CN104714707A - 电磁电容一体触摸屏、触摸显示面板和触摸显示装置 - Google Patents

电磁电容一体触摸屏、触摸显示面板和触摸显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明的实施例公开了一种电磁电容一体触摸屏、触摸显示面板和触摸显示装置，其中将电容触摸结构中的多个虚拟电极(通常位于驱动电极和检测电极之间)设置成线圈状，利用该线圈状的虚拟电极作为电磁触摸结构的线圈。这样，在电容触摸结构上不需要增加额外的结构和工艺就能够同时制备电磁触摸结构，实现电磁触摸结构和电容触摸结构的完全兼容。

Description

电磁电容一体触摸屏、触摸显示面板和触摸显示装置
技术领域
本发明涉及触摸领域，尤其涉及一种电磁电容一体触摸屏、包括该电磁电容一体触摸屏的触摸显示面板和包括该触摸显示面板的触摸显示装置。
背景技术
近年来，随着人性化、便捷化的发展，触摸屏、带有触摸功能的显示面板和显示装置越来越受到人们的青睐。按照工作原理的不同，触摸屏有多个种类，例如电阻触摸屏(Resistive-type Touch Panel)、电容触摸屏(Capacitive-typeTouchPanel)、电磁触摸屏(Electromagnetic-type Touch Panel)等。其中，电容触摸屏的优点是可以用手直接操作。但当用笔来书写时，由于手掌一般放置于触摸屏上，手和笔的触摸难以准确的区别开。电磁触摸屏在手掌放置于触摸屏上时，也可以准确判别出电磁笔的位置。
将电磁触摸功能和电容触摸功能集成于一体的触摸屏通常称之为电磁电容一体触摸屏，其兼顾电磁触摸和电容触摸的优点，越来越受到人们的关注。电磁触摸结构和电容触摸结构如何兼容成为一个重要的技术问题。
发明内容
本发明的实施例所要解决的一个技术问题是如何实现电磁触摸结构和电容触摸结构的兼容。
为了解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种电磁电容一体触摸屏，包括：多条电容触摸电极以及多个线圈状电极；电容触摸检测时，所述线圈状电极作为电容触摸检测的虚拟电极；电磁触摸检测时，所述线圈状电极作为电磁触摸检测的感应线圈。
本发明的实施例还提供了一种触摸显示面板，包括上述电磁电容一体触摸屏。
本发明的实施例还提供了一种触摸显示装置包括上述触摸显示面板。
相对于现有技术而言，本发明的实施例所提供的电磁电容一体触摸屏、触摸显示面板和触摸显示装置中将电容触摸结构中的多个虚拟电极(通常位于驱动电极和检测电极之间)设置成线圈状，利用该线圈状的虚拟电极作为电磁触摸结构的线圈。这样，在电容触摸结构上不需要增加额外的结构和工艺就能够同时制备电磁触摸结构，实现电磁触摸结构和电容触摸结构的完全兼容。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的电磁电容一体触摸屏的俯视结构示意图；
图2为图1中触摸结构层各层图案对应关系图；
图3a为图2中线圈状电极的放大示意图；
图3b为线圈状电极的另一种形状示意图；
图3c为线圈状电极的另一种形状示意图；
图3d为线圈状电极的另一种形状示意图；
图4为本发明实施例二提供的电磁电容一体触摸屏的俯视结构示意图；
图5为本发明实施例三提供的电磁电容一体触摸屏的俯视结构示意图；
图6为本发明实施例四提供的电磁电容一体触摸屏的俯视结构示意图；
图7为本发明实施例五提供的一种触摸显示面板的结构示意图；
图8为本发明实施例六提供的一种触摸显示装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心思想是将电容触摸结构中的多个虚拟电极(通常位于驱动电极和检测电极之间)设置成线圈状，利用该线圈状的虚拟电极作为电磁触摸结构的线圈。这样，在电容触摸结构上不需要增加额外的结构和工艺就能够同时制备电磁触摸结构，实现电磁触摸结构和电容触摸结构的完全兼容。也就是说，本发明的一个方面提供了一种电磁电容一体触摸屏，包括：多条电容触摸电极(通常包括多条电容驱动电极和多条电容感应电极)以及多个线圈状电极；电容触摸检测时，线圈状电极作为电容触摸检测的虚拟电极；电磁触摸检测时，线圈状电极作为电磁触摸检测的感应线圈。
在上述核心思想下，电容触摸结构可以有多种不同的实施方式；电磁触摸结构也可以有多种不同的实施方式；相应的，线圈状电极如何走线，如何与电容触摸结构的不同实施例中的结构兼容也会有多种不同的实施例。下面通过一些具体实施例加以说明。
实施例一
本发明实施例一提供的电磁电容一体触摸屏的俯视结构示意图如图1所示。从图1中可以看出，该电磁电容一体触摸屏1包括：基板100和位于基板100上的触摸结构层。该触摸结构层包括多条电容触摸电极201、202以及多个线圈状电极203。电容触摸检测时，线圈状电极203作为电容触摸检测的虚拟电极；电磁触摸检测时，线圈状电极203作为电磁触摸检测的感应线圈。
具体地，如图1所示该多条电容触摸电极包括多条沿第一方向延伸的第一电极201和与之绝缘交叉的多条沿第二方向延伸的第二电极202，通常第一方向垂直于第二方向。每一线圈状电极203设置于一第一电极201和一第二电极202的交叉处，或者说每一线圈状电极203设置于两相邻第一电极201和两相邻第二电极202所围区域内。其中，第一电极201可以为电容驱动电极，相应地第二电极202为电容感应电极；第一电极201也可以为电容感应电极，相应地第二电极202为电容驱动电极。
图2为图1中触摸结构层各层图案对应关系图。结合图1和图2进一步可以看出，从层状结构上看该触摸结构层包括位于基板100上的第一电极层200、第二电极层400以及第一电极层和第二电极层之间的绝缘层300。其中，第一电极201、第二电极202和线圈状电极203均位于第一电极层200。同时由于第一电极201与第二电极202要绝缘交叉，因此每一第二电极202被多条第一电极201分割成多段。图中以第一电极201有5条为例，分别为201a、201b、201c、201d和201e；第二电极202仅画出4条为例。每一第二电极202被5条第一电极201a、201b、201c、201d、201e分割成4段，分别为202a、202b、202c和202d。5条第一电极201和2条相邻第二电极202所围成的网格状区域内可以设置4个线圈状电极203，分别为203a、203b、203c和203d。电容触摸检测时，线圈状电极203作为电容触摸检测的虚拟电极；电磁触摸检测时，线圈状电极203作为电磁触摸检测的感应线圈。具体工作方式将在后文具体阐述。
从图2还可以看出，第二电极层400包括多个跨桥电极401，绝缘层300包括多个第一过孔301，每一第二电极202的多段202a、202b、202c、202d通过跨桥电极401和第一过孔301电连接。具体地，每一第二电极202的多段202a、202b、202c、202d之间必须要电连接，图2给出了一种电连接的方式。以第一段202a和第二段202b为例，第一段202a所在位置处具有第一子过孔301a，第二段202b所在位置处具有第二子过孔301b，跨桥401在俯视上看，位于第一段202a和第二段202b之间，也位于第一子过孔301a和第二子过孔301b之间。这样第一段202a和第二段202b通过跨桥401和第一子过孔301a、第二子过孔301b电连接。同一根第二电极202的其他段之间的连接方式也是相同的，不再重复阐述。
另外，图3a为图2中一线圈状电极203的放大示意图。结合图2和图3可以看出，第二电极层400还包括多条检测线402和多条接地线403，每一线圈状电极203包括第一端子203a’和第二端子203b’，第一端子203a’与检测线402电连接，第二端子203b’与接地线403电连接。具体地，绝缘层300还包括多个第二过孔302和第三过孔303，第一端子203a’通过第二过孔302与检测线402电连接，第二端子203b’通过第三过孔303与接地线403电连接。该检测线402用于在电磁触摸检测时，将线圈状电极203感应外部电磁信号(如电磁笔)产生的感应信号(如感应电压)传输至外部电磁触摸检测电路。线圈状电极203的具体形状除了图3a所示的形状外，还可以采用如图3b、3c和3d所示的多种不同变形。
多个线圈状电极203中各个线圈状电极203的结构以及如何走线与外部驱动检测电路进行电连接可以有多种不同的结构和方式，下面结合附图给出几种可行的方式。
图1提供了一种电磁电容一体触摸屏，其中多个线圈状电极203组成M行*N列线圈阵列，其中M、N均为正整数。同一行的线圈电连接至同一检测线，同一行线圈中各个线圈的圈数和/或面积不相同(即圈数不相同，或者面积不相同，或者圈数和面积均不相同)。其中，同一列线圈中各个线圈的圈数和/或面积可以相同，也可以不相同。图2中以同一列线圈中各个线圈的圈数和面积均相同为例，但也可以是同一列线圈中各个线圈的圈数相同，或者同一列线圈中各个线圈的面积相同。由于同一行线圈中各个线圈的圈数和/或面积不相同，即便同一行的线圈电连接至同一检测线，同一行中各个线圈感应产生感应信号的强度不同，仍然能够检测出对应该行的触摸位置的列坐标。
当然，其他实施例中，同一列线圈中各个线圈的圈数和/或面积也可以不相同(即圈数不相同，或者面积不相同，或者圈数和面积均不相同)。需要说明的是，这里的“行”可以是平行于第一方向，对应第“列”平行于第二方向；当然也可以是“行”平行于第二方向，对应第“列”平行于第一方向。其他实施例中，也可以是同一列的线圈电连接至同一检测线，同一列线圈中各个线圈的圈数和/或面积不相同(即圈数不相同，或者面积不相同，或者圈数和面积均不相同)，同一行线圈中各个线圈的圈数和/或面积可以相同，也可以不相同。从图1中可以看出，该线圈状电极203所组成的线圈阵列具有M行线圈，对应地只需要M条检测线402，相应地，外部电磁触摸检测电路(通常为IC芯片)只需要M个端口与M条检测线402对应电连接，大大减少了外部驱动检测电路的端口数量。
下面结合图1阐述本实施例所提供的电磁电容一体触摸屏的工作过程。如图1所示，该电磁电容一体触摸屏通常还包括电磁触摸检测电路501，与检测线402电连接。电磁触摸检测时，通常外部的电磁笔(未图示)发射电磁信号，各行线圈状电极203感应该电磁笔发射的电磁信号产生感应信号(如感应电流或感应电压)，该感应信号经各检测线402被电磁触摸检测电路501检测得到。电磁触摸检测电路501根据各检测线402上的感应信号确定电磁笔的触摸位置坐标。另外，该电磁笔可以是有源的，也可以是无源的。
该电磁电容一体触摸屏通常还包括电容触摸驱动检测电路502，与第一电极201和第二电极202电连接(图中未示出电容触摸驱动检测电路502与第一电极201和第二电极202的连接线)。电容触摸检测时，该电容触摸驱动检测电路逐行向第一电极201施加电容驱动信号，并从各第二电极202检测到电容感应信号，根据检测到的电容感应信号确定触摸物体(如手指)的位置坐标。
从图1和图2所示的电磁电容一体触摸屏可以概括出，电容触摸检测和电磁触摸检测通常是分时进行工作的。图1中电磁触摸检测电路501与检测线402之间设置有开关单元503(可以为场效应晶体管或三极管)。该电磁电容一体触摸屏还包括模式切换单元504，分别与电磁触摸检测电路501、电容触摸驱动检测电路502、开关单元503电连接。电容触摸检测时，模式切换单元504控制电容触摸驱动检测电路502开始工作，同时断开开关单元503。此时，电容触摸驱动检测电路502逐行向第一电极201施加电容驱动信号，并从各第二电极202检测到电容感应信号；同时所有线圈状电极203均电连接至接地端，起到虚拟电极的作用。虚拟电极的存在使得第一电极201与第二电极202自身的面积减小，从而减小了第一电极201与第二电极202各自的自电容，进一步提高的触控灵敏度。同时，虚拟电极的存在还能够使得第一电极201与第二电极202不易被人眼察觉，整个触控图形结构的图形更均匀，触控图形的视觉效果更佳。此时可以称之为电容触摸检测工作模式，相应地第一电极201、第二电极202和作为虚拟电极的线圈状电极203构成电容触控结构。
另外，电磁触摸检测时，模式切换单元504控制电磁触摸检测电路501开始工作，同时导通开关单元503。此时，所有线圈状电极203起到电磁感应线圈的作用，感应外部电磁信号(例如电磁笔发射的电磁信号)产生感应信号；电磁触摸检测电路501从各检测线402检测感应信号。此时可以称之为电磁触摸检测工作模式，相应地作为电磁感应线圈的线圈状电极203和检测线402构成电磁触控结构。另外，如图1所示，电磁触摸检测电路501、电容触摸驱动检测电路502、开关单元503和模式切换单元504可以集成于一个芯片500中。
当然，作为一种可选的工作方式，还可以在接地线403和接地端之间设置另一开关单元(未图示)，在电容触摸检测时断开(此时作为虚拟电极的线圈状电极203浮接)，在电磁触摸检测时导通。
实施例二
实施例一中同一行线圈状电极连接至同一检测线，可以减少检测线以及与检测线电连接的外部驱动检测电路的端子数量。实施例二提供了另一种电磁电容一体触摸屏，其与实施例一相同之处不再重复阐述，下面仅重点阐述二者之间的不同。图4为实施例二提供的电磁电容一体触摸屏的俯视结构示意图。从图4中可以看出，其与实施例一的重要不相同之处在于，多个线圈状电极203组成的M行*N列线圈阵列(M、N均为正整数)中，每一线圈电连接一检测线，即线圈状电极203与检测线402一一对应电连接。此时，线圈状电极203具有M*N个，因此需要M*N条检测线402与之对应电连接，电磁触摸检测电路相应地需要设置M*N个端口(PAD)。图4中还可以看出，各线圈的圈数相同和/或各线圈的面积相同，即各线圈的圈数相同，或者各线圈的面积相同，或者各线圈的圈数和面积均相同。
实施例三
实施例一中同一行线圈状电极连接至同一检测线，可以减少检测线以及与检测线电连接的外部驱动检测电路的端子数量。实施例三提供了另一种电磁电容一体触摸屏，其与实施例一相同之处不再重复阐述，下面仅重点阐述二者之间的不同。图5为实施例三提供的电磁电容一体触摸屏的俯视结构示意图。从图5中可以看出，其与实施例一的重要不相同之处在于，多条检测线402包括多条行方向检测线4021和与之交叉并电连接的多条列方向检测线4022。需要说明的是，图5中每一方向检测线4021包括位于第一电极层200的第一行方向检测线段4021a和位于第二电极层400的第二行方向检测线段4021b，第一行方向检测线段4021a与第二行方向检测线段4021b通过贯穿绝缘层300的过孔306电连接。接地线403与检测线402在第一行方向检测线段4021a处交叉，这样接地线403与检测线402就通过绝缘层300电性绝缘。
多个线圈状电极203组成的M行*N列线圈阵列(M、N均为正整数)中，每一线圈203电连接至交叉的行方向检测线4021和列方向检测线4022。这样每一线圈203感应外部电磁信号产生的感应信号会通过行方向检测线4021和列方向检测线4022被外部检测电路检(未图示)测得到。电磁触摸检测电路501根据行方向检测线4021上检测到的感应信号确定电磁笔触摸位置的列坐标，根据列方向检测线4022上检测到的感应信号确定电磁笔触摸位置的行坐标。此时，线圈状电极203具有M*N个，因此需要M+N条检测线402与之对应电连接，电磁触摸检测电路相应地需要设置M+N个端口(PAD)。图5中还可以看出，各线圈的圈数相同和/或各线圈的面积相同，即各线圈的圈数相同，或者各线圈的面积相同，或者各线圈的圈数和面积均相同。
实施例四
实施例一、二和三中线圈状电极203均为单线圈，实施例四提供了另一种电磁电容一体触摸屏，其与实施例一、二和三相同之处不再重复阐述，下面仅重点阐述二者之间的不同。图6为实施例四提供的电磁电容一体触摸屏的俯视结构示意图。从图6中可以看出，其与实施例一、二和三的重要不相同之处在于，多个线圈状电极203组成M行*N列线圈阵列中每一线圈均为双线圈(M、N均为正整数)，即每一线圈包括相互嵌套的第一子线圈2031和第二子线圈2032，多条检测线402包括多条行方向检测线4021和与之绝缘交叉的多条列方向检测线4022，每一行第一子线圈2031电连接至一行方向检测线4021，每一列第二子线圈2032电连接至一列方向检测线4022。多个线圈状电极203组成的M行*N列线圈阵列中，每一线圈203中的第一子线圈2031、第二子线圈2032分别电连接至交叉的行方向检测线4021和列方向检测线4022。这样每一线圈203中的第一子线圈2031感应外部电磁信号产生的感应信号会通过行方向检测线4021被外部检测电路检(未图示)测得到，每一线圈203中的第二子线圈2032感应外部电磁信号产生的感应信号会通过列方向检测线4022被外部检测电路检测得到。外部检测电路根据行方向检测线4021上检测到的感应信号确定电磁笔触摸位置的列坐标，根据列方向检测线4022上检测到的感应信号确定电磁笔触摸位置的行坐标。此时，线圈状电极203具有M*N个，因此需要M+N条检测线402与之对应电连接，电磁触摸检测电路相应地需要设置M+N个端口(PAD)。另外，绝缘层300还包括多个第二过孔302、第三过孔303、第四过孔304和第五过孔305，每一第一子线圈2031包括第一端子和第二端子(图中未标出)，每一第二子线圈2032包括第三端子和第四端子(图中未标出)，第一端子通过第二过孔302与行方向检测线4021电连接，第二端子通过第三过孔303与接地线403电连接，第三端子通过第四过孔304与列方向检测线4022电连接，第四端子通过第五过孔与接地线403电连接。图6中，第三过孔303和第五过孔305共用一个过孔。每一方向检测线4021包括位于第一电极层200的第一行方向检测线段4021a和位于第二电极层400的第二行方向检测线段4021b，第一行方向检测线段4021a与第二行方向检测线段4021b通过贯穿绝缘层300的过孔306电连接。接地线403、列方向检测线4022均与行方向检测线4021在第一行方向检测线段4021a处交叉，这样接地线403、列方向检测线4022均与检测线402通过绝缘层300电性绝缘。
另外，图6还可以看出，各第一子线圈2031的圈数相同和/或各第二子线圈2032的圈数相同；或者，各第一子线圈2031的面积相同和/或各第二子线圈2032的面积相同；或者第一子线圈2031的圈数与第二子线圈2032的圈数相同和/或第一子线圈2031的面积与第二子线圈2032的面积相同。
需要说明的是，实施例一、二、三、四中第一电极201和第二电极202位于同一层，但本领域的技术人员可以根据本发明的核心思想可知，第一电极和第二电极可以分别位于绝缘层的两侧，即位于不同层。
实施例五
本发明实施例五提供的一种触摸显示面板的结构示意图如图7所示。该触摸显示面板10包括上述实施例一、二、三、四中任意一个所述的电磁电容一体触摸屏1。该电磁电容一体触摸屏10从显示模式上看可以为液晶显示面板LCD、有机发光显示面板OLED，等离子显示面板，电子纸等。从触摸结构与显示结构之间的集成关系看，电磁电容一体触摸屏1中的触摸结构层可以位于显示面板2之外(如图7所示)，也可以位于显示面板之内，还可以位于显示面板的表面。
实施例六
本发明实施例六提供的一种触摸显示装置的结构示意图如图8所示。该触摸显示装置包括实施例五所述的触摸显示面板10以及电磁笔20。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (15)

1.一种电磁电容一体触摸屏，包括：多条电容触摸电极以及多个线圈状电极；电容触摸检测时，所述线圈状电极作为电容触摸检测的虚拟电极；电磁触摸检测时，所述线圈状电极作为电磁触摸检测的感应线圈。
2.根据权利要求1所述的电磁电容一体触摸屏，其特征在于，所述多条电容触摸电极包括多条沿第一方向延伸的第一电极和与之绝缘交叉的多条沿第二方向延伸的第二电极，每一所述线圈状电极设置于一第一电极和一第二电极的交叉处。
3.根据权利要求1所述的电磁电容一体触摸屏，其特征在于，所述第一电极、第二电极和线圈状电极均位于第一电极层，每一所述第二电极被所述多条第一电极分割成多段，所述电磁电容一体触摸屏还包括第二电极层以及位于所述第一电极层和第二电极层之间的绝缘层，所述第二电极层包括多个跨桥电极，所述绝缘层包括多个第一过孔，每一所述第二电极的多段通过所述跨桥电极和第一过孔电连接。
4.根据权利要求3所述的电磁电容一体触摸屏，其特征在于，所述第二电极层还包括多条检测线和多条接地线，每一所述线圈状电极包括第一端子和第二端子，所述第一端子与所述检测线电连接，所述第二端子与所述接地线电连接。
5.根据权利要求4所述的电磁电容一体触摸屏，其特征在于，所述绝缘层还包括多个第二过孔和第三过孔，所述第一端子通过所述第二过孔与所述检测线电连接，所述第二端子通过所述第三过孔与所述接地线电连接。
6.根据权利要求4所述的电磁电容一体触摸屏，其特征在于，所述多个线圈状电极组成M行*N列线圈阵列，每一所述线圈电连接一检测线，其中M、N均为正整数。
7.根据权利要求4所述的电磁电容一体触摸屏，其特征在于，所述多个线圈状电极组成M行*N列线圈阵列，所述多条检测线包括多条行方向检测线和与之交叉并电连接的多条列方向检测线，每一所述线圈电连接至交叉的行方向检测线和列方向检测线，其中M、N均为正整数。
8.根据权利要求6或7所述的电磁电容一体触摸屏，其特征在于，各所述线圈的圈数相同和/或各所述线圈的面积相同。
9.根据权利要求4所述的电磁电容一体触摸屏，其特征在于，所述多个线圈状电极组成M行*N列线圈阵列，同一行的线圈电连接至同一检测线，同一行线圈中各个线圈的圈数和/或面积不相同，同一列线圈中各个线圈的圈数和/或面积相同或不相同，其中M、N均为正整数。
10.根据权利要求3所述的电磁电容一体触摸屏，其特征在于，所述第二电极层还包括多条检测线和多条接地线，所述多个线圈状电极组成M行*N列线圈阵列，每一所述线圈包括相互嵌套的第一子线圈和第二子线圈，所述多条检测线包括多条行方向检测线和与之绝缘交叉的多条列方向检测线，每一行所述第一子线圈电连接至一行方向检测线，每一列所述第二子线圈电连接至一列方向检测线，其中M、N均为正整数。
11.根据权利要求10所述的电磁电容一体触摸屏，其特征在于，所述绝缘层还包括多个第二过孔、第三过孔、第四过孔和第五过孔，每一所述第一子线圈包括第一端子和第二端子，每一所述第二子线圈包括第三端子和第四端子，所述第一端子通过所述第二过孔与所述行方向检测线电连接，所述第二端子通过所述第三过孔与所述接地线电连接，所述第三端子通过所述第四过孔与所述列方向检测线电连接，所述第四端子通过所述第五过孔与所述接地线电连接。
12.根据权利要求10所述的电磁电容一体触摸屏，其特征在于，各所述第一子线圈的圈数相同和/或各所述第二子线圈的圈数相同；或者，
各所述第一子线圈的面积相同和/或各所述第二子线圈的面积相同；或者
所述第一子线圈的圈数与所述第二子线圈的圈数相同和/或所述第一子线圈的面积与所述第二子线圈的面积相同。
13.根据权利要求1所述的电磁电容一体触摸屏，其特征在于，所述电容触摸检测检测与电磁触摸检测分时进行；电容触摸检测时，所述线圈状电极接地或浮接；电磁触摸检测时，所述线圈状电极感应外部电磁信号产生感应信号。
14.一种触摸显示面板，包括如权利要求1-13任一项所述的电磁电容一体触摸屏。
15.一种触摸显示装置，包括如权利要求14所述的触摸显示面板。
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