觸摸屏壓力、位置感應(yīng)方法及感應(yīng)元件和電子觸摸設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于觸摸【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種觸摸屏壓力及位置感應(yīng)方法，其是設(shè)置一基板，并于該基板上設(shè)置電極層，該電極層上分布有多條相互獨立的電極；多個應(yīng)變傳感器設(shè)于所述基板上，用于測量該基板受到壓力時所產(chǎn)生的表面形變，并使各應(yīng)變傳感器連接兩條不同的電極；上述導(dǎo)電電極將各傳感器檢測的形變信息轉(zhuǎn)換成電信號傳送給觸摸屏控制器；觸摸屏控制器接收感應(yīng)信息后，將其轉(zhuǎn)換成觸點坐標，傳送給處理器，由處理器對其進行數(shù)據(jù)分析處理。本發(fā)明還提供了觸摸屏壓力及位置感應(yīng)元件和電子觸摸設(shè)備。與現(xiàn)有觸摸屏相比，本發(fā)明只需在一片基板上集成電極，電路設(shè)計簡單，便于集成，成本低，由于減少了絕緣層，也降低了光損失，提高了觸摸屏的透明度。
【專利說明】觸摸屏壓力、位置感應(yīng)方法及感應(yīng)元件和電子觸摸設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于觸摸感應(yīng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種觸摸屏壓力、位置感應(yīng)方法及感應(yīng)元件和電子觸摸設(shè)備
【背景技術(shù)】
[0002]觸摸屏作為計算機或其他數(shù)據(jù)處理設(shè)備的一種直觀簡捷的輸入工具，被廣泛應(yīng)用于各種移動設(shè)備中。目前存在許多不同類型的觸摸感應(yīng)技術(shù)，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。理想的觸摸屏不僅能夠感應(yīng)觸摸位置，而且還能感應(yīng)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，并能適應(yīng)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(yīng)技術(shù)也是本領(lǐng)域的研究熱點之一。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中存在一種根據(jù)壓力定位的觸摸裝置，如美國專利7196694，其在觸摸屏的周圍設(shè)置壓力傳感器，根據(jù)不同的傳感器測得的壓力的比例確定一個觸摸位置。但是，這種觸摸屏的機械構(gòu)造非常復(fù)雜，對制造工藝的要求非常嚴格，在實際中難以實現(xiàn)。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(gòu)成觸摸屏。然而，這種電容式壓力傳感器具有有限的空間分辨率，且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)還出現(xiàn)一種像素化的壓力感應(yīng)觸摸屏，如美國專利申請公布的2009/0237374，其采用兩個互相垂直的透明電極組，分別置于一個透明的壓力感應(yīng)層(TFS)的上下表面，通過TFS的電阻變化來感應(yīng)壓力，可同時測出觸摸位置和壓力大小。但這種觸摸屏仍存在技術(shù)缺陷，TFS層會導(dǎo)致透明度降低，并且這種觸摸屏的結(jié)構(gòu)和電路仍較復(fù)雜，不便于集成，生產(chǎn)成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實施例的目的在于提供一種觸摸屏壓力、位置感應(yīng)方法，旨在解決現(xiàn)有觸摸屏的構(gòu)造復(fù)雜、不易集成且成本高的問題。
[0006]本發(fā)明觸摸屏壓力、位置感應(yīng)方法技術(shù)方案是:
[0007]設(shè)置一基板，并于該基板上設(shè)置電極層，該電極層上分布有多條相互獨立的電極；
[0008]設(shè)置多個應(yīng)變傳感器于所述基板上，用于測量所述基板受到壓力時所產(chǎn)生的表面形變，并使各所述應(yīng)變傳感器與電極連接；
[0009]由上述導(dǎo)電電極將各傳感器檢測的形變信息轉(zhuǎn)換成電信號傳送給觸摸屏控制器；
[0010]觸摸屏控制器接收上述感應(yīng)信息后，將其轉(zhuǎn)換成觸點坐標，傳送給處理器，由處理器對其進行數(shù)據(jù)分析處理。
[0011]本發(fā)明還提供了一種觸摸屏壓力及位置感應(yīng)元件，包括:[0012]一基板，于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(yīng)變傳感器，分布于所述基板上，用于測量所述基板受到壓力時所產(chǎn)生的表面形變，每個所述應(yīng)變傳感器均與所述電極連接。
[0014]本發(fā)明還提供一種電子觸摸設(shè)備，包括觸摸屏控制器、處理器及壓力感應(yīng)觸摸屏，所述壓力傳感觸摸屏具有上述所述的觸摸屏壓力及位置感應(yīng)元件。
[0015]采用本發(fā)明觸摸屏壓力、位置感應(yīng)方法，只需在一片基板上集成電極，在兩電極之間設(shè)置應(yīng)變傳感器，便可通過測量基板下表面的應(yīng)變而確定觸摸位置和壓力大小。較之于現(xiàn)有的觸摸屏感應(yīng)方式，在結(jié)構(gòu)上可得到明顯的簡化，使電路設(shè)計更加簡單，便于集成，大幅度的降低了成本。
[0016]本發(fā)明觸摸屏壓力及位置感應(yīng)元件與現(xiàn)有觸摸屏相比，減少了 一基板、一電極層以及一絕緣層，在結(jié)構(gòu)上得到明顯的簡化，電路設(shè)計更加簡單，便于集成，大幅度的降低了成本；并且，由于減少了絕緣層，也降低了光損失，提高了觸摸屏的透明度。
[0017]本發(fā)明觸摸屏壓力及位置感應(yīng)元件適用于各種電子觸摸設(shè)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(tài)圖；
[0019]圖2是本發(fā)明實施例壓力感應(yīng)觸摸屏的俯視結(jié)構(gòu)示意圖(一)；
[0020]圖3是本發(fā)明實施例壓力感應(yīng)觸摸屏的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4是本發(fā)明實施例壓力感應(yīng)觸摸屏的俯視結(jié)構(gòu)示意圖(二)；
[0022]圖5是本發(fā)明實施例壓力感應(yīng)觸摸屏中的應(yīng)變傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖6是本發(fā)明實施例電子觸摸設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)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(chǎn)生的壓力時，將會發(fā)生形變，其形變量依賴于面板101的物理尺寸、楊氏模量等等。然而，對于一個既定的觸摸屏，面板101的形變度將只依賴于作用到面板表面的力的大小和位置。這個形變會導(dǎo)致面板101上下表面產(chǎn)生應(yīng)變，使上表面被壓縮而下表面被拉伸。這個應(yīng)變在靠近壓力中心的位置最大，并從壓力中心向外逐漸減小。因此，如果將其表面的應(yīng)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(yīng)觸摸動作的傳感器通常分布于觸摸屏的下表面，使其免受外界物體的干擾和損傷，因此通常根據(jù)被觸摸面板的下表面的應(yīng)變狀況確定觸摸位置和壓力。
[0026]基于上述原理，本發(fā)明提供了一種觸摸屏壓力及位置感應(yīng)方法，可用于各種電子觸摸設(shè)備，為觸摸輸入提供更加豐富的信息，其是設(shè)置一用于觸摸施壓的基板，并于該基板上設(shè)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(yīng)變傳感器設(shè)置于所述的基板上，用于測量該基板受到壓力時所產(chǎn)生的表面形變，并使各所述應(yīng)變傳感器與電極連接；基板某一位置受到向下的壓力時，導(dǎo)致其自身的物理狀態(tài)發(fā)生改變，應(yīng)變傳感器可以感應(yīng)觸摸動作，即應(yīng)變傳感器可檢測其形變信息，通過上述導(dǎo)電電極，可產(chǎn)生相應(yīng)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(yīng)變傳感器產(chǎn)生的傳感信號，將該電信號傳送給觸摸屏控制器；觸摸屏控制器接收上述感應(yīng)信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標，再送給處理器，由處理器對其進行數(shù)據(jù)分析處理，可以確定該觸摸動作發(fā)生的位置和觸摸壓力的大小，并且可以通過計算機模擬和實驗對照等方法實現(xiàn)多點觸控的探測。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，上述數(shù)據(jù)處理的方法可以預(yù)先根據(jù)現(xiàn)有觸摸技術(shù)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，并使電極連接應(yīng)變傳感器，便可通過測量基板下表面的應(yīng)變而確定觸摸位置和壓力大小。較之于現(xiàn)有的觸摸屏感應(yīng)方式，在結(jié)構(gòu)上可得到明顯的簡化，使電路設(shè)計更加簡單，便于集成，大幅度的降低了成本，從而實現(xiàn)了本發(fā)明目的。
[0028]作為本發(fā)明方法進一步設(shè)計，還可以對所有應(yīng)變傳感器以預(yù)定的速度(如60赫茲)進行掃描，并確定每一幀中的觸摸位置和力量，進而確定觸摸點相對于時間的移動，從而根據(jù)預(yù)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(yīng)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(shù)量更多。該預(yù)定的算法可以在制作產(chǎn)品時以軟件的形式集成到觸摸屏中，當觸摸屏獲取觸摸的位置和壓力信息后自動判斷識別觸摸動作的功能。
[0029]根據(jù)上述方法，本發(fā)明提供了一種觸摸屏壓力及位置感應(yīng)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(shè)有多個應(yīng)變傳感器3，分布于所述基板I上，用于測量所述基板I受到壓力時所產(chǎn)生的表面形變，每個應(yīng)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，還可以采用其他連接方式。這樣，應(yīng)變傳感器3可以感應(yīng)來自透明的基板I上的觸摸動作，進而產(chǎn)生相應(yīng)的傳感信號，該傳感信號通過與應(yīng)變傳感器3相連的電極21輸出。
[0030]本發(fā)明觸摸屏壓力及位置感應(yīng)元件與現(xiàn)有觸摸屏結(jié)構(gòu)相比，只需在一片基板上集成電極，在兩電極之間設(shè)置應(yīng)變傳感器，減少了一基板、一電極層以及一絕緣層，在結(jié)構(gòu)上得到明顯的簡化，電路設(shè)計更加簡單，便于集成，大幅度的降低了成本；并且，由于減少了絕緣層，也降低了光損失，提高了觸摸屏的透明度。
[0031]進一步結(jié)合附圖3，本實施例還可以在電極層2和應(yīng)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用于保護應(yīng)變傳感器3和電極層2不受外界影響。
[0032]進一步結(jié)合附圖2，本實施例中的電極21可以通過沉積的方式形成于基板I的表面，具體可以先在基板I的一端沉積多條金屬導(dǎo)出電極211，然后再形成相同數(shù)量的透明電極212，一端與金屬導(dǎo)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(nèi)，使其達到肉眼無法分辨的程度，避免影響觸摸屏的透明度。
[0033]同樣的，為了避免應(yīng)變傳感器3對觸摸屏的透明度產(chǎn)生影響，可將應(yīng)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(jié)構(gòu)可有多種。優(yōu)選的，該電極層2由多條并列排布的電極21構(gòu)成，應(yīng)變傳感器3則設(shè)于相鄰兩條電極21之間，并與電極21電性連接，如圖
2。應(yīng)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，當然還可采用其他分布形式。每個應(yīng)變傳感器3產(chǎn)生的觸摸信號由與其相連的兩條電極21輸出。這種電極結(jié)構(gòu)非常簡潔、易于集成，制造成本較低。
[0035]作為另一種優(yōu)選的實現(xiàn)方式，如圖4，電極層2還可以由兩組相互交叉的電極構(gòu)成，每組電極均包括多條并列排布的電極21，整個電極層2呈現(xiàn)一種網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，任意兩條電極21均會相互交叉，并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，兩電極仍然處于同層，且均附于基板I上。多個應(yīng)變傳感器3分散設(shè)置于各交叉點處，并且與該交叉點對應(yīng)的兩條電極21電性連接。每個應(yīng)變傳感器3產(chǎn)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(jié)構(gòu)中，應(yīng)變傳感器3也可以均勻分布或非均勻分布。
[0036]進一步優(yōu)選的，兩組電極可以相互正交，便于電路設(shè)計且結(jié)構(gòu)整潔。上述交互式的電極結(jié)構(gòu)可以在較少的電極數(shù)量的情況下連接更多的應(yīng)變傳感器，進而具有更高的分辨率。
[0037]進一步結(jié)合附圖5，本實施例中采用的應(yīng)變傳感器3可以是任意一種應(yīng)變傳感器，包括金屬線、多晶或非晶半導(dǎo)體、碳納米管以及導(dǎo)體絕緣體復(fù)合材料等。優(yōu)選的，該應(yīng)變傳感器可為一種復(fù)合導(dǎo)體，包括一絕緣聚合物基體31和均勻分散于該基體31中的導(dǎo)電微粒32。該絕緣基體31可以由polyester (聚脂)，epoxy (環(huán)氧樹脂)，phenoxy (苯氧樹脂)，silicone (有機娃塑料)等材料制作,導(dǎo)電顆粒32可以是金屬粉末,如鎳、銀,也可以是碳粉或?qū)щ娂{米管，還可以是氧化物粉末，如氧化銦錫、氧化鋅、氧化釕等。導(dǎo)電微粒32的尺寸范圍優(yōu)選為10nm-10mμ。在受到壓力作用時，該傳感器將發(fā)生應(yīng)變，使導(dǎo)電微粒32的分布狀態(tài)發(fā)生改變，進而使傳感器的電阻發(fā)生改變，電阻的變化可以通過恒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(dǎo)電微粒32的含量進行控制，將導(dǎo)電性控制在一定范圍之內(nèi)，以便于測量電路測量較小的電阻變化。
[0039]本發(fā)明提供的觸摸屏壓力及位置感應(yīng)元件可適用于各種電子觸摸設(shè)備中。如圖6，該設(shè)備包括一壓力感應(yīng)觸摸屏61，以及觸摸屏控制器62、處理器63，還可進一步包括一顯示器64，所述壓力感應(yīng)觸摸屏61具有上述觸摸屏壓力及位置感應(yīng)元件，觸摸屏控制器62提供驅(qū)動信號到壓力感應(yīng)觸摸屏61，壓力感應(yīng)觸摸屏61輸出的傳感信號傳輸至觸摸屏控制器62，觸摸屏控制器62根據(jù)傳感信號確定觸摸位置和壓力，并定期提供觸摸位置和壓力信號到處理器63，該處理器解析觸摸屏控制器62輸出的信號，確定觸摸動作的功能并提供反饋信號至觸摸屏控制器62，同時輸出顯示信號至顯示屏64。
[0040]由于壓力感應(yīng)觸摸屏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，也使得采用這種觸摸屏的設(shè)備更加智能化。
[0041]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種觸摸屏壓力及位置感應(yīng)方法，其特征在于，包括: 設(shè)置一基板，并于該基板上設(shè)置電極層，該電極層上分布有多條相互獨立的電極； 設(shè)置多個應(yīng)變傳感器于所述基板上，用于測量所述基板受到壓力時所產(chǎn)生的表面形變，并使各所述應(yīng)變傳感器與電極連接； 由上述導(dǎo)電電極將各傳感器檢測的形變信息轉(zhuǎn)換成電信號傳送給觸摸屏控制器； 觸摸屏控制器接收上述感應(yīng)信息后，將其轉(zhuǎn)換成觸點坐標，傳送給處理器，由處理器對其進行數(shù)據(jù)分析處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏壓力及位置感應(yīng)方法，其特征在于，對所有應(yīng)變傳感器以預(yù)設(shè)的速度進行掃描，用于確定每一幀中的觸摸位置和力量，以及確定觸摸點相對于時間的移動，從而根據(jù)預(yù)定的算法判斷觸摸的手勢。
3.一種觸摸屏壓力及位置感應(yīng)元件，其特征在于，包括: 一基板，于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(yīng)變傳感器，分布于所述基板上，用于測量所述基板受到壓力時所產(chǎn)生的表面形變，每個所述應(yīng)變傳感器與所述電極連接。
4.如權(quán)利要求3所述的觸摸屏壓力及位置感應(yīng)元件，其特征在于，還包括覆蓋于所述應(yīng)變傳感器之上的透明的絕緣保護層。
5.如權(quán)利要求3所述的觸摸屏壓力及位置感應(yīng)元件，其特征在于，所述應(yīng)變傳感器包括一絕緣基體和均勻分散于所述絕緣基體中的導(dǎo)電微粒。
6.如權(quán)利要求3或4或5所述的觸摸屏壓力及位置感應(yīng)元件，其特征在于，所述電極層包括多條并列排布的電極，所述多個應(yīng)變傳感器分設(shè)于每相鄰兩條電極之間。
7.如權(quán)利要求3或4或5所述的觸摸屏壓力及位置感應(yīng)元件，其特征在于，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并列排布的電極，所述多個應(yīng)變傳感器分設(shè)于各電極的交叉點處。
8.如權(quán)利要求7所述的觸摸屏壓力及位置感應(yīng)元件，其特征在于，相互交叉的兩條電極在交叉點處通過絕緣層上下隔離，非交叉的部分均附于所述基板之上。
9.如權(quán)利要求3或4或5所述的觸摸屏壓力及位置感應(yīng)元件，其特征在于，所述應(yīng)變傳感器包括一絕緣基體和均勻分散于所述絕緣基體中的導(dǎo)電微粒。
10.如權(quán)利要求3或4或5所述的觸摸屏壓力及位置感應(yīng)元件，其特征在于，所述多個應(yīng)變傳感器均勻分布于所述電極層之上，或自所述電極層的邊緣向中心逐漸稀疏分布。
11.如權(quán)利要求3所述的觸摸屏壓力及位置感應(yīng)元件，其特征在于，所述電極采用透明或非透明導(dǎo)線，所述非透明導(dǎo)線的寬度小于50 μ m。
12.一種電子觸摸設(shè)備，包括觸摸屏控制器、處理器及壓力感應(yīng)觸摸屏，其特征在于，所述壓力傳感觸摸屏具有權(quán)利要求3?11任一項所述的觸摸屏壓力及位置感應(yīng)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(yōu)先權(quán)日:2012年8月2日
【發(fā)明者】李灝 申請人:深圳紐迪瑞科技開發(fā)有限公司