觸控螢幕壓力、位置感應方法及感應元件和電子觸摸設備的製作方法
2023-06-09 03:32:31
觸控螢幕壓力、位置感應方法及感應元件和電子觸摸設備的製作方法
【專利摘要】本發明適用於觸摸【技術領域】，提供了一種觸控螢幕壓力及位置感應方法，其是設置一基板，並於該基板上設置電極層，該電極層上分布有多條相互獨立的電極；多個應變傳感器設於所述基板上，用於測量該基板受到壓力時所產生的表面形變，並使各應變傳感器連接兩條不同的電極；上述導電電極將各傳感器檢測的形變信息轉換成電信號傳送給觸控螢幕控制器；觸控螢幕控制器接收感應信息後，將其轉換成觸點坐標，傳送給處理器，由處理器對其進行數據分析處理。本發明還提供了觸控螢幕壓力及位置感應元件和電子觸摸設備。與現有觸控螢幕相比，本發明只需在一片基板上集成電極，電路設計簡單，便於集成，成本低，由於減少了絕緣層，也降低了光損失，提高了觸控螢幕的透明度。
【專利說明】觸控螢幕壓力、位置感應方法及感應元件和電子觸摸設備
【技術領域】
[0001]本發明屬於觸摸感應【技術領域】，尤其涉及一種觸控螢幕壓力、位置感應方法及感應元件和電子觸摸設備
【背景技術】
[0002]觸控螢幕作為計算機或其他數據處理設備的一種直觀簡捷的輸入工具，被廣泛應用於各種行動裝置中。目前存在許多不同類型的觸摸感應技術，主要包括電容型，電阻型，紅外線型和表面聲波型，可探測到單點或多點觸摸位置。理想的觸控螢幕不僅能夠感應觸摸位置，而且還能感應觸摸的壓力，這種壓力傳感為觸摸輸入提供了一個額外的自由度，並能適應不同的輸入方法，如手寫筆，手指，以及戴著手套的手指等。因此，壓力和位置的觸摸感應技術也是本領域的研究熱點之一。
[0003]現有技術中存在一種根據壓力定位的觸摸裝置，如美國專利7196694，其在觸控螢幕的周圍設置壓力傳感器，根據不同的傳感器測得的壓力的比例確定一個觸摸位置。但是，這種觸控螢幕的機械構造非常複雜，對製造工藝的要求非常嚴格，在實際中難以實現。又如美國專利申請公布的2007/0229464，其使用電容式壓力傳感器陣列，這些透明的傳感器覆蓋顯示表面而構成觸控螢幕。然而，這種電容式壓力傳感器具有有限的空間解析度，且結構比較複雜。
[0004]現有技術還出現一種像素化的壓力感應觸控螢幕，如美國專利申請公布的2009/0237374，其採用兩個互相垂直的透明電極組，分別置於一個透明的壓力感應層(TFS)的上下表面，通過TFS的電阻變化來感應壓力，可同時測出觸摸位置和壓力大小。但這種觸控螢幕仍存在技術缺陷，TFS層會導致透明度降低，並且這種觸控螢幕的結構和電路仍較複雜，不便於集成，生產成本較高。
【發明內容】
[0005]本發明實施例的目的在於提供一種觸控螢幕壓力、位置感應方法，旨在解決現有觸控螢幕的構造複雜、不易集成且成本高的問題。
[0006]本發明觸控螢幕壓力、位置感應方法技術方案是:
[0007]設置一基板，並於該基板上設置電極層，該電極層上分布有多條相互獨立的電極；
[0008]設置多個應變傳感器於所述基板上，用於測量所述基板受到壓力時所產生的表面形變，並使各所述應變傳感器與電極連接；
[0009]由上述導電電極將各傳感器檢測的形變信息轉換成電信號傳送給觸控螢幕控制器；
[0010]觸控螢幕控制器接收上述感應信息後，將其轉換成觸點坐標，傳送給處理器，由處理器對其進行數據分析處理。
[0011]本發明還提供了一種觸控螢幕壓力及位置感應元件，包括:[0012]一基板，於所述基板表面上形成有電極層，所述電極層包括多條相互獨立的電極，
[0013]多個應變傳感器，分布於所述基板上，用於測量所述基板受到壓力時所產生的表面形變，每個所述應變傳感器均與所述電極連接。
[0014]本發明還提供一種電子觸摸設備，包括觸控螢幕控制器、處理器及壓力感應觸控螢幕，所述壓力傳感觸控螢幕具有上述所述的觸控螢幕壓力及位置感應元件。
[0015]採用本發明觸控螢幕壓力、位置感應方法，只需在一片基板上集成電極，在兩電極之間設置應變傳感器，便可通過測量基板下表面的應變而確定觸摸位置和壓力大小。較之於現有的觸控螢幕感應方式，在結構上可得到明顯的簡化，使電路設計更加簡單，便於集成，大幅度的降低了成本。
[0016]本發明觸控螢幕壓力及位置感應元件與現有觸控螢幕相比，減少了 一基板、一電極層以及一絕緣層，在結構上得到明顯的簡化，電路設計更加簡單，便於集成，大幅度的降低了成本；並且，由於減少了絕緣層，也降低了光損失，提高了觸控螢幕的透明度。
[0017]本發明觸控螢幕壓力及位置感應元件適用於各種電子觸摸設備中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是觸摸面板受壓形變時的狀態圖；
[0019]圖2是本發明實施例壓力感應觸控螢幕的俯視結構示意圖(一)；
[0020]圖3是本發明實施例壓力感應觸控螢幕的側視結構示意圖；
[0021]圖4是本發明實施例壓力感應觸控螢幕的俯視結構示意圖(二)；
[0022]圖5是本發明實施例壓力感應觸控螢幕中的應變傳感器的結構示意圖；
[0023]圖6是本發明實施例電子觸摸設備結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0025]如圖1所示，當一個有限厚度的面板101在受到觸摸動作產生的壓力時，將會發生形變，其形變量依賴於面板101的物理尺寸、楊氏模量等等。然而，對於一個既定的觸控螢幕，面板101的形變度將只依賴於作用到面板表面的力的大小和位置。這個形變會導致面板101上下表面產生應變，使上表面被壓縮而下表面被拉伸。這個應變在靠近壓力中心的位置最大，並從壓力中心向外逐漸減小。因此，如果將其表面的應變程度分布狀況測量出來，即可推算出觸摸的位置和壓力大小。理論上來說，無論是測量上表面還是下表面都可以確定觸摸的位置和壓力大小，但感應觸摸動作的傳感器通常分布於觸控螢幕的下表面，使其免受外界物體的幹擾和損傷，因此通常根據被觸摸面板的下表面的應變狀況確定觸摸位置和壓力。
[0026]基於上述原理，本發明提供了一種觸控螢幕壓力及位置感應方法，可用於各種電子觸摸設備，為觸摸輸入提供更加豐富的信息，其是設置一用於觸摸施壓的基板，並於該基板上設置電極層，該電極層上分布有多條相互獨立的電極；將多個應變傳感器設置於所述的基板上，用於測量該基板受到壓力時所產生的表面形變，並使各所述應變傳感器與電極連接；基板某一位置受到向下的壓力時，導致其自身的物理狀態發生改變，應變傳感器可以感應觸摸動作，即應變傳感器可檢測其形變信息，通過上述導電電極，可產生相應的傳感信號，該傳感信號具體可以是變化的電阻信號等，由電極輸出。這樣，通過收集多個應變傳感器產生的傳感信號，將該電信號傳送給觸控螢幕控制器；觸控螢幕控制器接收上述感應信息，並將它轉換成觸點坐標，再送給處理器，由處理器對其進行數據分析處理，可以確定該觸摸動作發生的位置和觸摸壓力的大小，並且可以通過計算機模擬和實驗對照等方法實現多點觸控的探測。本領域普通技術人員可以理解，上述數據處理的方法可以預先根據現有觸摸技術確立，此處不需詳細說明。
[0027] 上述方法，只需在一片基板上集成電極，並使電極連接應變傳感器，便可通過測量基板下表面的應變而確定觸摸位置和壓力大小。較之於現有的觸控螢幕感應方式，在結構上可得到明顯的簡化，使電路設計更加簡單，便於集成，大幅度的降低了成本，從而實現了本發明目的。
[0028]作為本發明方法進一步設計，還可以對所有應變傳感器以預定的速度(如60赫茲)進行掃描，並確定每一幀中的觸摸位置和力量，進而確定觸摸點相對於時間的移動，從而根據預定的算法判斷觸摸的手勢。例如，當觸摸位置隨時間由右至左移動時，對應一個翻頁的動作。此外，壓力信息可以用來進一步定義此觸摸動作，例如，以更大的力量翻頁則可以判斷其翻頁的數量更多。該預定的算法可以在製作產品時以軟體的形式集成到觸控螢幕中，當觸控螢幕獲取觸摸的位置和壓力信息後自動判斷識別觸摸動作的功能。
[0029]根據上述方法，本發明提供了一種觸控螢幕壓力及位置感應元件，如圖2所示，其主要包括一透明的基板1，在基板I的表面上形成有電極層2，電極層2包括多條相互獨立的電極21，電極21的兩端自基板的邊緣引出。在電極層2之上還設有多個應變傳感器3，分布於所述基板I上，用於測量所述基板I受到壓力時所產生的表面形變，每個應變傳感器3均與電極21連接，可連接兩條不同的電極，或相鄰兩個傳感器共用一條電極，還可以採用其他連接方式。這樣，應變傳感器3可以感應來自透明的基板I上的觸摸動作，進而產生相應的傳感信號，該傳感信號通過與應變傳感器3相連的電極21輸出。
[0030]本發明觸控螢幕壓力及位置感應元件與現有觸控螢幕結構相比，只需在一片基板上集成電極，在兩電極之間設置應變傳感器，減少了一基板、一電極層以及一絕緣層，在結構上得到明顯的簡化，電路設計更加簡單，便於集成，大幅度的降低了成本；並且，由於減少了絕緣層，也降低了光損失，提高了觸控螢幕的透明度。
[0031]進一步結合附圖3，本實施例還可以在電極層2和應變傳感器3之上覆蓋一層透明的絕緣保護層4，該絕緣保護層4用於保護應變傳感器3和電極層2不受外界影響。
[0032]進一步結合附圖2，本實施例中的電極21可以通過沉積的方式形成於基板I的表面，具體可以先在基板I的一端沉積多條金屬導出電極211，然後再形成相同數量的透明電極212，一端與金屬導出電極211相接，另一端延伸至基板I的另一端。當然也可以直接形成兩端延伸至基板兩邊的電極21。同時，電極21也可以是非透明的，例如金屬電極，此時可將電極21的線寬限制在50 μ m之內，使其達到肉眼無法分辨的程度，避免影響觸控螢幕的透明度。
[0033]同樣的，為了避免應變傳感器3對觸控螢幕的透明度產生影響，可將應變傳感器3的尺寸進行限制。具體的，其長度和寬度可為10-150 μ m,高度可為f 50 μ m,以達到肉眼無法辨別的程度。
[0034]在本實施例中，電極層2的具體結構可有多種。優選的，該電極層2由多條並列排布的電極21構成，應變傳感器3則設於相鄰兩條電極21之間，並與電極21電性連接，如圖
2。應變傳感器3可以均勻分布，也可以非均勻分布，如自電極層2的邊緣向中心逐漸稀疏，當然還可採用其他分布形式。每個應變傳感器3產生的觸摸信號由與其相連的兩條電極21輸出。這種電極結構非常簡潔、易於集成，製造成本較低。
[0035]作為另一種優選的實現方式，如圖4，電極層2還可以由兩組相互交叉的電極構成，每組電極均包括多條並列排布的電極21，整個電極層2呈現一種網格結構，任意兩條電極21均會相互交叉，並且兩條電極在其交叉點處通過一絕緣層5上下隔離，而在非交叉點處，兩電極仍然處於同層，且均附於基板I上。多個應變傳感器3分散設置於各交叉點處，並且與該交叉點對應的兩條電極21電性連接。每個應變傳感器3產生的觸摸信號由與其相連的兩條電極21輸出。當然，在這種電極結構中，應變傳感器3也可以均勻分布或非均勻分布。
[0036]進一步優選的，兩組電極可以相互正交，便於電路設計且結構整潔。上述交互式的電極結構可以在較少的電極數量的情況下連接更多的應變傳感器，進而具有更高的解析度。
[0037]進一步結合附圖5，本實施例中採用的應變傳感器3可以是任意一種應變傳感器，包括金屬線、多晶或非晶半導體、碳納米管以及導體絕緣體複合材料等。優選的，該應變傳感器可為一種複合導體，包括一絕緣聚合物基體31和均勻分散於該基體31中的導電微粒32。該絕緣基體31可以由polyester (聚脂)，epoxy (環氧樹脂)，phenoxy (苯氧樹脂)，silicone (有機娃塑料)等材料製作,導電顆粒32可以是金屬粉末,如鎳、銀,也可以是碳粉或導電納米管，還可以是氧化物粉末，如氧化銦錫、氧化鋅、氧化釕等。導電微粒32的尺寸範圍優選為10nm-10mμ。在受到壓力作用時，該傳感器將發生應變，使導電微粒32的分布狀態發生改變，進而使傳感器的電阻發生改變，電阻的變化可以通過恆流源電路或者橋式電路來進行測量，通過電阻的變化可以確定觸摸位置和壓力的大小。
[0038]進一步的，還可以對導電微粒32的含量進行控制，將導電性控制在一定範圍之內，以便於測量電路測量較小的電阻變化。
[0039]本發明提供的觸控螢幕壓力及位置感應元件可適用於各種電子觸摸設備中。如圖6，該設備包括一壓力感應觸控螢幕61，以及觸控螢幕控制器62、處理器63，還可進一步包括一顯示器64，所述壓力感應觸控螢幕61具有上述觸控螢幕壓力及位置感應元件，觸控螢幕控制器62提供驅動信號到壓力感應觸控螢幕61，壓力感應觸控螢幕61輸出的傳感信號傳輸至觸控螢幕控制器62，觸控螢幕控制器62根據傳感信號確定觸摸位置和壓力，並定期提供觸摸位置和壓力信號到處理器63，該處理器解析觸控螢幕控制器62輸出的信號，確定觸摸動作的功能並提供反饋信號至觸控螢幕控制器62，同時輸出顯示信號至顯示屏64。
[0040]由於壓力感應觸控螢幕61可同時識別觸摸動作和壓力的大小,使觸摸動作可攜帶的信息更多，更加豐富了人機之間的信息交互功能，也使得採用這種觸控螢幕的設備更加智能化。
[0041]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種觸控螢幕壓力及位置感應方法，其特徵在於，包括: 設置一基板，並於該基板上設置電極層，該電極層上分布有多條相互獨立的電極； 設置多個應變傳感器於所述基板上，用於測量所述基板受到壓力時所產生的表面形變，並使各所述應變傳感器與電極連接； 由上述導電電極將各傳感器檢測的形變信息轉換成電信號傳送給觸控螢幕控制器； 觸控螢幕控制器接收上述感應信息後，將其轉換成觸點坐標，傳送給處理器，由處理器對其進行數據分析處理。
2.根據權利要求1所述的觸控螢幕壓力及位置感應方法，其特徵在於，對所有應變傳感器以預設的速度進行掃描，用於確定每一幀中的觸摸位置和力量，以及確定觸摸點相對於時間的移動，從而根據預定的算法判斷觸摸的手勢。
3.一種觸控螢幕壓力及位置感應元件，其特徵在於，包括: 一基板，於所述基板表面上形成有電極層，所述電極層包括多條相互獨立的電極， 多個應變傳感器，分布於所述基板上，用於測量所述基板受到壓力時所產生的表面形變，每個所述應變傳感器與所述電極連接。
4.如權利要求3所述的觸控螢幕壓力及位置感應元件，其特徵在於，還包括覆蓋於所述應變傳感器之上的透明的絕緣保護層。
5.如權利要求3所述的觸控螢幕壓力及位置感應元件，其特徵在於，所述應變傳感器包括一絕緣基體和均勻分散於所述絕緣基體中的導電微粒。
6.如權利要求3或4或5所述的觸控螢幕壓力及位置感應元件，其特徵在於，所述電極層包括多條並列排布的電極，所述多個應變傳感器分設於每相鄰兩條電極之間。
7.如權利要求3或4或5所述的觸控螢幕壓力及位置感應元件，其特徵在於，所述電極層包括多組相互交叉的電極，每組電極均包括多條並列排布的電極，所述多個應變傳感器分設於各電極的交叉點處。
8.如權利要求7所述的觸控螢幕壓力及位置感應元件，其特徵在於，相互交叉的兩條電極在交叉點處通過絕緣層上下隔離，非交叉的部分均附於所述基板之上。
9.如權利要求3或4或5所述的觸控螢幕壓力及位置感應元件，其特徵在於，所述應變傳感器包括一絕緣基體和均勻分散於所述絕緣基體中的導電微粒。
10.如權利要求3或4或5所述的觸控螢幕壓力及位置感應元件，其特徵在於，所述多個應變傳感器均勻分布於所述電極層之上，或自所述電極層的邊緣向中心逐漸稀疏分布。
11.如權利要求3所述的觸控螢幕壓力及位置感應元件，其特徵在於，所述電極採用透明或非透明導線，所述非透明導線的寬度小於50 μ m。
12.一種電子觸摸設備，包括觸控螢幕控制器、處理器及壓力感應觸控螢幕，其特徵在於，所述壓力傳感觸控螢幕具有權利要求3?11任一項所述的觸控螢幕壓力及位置感應元件。
【文檔編號】G06F3/041GK103576960SQ201210273364
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月2日 優先權日:2012年8月2日
【發明者】李灝 申請人:深圳紐迪瑞科技開發有限公司