具有压力感测的触控显示系统的制作方法

本实用新型涉及触控显示领域，尤其涉及一种具有压力感测的触控显示系统。

背景技术：

触控显示面板广泛应用于各种消费电子设备，例如：智能型手机、平板计算机、相机、电子书、MP3播放器等携带式电子产品，或是应用于操作控制设备的显示屏幕。近年来，可感测按压力度大小(又称三维触控感测)的触控显示面板受到了广泛关注。

现有技术中要实现压力感测的方法，一般均需要在结构上额外增加一压力感测器才可达到压力感测的功能。然而，压力感测器通常包括一承载基材及一形成于承载基材上的压力感测电极层，并且压力感测器再通过贴合方式来贴合于触控显示面板。因此，在触控显示面板中整合压力感测功能将会导致触控显示面板的整体厚度增加并且让成本提高。故，业界亟待提出一种新的整合压力感测技术的方案，以克服现有具有压力感测的触控显示面板所存在的厚度增加且成本高的问题。

技术实现要素：

本实用新型提供一种具有压力感测的触控显示系统，其利用显示模组中既有的导电屏蔽层来作为压力感测电极层，并搭配对导电屏蔽层的运作状态的切换设计，以实现压力感测功能。

本实用新型为解决上述技术问题提供如下技术方案：一种具有压力感测的触控显示系统，包括一触控感测层及一显示模组，所述显示模组进一步包括一导电屏蔽层，所述触控感测层设置于所述显示模组上并和所述导电屏蔽层绝缘地设置，其中所述导电屏蔽层在第一时序时用于提供压力感测，并且在第二时序时用于为所述显示模组提供接地。

优选地，所述触控感测层包括一第一轴向电极及与所述第一轴向电极相交并绝缘设置的一第二轴向电极。

优选地，包括一控制单元，所述控制单元电性连接所述触控感测层及所述导电屏蔽层，并分时控制所述触控感测层及所述导电屏蔽层的运作状态。

优选地，在第一时序，所述控制单元控制所述第一轴向电极及所述第二轴向电极为浮接状态，并感测所述导电屏蔽层与一接地端之间的一背景电容所产生的一压力感测信号；在第二时序，所述控制单元提供一驱动信号至所述第一轴向电极，并感测所述第二轴向电极与所述第一轴向电极之间的一电容所产生的一触控感测信号，以及控制所述导电屏蔽层为接地状态。

优选地，所述控制单元包括一驱动电路模组、一触控感测电路模组、一压力感测电路模组及多个电路开关，其中，所述驱动电路模组通过所述电路开关与所述第一轴向电极电性连接，所述触控感测电路模组通过所述电路开关与所述第二轴向电极电性连接，所述压力感测电路模组通过所述电路开关与所述导电屏蔽层电性连接。

优选地，所述控制单元进一步包括一信号控制模组，所述信号控制模组电性连接多个所述电路开关，并且用于控制每一所述电路开关的连接状态。

优选地，在第一时序，所述信号控制模组控制与所述第一轴向电极及所述第二轴向电极连接的所述电路开关浮接，且控制与所述导电屏蔽层连接的所述电路开关导通于所述压力感测电路模组；在第二时序，所述信号控制模组控制与所述第一轴向电极连接的所述电路开关导通于所述驱动电路模组，且控制与所述第二轴向电极连接的所述电路开关导通于所述触控感测电路模组，以及控制与所述导电屏蔽层连接的所述电路开关接地。

优选地，在第一时序，所述控制单元提供一驱动信号至所述第一轴向电极，并感测所述第二轴向电极与所述第一轴向电极之间的一电容所产生的一触控感测信号，以及感测所述导电屏蔽层与所述第一轴向电极之间的一电容所产生的一压力感测信号；在第二时序，所述控制单元提供所述驱动信号至所述第一轴向电极，并感测所述第二轴向电极与所述第一轴向电极之间的所述电容所产生的所述触控感测信号，以及控制所述导电屏蔽层为接地状态。

优选地，所述控制单元包括一驱动电路模组、一触控感测电路模组、一压力感测电路模组及多个电路开关，其中，所述驱动电路模组通过所述电路开关与所述第一轴向电极电性连接，所述触控感测电路模组通过所述电路开关与所述第二轴向电极电性连接，所述压力感测电路模组通过所述电路开关与所述导电屏蔽层电性连接。

优选地，所述控制单元进一步包括一信号控制模组，所述信号控制模组电性连接所述电路开关，并且用于控制每一所述电路开关的连接状态。

优选地，在第一时序，所述信号控制模组控制与所述第一轴向电极连接的所述电路开关导通于所述驱动电路模组，且控制与所述第二轴向电极连接的所述电路开关导通于所述触控感测电路模组，以及控制与所述导电屏蔽层连接的所述电路开关导通于所述压力感测电路模组；在第二时序，所述信号控制模组控制与所述第一轴向电极连接的所述电路开关导通于所述驱动电路模组，且控制与所述第二轴向电极连接的所述电路开关导通于所述触控感测电路模组，以及控制与所述导电屏蔽层连接的所述电路开关接地。

优选地，所述控制单元包括一驱动电路模组、一触控感测电路模组、一压力感测电路模组及多个电路开关，其中，所述驱动电路模组与所述第一轴向电极电性连接，所述触控感测电路模组与所述第二轴向电极电性连接，所述压力感测电路模组通过所述电路开关与所述导电屏蔽层电性连接。

优选地，所述控制单元进一步包括一信号控制模组，电性连接所述电路开关，并且用于控制每一所述电路开关的连接状态。

优选地，在第一时序，所述信号控制模组控制与所述导电屏蔽层连接的所述电路开关导通于所述压力感测电路模组；在第二时序，所述信号控制模组控制与所述导电屏蔽层连接的所述电路开关接地。

优选地，所述导电屏蔽层为一具图案化结构的导电层或一完整平面结构的导电层。

综上所述，本实用新型所提供的具有压力感测的触控显示系统，其利用显示模组中既有的导电屏蔽层来作为压力感测层，并搭配对所述导电屏蔽层的运作状态的切换设计来进行分时扫描，进而在不影响显示模组的功能之下实现压力感测的功能。因此，本实用新型与现有技术相比，无需设置多一层压力感测层，即可在触控显示系统中实现压力感测的功能，可简化压力感测的结构，降低成本。

【附图说明】

图1是本实用新型所提供的触控显示面板的结构示意图。

图2是本实用新型第一实施例具有压力感测的触控显示系统的框架示意图。

图3是图2中所示具有压力感测的触控显示系统中控制单元的模块示意图。

图4是图2中所示具有压力感测的触控显示系统的等效电容示意图。

图5是图3中所示具有压力感测的触控显示系统中控制单元另一实施例的模块示意图。

图6是本实用新型第二实施例具有压力感测的触控显示系统的结构示意图。

图7是本实用新型第二实施例具有压力感测的触控显示系统中一个变形实施例的结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，其提供一种触控显示面板90，所述触控显示面板90包括由上至下依次设置的盖板901、触控感测层902及显示模组120。其中，触控感测层902用于对触控位置进行检测，并且触控感测层902可例如通过一光学胶(图未示)来贴合于盖板901，或者可直接利用光微影制程来形成于盖板901的表面，在此并非本实施方式所限制。之后，整合有触控感测层902的盖板901再通过另一光学胶(图未示)来贴合于显示模组120。

本实施方式的显示模组120可例如为横向电场效应显示面板(In-Plain Switching，IPS)，其由上至下依次设置上偏光片903、导电屏蔽层904、彩色滤光层905、液晶层907、薄膜晶体管组件层908、基板909、下偏光片910及背光板911。其中，本领域技术人员可以了解，显示面板120中的结构并非仅限于本实施方式的态样，任何包含有导电屏蔽层904的显示面板结构都是本实用新型可应用及调整的范围。

在本实用新型中，采用显示模组120中已有的导电屏蔽层904，通过运作状态切换的方式来分时扫描，将导电屏蔽层904设计为兼具有为显示模组120提供接地及为触控显示系统90提供压力感测的功能。补充说明的是，显示模组120中的导电屏蔽层904在接地时是用来消除显示模组120表面所累积的电荷，以及降低外部环境的静电干扰，避免影响显示模组120的显示效果。

请参阅图2，本实用新型第一实施例具体提供一种具有压力感测的触控显示系统10，其包括一显示模组120及一触控感测层121。其中，本实施例的显示模组120可采用如图1所示的显示模组120的整体结构设计，在此为了简化说明，仅以导电屏蔽层122及显示单元123来代表说明，导电屏蔽层122即为图1的触控显示面板90中的导电屏蔽层904，显示单元123则是包括图1的触控显示面板90中除了导电屏蔽层904之外的其他各层。触控感测层121用于为具有压力感测的触控显示系统10提供触碰位置的位置感测。

在本实施例中，触控感测层121设置于显示模组120上，并和导电屏蔽层122绝缘地设置。具体来讲，触控感测层121可例如通过一光学胶(图未示)来贴合于显示模组120上，以至少通过所述光学胶来和显示模组120的导电屏蔽层122绝缘设置。

如图2所示，具有压力感测的触控显示系统10进一步包括一控制单元11，所述控制单元11电性连接触控感测层121及导电屏蔽层122，并分时控制触控感测层121及导电屏蔽层122的运作状态。其中，导电屏蔽层122在第一时序时用于提供压力感测，并且在第二时序时用于为显示模组120提供接地。

进一步地，本实施例的导电屏蔽层122无电极图案，即所述导电屏蔽层122为一完整平面结构的导电层。触控感测层121包括第一轴向电极1211与第二轴向电极1212，其中，第一轴向电极1211和第二轴向电极1212相交并绝缘设置，如图2所示，第一轴向电极1211与第二轴向电极1212呈阵列分布的n行×m列菱形图案。当然，本领域技术人员可以了解，本实施例中的触控感测层121的具体实施态样并非本实用新型所限制，任何可以用来感测触控位置的电极图案及电极迭层结构设计皆属本实用新型可涵盖的应用范围。

第一轴向电极1211与控制单元11之间分别通过连接线TX1-TXn电性连接，第二轴向电极1212与控制单元11之间也分别通过连接线RX1-RXm电性连接。导电屏蔽层122与控制单元11之间通过连接线RX电性连接。所述连接线的设置有利于控制单元11与触控感测层121、导电屏蔽层122之间各个电极信号互传。

在本实施例中，为了采用显示模组120中的导电屏蔽层122作为压力感测层，控制单元11通过控制导电屏蔽层122的运作状态来进行分时扫描，即控制单元11将导电屏蔽层122切换运作于压力感测或接地的状态，并搭配将信号扫描分为第一时序与第二时序，以使导电屏蔽层122在第一时序时用于提供压力感测，导电屏蔽层122在第二时序时用于为所述显示模组120提供接地。

在本实施例中，导电屏蔽层122的压力感测方式具体可采用自容式或互容式来感测手指按压所产生的电容变化量。更具体来讲，由于手指按压的力度越大，手指与盖板901的接触面积也就越大，而当手指具有较大的接触面积，相对的，在感测上所增加(于自容式感测)或减少(于互容式感测)的电容容值也就越大，对此让本实施例得以利用电容感测方式来进行压力感测。

当导电屏蔽层122的压力感测方式是采用自容式感测的设计时，在第一时序，控制单元11控制第一轴向电极1211及第二轴向电极1212为浮接状态(Floating)，并感测导电屏蔽层122与一接地端(图未示)之间的一背景电容所产生的一压力感测信号；在第二时序，控制单元11提供一驱动信号至第一轴向电极1211，并感测第二轴向电极1212与第一轴向电极1211之间的一电容所产生的一触控感测信号，以及控制导电屏蔽层122为接地状态。

当导电屏蔽层122的压力感测方式是采用互容式感测的设计时，在第一时序，控制单元11提供一驱动信号至第一轴向电极1211，并感测第二轴向电极1212与第一轴向电极1211之间的一电容所产生的一触控感测信号，以及感测导电屏蔽层122与第一轴向电极1211之间的一电容所产生的一压力感测信号；在第二时序，控制单元11提供驱动信号至第一轴向电极1211，并感测第二轴向电极1212与第一轴向电极1211之间的电容所产生的触控感测信号，以及控制导电屏蔽层122为接地状态。

如图2中所示，控制单元11进一步包括信号控制模组111、驱动电路模组112、触控感测电路模组113、压力感测电路模组114及多个电路开关S。请同时参阅图2及图3，驱动电路模组112通过电路开关S及连接线TX1-TXn与触控感测层121连接，具体是与触控感测层121的第一轴向电极1211连接；触控感测电路模组113通过电路开关S及连接线RX1-RXm与触控感测层121连接，具体是与触控感测层121的第一轴向电极1212连接；压力感测电路模组114可通过电路开关S及连接线(RX或TX)与导电屏蔽层122连接。

信号控制模组111电性连接电路开关S，并可发出开关信号来控制每一电路开关S的连接状态。本实施例的控制单元11通过电路开关S的设计可适用于前述对导电屏蔽层122所采用的自容式及互容式的压力感测方式。

在图3所示的控制单元11的架构下，以下分别以自容式及互容式的压力感测方式搭配控制单元11的分时扫描感测设计来进行说明。

自容式的压力感测方式的实施例：

在第一时序(t1时间)时，信号控制模组111控制与第一轴向电极1211及第二轴向电极1212连接的电路开关S浮接，即让第一轴向电极1211及第二轴向电极1212分别不与驱动电路模组112及触控感测电路模组113导通；另外，再控制与导电屏蔽层122连接的电路开关S导通于压力感测电路模组114。对此，本实施例在第一时序时，驱动电路模组112及触控感测电路模组113不会进行触控位置感测；压力感测电路模组114以自容式感测来对导电屏蔽层122扫描，以进行压力感测。

在第二时序(t2时间)时，信号控制模组111控制与第一轴向电极1211连接的电路开关S导通于驱动电路模组112，并控制与第二轴向电极1212连接的电路开关S导通于触控感测电路模组113；另外，控制与导电屏蔽层122连接的电路开关S接地。对此，本实施例在第二时序时，驱动电路模组112及触控感测电路模组113对触控感测层121(第一轴向电极1211及第二轴向电极1212)进行互容式感测，以进行触控位置感测；此时，导电屏蔽层122为接地状态，用来为显示模组123提供所需的接地效果。

补充说明的是，在一实施例中，与导电屏蔽层122连接的电路开关S的接地端可例如是设计电连接于触控显示系统10的一金属框架或金属壳体(图未示)，亦或者可设计为所述导电屏蔽层122电连接于控制单元11所在的一电路板(图未示)上的接地端，在此并非为本实用新型所限制。

互容式的压力感测方式的实施例：

在第一时序(t1时间)时，信号控制模组111控制与第一轴向电极1211连接的电路开关S导通于驱动电路模组112，且控制与第二轴向电极1212连接的电路开关S导通于触控感测电路模组113，以及控制与导电屏蔽层122连接的电路开关S导通于压力感测电路模组114。对此，本实施例在第一时序时，驱动电路模组112及触控感测电路模组113对触控感测层121(第一轴向电极1211及第二轴向电极1212)进行互容式感测，以进行触控位置感测；此时，压力感测电路模组114以互容式感测来对导电屏蔽层122扫描，以进行压力感测。

在第二时序(t2时间)时，信号控制模组111控制与第一轴向电极1211连接的电路开关S导通于驱动电路模组112，且控制与第二轴向电极1212连接的电路开关S导通于触控感测电路模组113，以及控制与导电屏蔽层122连接的电路开关S接地。对此，本实施例在第二时序时，驱动电路模组112及触控感测电路模组113对触控感测层121(第一轴向电极1211及第二轴向电极1212)进行互容式感测，以进行触控位置感测；此时，导电屏蔽层122为接地状态，用来为显示模组123提供所需的接地效果。

进一步的，具有压力感测的触控显示系统10在对手指按压进行压力感测的原理如图4所示，其中，手指101、触控感测层121、导电屏蔽层122及接地端GND分别代表一导体，而以空间或介电层隔离的两个导体即可构成一电容器。

若导电屏蔽层122是采用自容式感测方式，则当手指101触碰或按压在具有压力感测的触控显示系统10时，由于因手指101介入所产生的手指101与导电屏蔽层122之间的电容会与原本导电屏蔽层122与接地端GND之间的背景电容形成串联，因此，压力感测电路模组114会感测到导电屏蔽层122与接地端GND之间的背景电容容值再加上手指101与导电屏蔽层122之间的电容容值，而此一加总后的电容容值与原本背景电容容值之间的电容变化量即为压力感测电路模组114所感测到的压力感测信号。而手指101按压力度越大，则手指101与具有压力感测的触控显示系统10表面的接触面积越大，对应地，手指101与导电屏蔽层122之间所会增加的电容容值也越大。据此，压力感测电路模组114藉由感测到的电容变化量的大小而得以判断手指101的按压力道。

若采用互容式扫描方式，则当手指101触碰或按压在具有压力感测的触摸显示面板10时，由于因手指101介入所产生的手指101与触控感测层121之间的电容会与原本触控感测层121与导电屏蔽层122之间的电容形成并联，因此，压力感测电路模组114会感测到触控感测层121与导电屏蔽层122之间的电容容值减去手指101与触控感测层121之间的电容容值，而此一删减后的电容容值与原本仅触控感测层121与导电屏蔽层122之间的电容容值之间的电容变化量即为压力感测电路模组114所感测到的压力感测信号。同理，压力感测电路模组114藉由感测到的电容变化量的大小亦可判断手指101的按压力道。

请参阅图5，在本变形实施例中，所述控制单元11同样包括信号控制模组111、驱动电路模组112、触控感测电路模组113、压力感测电路模组114及电路开关S，与图4所示的实施例的区别在于，本实施例的驱动电路模组112直接通过连接线TX1-TXn与触控感测层121(第一轴向电极1211)电性连接，同样地，触控感测电路模组113直接通过连接线RX1-RXm与触控感测层121(第二轴向电极1212)电性连接。另外，压力感测电路模组114则仍是通过电路开关S及连接线RX或TX与导电屏蔽层122连接。对此，信号控制模组111电性连接于电路开关S，且所述信号控制模组111还可发出开关信号来控制电路开关S的连接状态。

本实施例与图3的实施例相比，本实施例的控制单元11的结构可以有效省去与触控感测层121连接的电路开关S所占用的体积，不过本实施例的控制单元11仅适用于对导电屏蔽层122采用互容式的压力感测方式。

在图5所示的控制单元11的架构下，以互容式的压力感测方式搭配控制单元11的分时扫描感测设计来进行说明如下：

在第一时序(t1时间)时，信号控制模组111控制与导电屏蔽层122连接的电路开关S导通于压力感测电路模组114。对此，本实施例在第一时序时，驱动电路模组112及触控感测电路模组113对触控感测层121(第一轴向电极1211及第二轴向电极1212)进行互容式感测，以进行触控位置感测；此时，压力感测电路模组114以互容式感测来对导电屏蔽层122扫描，以进行压力感测。

在第二时序(t2时间)时，信号控制模组111控制与导电屏蔽层122连接的电路开关S接地。对此，本实施例在第二时序时，驱动电路模组112及触控感测电路模组113对触控感测层121(第一轴向电极1211及第二轴向电极1212)进行互容式感测，以进行触控位置感测；此时，导电屏蔽层122为接地状态，用来为显示模组123提供所需的接地效果。

在本实用新型一些实施例中，控制单元11可以采用现有的触控电路芯片，也可以为新设置的感测电路芯片。在本实用新型中，仅需改变其信号扫描及处理方式，采用图1所示的触控显示面板90(其包括IPS面板)已有的所述导电屏蔽层904，即可使所述具有压力感测的触控显示系统10具有三维触控感测的功能。

在本实用新型中，在采用自容式扫描或互容式扫描方式对导电屏蔽层122进行感测的过程中，对于触控感测层121的触控电极的匹配要求可优选为：

如采用自容式扫描方式，则第一轴向电极1211与第二轴向电极1212之间的间隙可较小，且其间隙的大小，在对导电屏蔽层122进行自容式扫描过程中，不会影响最终所获得的按压力大小的电容变化量。

而如采用互容式扫描方式，则第一轴向电极1211与第二轴向电极1212之间的间隙需较大，以减小原本第一轴向电极1211与第二轴向电极1212之间的电容，避免影响对导电屏蔽层122的互容式感测效果。

请参阅图6，本实用新型的第二实施例同样提供一种具有压力感测的触控显示系统20，其至少包括自上而下设置的触控感测层221、导电屏蔽层222及显示单元223。

其中，与图3所述具有压力感测的触控显示系统10的区别在于：导电屏蔽层222具有电极图案，即导电屏蔽层222为一具图案化结构的导电层。具体如图6中所示，导电屏蔽层222可图案化为多条条状图案的电极。

进一步说明的是，由于导电屏蔽层222主要是用来提供压力感测及接地的功能，而不是用来精准地感测触控位置，因此在较佳实施例中，导电屏蔽层222中的多条电极不需分别通过各自一条连接线来与控制单元21电性连接，而仅需将所有电极先行并接或串接，并最后通过一条连接线来与控制单元21电性连接即可，以节省连接线的走线面积。

在本实用新型另外的一些实施例中，如图7中所示，导电屏蔽层222＇可图案化为曲线状的多条电极，且多条电极之间为串接设置。

在本实用新型一些较优的实施例中，所述导电屏蔽层222＇还可进一步图案化为辐射状、回旋状或折线型等形状中的一种或几种的组合的电极。

在本实施例中，列举的导电屏蔽层222(222＇)的电极的数量及其形状仅作为举例说明，而不作为本实用新型的限定。在实际应用中，导电屏蔽层222(222＇)是否具有特定图案设计，并不影响三维触控感测的准确度及灵敏度。

与现有技术相比，本实用新型所提供的具有压力感测的触控显示系统具有如下的优点：

本实用新型所提供的具有压力感测的触控显示系统，其包括一触控感测层及一显示模组，通过对包含在显示模组中的导电屏蔽层进行分时扫描，以使所述导电屏蔽层在第一时序时用于提供压力感测，所述导电屏蔽层在第二时序用于为所述显示模组提供接地。具体地，利用显示模组中既有的导电屏蔽层来作为压力感测层，并搭配对所述导电屏蔽层的运作状态的切换设计来进行分时扫描，进而在不影响显示模组的功能之下实现压力感测的功能。因此，本实用新型与现有技术相比，无需设置多一层压力感测层，即可在触控显示系统中实现压力感测的功能，可简化压力感测的结构，降低成本。

在本实用新型中，采用控制单元分时控制所述触控感测层及所述导电屏蔽层的运作状态，所述控制单元可进一步感测第一轴向电极与第二轴向电极之间的一电容所产生的一触控感测信号，还可采用自容式感测或互容式感测对导电屏蔽层进行压力感测。采用控制单元分时控制的方式可以避免触碰或按压的位置感测及压力感测之间信号的干扰，降低压力感测信号的信噪比，以实现更为精准的触碰与按压的位置感测及压力感测。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本实用新型的保护范围之内。