触摸面板、触摸检测装置和触摸检测方法与流程

本公开涉及触控技术领域，具体涉及触摸面板、触摸检测装置和触摸检测方法。

背景技术：

传统的触摸检测技术采用电容式触摸检测方案，可以基于触摸面板上电容的变化来检测与触摸位置相关的信息，从而进行二维的触控操作，例如通过平面内的点击、滑动、缩放等来控制各种操作。随着科技的发展与用户对触控体验的更高要求，一些触摸检测技术除了检测与触摸位置有关的信息之外，还检测触摸压力，基于触摸位置和触摸压力的组合来进行触控操作，从而进行三维的触控操作。目前较为普遍的方式是在传统触摸检测装置的基础之上加入新的压力触控层，该方法虽然可以有效的测出触摸屏表面压力的大小，但新加入的叠层使触摸屏的厚度增加，不利于后期集成化与一体化的发展。

技术实现要素：

有鉴于此，本公开提供了一种触摸面板、触摸检测装置和触摸检测方法，通过将透明压电介质层复用为电极的相邻介质层，不必在触摸面板中引入新的层，从而可以在保持触摸面板甚至于整个触摸屏的厚度较小的同时提供触摸压力检测的功能，有助于以简单高效的方式实现三维触控操作。

根据本公开的一方面，提供了一种触摸面板，包括：基板；电极，设置在所述基板上并且形成触摸点；以及透明压电介质层，被复用为所述电极的相邻介质层。

在一些实施例中，所述电极包括驱动电极和感测电极，所述驱动电极和所述感测电极位于不同的层中，并且所述驱动电极和所述感测电极沿不同方向延伸以形成触摸点，所述透明压电介质层设置在驱动电极层与感测电极层之间。

在一些实施例中，所述透明压电介质层设置在驱动电极层与感测电极层之间与所述驱动电极和/或所述感测电极相对应的位置。

在一些实施例中，所述透明压电介质层设置在驱动电极层与感测电极层之间跟触摸点相对应的位置。

在一些实施例中，所述透明压电介质层设置成位于所述驱动电极层与感测电极层之间的连续层。

在一些实施例中，所述电极包括感测电极，所述透明压电介质层设置在所述感测电极与所述基板之间。

在一些实施例中，所述透明压电介质层的材料包括透明压电陶瓷。

在一些实施例中，所述触摸面板还包括：设置在电极上的粘合层以及设置在粘合层上的防护罩。

根据本公开的另一方面，提供了一种触摸检测装置，包括：根据以上描述的触摸面板；以及控制单元，所述控制单元用于控制触摸面板进行触摸检测以获得与触摸的位置有关的信息和与触摸的压力有关的信息，根据与触摸的位置有关的信息确定发生触摸的触摸点，并根据与触摸的压力有关的信息来确定发生触摸的触摸点处的压力的变化趋势。

在一些实施例中，所述控制单元包括：触摸控制模块，用于控制触摸面板进行触摸检测以获得触摸点处的感测电容分布曲线；触摸检测模块，用于在触摸点处的感测电容分布曲线出现突变区域时，判定该触摸点处发生触摸事件；压力检测模块，用于在发生触摸事件的触摸点处的电容分布曲线出现三个极值点时，如果三个极值点同时上升则判定发生触摸事件的触摸点处的压力在增大，如果三个极值点同时下降则判定发生触摸事件的触摸点处的压力在减小。

优选地，所述压力检测模块用于在发生触摸事件的触摸点处的电容分布曲线出现三个极值点并且中间极值点低于两边极值点超过预定的阈值时，确定三个极值点的变化趋势，如果三个极值点同时上升则判定发生触摸事件的触摸点处的压力在增大，如果三个极值点同时下降则判定发生触摸事件的触摸点处的压力在减小。

根据本公开的又一方面，提供了一种利用以上描述的触摸面板的触摸检测方法，包括：控制所述触摸面板进行触摸检测以获得与触摸的位置有关的信息和与触摸的压力有关的信息；根据与触摸的位置有关的信息确定发生触摸的触摸点；以及根据与触摸的压力有关的信息来确定发生触摸的触摸点处的压力的变化趋势。

在一些实施例中，所述与触摸的位置有关的信息和与触摸的压力有关的信息包括触摸点处的感测电容分布曲线；所述根据与触摸的位置有关的信息确定发生触摸的触摸点包括：当触摸点处的感测电容分布曲线出现突变区域时，判定该触摸点处发生触摸事件；并且所述根据与触摸的压力有关的信息来确定发生触摸的触摸点处的压力的变化趋势包括：确定发生触摸事件的触摸点处的电容分布曲线是否出现三个极值点，如果是，则确定三个极值点的变化趋势，如果三个极值点同时上升则判定发生触摸事件的触摸点处的压力在增大，如果三个极值点同时下降则判定发生触摸事件的触摸点处的压力在减小。

优选地，所述根据与触摸的压力有关的信息来确定发生触摸的触摸点处的压力的变化趋势包括：确定发生触摸事件的触摸点处的电容分布曲线是否出现三个极值点并且中间极值点低于两边极值点超过预定的阈值，如果是，则确定三个极值点的变化趋势，如果三个极值点同时上升则判定发生触摸事件的触摸点处的压力在增大，如果三个极值点同时下降则判定发生触摸事件的触摸点处的压力在减小。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面的描述中的附图仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1a示出了根据本公开实施例的触摸面板的示意截面图。

图1b示出了图1a的触摸面板的示例俯视图。

图2a示出了根据本公开实施例的触摸面板的示意截面图。

图2b示出了图2a的触摸面板的示意俯视图。

图3a示出了根据本公开实施例的触摸面板的示意截面图。

图3b示出了图3a的触摸面板的示意俯视图。

图4a示出了根据本公开实施例的触摸面板的示意截面图。

图4b示出了图4a的触摸面板的示意俯视图。

图5a示出了根据本公开实施例的触摸面板的示意截面图。

图5b示出了图5a的触摸面板的示意俯视图。

图6示出了根据本公开实施例的触摸检测装置的示意框图。

图7示出了根据本公开实施例的触摸检测装置中的控制单元的示意框图。

图8a示出了不具有压电介质层的触摸面板在受到触摸时形成的电容分布曲线的示意图。

图8b示出了根据本公开实施例的触摸面板的透明压电介质在受到压力时形成的电容分布曲线的示意图。

图8c示出了根据本公开实施例的触摸面板在受到有压力的触摸时形成的电容分布曲线的示意图。

图9示出了根据本公开实施例的触摸检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

本公开提供了一种触摸面板、触摸检测装置和触摸检测方法，通过在触摸面板中将透明压电介质层复用为电极的相邻介质层，不必在触摸面板中引入新的层，从而在保持触摸面板甚至于整个触摸屏的厚度较小的同时，不仅可以实现触摸位置的检测，而且可以获知触摸压力的变化趋势，对于不需要确切压力值的压力触控来说，可以简单高效地实现三维触控。

本公开的实施例可以适用于互电容触摸检测或自电容触摸检测。下面参考图1至图3来描述根据本公开实施例的基于互电容触摸检测的触摸面板的结构示例，参考图4和图5来描述根据本公开实施例的基于自电容触摸检测的触摸面板的结构的示例。

图1a示出了根据本公开实施例的触摸面板100的示意截面图，图1b示出了图1a的触摸面板100的示例俯视图。

如图1所示，触摸面板100包括基板101、感测电极102、透明压电介质层103、驱动电极104、粘合层105和防护罩106。

基板101可以为玻璃基板。感测电极102设置在基板101上。感测电极102和驱动电极104沿不同方向延伸，感测电极102与驱动电极104位于不同的层中并且沿不同方向延伸，例如沿彼此垂直的方向延伸，使得每个感测电极102与每个驱动电极104之间形成一个触摸点，在该触摸点处，感测电极102与驱动电极104之间的互电容会由于触摸而发生改变，可以依据这种改变来检测触摸事件的发生。

透明压电介质层103位于感测电极102所在的感测电极层与驱动电极104所在的驱动电极层之间。在本实施例中，如图1b所示，可以在驱动电极104的下表面设置透明压电介质层103。透明压电介质层103的材料可以包括透明压电陶瓷，例如但不限于锆钛系列二氧化锆等多种氧化物系列透明陶瓷。压电陶瓷作为一种电介质，在电场的作用下会发生极化现象，并在内部的上下表面产生束缚电荷。这些束缚电荷会在压电陶瓷介质的上下外表面吸附一层来自外界的电荷，并使整个压电陶瓷介质整体呈中性。当施加一个与极化方向平行的外力时，压电陶瓷片会产生形变，片内束缚电荷层的间距变小，而使表面的自由电荷过剩产生放电现象。结果使得检测到的电容值小于没有压力时检测到的电容值，可以据此来衡量压力的大小。

在驱动电极104上设置粘合层105，并在粘合层105上设置防护罩106，以起到保护作用。

由于透明压电介质层103一方面取代传统的刚性介电陶瓷作为感测电极102与驱动电极104之间的介质层，另一方面起到了感测触摸压力的作用，从而避免了额外增加新的层来用于压力感测，提供了厚度相对较小且具备压力感测能力的触摸面板。

虽然以上实施例中将透明压电介质层103设置在驱动电极104的下表面，然而本公开的实施例不限于此，位于感测电极102和驱动电极104之间的透明压电介质层103的布局、形状和大小可以根据需要作出改变，例如可以将透明压电介质层103设置在对应感测电极102的位置、设置在对应触摸点的位置、设置成连续层的形式或者甚至以任何其他需要的布局来设置，透明压电介质层103的形状可以相应地设置成矩形、方形、圆形、椭圆形或甚不规则形状，透明压电介质层103的大小也可以根据需要来进行设置。下面参考图2和图3来描述其中一些变型的示例。

图2a示出了根据本公开实施例的触摸面板200的示意截面图，图2b示出了图2a的触摸面板200的示例俯视图。如图2a和2b所示，触摸面板200与以上参考图1描述的触摸面板100类似，区别在于透明压电介质层103设置在感测电极102与驱动电极104之间跟触摸点相对应的位置。虽然图2b中将透明压电介质层103示为方形并且大小与触摸点相同，然而本公开的实施例不限于此，每个触摸点对应的透明压电介质层103的形状和大小可以根据需要来设置，例如其形状可以设置成圆形、矩形、三角形或甚至不规则形状，大小可以设置成大于或小于感测电极102与驱动电极104重叠的部分。透明压电介质层103的这种分立式结构可以防止了相邻触摸点周围介质表面的电荷相互影响，从而提高测试的准确度。

图3a示出了根据本公开实施例的触摸面板300的示意截面图，图3b示出了图3a的触摸面板300的示例俯视图。如图3a和3b所示，触摸面板300与以上参考图1和图2描述的触摸面板100和200类似，区别在于透明压电介质层103设置成位于感测电极102与驱动电极104之间的连续层。在图3b中为了图示清楚，将感测电极102和驱动电极104用虚线绘制，透明压电介质层103设置成连续层，其介于感测电极102所在的层与驱动电极104所在的层之间。透明压电介质层103的这种连续层结构实现起来相对简单，简化了制造工艺。虽然图3b中将透明压电介质层103示为方形并且大小与整个触摸面板的触摸感测区域相同，然而本公开的实施例不限于此，每个触摸点对应的透明压电介质层103的形状和大小可以根据需要来设置，例如其形状可以设置成圆形、椭圆形、矩形、三角形或甚至不规则形状，大小可以设置成大于或小于触摸面板的触摸感测区域。

在以上参考图1至图3描述的基于互电容触摸检测的触摸面板在工作时，向驱动电极施加驱动信号，并从感测电极接收感测信号，从而可以获得每个触摸点处的电容，由于该电容一方面因触摸而发生变化，另一方面受透明压电介质层的压电效应的影响，所以既能够反映触摸的位置，又能够反映触摸的压力。

图4a示出了根据本公开实施例的触摸面板400的示意截面图，图4b示出了图4a的触摸面板400的示例俯视图。如图4a所示，触摸面板400包括基板401、透明压电介质层402、感测电极403、粘合层404和防护罩405。基板401可以为玻璃基板。感测电极403设置在基板上并且布置成阵列的形式。透明压电介质层402位于基板401与感测电极403之间。在本实施例中，透明压电介质层402设置在感测电极403的下表面，从而形成如图4b所示的阵列。透明压电介质层402的材料可以包括透明压电陶瓷，例如但不限于锆钛系列二氧化锆等多种氧化物系列透明陶瓷。在感测电极403上设置粘合层404设置并在粘合层404上设置防护罩405，以起到保护作用。

由于透明压电介质层402一方面取代传统的刚性介电陶瓷作为基板401与感测电极403之间的介质层，另一方面起到了感测触摸压力的作用，从而避免了额外增加新的层来用于压力感测，提供了厚度相对较小且具备压力感测能力的触摸面板。另外，透明压电介质层402的分立式结构可以防止了相邻触摸点周围介质表面的电荷相互影响，从而提高测试的准确度。

虽然以上实施例中将透明压电介质层402设置在感测电极403的下表面从而形成阵列，然而本公开的实施例不限于此。透明压电介质层402的布局、形状和大小可以根据需要作出改变，例如可以将透明压电介质层402设置成连续层的形式或者甚至以任何其他需要的布局来设置，透明压电介质层402的形状可以相应地设置成矩形、方形、圆形、椭圆形或甚不规则形状，透明压电介质层402的大小也可以根据需要来进行设置。下面参考图5来描述其中一个变型的示例。

图5a示出了根据本公开实施例的触摸面板500的示意截面图，图5b示出了图5a的触摸面板500的示例俯视图。如图5a和5b所示，触摸面板500与以上参考图4描述的触摸面板400类似，区别在于透明压电介质层402设置成位于基板401与感测电极403之间的连续层。在图4b中为了图示清楚，将布置成阵列的矩形感测电极403用虚线绘制，透明压电介质层402设置成连续层，其介于基板401与感测电极403之间。透明压电介质层103的这种连续层结构实现起来相对简单，简化了制造工艺。虽然图5b中将透明压电介质层402示为方形并且大小与整个触摸面板的触摸感测区域相同，然而本公开的实施例不限于此，每个触摸点对应的透明压电介质层103的形状和大小可以根据需要来设置，例如其形状可以设置成圆形、椭圆形、矩形、三角形或甚至不规则形状，大小可以设置成大于或小于触摸面板的触摸感测区域。

在以上参考图4和图5描述的基于自电容触摸检测的触摸面板在工作时，从感测电极接收感测信号，从而可以获得每个感测点处的电容，由于该电容一方面因触摸而发生变化，另一方面受透明压电介质层的压电效应的影响，所以既能够反映触摸的位置，又能够反映触摸的压力。

图6示出了根据本公开实施例的触摸检测装置600的示意框图。如图6所示，触摸检测装置600包括触摸面板601和控制单元602。触摸面板601可以由以上参考图1至图5描述的任一实施例中的触摸面板(例如触摸面板100至500中的任一个)来实现。控制单元602用于控制触摸面板601进行触摸检测以获得与触摸的位置有关的信息和与触摸的压力有关的信息，根据与触摸的位置有关的信息确定发生触摸的触摸点，并根据与触摸的压力有关的信息来确定发生触摸的触摸点处的压力的变化趋势。

图7示出了控制单元602的示意框图。如图7所示，控制控制单元602可以包括触摸控制模块6021、触摸检测模块6022和压力检测模块6023。

触摸控制模块6021用于控制触摸面板601进行触摸检测以获得与触摸的位置有关的信息和与触摸的压力有关的信息。例如，对于互电容触摸检测来说，触摸控制模块6021可以向触摸面板601的驱动电极施加驱动信号并从触摸面板601的感测电极接收感测信号，从而获得触摸面板601上各个触摸点的感测电容分布曲线。对于自电容触摸检测来说，触摸控制模块6021可以从触摸面板601的感测电极接收感测信号，从而获得感测电容分布曲线。

图8a示出了不具有压电介质层的触摸面板在受到触摸时形成的电容分布曲线的示意图。如图8a所示，在没有压电介质层的情况下，触摸面板上触摸点处的电容在受到触摸时会发生明显的变化，从该触摸点的感测电容值类似正态分布。从分布曲线上来看，发生触摸的时间段形成一段有弧度的检测区，检测区内的电容值明显高于检测区外的电容值。因此，通过计算电容值即可获知触摸点的位置的分布曲线是否有明显的突变区域。本文所述的突变不限于以上描述的明显增大，也可以包括明显减小，即，分布曲线的突变区域可以指的是突增区域，也可以指的是突减区域。

图8b示出了根据本公开实施例的触摸面板的透明压电介质在受到压力时形成的电容分布曲线的示意图。如图8b所示，当触摸面板受到与极化方向平行的外力时，透明压电介质层(例如压电陶瓷片)会产生形变，片内束缚电荷层的间距变小，而使表面的自由电荷过剩产生放电现象，造成电容减小，形成一个负的电容分布曲线。

图8c示出了根据本公开实施例的触摸面板在受到有压力的触摸时形成的电容分布曲线的示意图。如图8c所示，根据本公开的实施例的触摸检测基于图8a和图8b的电容分布的复合，在没有压力触控时，感测电容分布曲线如虚线所示，此时只有一个极值点；在出现压力触控时，电容值的分布如实线所示，此时曲线有三个极值点。可以分别计算出三个极值点的值，当三个极值点的值同时增加时，说明压力在减小，当三个极值点的值同时减小时，说明压力值在增大。在实际应用中，通常触摸都会伴随有压力的产生，然而并非所有触摸都有压力控制的意图，例如用户有时需要进行二维触控操作，有时需要进行伴有一定程度压力的触摸来进行三维触控操作。为此，可以设定一个阈值，当压力超过该阈值时才认为用户想要进行三维触控操作，从而根据压力的变化趋势来执行相应的控制，例如音量调节、游戏中的力道控制等等。

触摸检测模块6022和压力检测模块6023可以基于以上参考图8描述的原理来进行操作。

触摸检测模块6022用于根据与触摸的位置有关的信息确定发生触摸的触摸点。例如，可以触摸检测模块6022可以判断触摸点处的感测电容分布曲线是否出现出现突变区域，如果某个或某些触摸点的感测电容分布曲线出现突变区域，则可以判定所述某个或某些触摸点处发生触摸事件。

压力检测模块6023用于根据与触摸的压力有关的信息来确定发生触摸的触摸点处的压力的变化趋势。例如，压力检测模块6023可以确定发生触摸事件的触摸点处的电容分布曲线是否出现三个极值点，如果是，则确定三个极值点的变化趋势，如果三个极值点同时上升则判定发生触摸事件的触摸点处的压力在增大，如果三个极值点同时下降则判定发生触摸事件的触摸点处的压力在减小。优选地，压力检测模块6023可以确定发生触摸事件的触摸点处的电容分布曲线是否出现三个极值点并且中间极值点低于两边极值点超过预定的阈值，即，判断图8c中实线所示的凹陷是否足够深，如果是，则认为压力的大小达到了进行压力触控的水平，从而对压力变化趋势进行判断，否则认为压力的大小未达到进行压力触控的水平，不对压力的变化趋势做判断。在获知压力的变化趋势之后，可以据此来执行相应的控制操作，例如随着压力的增大而逐渐增大音量，随着压力的减小而逐渐降低音量等等。

本公开的通过在触摸面板中将透明压电介质层复用为电极的相邻介质层，不必在触摸面板中引入新的层，保持触摸面板甚至于整个触摸屏的厚度较小。另外，本公开的实施例可以基于这种触摸面板结构来获知压力的变化趋势，而不必精确获知压力的大小。由于大部分的压力触控依赖于压力的变化趋势来进行，而并不要求获知压力的具体值，所以本公开的实施例相比于传统的压力触控技术，可以通过相对简单的操作利用厚度较小的触摸面板来实现基于触摸位置和触摸压力的三维触控。

图9示出了根据本公开实施例的触摸检测方法900的流程图。触摸检测方法900可以应用于以上描述的任何触摸面板，例如触摸面板100至500中的任一个。

在步骤S901，控制触摸面板进行触摸检测。例如，对于互电容触摸检测来说，可以向触摸面板的驱动电极施加驱动信号并从触摸面板的感测电极接收感测信号；对于自电容触摸检测来说，可以从触摸面板的感测电极接收感测信号。

在步骤S902，基于感测信号，获得触摸面板上各个触摸点的感测电容分布曲线。

在步骤S903，判断是否有触摸点的感测电容分布曲线出现突变区域(例如，电容值在某段时间内高于其他时段，并且高出的量超过了预定的阈值)，如果是，则认为所述触摸点处发生触摸事件，执行步骤S905，否则执行步骤S904。例如，基于以上参考图8描述的原理，如果某个或某些触摸点的感测电容分布曲线出现突变区域，则可以判定所述触摸点处发生触摸事件。

在步骤S904，判定未发生触摸事件。

在步骤S905，判断发生触摸的触摸点的感测电容分布曲线是否具有三个极值点，优选地可以进一步判断是否中间极值点低于两边极值点超过预定的阈值，即，判断图8c中实线所示的凹陷是否足够深，如果是，则认为压力的大小达到了进行压力触控的水平，从而执行步骤S907对压力变化趋势进行判断，否则认为压力的大小未达到进行压力触控的水平，执行步骤S906。

在步骤S906，判定未发生压力触控事件。

在步骤S907，确定三个极值点的变化趋势，如果三个极值点的值在同时增大，则执行步骤S908，如果三个极值点的值在同时减小，则执行步骤S909。

在步骤S908，判定压力正在增大。

在步骤S909，判定压力正在减小。

在步骤S908和S909之后，可以根据压力的变化趋势来执行相应的控制操作，例如随着压力的增大而逐渐增大音量，随着压力的减小而逐渐降低音量等等，从而实现基于触摸位置与触摸压力的三维控制。

本公开通过在触摸面板中将透明压电介质层复用为电极的相邻介质层，不必在触摸面板中引入新的层，保持触摸面板甚至于整个触摸屏的厚度较小。另外，本公开的实施例可以基于这种触摸面板结构来获知压力的变化趋势，而不必精确获知压力的大小。由于大部分的压力触控依赖于压力的变化趋势来进行，而并不要求获知压力的具体值，所以本公开的实施例相比于传统的压力触控技术，可以通过相对简单的操作利用厚度较小的触摸面板来实现基于触摸位置和触摸压力的三维触控。

以上所述仅为本公开的优选实施例，并不用于限制本公开，对于本领域技术人员而言，本公开可以有各种改动和变化。凡在本公开的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。