專利名稱：多點觸摸面板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及觸控技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種多點觸摸面板。
背景技術(shù)：
投射式電容式觸摸屏是蘋果公司于2007年發(fā)布的技術(shù)，其移動蜂窩電話iPhone 是首個采用投射式電容式觸摸面板的工業(yè)應(yīng)用。通過進(jìn)一步提高投射式電容式觸摸面板的 耐久性、可靠性和整體性能，投射式電容式觸摸面板正日益加快觸摸面板行業(yè)的成長。投射式電容式觸控技術(shù)包括自電容和互電容。其中，自電容也稱為絕對電容或者 雜散電容，從工程角度，自電容被認(rèn)為是連接物體與大地的寄生電容。大多數(shù)自電容傳感 器通過探測自電容的容量的變化來發(fā)揮功用，電容傳感器通常具有導(dǎo)電物質(zhì)制造的感應(yīng)電 極，通過從內(nèi)部發(fā)出小量的電荷來探測電極的電容。當(dāng)人類觸摸體接近傳感器時，人體觸摸 體的電容與傳感電極的耦合電容會改變傳感電極的自電容。通過感測電極的自電容與原始 的自電容的比較，可確定觸摸面板是否有人體接觸。圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的一種自電容觸摸面板的電極分布和結(jié)構(gòu)。玻璃襯底上方是透 明的傳感電極，這些電極位于同一平面上并且彼此孤立。每一個電極有一個尾巴與自電容 的傳感器相連。感應(yīng)器芯片的數(shù)量與接觸點的數(shù)量成正比。在觸摸面板應(yīng)用中，由于直接 感應(yīng)的成本高，所以通常其不被采用?；ル娙菀卜Q為傳導(dǎo)電容，互電容觸摸面板基于感應(yīng)它們電極之間的耦合電容或互 電容的變化來運行。如圖2所示，互電容觸摸面板的電極是由驅(qū)動線路和感應(yīng)線路組成。這 些線處于兩個互相垂直的隔離層中，并且在這兩層之間夾雜絕緣物質(zhì)。正常操作中，激活驅(qū) 動線，在相鄰的電極之間建立電容耦合。當(dāng)感應(yīng)物體接觸到從一個電極投射到另一個電極 的場力線時，可以探測到互電容的變化并且確定接觸點位置?；ル娙萦|摸面板具有良好的 光學(xué)外觀和傳感穩(wěn)定性，但是現(xiàn)有實現(xiàn)方法的制造成本高，工藝復(fù)雜。對于現(xiàn)有技術(shù)中的其它觸摸面板，電阻式觸摸面板技術(shù)存在光學(xué)透明度和耐久性 的問題，表面電容觸屏技術(shù)存在均勻性的問題，SAW*^技術(shù)難以應(yīng)用于便攜式設(shè)備。雖然 投射電容觸控面板較之其它效果較好，但是觸摸屏以多層組成，外圍電路多，制造成本高， 技術(shù)實現(xiàn)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有觸屏技術(shù)中的上述多個缺陷，本發(fā)明提出一種多點觸摸面板。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出了一種多點觸摸面板，包括玻璃襯底和ITO電極層， 其特征在于，所述ITO電極層包括觸多個觸摸感應(yīng)區(qū)單元，所述觸摸感應(yīng)區(qū)單元包括感應(yīng)區(qū) 和驅(qū)動區(qū)，所述感應(yīng)區(qū)由兩個驅(qū)動區(qū)夾在中間，每個驅(qū)動區(qū)對于外部連接存在一個結(jié)合墊。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的自電容觸摸面板結(jié)構(gòu)示意圖2是現(xiàn)有技術(shù)的互電容觸摸面板結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的接觸面板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的直接驅(qū)動的電極示意圖；圖5是不同尺寸的傳感器對應(yīng)電容的測量結(jié)果圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的多點設(shè)計的電極分布圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的觸摸感應(yīng)區(qū)單元的3D示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例的觸摸感應(yīng)單元在無手指觸摸時的結(jié)構(gòu)圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例在手指觸摸時分流模式的感應(yīng)單元示意圖；圖10是在手指近距離觸摸時傳輸模式的感應(yīng)單元示意圖；圖11是電荷放大器的電路圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明實施例的觸摸控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖13是示意兩根手指觸摸面板的結(jié)果圖；圖14是示意單根手指觸摸壓力的顏色代碼，其中色度越深表示越強；圖15是手指觸摸不同位置的結(jié)果示意圖；圖16是手指在不同壓力下觸摸的結(jié)果示意圖；圖17是多點觸摸探測的捕獲示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的一種多點觸摸面板進(jìn)行詳細(xì)描述。傳統(tǒng)的互電容接觸面板由兩層氧化銦錫andium Tim Oxide, ΙΤ0)電極組成，實現(xiàn) 復(fù)雜且成本高。本發(fā)明披露一種制作多點單層接觸面板的方法，觸摸面板僅由沉積在玻璃 襯底上的一個透明ITO電極薄層組成。圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的觸摸屏的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，觸摸屏包括接觸 面板和LCD單元。接觸面板位于LCD單元的上方，接觸面板僅由沉積在玻璃襯底上的一層 ITO電極組成。對于觸摸屏的應(yīng)用，接觸面板可以層壓在LCD單元上。ITO電極朝下，位于 玻璃襯底和LCD單元之間。玻璃襯底可以為接觸面板提供保護(hù)，不受刮傷，并且提高設(shè)計的 耐用性。ITO布圖采用標(biāo)準(zhǔn)的光刻。實踐中，可以添加黏合層和屏蔽層。更加詳細(xì)地，其中，如圖3所示，接觸面板制作過程包括1)、在玻璃襯底(例如， 厚度為1. Imm)中，將其中一面涂覆ITO層(例如，厚度為1500埃)；2)、為照相平版印 (photolithography)準(zhǔn)備電極的圖案，電極之間的最少間距為IOOum ；3)、以照相平版印 (photolithography)方式，將玻璃片的ITO層制成電極的模樣。在接觸面板和IXD單元的 玻璃襯底之間布置偏光器。本發(fā)明的ITO電極層采用互電容，包括驅(qū)動線和感應(yīng)線。對于像鍵盤或控制器設(shè) 備這樣的應(yīng)用，觸摸區(qū)域?qū)τ诩夹g(shù)人員是明確的，其可以采用直接驅(qū)動。如圖4所示，ITO 電極層的感應(yīng)器包括驅(qū)動電極和感應(yīng)電極，其中，感應(yīng)電極位于中間，驅(qū)動電極圍繞感應(yīng)電 極。通常，電極的尺寸會影響電容耦合的結(jié)果，通過測試不同尺寸觸摸感應(yīng)器在手指 觸摸下的電容變化來確定優(yōu)選尺寸。使用HP4284A (惠普/安捷倫4284A精密LCR表，測量 兩極之間的電容)來測量驅(qū)動電極和感應(yīng)電極之間的不同尺寸的互電容。如圖5，示出對應(yīng)于不同外部面積的電容變化，圖中分別示出外部面積為2x2，4x4，6x6和8x8 (mm2)所對應(yīng)的 電容變化的測量結(jié)果。當(dāng)手指接近傳感器時，電容值會下降，這一電容下降值與被分流的電場量成正比。 當(dāng)傳感器的尺寸加大時，互電容也隨之增加。但是，有效的電容下降值因為手指的接近而達(dá) 到飽和，并且表現(xiàn)出下降的趨勢。這是因為手指和觸摸面板之間的接觸面積不再足以涵蓋 傳感器的整個周界。因此，如果傳感器的尺寸太小，則會導(dǎo)致耦合電容不能夠提供最好的差 值來響應(yīng)觸摸動作?？紤]到這兩個因素，互電容傳感器的尺寸在4-6mm這個范圍應(yīng)該是最 適合的。圖6示出多點觸摸面板的整個ITO電極分布，圖6中右邊部分視圖和左邊總體視 圖不對應(yīng)，右邊的斜線填充僅在左邊的下方，其并不是均勻分布。如右側(cè)小圖所示，左斜是 驅(qū)動，右斜是感應(yīng)，填充方格的是結(jié)合墊，在這個圖中觸摸感應(yīng)區(qū)單元被放大顯示。每個觸 摸感應(yīng)單元中，一個感應(yīng)區(qū)被2個驅(qū)動區(qū)域夾雜在中間。每個驅(qū)動區(qū)域有一條獨立引線與 外部連接。在圖6中，有一些以高亮顯示的驅(qū)動區(qū)域設(shè)置，他們代表了面板上的8個水平虛 擬“驅(qū)動線”之一，外部連接在一起。因此，一共有8個柱形的感應(yīng)線和8列虛擬的驅(qū)動線。關(guān)于多點驅(qū)動方法，首先運用虛擬驅(qū)動線的第一列，而其它未使用的驅(qū)動線對地 耦合。通過掃描每個感應(yīng)線而采集到8組數(shù)據(jù)。通過依次掃描每一組驅(qū)動線，重復(fù)這些步 驟8次，最后，獲得整個面板的64組數(shù)據(jù)圖。以下詳細(xì)討論互電容觸摸面板的工作原理。首先，參考圖7，圖7示出圖6的觸摸 感應(yīng)區(qū)單元的電路模型，在觸摸感應(yīng)區(qū)單元里，如圖6和7所示，有驅(qū)動點和感應(yīng)點，也就是 對應(yīng)于圖6的驅(qū)動區(qū)和感應(yīng)區(qū)。二者之間形成了 2個互電容(Cds)以及各自的自電容(CD，
Cs) O圖7的電路模型可以被描述成一個原理圖，如8圖所示。圖8中，驅(qū)動點和感應(yīng)點 之間連接有互電容，驅(qū)動點和感應(yīng)點分別通過各自的自電容接地，感應(yīng)點通過電阻器連接 到電荷感應(yīng)電路，驅(qū)動點串聯(lián)電阻器和電流計，電流計的另一端接地。當(dāng)驅(qū)動點受激，電子 場被投射到感應(yīng)點。當(dāng)感應(yīng)器沒有感應(yīng)到對象時，Q3s中的電容耦合點保持相對穩(wěn)定。另一方面，當(dāng)一個物體如手指接近到傳感器，此時相當(dāng)于形成圖9的電路，上部虛 線內(nèi)表示手指帶來的等效電路，如圖9所示，會擾亂Cds的電場。手指可以被認(rèn)為一個點連 接到虛擬場。在這種情況下，電場從一個較高的電位點流到一個較低的手指點。手指將部 分電場有效的分流到地面，因此電場與感應(yīng)電極連接的量減少，即Cds落下的電容，這個操 作稱之為“分流模式”。如圖10，手指越靠近時，物體與電極(CDF and CSF)之間的電容大幅度增加。來自 驅(qū)動電極電容耦合物體的電場，作為整個物體電場的發(fā)射者。電場獲知感應(yīng)電極的增加和 有效時，Q3s增加。這種現(xiàn)象叫做“傳輸模式”或“人類傳輸效應(yīng)”。事實上，分流模式和傳輸模式都是同時發(fā)生的，但是觸摸主要依靠分流原理。為 了確保觸摸面板操作穩(wěn)定，必須阻止傳輸模式來控制觸摸。在這種情況下，ITO電極與手指 (CDF&CDS)之間的電容，與Cds比較起來必須要小，這樣人類傳輸效應(yīng)可以被忽略。因此，CDS >> CDF&CSF (6.1)并且
Csf ^ Cdf = ￡0Siglass) -(6. 2)這里的A和d分別表示相互重疊區(qū)面積和手指與電極層間的距離。為了確保觸摸面板的操作穩(wěn)定，必須保證分流模式的操作，而不是人類傳輸模式。 可以計算維持分流模式操作所需的手指與ITO層之間的臨界分離距離。方程式(6. 1)和 (6. 2)，如果Cds = 2pF，ε (glass) = 4并且手指與電極相互重疊區(qū)面積Amax = 1. 96xl0_5m_2 (即 r = 2. 5mm)。臨界分離距離Dmin是0. Imm,因此保護(hù)玻璃的厚度通常已足夠阻止傳輸模式成 為主導(dǎo)。探測方法現(xiàn)有的探測方法都比本申請的方式精密和復(fù)雜，一般都會用上ASIC控制器。本申 請中，觸摸可通過探測Cds電容的下降值，使用兩種方法來探測這種變化。第一種方法是測 量電壓耦合的感應(yīng)點，它要求感應(yīng)電路有高的輸出電阻。感應(yīng)點的電壓可以通過公式(6. 3)獲得。AVs = (1+Cs/Cds)_1AVd (6.3)因此，在感應(yīng)點(AVs)，Cds與所測的交流分量成正比。因為通過這個方法獲得的 信號是很小的且瞬間的，并且精準(zhǔn)控制Cds和雜散電容Cs是很難實現(xiàn)的，所以該方法使用便 捷度較差。第二種方法，將感應(yīng)線與電荷放大器連接起來，或者每個感應(yīng)線都連有一個電荷 放大器，例如，運算放大器合成器如圖11所示。電容耦合產(chǎn)生的小量電荷，電荷被迫流向上 通道，儲存在反饋電容器C中，并且轉(zhuǎn)變成易讀的電壓輸出Vout，因此觸摸可以被認(rèn)為是電 荷流的減少。這種檢測方法產(chǎn)生了一個更好的輸出驅(qū)動力，在電荷放大器電路里，輸出信號 增益可以通過改變反饋電容來更改?？刂葡到y(tǒng)圖12所示為控制系統(tǒng)的框圖。該系統(tǒng)包括觸摸屏、電荷感應(yīng)電路、取樣保持電路、 多路器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和控制器。接觸面板的輸出信號經(jīng)過電荷感應(yīng)電路，通過如上的感應(yīng)獲 取之后，將輸出信號緩沖到取樣保持電路中，取樣保持電路對該信號進(jìn)行取樣處理，并且通 過模擬多路器將儲存的信號依次供應(yīng)給ADC轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字輸出被發(fā)送到MCU控制 器進(jìn)行數(shù)字處理。MCU發(fā)送脈沖信號以驅(qū)動觸摸屏，觸摸屏返回感應(yīng)信號到電荷感應(yīng)電路，電荷放大 器(圖中未示)將信號放大。結(jié)果本申請的觸摸面板掃描率可達(dá)到100Hz，相應(yīng)的響應(yīng)時間為10ms。這對于觸摸面 板操作或跟蹤面板上的移動物體是足夠快的。光學(xué)透明度也是此設(shè)計的一個優(yōu)點，因為面 板結(jié)構(gòu)包括僅有ITO單層。透明度主要取決于ITO層的厚度。在此原型上，ITO涂層為700A， 所測的透光率為91%。理論上，面板透光率最高可達(dá)到95%。圖13示出將2根手指放在觸摸面板上的示例。根據(jù)手指壓力的不同，皮膚覆蓋的 面積不同，通常單個觸摸可覆蓋1到4個傳感器。手指壓力能通過的電荷放大器輸出的減 少幅度反映出來。這個電荷放大器輸出通過ADC數(shù)字化并且在屏幕上顯示前調(diào)節(jié)到幾個深 度水平。圖14顯示為手指壓力水平的色彩代碼。越深越強，越淺越弱。
根據(jù)校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)可以定位熱點，圖像可以做到實時處理提高分辨率，一些DSP算 法，如已經(jīng)報道的子像素插入。在這個階段，可以應(yīng)用雙線性插值來增加面板的分辨率，從 硬件分辨率8x8到虛擬分辨率15x15。把兩個相鄰數(shù)據(jù)進(jìn)行平分，把平分得出的新數(shù)值插入 成新數(shù)據(jù)，用以增加分辨率。圖15到圖17所示分別為手指觸摸在不同位置，手指不同的壓力以及多點探測結(jié) 果圖。合成的圖像在提高分辨率后顯示更多精確的熱點圖像以及觸摸后更準(zhǔn)確的坐標(biāo)。總結(jié)和比較總之，所提議的單層投射式電容式觸摸面板設(shè)計擁有結(jié)構(gòu)簡單、耐久性強、高透明 度、多點觸摸電容以及成本低的優(yōu)點，它不受表面污點影響。單層結(jié)構(gòu)也可以用于彎曲基 板，不過，設(shè)計的I/O連接的數(shù)量是h (N χ M)，假設(shè)分辨率為N X Mo所提的設(shè)計沒有像其它兩種技術(shù)那樣復(fù)雜，但是單層互電容方法具有其它技術(shù)沒 有的優(yōu)點，它擁有單層的結(jié)構(gòu)，并且相對于雙層互電容來說擁有較好的光學(xué)透明度。它利用 多樣掃描的方法，減少所需傳感器芯片的數(shù)量。量度互電容是透過檢測電荷，而非直接量 度自電容，這樣消除了使用玻璃芯片與傳感器芯片結(jié)合的必要性。所有這些優(yōu)點以致集成 過程更加簡單并且成本更低。因此，單層互電容是投射式電容觸摸技術(shù)的替代品，以實現(xiàn)功 能，性能以及成本的平衡。通過應(yīng)用本發(fā)明的單層投射式電容式觸摸面板，使得設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，耐久性高，透 明度高，多點觸摸電容并且成本低，并且不受表面污點影響，單層結(jié)構(gòu)也使得其可以用于彎 曲基板。最后應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以描述本發(fā)明的技術(shù)方案而不是對本技術(shù)方法 進(jìn)行限制。
權(quán)利要求
1.一種多點觸摸面板，包括玻璃襯底和一層ITO電極層，其特征在于，所述ITO電極層 包括觸多個觸摸感應(yīng)區(qū)單元，所述觸摸感應(yīng)區(qū)單元包括感應(yīng)區(qū)和驅(qū)動區(qū)，所述感應(yīng)區(qū)由兩 個驅(qū)動區(qū)夾在中間，每個驅(qū)動區(qū)對于外部連接存在一個結(jié)合墊，每個驅(qū)動區(qū)通過一條獨立 的引線與外部連接。
2.權(quán)利要求1所述觸摸面板，其特征在于，所述感應(yīng)區(qū)和驅(qū)動區(qū)分別連接驅(qū)動線和感應(yīng)線。
3.權(quán)利要求1所述的觸摸面板，其特征在于，通過逐列啟用驅(qū)動線來讀取感應(yīng)線以獲 取感應(yīng)數(shù)據(jù)。
4.權(quán)利要求1的所述觸摸面板，其特征在于，所述驅(qū)動區(qū)和感應(yīng)區(qū)之間形成互電容以 及各自的自電容。
5.權(quán)利要求4所述的觸摸面板，其特征在于，所述驅(qū)動區(qū)對應(yīng)驅(qū)動點，所述感應(yīng)區(qū)對應(yīng) 感應(yīng)點，所述驅(qū)動點和感應(yīng)點之間連接有互電容，驅(qū)動點和感應(yīng)點分別通過各自的自電容 接地，感應(yīng)點通過電阻器連接到電荷感應(yīng)電路，驅(qū)動點串聯(lián)電阻器和電流計，電流計的另一 端接地。
6.權(quán)利要求5所述的觸摸面板，其特征在于，當(dāng)驅(qū)動點受激，電子場被投射到感應(yīng)點。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多點觸摸面板，包括玻璃襯底和ITO電極層，其特征在于，所述ITO電極層包括觸多個觸摸感應(yīng)區(qū)單元，所述觸摸感應(yīng)區(qū)單元包括感應(yīng)區(qū)和驅(qū)動區(qū)，所述感應(yīng)區(qū)由兩個驅(qū)動區(qū)夾在中間，每個驅(qū)動區(qū)對于外部連接存在一個結(jié)合墊。
文檔編號G06F3/041GK102081477SQ201010623478
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者何子鍵, 凌代年, 彭華軍, 邱成峰, 郭海成, 黃飚 申請人:廣東中顯科技有限公司