CN102043538A - 光感应触摸屏及其检测*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光感应触摸屏，包括具有第一导电层的第一基板，所述第一导电层为等间距分布阵列；具有第二导电层的第二基板，所述第二导电层与所述第一导电层的面积适配；位于第一导电层和第二导电层之间的光感应单元阵列，所述光感应单元由PN结构成，所述第一导电层、第二导电层和光感应单元组成光传感器；位于光感应单元之间的绝缘透明填充材料。本发明还提供一种光感应触摸检测***，包括光感应触摸屏、光感应检测电路和数据处理电路，光感应检测电路检测各个光传感器被触摸时对应触摸点的电信号变化幅度，数据处理电路根据各个触摸点的电信号变化幅度，确定触摸中心点的坐标位置。本发明同时具备多点触摸功能和可戴手套操作，结构简单。

Description

光感应触摸屏及其检测***

技术领域

本发明属于触摸屏领域，尤其涉及一种光感应触摸屏。

背景技术

目前，市场上出现的触摸屏主要有电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线触摸屏、表面声波触摸屏等类型。随着iPhone手机的推出，消费者都看好触摸屏的多点触摸功能。但是，现在能方便实现多点触摸的只有电容式触摸屏。

可是，由工作原理决定了普通电容式触摸屏只能在手指或与身体相连通的其它导电体直接接触或无障碍地充分接近触摸屏表面时，触摸屏才能响应。换句话说，对于特殊场合，比如需要戴手套操作触摸屏时，触摸屏的电流几乎不能从触摸屏表面传到身体，操作就无法进行。

另外一方面，近来又出现了压力感应的电容式触摸屏，即将压力引起的电容变化也加入到总体的电容变化中，这样，戴手套或拿绝缘的硬物也可以操作这种触摸屏。但是，因为要容许压力改变电容，这种触摸屏的结构比一般电容式触摸屏的结构复杂得多；同时，与电阻式触摸屏相似，压力容易使导电层断裂或磨损，必然降低这种触摸屏的寿命。

因此，现有的触摸屏要同时具备多点触摸功能和戴手套操作，结构很复杂。

发明内容

本发明为解决现有技术中触摸屏要同时具备多点触摸功能和戴手套操作，结构很复杂的技术问题，提供一种结构简单的光感应触摸屏及其检测***。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种光感应触摸屏，所述光感应触摸屏包括：具有第一导电层的第一基板，所述第一导电层为等间距分布阵列；具有第二导电层的第二基板，所述第二导电层与所述第一导电层的面积适配；位于第一导电层和第二导电层之间的光感应单元阵列，所述光感应单元由PN结构成，所述第一导电层、第二导电层和光感应单元组成光传感器；位于光感应单元之间的绝缘透明填充材料。

根据本发明的另一方面，本发明提出了一种光感应触摸检测***，所述检测***包括光感应触摸屏、光感应检测电路和数据处理电路，所述光感应触摸屏包括：具有第一导电层的第一基板，所述第一导电层为等间距分布阵列；具有第二导电层的第二基板，所述第二导电层与所述第一导电层的面积适配；位于第一导电层和第二导电层之间的光感应单元阵列，所述光感应单元由PN结构成，所述第一导电层、第二导电层和光感应单元组成光传感器；位于光感应单元之间的绝缘透明填充材料；所述光感应检测电路，与所述第一导电层和第二导电层连接，并检测各个光传感器被触摸时对应触摸点的电信号变化幅度；所述数据处理电路，根据所述各个触摸点的电信号变化幅度，确定触摸中心点的坐标位置。

本发明利用光感应单元检测触摸屏上光强度变化，判断是否有光感应单元被遮挡，从而获得相应的触摸点坐标，该触摸屏的光感应单元位于第一导电层和第二导电层之间，结构简单且与导电层适配成阵列形式布置，因此能够实现多点触摸；同时不需检测触摸屏的电容变化，可以戴手套或者用任何笔状物体进行书写；进一步，光感应的方式避免了现有压力感应触摸屏的寿命问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的光感应触摸屏的截面图；

图2是本发明第一实施例提供的光感应触摸屏的俯视图；

图3是本发明第一实施例提供的光感应触摸屏的局部立体示意图；

图4是本发明第二实施例提供的光感应触摸屏的俯视图；

图5是本发明第二实施例提供的光感应触摸屏的局部立体示意图；

图6是本发明实施例提供的光感应触摸屏及其检测***示意图；

图7是本发明第一实施例提供的光感应触摸屏的触摸区域示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

参考图1，图1为本发明实施例提供的光感应触摸屏的截面图。

如图所示，所述光感应触摸屏包括：具有第一导电层102的第一基板101，所述第一导电层为等间距分布阵列；具有第二导电层106的第二基板107，所述第二导电层与所述第一导电层的面积适配；位于第一导电层102和第二导电层106之间的光感应单元阵列，所述光感应单元由PN结构成，所述第一导电层、第二导电层和光感应单元组成光传感器；位于光感应单元之间的绝缘透明填充材料103。

在本发明实施例中，第一基板101和第二基板107为氧化铟锡(ITO)玻璃形成的导电工作板。

第一基板101和第二基板107的相对表面分别对应蚀刻有透明导电层，即第一导电层102和第二导电层106。在实施例中，第一导电层102和第二导电层106可以采用ITO透明导电材料或导电碳膜。

第二基板107上的第二导电层106面积与第一导电层102的面积适配，也就是说，第二导电层106的面积大小可以使得其接触到第一导电层102上任意位置，从而能够检测得到第一导电层102上所有的触摸点位置。具体地，第一导电层102和第二导电层106的设计将在后面的实施例中详细进行说明。

为了有效检测触摸屏上光强度的变化，判断是否有感应单元被遮挡，在第一导电层102和第二导电层106相对的位置之间设置有若干个光感应单元，由此形成与导电层相适配的光感应单元阵列；所述光感应单元由PN结构成，进而所述第一导电层102、第二导电层106和光感应单元组成触摸屏的光传感器。进一步，所述PN结包括N型半导体104和P型半导体105，所述第一导电层102、N型半导体104、P型半导体105、第二导电层106顺序布置。不难理解，所述N型半导体和P型半导体的位置可以调换，即形成所述第一导电层、P型半导体、N型半导体、第二导电层顺序布置的结构。

为了改善本发明实施例中光感应触摸屏的光学特性(比如增加透光率、减小光散射等等)和增强稳固性，在相邻的光感应单元之间填充有绝缘透明填充材料103。进一步，所述绝缘透明填充材料为硅、二氧化硅和氧化硅中的任意一种。

参考图2，图2为本发明第一实施例提供的光感应触摸屏的俯视图。

如图所示，所述第一导电层102为等间距分布的若干面积基本相等的矩形块阵列，每一个矩形块均有一条引出线109连接到FPC走线处108，所述引出线109的材料可选用银浆、铝等其它适于触摸屏使用的导电材料；所述第二导电层106为覆盖整个触摸区域的一整块，面积至少和第一导电层的面积相当。进一步，所述第一导电层102的形状不局限于矩形块的形状，还可以为其它的形状，比如圆形、菱形等。

参考图3，图3为本发明第一实施例提供的光感应触摸屏的局部立体示意图。

如图所示，所述第一导电层102、第二导电层106、光感应单元的PN结组成一个三明治结构，构成触摸屏完整的光传感器。其中，N型半导体104和P型半导体105形成PN结。当光照射到光传感器上时，产生光生伏打效应，即先后分以下三个过程将光能转换为电能：a、受光子激发后，N型半导体产生电子，P型半导体产生空穴；b、电子-空穴对被PN结所产生的静电场分离开；c、电子、空穴被光传感器的两个电极即第一导电层102、第二导电层106分别收集，并在外电路中产生电流，从而将光信号转换成电信号。进一步，所述电信号可以是电流信号，也可以是光传感器再外接负载时的电压信号。

参考图4，图4为本发明第二实施例提供的光感应触摸屏的俯视图。

如图所示，所述第一导电层102为等间距分布的栅条阵列，其中的每一个栅条均有一条引出线连接到FPC走线处108；所述第二导电层106为与第一导电层102正交的等间距分布的栅条阵列，其中的每一个栅条也均有一条引出线连接到FPC走线处108；优选地，所述第一导电层102中的栅条间距和第二导电层106中的栅条间距相等。

参考图5，图5为本发明第二实施例提供的光感应触摸屏的局部立体示意图。

如图所示，所述每一个第一导电层102和第二导电层106的重叠区域与它们中间所夹的PN结共同构成一个光传感器。其中，PN结的构成、以及将光信号转换成电信号的方式与第一实施例类似，在此不再赘述。

进一步，在第一实施例和第二实施例中，所述光感应单元的面积与第一导电层102和第二导电层106重叠部分的面积相适应，以便更好地在不影响显示效果的前提下，充分发挥光感应单元的传感器作用。

比较图2和图4中FPC走线处108处的引脚数量，可以发现图4的引脚数量要少一些，因此，控制起来更简单。

在制作本发明上述实施例的光感应触摸屏时，可以利用光刻法将两个基板的透明导电层分别蚀刻成上述结构，然后在硅基片上依次制作P型区、N型区，接着填充103，再把上述导电基板组合到一起。另外一种方法是，先在硅基片上制作好PN结，接着填充103，再在P、N型区外侧溅射上述图案结构的导电层，然后在导电层上镀上SiO₂或其它透明有机材料作为基板。

参考图6，图6为本发明实施例提供的光感应触摸屏及其检测***示意图。

如图所示，本发明提供一种光感应触摸检测***，所述检测***包括光感应触摸屏、光感应检测电路和数据处理电路，所述光感应触摸屏包括：具有第一导电层102的第一基板101，所述第一导电层为等间距分布阵列；具有第二导电层106的第二基板107，所述第二导电层与所述第一导电层的面积适配；位于第一导电层和第二导电层之间的光感应单元阵列，所述光感应单元由PN结构成，所述第一导电层、第二导电层和光感应单元组成光传感器；位于光感应单元之间的绝缘透明填充材料103；所述光感应检测电路111，与所述第一导电层和第二导电层连接，并检测各个光传感器被触摸时对应触摸点的电信号变化幅度；所述数据处理电路112，根据所述各个触摸点的电信号变化幅度，确定触摸中心点的坐标位置。

其中，所述光感应触摸屏的结构在第一实施例和第二实施例中已经说明，在此不再重复。第一导电层102和第二导电层106先通过引出线109与FPC走线处108连接，再通过FPC将引出线连接到包括光感应检测电路111和数据处理电路112的控制电路上。光感应检测电路111用来检测第一导电层102与第二导电层106接触时，对应触摸点的电信号变化幅度，第一导电层102与第二导电层106接触形成导电回路，回路光感应的电信号与接触点坐标一一映射，达到触摸感应的目的。光感应检测电路111将检测的电信号变化幅度值输入到数据处理电路112中，数据处理电路112则根据对应电信号变化幅度值来确定该触摸点的坐标位置。

参考图7，图7为本发明第一实施例提供的光感应触摸屏的触摸区域示意图。

如图所示，具体操作时，可以将第二导电层106接地，这样每一个第一导电层102单元、PN结和第二导电层106构成一个光传感器。当相应的第一导电层102单元上方有光信号变化幅度超过整体平均水平时，即可确定触摸点发生在该第一导电层102单元周围。具体地，当手指挡住某一个第一导电层102单元的光线时，其它102单元特别是人手阴影处的那些单元光线也受到影响，对所有这些单元的光信号强度变化取一个平均值，如果某些102单元对应的光传感器光信号变化幅度超过这个平均值时，则认为这些单元在触摸中心点周围。

假定图6中所示的光感应触摸屏共有m行、n列光传感器，其中，第i行、i+1行的第j列、j+1列这几个触摸点感应到有触摸(如图6所示)，那么称这几个触摸点为一个触摸区域110，该触摸区域110的触摸中心点的坐标位置表示如下：

$X=\frac{j\×A_{i.j}+(j+1)\×A_{i.(j+1)}+j\×A_{(i+1).j}+(j+1)\×A_{(i+1).(j+1)}}{A_{i.j}+A_{i.(j+1)}+A_{(i+1).j}+A_{(i+1).(j+1)}}---\left(1\right)$

$Y=\frac{i\×A_{i.j}+i\×A_{i.(j+1)}+(i+1)\×A_{(i+1).j}+(i+1)\×A_{(i+1).(j+1)}}{A_{i.j}+A_{i.(j+1)}+A_{(i+1).j}+A_{(i+1).(j+1)}}---\left(2\right)$

其中，A_i.j表示第i行、第j列的光传感器的电信号变化幅度值，i∈[1，m]，j∈[1，n]，m表示触摸屏的行数，n表示触摸屏的列数，m和n都为正整数，这个中心点即作为有效的触摸点。

对于同时有几个点触摸的情况，先根据各触摸点的邻近情况划分成几个触摸区域，对每一个触摸区域，运用与(1)、(2)类似的式子可得每一个触摸区域的中心点坐标。

在控制方式上，图4与图2略有不同。具体的，图2中的每个光传感器的第一导电层102是单独输出的，而图4是按下列方式控制的：第二导电层106的第一行接地，其余各行悬空，依次检测第一导电层102各列的输出电信号，然后，第二导电层106的第二行接地，其余各行悬空，依次检测102各列的输出电信号，......，以此类推，每一行都按照这个规则执行。当所有行扫描完(即扫描完一帧)，对所有数据进行触摸区域的划分，然后按照公式(1)、(2)计算每一个触摸区域的中心点坐标。

本发明利用光感应单元检测触摸屏上光强度变化，判断是否有光感应单元被遮挡，从而获得相应的触摸点坐标，该触摸屏的光感应单元位于第一导电层和第二导电层之间，结构简单且与导电层适配成阵列形式布置，因此能够实现多点触摸；同时不需检测触摸屏的电容变化，可以戴手套或者用任何笔状物体进行书写；进一步，光感应的方式避免了现有压力感应触摸屏的寿命问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光感应触摸屏，其特征在于，所述光感应触摸屏包括：

具有第一导电层的第一基板，所述第一导电层为等间距分布阵列；

具有第二导电层的第二基板，所述第二导电层与所述第一导电层的面积适配；

位于第一导电层和第二导电层之间的光感应单元阵列，所述光感应单元由PN结构成，所述第一导电层、第二导电层和光感应单元组成光传感器；

位于光感应单元之间的绝缘透明填充材料。

2.根据权利要求1所述的光感应触摸屏，其特征在于，所述第一导电层为等间距分布的若干面积基本相等的矩形块阵列，所述第二导电层为覆盖整个触摸区域的一整块。

3.根据权利要求1所述的光感应触摸屏，其特征在于，所述第一导电层为等间距分布的栅条阵列，所述第二导电层为与第一导电层正交的等间距分布的栅条阵列。

4.根据权利要求1所述的光感应触摸屏，其特征在于，所述绝缘透明填充材料为硅、二氧化硅和氧化硅中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的光感应触摸屏，其特征在于，所述PN结包括N型半导体和P型半导体，所述第一导电层、N型半导体、P型半导体、第二导电层顺序布置。

6.根据权利要求1所述的光感应触摸屏，其特征在于，所述PN结包括N型半导体和P型半导体，所述第一导电层、P型半导体、N型半导体、第二导电层顺序布置。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光感应触摸屏，其特征在于，所述光感应单元的面积与第一导电层和第二导电层重叠部分的面积相适应。

8.一种光感应触摸检测***，其特征在于，所述检测***包括光感应触摸屏、光感应检测电路和数据处理电路，所述光感应触摸屏包括：

具有第一导电层的第一基板，所述第一导电层为等间距分布阵列；

具有第二导电层的第二基板，所述第二导电层与所述第一导电层的面积适配；

位于第一导电层和第二导电层之间的光感应单元阵列，所述光感应单元由PN结构成，所述第一导电层、第二导电层和光感应单元组成光传感器；

位于光感应单元之间的绝缘透明填充材料；

所述光感应检测电路，与所述第一导电层和第二导电层连接，并检测各个光传感器被触摸时对应触摸点的电信号变化幅度；

所述数据处理电路，根据所述各个触摸点的电信号变化幅度，确定触摸中心点的坐标位置。

9.根据权利要求8所述的光感应触摸检测***，其特征在于，所述触摸屏中第i行、第i+1行的第j列、第j+1列各个点感应到有触摸，则所述各个触摸点组成一个触摸区域，所述触摸区域的触摸中心点的坐标位置表示如下：

$X=\frac{j\×A_{i.j}+(j+1)\×A_{i.(j+1)}+j\×A_{(i+1).j}+(j+1)\×A_{(i+1).(j+1)}}{A_{i.j}+A_{i.(j+1)}+A_{(i+1).j}+A_{(i+1).(j+1)}}$

$Y=\frac{i\×A_{i.j}+i\×A_{i.(j+1)}+(i+1)\×A_{(i+1).j}+(i+1)\×A_{(i+1).(j+1)}}{A_{i.j}+A_{i.(j+1)}+A_{(i+1).j}+A_{(i+1).(j+1)}}$

其中，A_i.j表示第i行、第j列的光传感器的电信号变化幅度值，i∈[1，m]，j∈[1，n]，m表示触摸屏的行数，n表示触摸屏的列数，m和n都为正整数。

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