基于表面电磁波的多点触控触控屏的制作方法

本实用新型涉及触控屏技术领域，特别涉及一种基于表面电磁波的多点触控触控屏。

背景技术：

随着手机的普及，良好的用户体验成为各大手机生产商的追求。触控屏是手机中不可缺少的一部分，其给手机用户带来了最直观的体验效果。现有的触控屏多为电阻式触控屏和电容式触控屏。

电阻触摸屏是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属-导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层，它的内表面也涂有一层ito涂层，在它们之间有许多细小的的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，控制器侦测到这一接触并计算出触控点的位置。

电容触控屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂一层ito，最外层是一般只有0.0015mm厚的矽土玻璃保护层，夹层ito涂层作为工作面，四个角引出四个电极，内层ito为屏层以保证工作环境。当用户触摸电容屏时，由于人体电场的存在，用户手指和工作面形成一个耦合电容，因为工作面上接有高频信号，于是手指吸收走一个很小的电流，这个电流分别从屏的四个角上的电极中流出，且理论上流经四个电极的电流与手指头到四角的距离成比例，控制器通过对四个电极流出的电流的比例进行精密计算，得出位置。

虽然现有的电阻式、电容式触控屏均能实现触控功能，但一方面现有的电阻式、电容式触控屏都是多层，校准工艺复杂，另一方面现有的电阻式触控屏在阳光下可视效果通常很糟，额外的屏幕层面会反射大量阳光，且其多点触摸时的定位可行性低，而现有的电容触摸屏对大多数的环境污染物有抗力，由于人体会成为线路的一部分，因而漂移现象比较严重，需经常校准，在多点触控时的定位上也存在有不足，并且若外界有电感和磁感时，电容触摸屏也会发生触摸屏失灵的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种基于表面电磁波的多点触控触控屏，以能够提供一种新的基于表面电磁波的触控屏，其至少可提高手机触摸屏多点定位的准确性。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于表面电磁波的多点触控触控屏，其包括：

透明的介电基底；

若干表面电磁波输入单元，设于所述介电基底的两相邻侧，以构成对外部生成的特定频率的电磁波于所述介电基底表面的耦合、而形成表面电磁波；

周期性导体图案，设于所述介电基底表面，每个所述导体图案的特征尺寸为亚波长尺寸，所述导体图案被构造成适配于所述介电基底的结构，而使所述表面电磁波输入单元输入的特定频率的表面电磁波形成沿所述介电基底表面的自准直传播；且，所述导体图案为分形图形，所述分形图形的基本图形为由横条形体与正交连接于所述横条形体两端的竖条形体构成的h形；且所述导体图案包括呈h形的第一级图形，以及于所述第一级图形的两所述竖条形体两端设置的呈h形的第二级图形，和于所述第二级图形的两所述竖条形体两端设置的呈h形的第三级图形；其中，所述第一级图形中的两个竖条形体的长度不同，各所述第二级图形之间以及各所述第三级图形之间均满足：横条形体的长度相同，而位于所述第一级图形一侧的竖条形体的长度小于所述第一级图形另一侧的竖条形体；

若干表面电磁波输出单元，相对于所述表面电磁波输入单元设于所述介电基底的另两相邻侧，任意两相对侧的所述表面电磁波输入单元与所述表面电磁波输出单元一一对应设置，且所述表面电磁波输出单元构成对自准直传播表面电磁波的耦合接收、并向外输出所接收的表面电磁波对应的电信号。

进一步的，所述介电基底的相对介电常数为1～100，厚度为10nm～10cm。

进一步的，于所述介电基底的具有所述导体图案一侧覆设有透明的保护层。

进一步的，所述保护层的厚度为0～1cm。

进一步的，所述介电基底与所述保护层由柔性或非柔性的材料制成。

进一步的，所述介电基底的材料包括石英，所述保护层的材料包括纳米玻璃、石英、聚丙烯薄膜或钢化膜。

进一步的，所述导体图案的材料包括ito、银纳米线、金属、石墨烯、聚乙撑二氧噻吩以及导电聚合物。

进一步的，所述导体图案的材料为铜。

进一步的，每个所述导体图案被设置在形成于所述介电基底表面的一个矩形区域内，且每个所述矩形区域的边长在50nm-10cm之间，各所述矩形区域相互分隔。

进一步的，所述表面电磁波输入单元和所述表面电磁波输出单元包括可对表面电磁波进行耦合的梯度超表面或微带线。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

本实用新型的基于表面电磁波的多点触控手机触摸屏，基于表面电磁波位置传感原理，其通过利用输入的表面电磁波沿介电基底表面的准直传播，以及触控物体对传播的表面电磁波的吸收和散射而造成的表面电磁波信号的衰减，可由发生衰减的表面电磁波的传播路径所对应的坐标获得触控点的位置坐标，以此可提供一种新的基于表面电磁波的触控屏。

同时，本实用新型的触控屏利用特定频率的表面电磁波沿基于电磁波的触摸屏表面的特定角度的自准直传播，可利用直轴扫描与斜扫描的方式对触摸屏上的触摸物进行检测，并经由计算而获得触摸物的位置坐标，可避免没有触摸物的逻辑触摸点也即伪点的干扰，从而也能够提高多点定位的的准确性。

此外，本实用新型的触控屏基于能够实现表面电磁波自准直人工超表面结构，由介电基底及其上周期性导体图案所构成的主体结构，更可实现单层结构特性，以有效简化触控屏的制作和校准工艺。而通过调节介电基底和导体图案的结构参数，不仅能够实现触控屏分辨率的调节，也可对触控屏的工作频率进行调整，能够满足电子柔性触控部件在不同场景下的分辨率需要，且利于表面电磁波的特性亦可有效避免环境中的声波与电磁波的干扰，能够获得更为精准的定位效果，而有着很好的实用性。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的触控屏的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的导体图案的结构示意图；

图3为图2的侧视图；

图4为本实用新型实施例所述的导体图案的构成示意图；

图5为沿x方向激发频率分别为13.4ghz、14.5ghz、15.5ghz、16.5ghz时电场的分布情况；

图6为沿y方向激发频率为21.5ghz、22.5ghz、23.5ghz、25ghz时电场的分布情况；

附图标记说明：

1-介电基底，2-导体图案，3-表面电磁波输入单元，4-表面电磁波输出单元，5-保护层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实施例涉及一种基于表面电磁波的多点触控触控屏，该基于表面电磁波的多点触控触控屏(以下简称为触控屏)例如为用于手机、平板电脑或其它触控电子产品，且其示例性结构如图1所示的，而在整体结构上包括透明的介电基底1，设置在介电基底1表面的周期性导体图案2，以及设置于介电基底1两相邻侧的若干表面电磁波输入单元3，和相对于该表面电磁波输入单元3位于介电基底1另两相邻侧的若干表面电磁波输出单元4，且任意两个相对侧的表面电磁波输出单元4和表面电磁波输入单元3之间一一对应布置。

其中，介电基底1构成了触控屏的承载主体，表面电磁波输入单元3用于将外部生成的电磁波耦合于介电基底1的表面，进而形成表面电磁波。该介电基底1优选的采用具有介电特性的板状结构。导体图案2的周期性也即参考于图1中示出的，导体图案2在介电基底1的x、y两个维度上具有重复性，本实施例的周期性布置的导体图案2的设置可适配于介电基底1的结构，而使得表面电磁波输入单元3耦合输入的特定频率下的表面电磁波形成沿介电基底1表面的自准直传播。同时，本实施例的每个导体图案2的特征尺寸也为亚波长尺寸，也即单个导体图案2的特征尺寸小于表面电磁波的波长。

具体的，介电基底1的结构包含有介电基底1的相对介电常数以及介电基底1的尺寸等参数，而术语“适配于”则表示导体图案2与不同结构参数下的介电基底1配合，可实现自准直传播的表面电磁波的频率也是不同的，特定结构参数的介电基底1与导体图案2对应着特定频率的可自准直传播的表面电磁波，且该特定频率下的表面电磁波自准直传播的角度也是固定的。

与耦合输入表面电磁波的表面电磁波输入3单元相对应的，表面电磁波输出单元4用于对自准直传播的表面电磁波的耦合接收，且表面电磁波输出单元4还可将接收的表面电磁波转化为电信号而实现向外部的电导出，导出的电信号的大小即代表接收的表面电磁波信号的大小。此时，其一表面电磁波输出单元4导出、也即接收的表面电磁波信号的大小与相对应的表面电磁波输入单元3输入的表面电磁波信号的大小做比较，便可判断出该表面电磁波信号的传输路径上是否存在触摸物，进而导致了表面电磁波信号衰减。

本实施例中，匹配于现有手机、平板或其它具有触控屏的产品的显示屏形状设计，介电基底1一般为矩形或方形，此时，仍如图2中所示，介电基底1位于底部，周期性导体图案2布置于介电基底1一侧端面上，并于两个维度上重复，而位于介电基底1一侧的表面电磁波输入单元3具体由沿x方向与y方向分别设置在介电基底1的两个相邻侧边缘处，对应的表面电磁波输出单元4则由位于介电基底1的另外两个相邻侧边缘处。x方向和y方向上的输入单元及输出单元均为并排布置有若干个，且各方向上的输入单元与输出单元之间形成一一对应的关系。

本实施例中为对设置于介电基底1上的导体图案2以及各表面电磁波输入单元3及表面电磁波输出单元4进行保护，以避免其遭受意外破坏，在介电基底1的布置有导体图案2的一侧端面上还可设置如图2所示的保护层5，保护层5直接覆设于介电基底1上即可。本实施例中保护层5在材料上亦采用透明材料，如其可采用纳米玻璃、石英、聚丙烯薄膜或钢化膜。此外，保护层5在设置时其厚度可在0～1cm之间，例如可为0.5mm，而厚度为0则表明本实施例中可选择不在介电基底1上设置保护层5。

本实施例中介电基底1在设置时，制成介电基底1的材料的相对介电常数范围，其应在1～100之间，介电基底1的厚度在10nm～10cm之间，且介电基底1在材料上例如可采用透明的石英或是其它透明材料。此外，需要指出的是，在具体实施中介电基底1与其上设置的保护层5也可设置为均由柔性或非柔性的材料制成，以能够分别制成柔性屏或非柔性的刚性屏。而对于导体图案2，本实施例中制成导体图案2的材料包括但不限于ito、银纳米线、金属、石墨烯、聚乙撑二氧噻吩以及导电聚合物，且上述金属例如可为铜。

同时，针对于导体图案2，本实施例中在其于介电基底1上设置时，出于便于设置的考虑，也将每个导体图案2布置于介电基底1的表面上的一个矩形区域内，该矩形区域的边长在50nm～10cm之间，多个导体图案2所处的矩形区域相互分隔，而沿介电基底1的表面铺展，以此能够实现导体图案2在介电基底1表面的周期性重复。当然，除了使得各导体图案2位于上述边长范围的矩形区域内，本实施例中导体图案2在布置时，其于介电基底1表面所占用的平面区域的形状及尺寸也可根据需要或是导体图案2的具体形状而进行设计。

本实施例中设置于介电基底1侧边缘处的表面电磁波输入单元3以及表面电磁波输出单元4在设计上可为能够对表面电磁波进行耦合的梯度超表面或微带线，而除了为梯度超表面及微带线，其它如直接耦合等耦合方式所对应的实现表面电磁波耦合的方式也是可以的。

其中，对于以上所述及的梯度超表面、微带线和直接耦合等所构成的表面电磁波输入单元3与表面电磁波输出单元4的设置形式，其可参见本发明人在先已申请的相关专利申请文件(cn201710787503.1或cn201710786274.1)。

本实施例由图2且结合于图3、图4所示的，导体图案2为分形图形，且该分形图形的基本图形为由横条形体与正交连接于所述横条形体两端的竖条形体构成的h形。

其中，横条形体的端部连接在竖条形体的中部。而本实施例的导体图案2具体包括呈h形的第一级图形，于第一级图形的两个竖条形体两端设置的呈h形的第二级图形，以及于第二级图形的两个竖条形体两端设置的呈h形的第三级图形。而且第一级图形中的两个竖条形体的长度设置成不同的，各第二级图形之间以及各第三级图形之间在设计上也均满足各第二级图形中各横条形体的长度相同，各第三级图形中各横条形体的长度相同，但是，各第二级图形中位于第一级图形一侧的竖条形体的长度小于位于第一级图形另一侧的竖条形体的长度，各第三级图形中位于第一级图形一侧的竖条形体的长度小于位于第一级图形另一侧的竖条形体的长度，同时第二级图形与第三级图形中长度较小的竖条形体在第一级图形的同一侧。

本实施例中以上设置的导体图案2可使得各表面电磁波输入单元3输入的表面电磁波形成沿所述介电基底1表面的特定角度的直轴扫描或斜轴扫描，其将通过下文的具体样品制备及检测得以证实。此时，基于如图2及图3中所示的各尺寸参数，选择各导体图案2所处矩形区域的边长dx＝2mm、dy＝2mm，导体图案2的厚度t＝1um，介电基底1的厚度h＝2mm。导体图案2中第一级图形中横条形体的长度a＝1mm、两个竖条形体的长度分别为b1＝1mm、b2＝0.8mm。第二级图形中横条形体的长度c1和c2均为0.5mm，位于第一级图形两侧的竖条形体的长度分别为d1＝0.5mm、d2＝0.4mm。第三级图形中横条形体的长度e1和e2均为0.25mm，位于第一级图形两侧的竖条形体的长度分别为f1＝0.25mm、f2＝0.2mm。各级图形中的各横条形体和竖条形体的宽度w均为0.05mm。

选择介电基底1的材料为石英，其相对介电常数为6.3，磁导率为1，且导体图案2的材料为金属铜。采用以上的各尺寸参数值进行触控屏样品的制备，并对制备好的触控屏的样品进行检测，在检测中分别于触控屏的一侧输入多个不同频率值的特定频率的电磁波，且使电磁波的输入方法分别为沿正交的x及y两个方向上。此时如图5和图6中所示的，通过对传播的表面电磁波场强分布的检测，发明人发现对应于所激发的不同频率值的特定频率输入的电磁波耦合于触控屏表面后，会形成沿一定角度的准直传播，且若以沿x及y方向的传播为直轴传播，以与x及y方向间呈夹角的传播为斜轴传播，则通过对所输入的特定频率的频率值的选择，即能够形成进行直轴传播的表面电磁波或者是所需角度的斜轴传播。

而利用表面电磁波的直轴传播和斜轴传播，对于多点触控时的触控点坐标的检测则包括的步骤如下所述。

首先，通过表面电磁波输入单元3输入特定频率的表面电磁波，而分别执行沿触控屏表面的直轴扫描和斜轴扫描。在扫描中因触控屏表面的触控物的吸收及散射，形成对触控物所处传输路径上的直轴扫描及斜轴扫描的表面电磁波信号的衰减。接着，通过表面电磁波输出单元4分别执行对直轴扫描和斜轴扫描的各传输路径上的表面电磁波的接收，并向外输出所接收的各传输路径上的表面电磁波对应的电信号。然后，通过对所输出的电信号进行处理，再经由计算便可获得各触控物于触控屏表面的书写位置坐标。

本实施例中斜轴扫描的角度根据设计要求选择相应的表面电磁波频率便可，上述由直轴扫描与斜轴扫描(也即斜扫描)结合以计算处理而得到触摸物的书写位置坐标的方法具体可参考诸如cn103019461a或其它现有的红外式触摸屏的多点定位方法，对其本文将不再进行赘述。而本实施例中将处理得到的触控点坐标信息向外输出，便能够实现对触控屏上多个触控点位置的识别，且利用斜轴扫描的加入可识别伪坐标而能够提升触控点坐标识别的准确性。

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，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。