一電極單元10a圍繞一中心點（例如點B）由內向外逆時針方向延伸，並呈同心圓形狀佈置於第一介質層30（參圖1）。可以理解，同心圓形狀為平面螺旋形狀之一種特例。平面螺旋形狀還可以包括橢圓狀等。
如圖10所示，第二電極單元20a包括複數個方位電極 ，其數量可以根據需要設置，例如數量為6個。方位電極 之形狀呈完整之塊狀。於一具體之實施方式中，方位電極 之具體形狀大致呈扇形，由第一電極單元10a之幾何中心點沿圓周之半徑方向延伸。
於一種可能之實現方式中，於第一電極單元10a處於第二狀態時，即第一電極單元10a與第二電極單元20a僅提供觸控功能時，藉由設置方位電極 能夠採用極座標之方式指示觸控位置。具體地，將第一電極單元10a上之任意一點距離中心點B之距離用以表示極座標之半徑，將第二電極單元20a所於之方位電極 用以表示極座標之方位角。
可以理解，當第一電極11a及第二電極12a構成之第一電極單元10a之兩端接入激勵訊號並形成回路後，亦會形成電感並產生磁場效應。然後藉由與第二電極單元20a形成並聯諧振電路來傳輸特定頻率之能量。
實施例3：
請參閱圖11至圖12，為本申請實施例提供之另一種互容式觸控屏100b（參圖11）。如圖11至12所示，互容式觸控屏100b之結構與互容式觸控屏100a之結構類似，例如第一電極單元10b中之第一電極11b及第二電極12b，與第一電極單元10a中之第一電極11a及第二電極12a之結構基本相同，其區別在於，第二電極單元20b之結構與第二電極單元20a不同。
具體地，第二電極單元20b之方位電極 之形狀依然呈完整之塊狀。但方位電極 之邊緣呈鋸齒狀。
請對比參閱圖10及圖12，當方位電極 之邊緣設置成如圖10所示之直線狀時，相鄰之電極 之間設置有基本筆直之通道205，以方位電極 為例，如果方位電極 所對應之區域上有手指觸摸以形成如圖10所示之觸摸區域204時，觸摸區域204處於方位電極 之中部位置，此時觸摸區域204距離左右相鄰之電極 和 均較遠，此時觸摸感應量較小。而當將方位電極 之邊緣設置如圖12所示之鋸齒狀時，如果再將手指放置於與圖10中相同位置並形成相同大小之觸摸區域204，由於左右相鄰之通道205a存在曲折，觸摸區域204還會覆蓋到部分電極 和 。如此，觸摸感應量會相應增加。可以理解，當觸摸感應量增加時，對於觸摸位置（例如角度）之計算精度亦會相應增加，即藉由將方位電極 設置成鋸齒狀，能夠減小角度檢測之誤差。
實施例4：
請參閱圖13，為本申請實施例提供之另一種互容式觸控屏（圖未示）。如圖13所示，互容式觸控屏之結構與互容式觸控屏100b之結構類似，其區別在於，第二電極單元20c之結構與第二電極單元20b不同。
具體地，第二電極單元20c之方位電極 上開設有複數開孔202及開槽203。
可以理解，藉由設置開孔202及開槽203，使得第一電極單元（圖未示）與第二電極單元20c於形成並聯諧振電路時，電磁場能夠有效之穿透第二電極單元20c，進而對能量傳輸效率和頻率範圍實現調節。
實施例5：
請參閱圖14，本申請之實施例還提供一種互容式觸控屏200。該互容式觸控屏200包括：第二電極單元210、第一電極單元220、第一介質層230及底部線圈層組240。
其中，第二電極單元210可以作為接收電極，第二電極單元210可以採用上述實施例中之第二電極單元20/20a/20b/20c。第一電極單元220可以作為發射電極，第一電極單元220可以採用上述實施例中之第一電極單元10/10a/10b。第一介質層231可採用上述實施例中之第一介質層30。第二介質層232可採用與第一介質層231相同之材質。
第二電極單元210與第一電極單元220相背設置於第一介質層230之兩側。底部線圈層組240位於所述第一電極單元220之一側。
於本實施例中，底部線圈層組240由底部介質層241及底部充電線圈242構成。如此，互容式觸控屏200構成沿X軸方向由上至下為第二電極單元210、第一介質層230、第二電極單元210、底部介質層241及底部充電線圈242之堆疊結構。可以理解，底部充電線圈242為無線充電線圈。
底部介質層241上開設有至少一個底部通孔2411，第一電極單元220與底部充電線圈242相連接，且連接處位於底部通孔2411內。亦就是說，第一電極單元220與底部充電線圈242藉由底部通孔2411相連接。可以理解，第一電極單元220能夠複用為充電線圈。如此，第一電極單元220與底部充電線圈242能夠形成充電線圈組合，藉由將第一電極單元220內不同之電極設置於不同之頻率點，使得觸控裝置可以同時與對應不同頻率點之外部裝置發送能量或接收能量，並且外部裝置發送能量和接收能量同時進行。
於一種可能之實現方式中，該互容式觸控屏200還包括線路層組250。線路層組250位於第一電極單元220與底部線圈層組240之間。線路層組250包括線路介質層251及第一走線252，且線路介質層251設置於第一走線252之上方（即靠近第一電極單元220之一側）。第一走線252連接第一電極單元220和/或第二電極單元210（圖未示意連接關係）。
於該種實施方式中，線路介質層251上設置有至少一個線路層通孔2511，且線路層通孔2511與底部通孔2411對應設置並且相連通。如此，第一電極單元220與底部充電線圈242可於線路層通孔2511與底部通孔2411內相連接。可以理解，線路層通孔2511與底部通孔2411可以避開線路層組250之第一走線252設置。
於一種可能之實現方式中，底部線圈層組240還包括第二走線243。第二走線243與底部充電線圈242同層設置。即，第二走線243與底部充電線圈242均位於底部介質層241遠離第二電極單元210之一側。第二走線243連接於第一電極單元220和/或第二電極單元210。
可以理解，第一電極單元220或第二電極單元210會根據走線距離之遠近，選擇性地連接第一走線252或第二走線243。例如，當藉由第一走線252進行連接時之走線距離更近時，則選擇連接第一走線252，若藉由第二走線243進行連接時之走線距離更近時，若則連接第二走線243。
可以理解，充電線圈兩層式之設置，即將充電線圈分為第一電極單元220與底部充電線圈242兩層設置，相比於單層式（即僅設置第一電極單元220）而言，能夠降低充電線圈整體之阻抗，進而使得充電線圈本身之能量損耗得到降低，實現輸出效能之提升。
另外，由於第一電極單元220之金屬層較薄，散熱能力弱，採用兩層式之設置方式能夠將位於內側之第一電極單元220之熱量藉由底部通孔2411內之連接處傳遞至位於底層之底部充電線圈242，再藉由底部充電線圈242釋放。如此，實現設備產生之熱量之快速釋放，進而降低電子裝置之溫度，有效提升電子裝置之使用壽命。
於一種可能之實現方式中，互容式觸控屏200a還包括蓋板，使用者能夠藉由觸摸蓋板以實現觸控。可以理解，蓋板之材質於此不作限制，例如可為玻璃板、麥拉板、薄膜等中之一種。
實施例6：
請參閱圖15，本申請之實施例還提供一種互容式觸控屏200a。互容式觸控屏200a與互容式觸控屏200之結構類似，其區別在於，互容式觸控屏200a還包括至少一個中間線圈層組260。中間線圈層組260位於第一電極單元220與底部線圈層組240之間。
其中，中間線圈層組260包括中間介質層261及中間充電線圈262。且每一中間線圈層組260中之中間介質層261均位於中間充電線圈262之上方（即位於靠近第一電極單元220之一側）。
每一中間介質層261上均開設有至少一個中間通孔2611，第一電極單元220與中間充電線圈262連接，且連接處位於中間通孔2611內。亦就是說，第一電極單元220與各中間充電線圈262藉由中間通孔2611相連接。
於一種可能之實現方式中，第一電極單元220與中間充電線圈262及底部充電線圈242依次連接。具體地，第一電極單元220與中間充電線圈262藉由中間通孔2611相連接，中間充電線圈262與底部充電線圈242藉由底部通孔2411相連接。亦就是說，第一電極單元220與各中間充電線圈262及底部充電線圈242藉由各中間通孔2611及底部通孔2411相連接。
可以理解，中間線圈層組260之數量於此不作限制，可以有一個、兩個（如圖15所示）或多個中間線圈層組260。當有不止一個中間線圈層組260時，相鄰之中間線圈層組260之中間充電線圈262之間藉由位於下層之（即底部線圈層組240之）中間介質層261之中間通孔2611相連接。
於一種可能之實現方式中，本實施例中，線路層組250和底部線圈層組240相鄰設置。如此，互容式觸控屏200a形成了由上至下為：第二電極單元210、第一介質層230、第一電極單元220、中間線圈層組260、線路介質層251、第一走線252、底部介質層241及底部充電線圈242之堆疊結構。
可以理解，無論互容式觸控屏200a具有多少個中間線圈層組260，於互容式觸控屏200a之最底層始終設置有底部充電線圈242。如此，位於內層之充電線圈（例如第一電極單元220及中間充電線圈262）產生之熱量能夠由內向外依次傳遞至位於最外層之底部充電線圈242，並藉由底部充電線圈242將熱量釋放。
實施例7：
請一併參閱圖16，本申請之實施例還提供一種觸控裝置300。該觸控裝置300包括驅動晶片及互容式觸控屏310，互容式觸控屏310可以採用上述實施例中之互容式觸控屏100/100a/100b/200/200a。
互容式觸控屏310藉由連接線與驅動晶片電連接。其中，連接線例如可以包括上述實施例5或6中之第一走線252及第二走線243。
於一種可能之實現方式中，觸控裝置300之互容式觸控屏310具有一設定區域，該設定區域內之第一電極單元10/10a/10b/220與第二電極單元20/20a/20b/20c/210能夠構成諧振電路。亦就是說，不是所述之電極單元（例如第一電極單元10/10a/10b/220）均能夠複用為充電線圈。例如，將互容式觸控屏310分為上半區域及下半區域，僅有位於上半區域或下半區域其中之一之電極單元才能夠複用為充電線圈。
於一種可能之實現方式中，驅動晶片包括觸控驅動晶片、無線控制晶片及複數切換開關。其中每個切換開關之第一端連接至第一電極單元10/10a/10b/220，第二端連接至觸控驅動晶片，第三端連接至無線控制晶片。第一電極單元10/10a/10b/220之第一狀態及第二狀態能夠藉由切換開關進行切換。
於一種可能之實現方式中，第二電極單元210、第一介質層230、第一電極單元220、中間線圈層組260、線路層組250及底部線圈層組240均集成於一印製電路板（PCB）內。觸控裝置300包括複數元件，元件包括上述驅動晶片，還包括例如電阻、電容等。僅元件設置於上述印製電路板之背面。
可以理解，該互容式觸控屏310藉由第一電極單元和第二電極單元之間之耦合訊號量來收集觸控資訊，進而實現觸控位置檢測功能。
可以理解，該觸控裝置呈圓形、類圓形、方形或帶弧角之方形等。
於一種可能之實現方式中，觸控裝置300還包括玻璃蓋板320、背膠330及鐵氧體340。
背膠330設置於玻璃蓋板320與互容式觸控屏310之間，用以將玻璃蓋板320與互容式觸控屏310粘接於一起。鐵氧體340位於互容式觸控屏310遠離玻璃蓋板320之一側。
可以理解，互容式觸控屏310上還設置有介面311，介面311之一端連接互容式觸控屏310上之走線，另一端用以連接電子裝置之主機板。
實施例8：
本申請之實施例還提供了一種電子裝置。該電子裝置包括上述實施例中之觸控裝置。所述電子裝置可以但限於是智慧手機、平板、手錶、耳機、筆記型電腦等。
顯然，本申請藉由將第一電極單元10/10a/10b/220處於不同之配置狀態，於第一狀態下與第二電極單元20/20a/20b/20c/210構成諧振電路，使得互容式觸控屏100/100a/100b/200/200a能夠實現選頻功能，電子裝置內之觸控裝置可以將第一電極單元10/10a/10b/220與第二電極單元20/20a/20b/20c/210構成之諧振電路動態切換至預設頻率點上，從而實現與同頻率點之外部裝置發送或接受能量。更進一步，第一電極單元10/10a/10b/220內設置有複數個電極（例如第一電極及第二電極），可以藉由將不同之電極設置於不同之頻率點，使得所述觸控裝置可以同時與對應不同頻率點之外部裝置發送能量或接收能量，並且外部裝置發送能量和接收能量同時進行。於第二狀態下與第二電極單元20/20a/20b/20c/210構成驅動電極與接收電極之組合，實現常規觸控位置檢測功能。如此，同時實現了觸控位置檢測功能與能量傳遞之功能。
本申請於第一電極單元10/10a/10b/220處於第一狀態下時，可實現無線充電、近場通訊、以及振幅調製（Amplitude Modulation，AM）、頻率調製（Frequency modulation，FM）、無線對講、藍牙（Bluetooth）、WIFI等多種通信功能。
本技術領域之技術人員應當認識到，以上之實施方式僅是用以說明本申請，而並非用作為對本申請之限定，僅要於本申請之實質精神範圍之內，對以上實施例所作之適當改變和變化應該落於本申請要求保護之範圍之內。
100，100a，100b，200，200a，310:互容式觸控屏 10，10a，10b，220:第一電極單元 11，11a，11b:第一電極 12，12a，12b:第二電極 101:第一端 102:第二端 20，20a，20b，20c，210:第二電極單元 21:條形電極 103:第三端 104:第四端 201:開口 202:開孔 203:開槽 204:觸摸區域 205，205a:通道 240:底部線圈層組 241:底部介質層 2411:底部通孔 242:底部充電線圈 243:第二走線 250:線路層組 251:線路介質層 2511:線路層通孔 252:第一走線 260:中間線圈層組 261:中間介質層 2611:中間通孔 262:中間充電線圈 30，230:第一介質層 31:第一面 32:第二面 300:觸控裝置 311:介面 320:玻璃蓋板 330:背膠 340:鐵氧體 1001:並聯諧振電路 R:損耗電阻 :等效電容 L:等效電感 :方位電極
圖1為本申請一實施例中互容式觸控屏之結構示意圖。 圖2為圖1所示互容式觸控屏中第一電極單元之結構示意圖。 圖3為圖1所示互容式觸控屏中第二電極單元之結構示意圖。 圖4為圖1所示互容式觸控屏中第一電極單元與第二電極單元交疊之示意圖。 圖5為圖1所示互容式觸控屏中第一電極單元處於第一狀態之示意圖。 圖6為圖1中所示互容式觸控屏中第一電極單元與第二電極單元構成之並聯諧振電路之示意圖。 圖7為圖1所示互容式觸控屏中第一電極單元處於第二狀態之示意圖。 圖8為本申請一實施例中互容式觸控屏之另一結構示意圖。 圖9為圖8所示互容式觸控屏中第一電極單元之結構示意圖。 圖10為圖8所示互容式觸控屏中第二電極單元之結構示意圖。 圖11為本申請一實施例中互容式觸控屏之另一結構示意圖。 圖12為圖11所示互容式觸控屏中第二電極單元之結構示意圖。 圖13為本申請一實施例中第二電極單元之結構示意圖。 圖14為本申請一實施例中互容式觸控屏之另一結構示意圖。 圖15為本申請一實施例中互容式觸控屏之另一結構示意圖。 圖16為本申請一實施例中觸控裝置之結構示意圖。
無
10:第一電極單元 20:第二電極單元 30:第一介質層 31:第一面 32:第二面 100:互容式觸控屏

Claims (20)

  1. 一種互容式觸控屏，其特徵在於，所述互容式觸控屏包括： 第一介質層，所述第一介質層包括相背設置之第一面及第二面； 第一電極單元，所述第一電極單元設置於所述第一介質層之所述第一面，所述第一電極單元包括第一端及第二端，當所述第一端與所述第二端均被施加相反之激勵訊號時，所述第一電極單元處於第一狀態；當所述第一端或所述第二端被施加所述激勵訊號時，所述第一電極單元處於第二狀態； 第二電極單元，所述第二電極單元設置於所述第一介質層之所述第二面，並與所述第一電極單元配合設置，以形成耦合互電容； 其中，當所述第一電極單元處於所述第二狀態時，所述第一電極單元與所述第二電極單元構成驅動電極和接收電極之組合，藉由偵測所述第一電極單元和所述第二電極單元之間之耦合互電容獲得觸控點之座標； 當所述第一電極單元處於所述第一狀態時，所述第一電極單元與所述第二電極單元形成電場耦合，進而形成互電容矩陣，使得所述第一電極單元與所述第二電極單元構成諧振電路。
  2. 如請求項1所述之互容式觸控屏，其中，當所述第一電極單元處於所述第一狀態時，所述第一電極單元於所述第一介質層上之投影與所述第二電極單元於所述第一介質層上之投影之每一個交疊處形成一個等效電容，所述第一電極單元形成等效電感，複數個所述等效電容與所述等效電感並聯，以構成所述諧振電路。
  3. 如請求項1所述之互容式觸控屏，其中，所述第一電極單元至少包括第一電極與第二電極，所述第一電極與所述第二電極之間設置有開關，所述第一電極與所述第二電極能夠藉由所述開關實現連接或斷開。
  4. 如請求項1所述之互容式觸控屏，其中，所述第一電極單元圍繞一中心點沿一定方向延伸，並呈矩形狀設置，所述第二電極單元包括複數個條形電極。
  5. 如請求項1所述之互容式觸控屏，其中，所述第一電極單元呈螺旋形設置，所述第二電極單元包括複數個方位電極，所述方位電極呈完整之塊狀。
  6. 如請求項5所述之互容式觸控屏，其中，所述第一電極單元呈同心圓形設置，所述方位電極呈扇形設置，並沿圓周之半徑方向延伸。
  7. 如請求項5或6所述之互容式觸控屏，其中，所述第一電極單元呈同心圓形設置，所述方位電極之邊緣呈鋸齒狀。
  8. 如請求項5所述之互容式觸控屏，其中，所述方位電極上開設有複數開孔或開槽。
  9. 如請求項4所述之互容式觸控屏，其中，所述條形電極是以一中心線為對稱軸之軸對稱圖形，條形電極之形狀呈“王”字形，條形電極相對之兩側具有開口，複數個所述條形電極之開口方向相同。
  10. 如請求項1所述之互容式觸控屏，其中，所述互容式觸控屏還包括由一底部介質層及一底部充電線圈構成之底部線圈層組； 構成從上至下順序為所述第二電極單元、所述第一介質層、所述第一電極單元、所述底部介質層及所述底部充電線圈之堆疊結構， 所述底部介質層上開設有至少一個底部通孔，所述第一電極單元與所述底部充電線圈藉由所述底部通孔相連接。
  11. 如請求項10所述之互容式觸控屏，其中，所述互容式觸控屏還包括：至少一組由中間介質層及中間充電線圈構成之中間線圈層組； 所述中間線圈層組設置於所述第一電極單元與所述底部線圈層組之間，各組所述中間線圈層組均是中間介質層設置於中間充電線圈上方； 各所述中間介質層上均開設有至少一個中間通孔，所述第一電極單元與各個所述中間充電線圈、所述底部充電線圈藉由所述中間通孔及所述底部通孔相連接。
  12. 如請求項10或11所述之互容式觸控屏，其中，所述互容式觸控屏還包括：由線路介質層和第一走線構成之線路層組，所述線路介質層設置於所述第一走線之上方， 所述線路層組和所述底部線圈層組相鄰，且所述線路層設置於所述底部線圈層上方； 所述第一走線連接所述第一電極單元和/或所述第二電極單元。
  13. 如請求項12所述之互容式觸控屏，其中，所述底部線圈層組還包括第二走線，所述第二走線與所述底部充電線圈同層設置； 所述第二走線連接所述第一電極單元和/或所述第二電極單元。
  14. 如請求項11所述之互容式觸控屏，其中，所述第二電極單元、所述第一介質層、所述第一電極單元、所述中間線圈層組和所述底部線圈層組集成於同一印製電路板內。
  15. 如請求項1所述之互容式觸控屏，其中，所述互容式觸控屏還包括蓋板，所述蓋板設置於所述第二電極單元遠離所述第一介質層之一側。
  16. 一種觸控裝置，其改良在於，所述觸控裝置包括驅動晶片及如請求項1至15中任一項所述之互容式觸控屏，所述互容式觸控屏與所述驅動晶片電連接。
  17. 如請求項16所述之觸控裝置，其中，所述觸控裝置能夠將所述第一電極單元與所述第二電極單元構成之所述諧振電路動態切換至預設頻率點上，實現與同頻率點之外部裝置發送或接受能量。
  18. 如請求項17所述之觸控裝置，其中，所述第一電極單元包括複數個電極，所述觸控裝置能夠將所述第一電極單元內不同之所述電極設置於不同之頻率點，使得所述觸控裝置同時與對應不同頻率點之外部裝置發送能量或接收能量。
  19. 如請求項16所述之觸控裝置，其中，所述互容式觸控屏於設定區域內之所述第一電極單元與所述第二電極單元構成所述諧振電路。
  20. 如請求項16所述之觸控裝置，其中，所述驅動晶片包括觸控驅動晶片、無線控制晶片和複數切換開關；每個所述切換開關之第一端連接所述第一電極單元，第二端連接所述觸控驅動晶片，第三端連接所述無線控制晶片，所述第一電極單元之所述第一狀態和所述第二狀態能夠藉由所述切換開關進行切換。
TW111150952A 2022-07-14 2022-12-30 互容式觸控屏及具有該互容式觸控屏之觸控裝置 TWI910397B (zh)

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