触摸屏及电子装置的制作方法

本实用新型涉及消费性电子技术领域，具体涉及一种触摸屏及电子装置。

背景技术：

在某些情况下，如汽车驾驶中，当触控设备需要进行简单的开关、翻页操作时，驾驶员希望能够悬浮操作(即不与触摸屏接触)；而在另一些情况下，触控设备需要盲操作时，驾驶员希望触摸操作能够产生电触觉反馈效果。目前，还没有能够同时具有悬浮操控功能和具有电触觉反馈功能的触控设备。

技术实现要素：

本实用新型提出一种触摸屏及电子装置。

本实用新型实施方式的一种触摸屏，所述触摸屏包括：

触觉反馈电极层，用于给用户提供电触觉反馈；

触控电极层，设置在所述触觉反馈电极层上，所述触控电极层用于获取操控位置信号；

处理器，用于控制所述触摸屏至少提供第一操作及第二操作，所述第一操作用于根据所述操控位置信号实现悬浮操作，所述第二操作用于控制所述触觉反馈电极层提供电触觉反馈；

第一电路，所述第一电路用于电连接所述处理器与所述触控电极层；和

第二电路，所述第二电路用于电连接所述处理器与所述触觉反馈电极层；

当所述触摸屏提供所述第一操作时，所述处理器通过所述第一电路与所述触控电极层电连接，所述触控电极层获得所述操控位置信号；

当所述触摸屏提供所述第二操作时，所述处理器通过所述第二电路与所述触觉反馈电极层电连接，所述触觉反馈电极层给人体产生震荡电场以使人体产生电触觉。

在某些实施方式中，所述触控电极层包括间隔设置的多个触控电极块及与每个触控电极块电连接的多条电极引线，所述多条电极引线与所述处理器电连接。

在某些实施方式中所述触摸屏包括设置在所述触控电极层上的屏蔽层，所述屏蔽层包括与所述多个触控电极块对应的多个导电块或多个绝缘块及与所述多个导电块或所述多个绝缘块间隔设置的引线屏蔽块，所述处理器通过所述第二电路与所述屏蔽层电连接；

当所述处理器控制所述触摸屏提供第一操作时，所述处理器控制所述屏蔽层接地；

当所述处理器控制所述触摸屏提供第二操作时，所述处理器通过所述第二电路与所述屏蔽层电连接。

在某些实施方式中，若所述处理器控制所述触摸屏提供所述第一操作，所述处理器通过所述第一电路与所述触控电极层电连接，所述处理器通过所述第二电路控制所述触觉反馈电极层接地，当所述人体操作所述触摸屏时，所述触控电极层与人体组成触控电容，所述触控电容用于获取所述用户操作所述触摸屏时产生的所述操控位置信号。

在某些实施方式中，若所述处理器控制所述触摸屏提供第二操作，所述处理器通过所述第二电路与所述触觉反馈电极层电连接，所述处理器通过所述第一电路控制所述触控电极层电连接，当所述人体操作所述触摸屏时，所述电触觉反馈电极层与人体形成触觉反馈电容，所述触觉反馈电容用于给人体产生震荡电场以使人体产生电触觉。

在某些实施方式中，所述第一电路包括与所述触控电极层电连接的控制器，所述控制器用于产生位置检测信号，所述位置检测信号的时间周期为触控检测周期；所述第二电路包括电源，所述电源用于产生反馈检测信号，反馈检测信号的时间周期包括第一检测周期及第一间歇周期；

在所述第一检测周期内，所述反馈检测信号能够给人体提供所述电触觉反馈；

若所述触控检测周期小于所述第一间歇周期，在所述第一间歇周期内，所述处理器用于控制所述控制器产生所述位置检测信号并用于所述操控位置信号的检测。

在某些实施方式中，所述第一检测周期包括第一子检测周期及第一子间歇周期；

在所述第一子检测周期内，所述反馈检测信号能够给人体提供所述电触觉反馈；

若所述触控检测周期小于所述第一子间歇周期，在所述第一子间歇周期内，所述处理器用于控制所述控制器产生所述位置检测信号并用于所述操控位置信号的检测。

在某些实施方式中，所述反馈检测信号包括低频分量及高频分量，所述低频分量的频率为10Hz-500Hz，所述高频分量的频率为10KHz-500KHz。

在某些实施方式中，所述触控检测周期对应的检测频率为1000Hz-1MHz。

本实用新型实施方式的电子装置包括上述任一项实施方式所述的触摸屏。

本实用新型实施方式的电子装置及触摸屏，通过在触摸屏上设置触觉反馈电极层并通过处理器控制触觉反馈电极层工作使触摸屏能够给人体产生电触觉反馈效果，和通过在触摸屏上设置触控电极层并通过处理器控制触控电极层工作并实现悬浮操作。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施方式的电子装置的平面示意图；

图2是本实用新型实施方式的触摸屏的截面示意图；

图3是本实用新型实施方式的触觉反馈电极层的平面示意图；

图4是本实用新型实施方式的触控电极层的平面示意图；

图5是本实用新型另一实施方式的触摸屏的截面示意图；

图6是本实用新型实施方式的屏蔽层的结构示意图；

图7是本实用新型另一实施方式的触摸屏的截面示意图。

图8是本实用新型实施方式的第一电路产生的电压-时间坐标示意图。

图9是本实用新型实施方式的第二电路产生的电压-时间坐标示意图。

主要元件符号附图说明：

电子装置200、触摸屏100、盖板10、第一表面12、第二表面14、触觉反馈电极层20、第一基材22、第三表面222、第四表面224、触觉反馈电极24、触觉反馈电极引线26、触控电极层30、第二基材32、第五表面322、第六表面324、触控电极块34、电极引线36、处理器40、第一电路50、第二电路60、屏蔽层70、导电块72、绝缘块72、引线屏蔽块74、连接线76。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。附图中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

另外，下面结合附图描述的本实用新型的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型的实施方式，而不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1，电子装置200包括触摸屏100。电子装置200包括但不限于手机、平板电脑、智能手表等。本实施方式以电子装置200为手机为例进行说明。

请参阅图2，本实用新型实施方式的触摸屏100包括盖板10、触觉反馈电极层20、触控电极层30、处理器40、第一电路50及第二电路60。

盖板10包括相背的第一表面12及第二表面14。盖板10能够由玻璃、蓝宝石、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、PC与PMMA的混合物等有机材料或者具有高表面硬度的绝缘材料制成。本实用新型实施方式的盖板10的截面呈矩形的片状结构。在其他实施方式中，盖板10的形状不局限于矩形片状结构，也可以为截面呈矩形、三角形、圆形、椭圆形、六边形或其他形状。

请一并参阅图2及图3，触觉反馈电极层20包括第一基材22、触觉反馈电极24及触觉反馈电极引线26。第一基材22包括相背的第三表面222及第四表面224，触觉反馈电极24及触觉反馈电极引线26均设置在第四表面224上且触觉反馈电极引线26与触觉反馈电极24电连接，触觉反馈电极层20中的第一基材22的第三表面222通过OCA(Optically Clear Adhesive,OCA)固态光学胶、OCR(Optical Clear Resin,OCR)液态光学胶或其他非导电性光学胶与盖板10的第二表面14粘接在一起。在某些实施方式中，触觉反馈电极24及触觉反馈电极引线26也可以都设置在第三表面222上，此时，触觉反馈电极层20中的触觉反馈电极24、触觉反馈电极引线26及第三表面222通过OCA胶或OCR胶粘接在第二表面14上。第一基材22可以由PMMA、PC等材料制成，第一基材22的形状与盖板10的形状一致。触觉反馈电极24的面积略小于第一基材22的面积，换言之，触觉反馈电极24并未完全覆盖第一基材22的第三表面222或第四表面224。触觉反馈电极24及触觉反馈电极引线26均为由氧化锌锡、氧化铟锡、半导电透明聚合物、氧化锌、碳化硅中的任意一种材料形成的具有较高电阻值的导电镀层。在其他实施方式中，触觉反馈电极层20也可以由其他半导体材料制成。触觉反馈电极层20用于在用户操作触摸屏100时能够给用户提供电触觉反馈。

请一并参阅图2及图4，触控电极层30包括第二基材32、多个触控电极块34及多条电极引线36，每条电极引线36与一个触控电极块34对应连接。第二基材32包括相背的第五表面322、第六表面324，多个触控电极块34及多条电极引线36均设置在第五表面322上且每条电极引线36均与一个触控电极块34电连接。如此设置便于触摸屏100根据由电极引线36接收到的电量的变化找到电量变化的触控电极块34，并根据该触控电极块34的位置获得用户操作触摸屏100的触控位置，这种结构设计使触控电极层30检测用户操作触摸屏100的触控位置时受到的干扰更加小，进而触控位置检测更灵敏、悬浮操作的距离更远。同时如此设置可以将触控电极块34的面积设置得比较大，在某些实施方式中，当触控电极块34用作触觉反馈电极24时，触觉反馈电极24能够提供的反馈面积更大，更细腻，即让整个屏幕都尽可能的提供反馈效果，不会出现大面积的断点。多个触控电极块34相互间隔设置，具体地，多个触控电极块34呈矩形阵列方式排列在第五表面322上。第二基材32可以由PMMA、PC等材料制成，第二基材32的形状与盖板10的形状一致。在某些实施方式中，多个触控电极块34也可以呈环形阵列方式或其他方式设置在第五表面322或第六表面324上。触控电极块34及电机引线34均可以由石墨烯、碳纳米管、透明导电聚合物、氧化铟锡等材料制成。触控电极层30用于获取用户操作触摸屏100时产生的操控位置信号。

处理器40能够与触觉反馈电极层20及触控电极层30电连接。处理器40用于控制触摸屏100至少提供第一操作及第二操作，第一操作用于根据操控位置信号控制触摸屏100实现悬浮操作，第二操作用于控制触觉反馈电极层20给用户产生电触觉反馈。悬浮操作可以理解为：用户的手指与触控电极层30存在一定距离时操作触摸屏100产生操控位置信号，处理器40根据操控位置信号控制触摸屏100实现控制电子装置200的运行。

第一电路50，用于与处理器40及触控电极层30电连接。第一电路50包括与触控电极层30电连接的控制器，控制器用于产生位置检测信号。位置检测信号由第一电路50传递到触控电极层30上并用于检测用户操作触摸屏100时产生的操控位置信号。

第二电路60用于与处理器40及触觉反馈电极层20电连接。第二电路60包括电源(图未示)，电源用于产生反馈检测信号。反馈检测信号由第二电路60传递到触觉反馈电极层20上并用于给人体产生电触觉反馈。

若处理器40控制触摸屏100提供第一操作，则处理器40控制第一电路50使处理器40通过第一电路50及电极引线36与触控电极块34电连接，处理器40还通过第二电路60控制触觉反馈电极层20接地，此时触觉反馈电极层20充当触控电极层30下层屏蔽导电层，用于屏蔽电子装置200中的显示模组(例如，显示屏)与触控电极层30(触控电极块34)形成的寄生电容的影响。当触控电极层30(触控电极块34)上存在位置检测信号且用户没有操作触摸屏100时，触控电极层30(触控电极块34)上的位置检测信号保持不变。当触控电极层30(触控电极块34)上存在位置检测信号且用户操作触摸屏100时，人体与触控电极层30(触控电极块34)组成触控电容(图未示)，并使触控电极层30(触控电极块34)上的位置检测信号发生变化，位置检测信号发生变化后使触控电极层30(触控电极块34)及触控电容获得用户操作触摸屏100时产生的操控位置信号。如此，处理器40根据操控位置信号控制触摸屏100实现悬浮操作。具体地，用户的手指或人体的一部分位于盖板10的第一表面12或位于盖板10的第一表面12一侧并与第一表面12存在一定距离时，用户的手指或人体的一部分都能够与触控电极层30(触控电极块34)组成触控电容，并使触控电极层30(触控电极块34)上的位置检测信号发生变化，进而使触控电极层30(触控电极块34)及触控电容获得用户操作触摸屏100时产生的操控位置信号。

若处理器40控制触摸屏100提供第二操作，则处理器40控制第二电路60使处理器40通过第二电路60及触觉反馈电极引线26与触觉反馈电极24电连接，处理器40还通过第一电路50控制触控电极层30接地。当触觉反馈电极层20(触觉反馈电极24)上存在反馈检测信号且用户没有操作触摸屏100时，触觉反馈电极层20(触觉反馈电极24)上的反馈检测信号保持不变。当触觉反馈电极层20(触觉反馈电极24)上存在反馈检测信号且用户操作触摸屏100时，人体与触觉反馈电极层20(触觉反馈电极24)组成触觉反馈电容(图未示)。此时，由于触觉反馈电极层20(触觉反馈电极24)及人体为触觉反馈电容的两极，因此人体上的电量受到触觉反馈电极层20(触觉反馈电极24)上的反馈检测信号控制，若反馈检测信号能够使人体上的电量变化并产生震荡电场，则人体直接获得电触觉反馈，如此，触觉反馈电极层20(触觉反馈电极24)能够直接给人体提供电触觉反馈。

本实用新型实施方式的电子装置200及触摸屏100，通过在触摸屏100上设置触觉反馈电极层20并通过处理器40控制触觉反馈电极层20工作使触摸屏100能够给人体产生电触觉反馈；及通过在触摸屏100上设置触控电极层30并通过处理器40控制触控电极层30工作使触摸屏100能够实现悬浮操作。其次，当处理器40控制触摸屏100提供第一操作时，处理器40还通过第二电路60控制触觉反馈电极层20接地使触觉反馈电极层20对触控电极层30起到屏蔽作用，如此触控电极层30及触控电容具有较高的识别精度，提升了用户操作触摸屏100的距离。当处理器40控制触摸屏100提供第二操作时，处理器40还通过第一电路50控制触控电极层30接地使触控电极层30对触觉反馈电极层20起到屏蔽作用，如此触觉反馈电极层20及触觉反馈电容具有较高的识别精度，增强了触觉反馈电极层20给人体产生的电触觉效果。

请一并参阅图5-7，在某些实施方式中，触摸屏100还包括屏蔽层70，屏蔽层70设置在盖板10及第二基材32之间。具体地，触觉反馈电极24及触觉反馈电极引线26设置在第四表面324上，屏蔽层70设置在第三表明322上。屏蔽层70包括与每个触控电极块34对应的多个导电块72或多个绝缘块72、与导电块72或绝缘块72间隔设置的引线屏蔽块74及与引线屏蔽块74及第二电路电连接的连接线76。请参阅图6，具体地，当屏蔽层70包括导电块72时，触觉反馈电极层20、导电块72及人体组成触觉反馈电容或触觉反馈电极层20及引线屏蔽块74与人体组成触觉反馈电容。如此设置使导电块72之间的间距尽量小，这样可以让手指在屏幕上滑动的时候，都能获得一个理想的、均匀的触觉反馈效果，不会存在屏幕断点或者无触觉反馈区；同时设置导电块72使触摸屏100的显示效果更加均匀；避免因为缺少导电块72而导致触摸屏100上出现色差进而影响触摸屏100的视觉效果。在某些实施方式中，导电块72可以替换为绝缘块72，也就是说，屏蔽层70包括绝缘块72；当屏蔽层70包括绝缘块72时，触觉反馈电极层20及人体组成触觉反馈电容或触觉反馈电极层20及引线屏蔽块74与人体组成触觉反馈电容。

若处理器40控制触摸屏100提供第一操作，则处理器40控制第一电路50使处理器40通过第一电路50及电极引线36与触控电极块34电连接，处理器40还控制第二电路60使处理器40通过第二电路60与控制触觉反馈电极24、触觉反馈电极引线26、引线屏蔽块74及连接线76接地。当触控电极层30(触控电极块34)上存在位置检测信号且用户没有操作触摸屏100时，触控电极层30(触控电极块34)上的位置检测信号保持不变。当触控电极层30(触控电极块34)上存在位置检测信号且用户操作触摸屏100时，人体与触控电极层30(触控电极块34)组成触控电容(图未示)并使触控电极层30(触控电极块34)上的位置检测信号发生变化，位置检测信号发生变化使触控电极层30(触控电极块34)及触控电容获得用户操作触摸屏100时产生的操控位置信号。如此，处理器40根据操控位置信号控制触摸屏100实现悬浮操作。如此，由于处理器40通过第二电路60控制触觉反馈电极24、触觉反馈电极引线26、引线屏蔽块74及连接线76接地，使触觉反馈电极层20及屏蔽层70能够屏蔽触控电极层30上的电极引线36对触控电极块34与人体组成的触控电容产生电性干扰及电磁干扰，进一步提升了触控电容用于检测触控位置的检测精度，进一步提升了触摸屏100的悬浮操作的操控距离。

若处理器40控制触摸屏100提供第二操作，处理器40控制第二电路60使处理器40通过第二电路60与触觉反馈电极24、触觉反馈电极引线26、引线屏蔽块74及连接线76电连接，处理器40还通过第一电路50控制触控电极层30接地。此时，触觉反馈电极层20及屏蔽层70与人体形成触觉反馈电容，触觉反馈电容根据触觉反馈电极层20及屏蔽层70的电压变化使人体产生震荡电场并产生电触觉反馈。由于触摸屏100提供第二操作时触控电极层30接地，如此，触控电极层30不会对触觉反馈电容产生电性或电磁干扰，提升了触觉反馈电容的感应精度，进而提升了触摸屏100的电触觉效果。

请参阅图8和图9，在某些实施方式中，第一电路50包括与触控电极层30电连接的控制器，控制器用于产生位置检测信号，位置检测信号的时间周期为触控检测周期T1。在触控检测周期T1内，控制器能够产生的位置检测信号并传递到触控电极层30上，当用户操作触摸屏100时，人体与触控电极层30组成触控电容并使触控电极层30上的位置检测信号发生变化并使触控电极层30及处理器40获得操控位置信号，处理器40根据操控位置信号控制触摸屏100实现悬浮操作。第二电路60包括电源，电源用于产生反馈检测信号，反馈检测信号的时间周期为反馈检测周期T2，反馈检测周期T2包括能够给人体产生电触觉信号的第一检测周期t1及不能给人体产生电触觉反馈信号的第一间歇周期t2。在第一检测周期t1内，电源能够产生的反馈检测信号并传递到触觉反馈电极层20上，当用户操作触摸屏100时，触觉反馈电极层20与人体组成触觉反馈电容，在反馈检测信号作用下人体产生震荡电场并产生电触觉反馈。在第一间歇周期t2内，电源产生的反馈检测信号传递到触觉反馈电极层20上，当用户操作触摸屏100时，触觉反馈电极层20与人体组成触觉反馈电容，此时，在反馈检测信号作用下人体不会产生电触觉反馈。在某些实施方式中，第一间歇周期t2内电源不产生电压信号，也就是说此时的反馈检测信号为零。

请参阅图8及图9，在某些实施方式中，若触控检测周期T1小于第一间歇周期t2，在第一间歇周期t2内处理器40控制控制器产生的位置检测信号并用于检测用户是否在进行悬浮操作。如此，不需要处理器40控制第二电路50断开与触觉反馈电极层20电连接，触控电极层30也能够用于检测用户是否在进行悬浮操作。当第一间歇周期t2内电源不产生电压信号时，触觉反馈电极层20与屏蔽层70也能够对电极引线36具有一定屏蔽作用，确保触摸屏100具有检测触控位置的检测精度。

在某些实施方式中，第一检测周期t1包括能够给人体产生电触觉信号的第一子检测周期t12及不能给人体产生电触觉反馈信号的第一子间歇周期t14。在第一子检测周期t12内，电源产生的反馈检测信号传递到触觉反馈电极层20上，当用户操作触摸屏100时，触觉反馈电极层20与人体组成触觉反馈电容，在反馈检测信号作用下人体产生震荡电场并产生电触觉反馈。在第一子间歇周期t14内，电源产生的反馈检测信号传递到触觉反馈电极层20上，当用户操作触摸屏100时，触觉反馈电极层20与人体组成触觉反馈电容，在反馈检测信号作用下人体不会产生电触觉反馈。在某些实施方式中，第一子间歇周期t14内电源不产生电压信号，也就是说此时反馈检测信号为零。在某些实施方式中，若触控检测周期T1小于第一子间歇周期t14，在第一子间歇周期t14内处理器40控制控制器产生检测信号并用于检测用户是否在进行悬浮操作。如此，不需要处理器40控制第二电路50断开与触觉反馈电极层20电连接，触控电极层30也能够用于检测用户是否在进行悬浮操作，同时，处理器40控制控制器尽可能多地产生触控检测周期信号并执行，使得触摸屏100能够近似实现实时检测用户是否在进行触控操作。

在某些实施方式中，反馈检测信号包括低频分量及高频分量，低频分量的频率为10Hz-500Hz，高频分量的频率为10KHz-500KHz。具体地，低频分量的频率10Hz-500Hz是触觉反馈中人体实现触感的环层小体所能感受到的、最为敏感的频率；当低频分量的频率不在10Hz-500Hz范围内时，人体受到的感受到电触觉刺激的效果不明显。高频分量主要用于对低频分量进行调制，在该高频分量的作用下，由于该频率高于人的听力的频率范围，因此能够避免用户听到设备产生的噪音；同时在高频分量的作用下反馈检测信号能够降低触控界面表面脏污以及水汽等的影响并能够用于增强人体受到的电触觉刺激的效果；当反馈检测信号的频率不在10KHz-500KHz范围内时，用户会听到设备会产生噪音且用户受到的电触觉刺激的效果不明显。触控检测周期对应的检测频率为1000Hz-1MHz，当触控检测周期对应的频率为1000Hz-1MHz时，触摸屏100能够较好地检测用户对触摸屏100的悬浮操作；同时触控频率大于低频分量的频率，便于将位置检测设置在反馈检测之间的间隙执行，进而便于实现反馈检测与位置检测实时进行检测；当触控检测周期对应的频率不在10KHz-500KHz范围内时，触摸屏100检测用户对触摸屏100的悬浮操作响应过快或过慢而导致不能有效地识别用户在对触摸屏100的悬浮操作。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。