触控基板及显示装置的制作方法

文档序号:13697591阅读:132来源:国知局
技术领域本发明属于显示技术领域,具体涉及一种触控基板及显示装置。

背景技术:
触摸屏因具有易操作性、直观性和灵活性等优点,已成为个人移动通讯设备和综合信息终端,如平板电脑、智能手机,以及超级笔记本电脑等主要人机交互手段。触摸屏根据不同的触控原理可分为电阻触摸屏、电容触摸屏、红外触摸屏和表面波(SAW)触摸屏等四种主要类型。其中,电容触摸屏具有多点触控的功能,反应时间快,使用寿命长和透过率较高,用户使用体验优越,同时随着工艺的逐步成熟,良品率得到显著提高,电容屏价格日益降低,目前已成为中小尺寸信息终端触控交互的主要技术。但是,发明人发现通过压力传感器以实现触控显示,是触控领域的一块短板,因此发明人对此进行了研究,提出一种采用电阻应变片作为压力传感器,应用至触控屏中的技术方案。

技术实现要素:
本发明所要解决的技术问题包括,针对现有的触控基板存在的上述问题,提供一种将压力传感器应用至触控中的触控基板及显示装置。解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种触控基板,包括基底,设置在基底上的多条控制线、多条读取线、多个触控单元;其中,每个所述触控单元包括设置在所述基底的第一侧面上的第一极片和设置在所述基底的第二侧面上的第二极片,且所述第一极片的正投影和所述第二极片的正投影至少部分重合,所述第一极片和所述第二极片通过贯穿所述基底的过孔连接;每个所述触控单元,用于在所述控制线上所输入的控制信号的控制下工作,通过所述读取线读取所述触控单元中的第一极片和第二极片的压力信号,以确定触控点发生的位置。优选的是,多条所述控制线和多条所述读取线交叉且绝缘设置,并在交叉位置处限定出一个所述触控单元;其中,每个所述触控单元还包括开关晶体管;每个所述开关晶体管的第一极与其对应的所述第一极片和所述第二极片电性连接,位于同一列的所述开关晶体管的第二极与同一条读取线连接,位于同一行的所述开关晶体管的控制极与同一条控制线连接。优选的是,每个所述触控单元还包括差分放大单元;其中,所述差分放大单元用于将该触控单元中的第一极片和第二极片所输出电阻信号转化为压力信号,并对压力信号进行放大,并通过所述读取线进行输出。进一步优选的是,所述差分放大单元为惠斯通电桥检测电路;其中,所述第一极片和所述第二极片分别用作所述惠斯通电桥检测电路的电桥中的两个电阻。优选的是,所述触控基板还包括采集单元和处理单元;其中,所述采集单元,用于采集各个所述读取线上压力信号;所述处理单元,用于对所述压力信号进行分析处理,以确定触控点发生的位置。优选的是,所述第一极片和所述第二极片均具有螺旋状走线。进一步优选的是,所述螺旋状走线为圆形螺旋状走线或者方形螺旋状走线。优选的是,每个触控单元中所述第一极片和所述第二极片的正投影完全重合。优选的是,所述第一极片和所述第二极片均为电阻应变片。优选的是,所述第一极片和所述第二极片的材料均包括康铜、镍铝合金、卡玛、铁铬铝合金中的任意一种。优选的是,所述触控基板为彩膜基板、阵列基板、有机电致发光二极管背板中的任意一种。进一步优选的是,所述触控基板为彩膜基板,其包括黑矩阵;所述触控单元与所述黑矩阵的位置对应设置。解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种显示装置,其包括上述的触控基板,以及与所述触控基板相对设置的对盒基板。优选的是,所述触控基板为阵列基板或有机电致发光二极管背板;在所述对盒基板上与所述触控单元对应的位置设置有压力传导柱;所述压力传导柱与所述触控基板之间设有间隙。进一步优选的是,在所述对盒基板与所述触控基板之间设置有隔垫物,所述压力传导柱与所述隔垫物同层设置且材料相同。本发明具有如下有益效果:当本发明的触控基板的基底的第一侧面被按压时,受到压力的触控单元的第一极片被压缩此时电阻值变小,与该第一极片相对设置的第二极片受到张力被拉长电阻值变大,此时通过读取线读取第一极片和第二极片上的电阻值的变化,也即感应第一极片和第二极片上的压力信号是否发生变化,最后经过处理器进行处理,确定触控点发生的位置。附图说明图1为本发明实施例1的触控基板的结构示意图;图2为本发明的实施例1的触控基板中惠斯通电桥检测电路的电路图;图3为本发明的实施例1的触控基板中第一极片和第二极片的结构示意图;图4为本发明的实施例1的触控基板的一种优选结构示意图;图5为本发明的实施例1的触控基板为彩膜基板的示意图;图6为本发明的实施例2的触控基板为OLED背板或者阵列基板的示意图。其中附图标记为:10、基底;20、触控单元;30、控制线;40、读取线;50、压力传导柱;21、第一极片;22、第二极片;TI、开关晶体管。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。实施例1:结合图1所示,本实施例提供一种触控基板,包括基底10,设置在基底10上的多条控制线30、多条读取线40、多个触控单元20;其中,每个触控单元20包括设置在基底10的第一侧面上的第一极片21和设置在基底10的第二侧面上的第二极片22,且第一极片21的正投影和第二极片22的正投影至少部分重合,第一极片21和第二极片22通过贯穿基底10的过孔连接;每个触控单元20,用于在控制线30上所输入的控制号的控制下被工作,并通过读取线40读取触控单元中20的第一极片21和第二极片22的压力信号,以确定触控点发生的位置。其中,第一极片21和第二极片22为电阻应变片,当触控基板的基底10的第一侧面被按压时,受到压力的触控单元20的第一极片21被压缩此时电阻值变小,与该第一极片21相对设置的第二极片22受到张力被拉长电阻值变大,此时通过读取线40读取第一极片21和第二极片22上的电阻值的变化,也即感应第一极片21和第二极片22上的压力信号是否发生变化,最后经过处理器进行处理,确定触控点发生的位置。其中,优选的每个触控单元20中的第一极片21和第二极片22正相对,也即每个触控单元20中的第一极片21的正投影和第二极片22的正投影完全重合。此时,当触控基板的第一侧面被按压时,受到压力的触控单元20的第一极片21被压缩此时电阻值变小,与该第一极片21正相对设置的第二极片22受到张力较为明显,故第二基板被拉长的更为明显,电阻值变化也较大(电阻值变大),从而使得读取线40可以更精准的读取到是哪个位置的触控单元20上的压力信号发生改变,以更好的确定触控点的位置。其中,在本实施例的每个触控单元20中还设置有差分放大单元,该差分放大单元用于将与其对应的触控单元20中的第一极片21和第二极片22所输出电阻信号转化为压力信号,并对压力信号进行放大,并通过所述读取线40进行输出。之所以设置差分放大单元的原因是,每个触控单元20中的第一极片21和第二极片22在受到按压时,这两者的电阻值的变化的是相反的,其中,靠近按压侧的第一极片21的电阻减小,而相对第一极片21设置的第二极片22的电阻增大,此时采用差分放大单元则可以将第一极片21和第二极片22中一者的电阻值进行反相,之后再叠加放大,此时可以更为精准的检测到哪个位置的触控单元20上的压力信号发生改变,以更好的确定触控点的位置。其中,每个触控单元20中还包括一个开关单元,该开关单元可以为开关晶体管;上述的所述差分放大单元为惠斯通电桥检测电路;其中,所述第一极片21和所述第二极片22分别用作所述惠斯通电桥检测电路的电桥中的两个电阻。具体的,如图2所示,触控单元20中的第一极片21作为第三电阻R3、第二极片22作为第四电阻R4,这两者与第一电阻R1和第二电阻R2构成惠斯通电桥检测电路中的电桥,其中,该电桥的第一端连接电源电压端,第二端连接开关晶体管的第一极,第三端连接低电压端(或者接地),第四端则通过第六电阻R6与比较放大器的正向输入端连接;开关晶体管的通过第五电阻R5与比较放大器的反向输入端连接,开关晶体管的控制极则连接控制线30;第七电阻R7一端连接在第五电阻R5与比较放大器的反向输入端之间,另一端连接在比较放大器的输出端;第八电阻R8的一端接在第六电阻R6与比较放大器的正向输入端之间,另一端则连接参考电压;比较放大器的正向输出的信号给读取线40。由于每个触控单元20中的第一极片21和第二极片22的距离很近,可以认为两个极片的温度相同,这样在静态时,惠斯通电桥检测电路的输出为0,即使外界温度变化,由于两个极片电阻的变化相同,因而输出仍然为0,从而一定程度上消除了温度的影响。当控制线30打开时,可以通过后续的惠斯通电桥检测电路的中的比较放大器得到压力信号,后续再经过调理,采集单元对各个读取线上的压力信号采集后并进行模数转换,进入处理单元做进一步的处理,以确定触控点的位置。下面我们对触控单元20中第一极片21和第二极片22的受到的应力情况进行分析,当手指对屏幕施加压力时,我们为了便于分析,将该问题简化成双端固定的梁来进行类比处理,经计算得到,第一极片21的与施加压力中心距离x处的应变为下式:ϵx=-5F61Ebh2L3(240x4-144x2+7L4);]]>其中,εx为压力的轴向应变;F为施加的压力;L为梁的等效长度;b为梁的等效宽度;h为梁的等效厚度;E为弹性模量;x为与施加压力中心的距离。因此,施力中心的应变为:ϵx(0)=-35FL61Ebh2;]]>梁边缘的应变为:ϵx(±L2)=70FL61Ebh2;]]>同理,经过计算可以得到第二极片22的应力情况与第一极片21的电阻变化大小相等,符号相反。因此我们可以看出,利用触控单元20包括第一极片21和第二极片22的方式,可以使第一极片21电阻减小量恰好等于第二极片22电阻的增大量。利用这个关系,我们使用惠斯通电桥电路进行检测,当有压力时,即可以得到2倍的差分输出,从而将检测精度提高了一倍。其中,第一极片21和第二极片22为金属应变片,材料均包括康铜、镍铝合金、卡玛、铁铬铝合金中的任意一种,或者其他的贵金属。而触控基板的基底10则选取预先设有通过的玻璃基底10。其中,我们将金属应变片(第一极片21和第二极片22)的灵敏度系数K定义如下公式:K=ΔR/RΔl/l=ΔR/Rϵ;]]>其中,△R为金属应变片的电阻变化量,R为金属应变片的电阻值;△l为电阻形变伸长量,l为电阻的长度;ε为电阻的纵向应变。当金属应变片受到应力F,金属应变片将伸长△l,横截面积响应减少△S,电阻率因晶格发生形变等而改变△ρ,所以引起电阻变化△R;由如下公式:R=ρlS;]]>对上式进行全微分得到:ΔRR=Δll-ΔSS+Δρρ;]]>经过化简整理后,我们最终可以得到下式:ΔRR=(1+2μ)ϵ+Δρρ;]]>上式中μ为应变材料的泊松比,我们选用的应变片材料,当施加压力时电阻率变化很小,可以忽略;由式上式可以看到,当含ρ项忽略后,此时压力灵敏度只与形变量有关。其中,如图3所示,触控单元20中的第一极片21和第二极片22上均具有螺旋状走线。进一步的,所述螺旋状走线为圆形螺旋状走线或者方形螺旋状走线。之所以采用这种走线方式是因为,当手指压在触控基板上时,触控基板产生形变后会受到来自不同方向的拉力,但是总可以将这些力分解为两个互相垂直的分量x、y;基于此,将应第一极片21和第二极片22上的走线设计成可以感受互相垂直的走线的图案,如图3所示;这样第一极片21和第二极片22上的y方向的走线用来感知来自y方向的力,而x方向走线则用来感知来自x方向的力,这样可以最大程度的收集到压力信息。当然第一极片21和第二极片22也可以设计成其他的形式,比如设计成辐射状图案,只要能最大限度的采集到压力信息即可。如图4所示,作为本实施例中的一种较为优选的实现方式,该触控基板中的多条所述控制线30和多条所述读取线40交叉且绝缘设置,并在交叉位置处限定出一个所述触控单元20;其中,每个所述触控单元20还包括开关晶体管;每个所述开关晶体管的第一极与其对应的所述第一极片21和所述第二极片22电性连接,位于同一列的所述开关晶体管的第二极与同一条读取线40连接,位于同一行的所述开关晶体管的控制极与同一条控制线30连接。采用这种方式,布线简单,且容易检测到触控点的位置。具体的,假若给第一行控制线30通入工作信号,此时位于第一行的触控单元20中的开关晶体管打开,此时当其中一条读取现读取到第X个触控单元20的第一极片21和第二极片22的压力信号发生变化,则可以判断出是第一行的第X个触控单元20的位置发生触控。不难看出这种方式简单、易于实现。其中,触控单元20的结构与上述的结构相同,在此不再详细描述。其中,本实施例中的触控基板可以为彩膜基板,彩膜基板包括不同颜色的彩色滤光片,以及设置在两相邻彩色滤光片之间的黑矩阵,其中触控单元20的位置与所述黑矩阵的位置相对应,也即在一个像素的一侧则设置有一个触控单元20,如图5所示。当然,本实施例中的触控基板也可以为有机电致发光二极管(OLED)背板或者阵列基板。实施例2:本实施例提供一种显示装置,其包括实施例1中触控基板。其中,当触控基板为实施例中的彩膜基板时,该显示装置只需将彩膜基板与阵列基板相互对盒进行封装即可得到。如图6所示,当触控基板为OLED背板或者阵列基板时,在显示装置的对盒基板上与所述触控单元20对应的位置设置有压力传导柱;所述压力传导柱50与所述触控基板之间设有间隙。该压力传导柱50在发生按压时,将压力传输至触控单元20,以方便检测,而且在所述对盒基板之间和设置有隔垫物,所述压力传导柱50与所述隔垫物同层设置且材料相同。此时不会增加工艺在步骤,且成本较低。其中,本实施例的显示装置可以为液晶面板、OLED面板、电子纸、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
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