專利名稱：觸摸屏的制備方法
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)明涉及一種觸摸屏的制備方法。
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(dòng)蜂窩電話iPhone 是首個(gè)采用投射式電容式觸摸面板的工業(yè)應(yīng)用。通過(guò)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(zhǎng)。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(duì)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(guò)探測(cè)自電容的容量的變化來(lái)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(guò)從內(nèi)部發(fā)出小量的電荷來(lái)探測(cè)電極的電容。當(dāng)人類觸摸體接近傳感器時(shí)，人體觸摸 體的電容與傳感電極的耦合電容會(huì)改變傳感電極的自電容。通過(guò)感測(cè)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(gè)電極有一個(gè)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(diǎn)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(lái)運(yùn)行。如圖2所示，互電容觸摸面板的電極是由驅(qū)動(dòng)線路和感應(yīng)線路組成。這 些線處于兩個(gè)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(dòng)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(gè)電極投射到另一個(gè)電極 的場(chǎng)力線時(shí)，可以探測(cè)到互電容的變化并且確定接觸點(diǎn)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(shí)現(xiàn)方法的制造成本高，工藝復(fù)雜。對(duì)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(wèn)題，表面電容觸屏技術(shù)存在均勻性的問(wèn)題，SAW和頂技術(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(shí)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(gè)缺陷，本發(fā)明提出一種觸摸屏的制備方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種觸摸屏制備方法，包括在玻璃襯底的一面涂 覆ITO層；為照相平版印準(zhǔn)備電極的圖案，將ITO層制成所準(zhǔn)備的電極的圖案。通過(guò)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(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐久性高，透 明度高，多點(diǎn)觸摸電容并且成本低，并且不受表面污點(diǎn)影響，單層結(jié)構(gòu)也使得其可以用于彎 曲基板。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的自電容觸摸面板結(jié)構(gòu)示意圖；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(shí)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(shí)施例的直接驅(qū)動(dòng)的電極示意圖；圖5是不同尺寸的傳感器對(duì)應(yīng)電容的測(cè)量結(jié)果圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多點(diǎn)設(shè)計(jì)的電極分布圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(shí)施例的觸摸感應(yīng)單元在無(wú)手指觸摸時(shí)的結(jié)構(gòu)圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例在手指觸摸時(shí)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(shí)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(shí)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(qiáng)；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(diǎn)觸摸探測(cè)的捕獲示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的一種觸摸屏及其制備方法進(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(shí)現(xiàn) 復(fù)雜且成本高。本發(fā)明披露一種制作多點(diǎn)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(gè)透明ITO電極薄層組成。圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(duì)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(jì)的 耐用性。ITO布圖采用標(biāo)準(zhǔn)的光刻。實(shí)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(guò)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I TO層制成電極的模樣。在接觸面板和LCD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(dòng)線和感應(yīng)線。對(duì)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(dòng)。如圖4所示，ITO 電極層的感應(yīng)器包括驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極，其中，感應(yīng)電極位于中間，驅(qū)動(dòng)電極圍繞感應(yīng)電 極。
通常，電極的尺寸會(huì)影響電容耦合的結(jié)果，通過(guò)測(cè)試不同尺寸觸摸感應(yīng)器在手指 觸摸下的電容變化來(lái)確定優(yōu)選尺寸。使用HP4284A (惠普/安捷倫4284A精密LCR表，測(cè)量 兩極之間的電容)來(lái)測(cè)量驅(qū)動(dòng)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(duì)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(duì)應(yīng)的 電容變化的測(cè)量結(jié)果。當(dāng)手指接近傳感器時(shí)，電容值會(huì)下降，這一電容下降值與被分流的電場(chǎng)量成正比。 當(dāng)傳感器的尺寸加大時(shí)，互電容也隨之增加。但是，有效的電容下降值因?yàn)槭种傅慕咏_(dá) 到飽和，并且表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。這是因?yàn)槭种负陀|摸面板之間的接觸面積不再足以涵蓋 傳感器的整個(gè)周界。因此，如果傳感器的尺寸太小，則會(huì)導(dǎo)致耦合電容不能夠提供最好的差 值來(lái)響應(yīng)觸摸動(dòng)作。考慮到這兩個(gè)因素，互電容傳感器的尺寸在4-6mm這個(gè)范圍應(yīng)該是最 適合的。圖6示出多點(diǎn)觸摸面板的整個(gè)ITO電極分布，圖6中右邊部分視圖和左邊總體視 圖不對(duì)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(dòng)，右斜是感應(yīng)，填充方格的是結(jié)合墊，在這個(gè)圖中觸摸感應(yīng)區(qū)單元被放大顯示。每個(gè)觸 摸感應(yīng)單元中，一個(gè)感應(yīng)區(qū)被2個(gè)驅(qū)動(dòng)區(qū)域夾雜在中間。每個(gè)驅(qū)動(dòng)區(qū)域有一條獨(dú)立引線與 外部連接。在圖6中，有一些以高亮顯示的驅(qū)動(dòng)區(qū)域設(shè)置，他們代表了面板上的8個(gè)水平虛 擬“驅(qū)動(dòng)線”之一，外部連接在一起。因此，一共有8個(gè)柱形的感應(yīng)線和8列虛擬的驅(qū)動(dòng)線。關(guān)于多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方法，首先運(yùn)用虛擬驅(qū)動(dòng)線的第一列，而其它未使用的驅(qū)動(dòng)線對(duì)地 耦合。通過(guò)掃描每個(gè)感應(yīng)線而采集到8組數(shù)據(jù)。通過(guò)依次掃描每一組驅(qū)動(dòng)線，重復(fù)這些步 驟8次，最后，獲得整個(gè)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(dòng)點(diǎn)和感應(yīng)點(diǎn)，也就是 對(duì)應(yīng)于圖6的驅(qū)動(dòng)區(qū)和感應(yīng)區(qū)。二者之間形成了 2個(gè)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(gè)原理圖，如8圖所示。圖8中，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)和感應(yīng)點(diǎn) 之間連接有互電容，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)和感應(yīng)點(diǎn)分別通過(guò)各自的自電容接地，感應(yīng)點(diǎn)通過(guò)電阻器連接 到電荷感應(yīng)電路，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)串聯(lián)電阻器和電流計(jì)，電流計(jì)的另一端接地。當(dāng)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)受激，電子 場(chǎng)被投射到感應(yīng)點(diǎn)。當(dāng)感應(yīng)器沒有感應(yīng)到對(duì)象時(shí)，Q3s中的電容耦合點(diǎn)保持相對(duì)穩(wěn)定。 另一方面，當(dāng)一個(gè)物體如手指接近到傳感器，此時(shí)相當(dāng)于形成圖9的電路，上部虛 線內(nèi)表示手指帶來(lái)的等效電路，如圖9所示，會(huì)擾亂Cds的電場(chǎng)。手指可以被認(rèn)為一個(gè)點(diǎn)連 接到虛擬場(chǎng)。在這種情況下，電場(chǎng)從一個(gè)較高的電位點(diǎn)流到一個(gè)較低的手指點(diǎn)。手指將部 分電場(chǎng)有效的分流到地面，因此電場(chǎng)與感應(yīng)電極連接的量減少，即Cds落下的電容，這個(gè)操 作稱之為“分流模式”。如圖10，手指越靠近時(shí)，物體與電極(CDF and CSF)之間的電容大幅度增加。來(lái)自 驅(qū)動(dòng)電極電容耦合物體的電場(chǎng)，作為整個(gè)物體電場(chǎng)的發(fā)射者。電場(chǎng)獲知感應(yīng)電極的增加和 有效時(shí)，Q3s增加。這種現(xiàn)象叫做“傳輸模式”或“人類傳輸效應(yīng)”。事實(shí)上，分流模式和傳輸模式都是同時(shí)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(lái)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(lái)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 = S0e(glass) -(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(jì)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(cè)方法現(xiàn)有的探測(cè)方法都比本申請(qǐng)的方式精密和復(fù)雜，一般都會(huì)用上ASIC控制器。本申 請(qǐng)中，觸摸可通過(guò)探測(cè)Cds電容的下降值，使用兩種方法來(lái)探測(cè)這種變化。第一種方法是測(cè) 量電壓耦合的感應(yīng)點(diǎn)，它要求感應(yīng)電路有高的輸出電阻。感應(yīng)點(diǎn)的電壓可以通過(guò)公式(6. 3)獲得。AVs = (1+Cs/Cds)_1AVd (6.3)因此，在感應(yīng)點(diǎn)(AVs)，Cds與所測(cè)的交流分量成正比。因?yàn)橥ㄟ^(guò)這個(gè)方法獲得的 信號(hào)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(shí)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(lái)，或者每個(gè)感應(yīng)線都連有一個(gè)電荷 放大器，例如，運(yùn)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(chǔ)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(cè)方法產(chǎn)生了一個(gè)更好的輸出驅(qū)動(dòng)力，在電荷放大器電路里，輸出信號(hào) 增益可以通過(guò)改變反饋電容來(lái)更改。控制系統(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(hào)經(jīng)過(guò)電荷感應(yīng)電路，通過(guò)如上的感應(yīng)獲 取之后，將輸出信號(hào)緩沖到取樣保持電路中，取樣保持電路對(duì)該信號(hào)進(jìn)行取樣處理，并且通 過(guò)模擬多路器將儲(chǔ)存的信號(hào)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(hào)以驅(qū)動(dòng)觸摸屏，觸摸屏返回感應(yīng)信號(hào)到電荷感應(yīng)電路，電荷放大 器(圖中未示)將信號(hào)放大。結(jié)果本申請(qǐng)的觸摸面板掃描率可達(dá)到100Hz，相應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間為10ms。這對(duì)于觸摸面 板操作或跟蹤面板上的移動(dòng)物體是足夠快的。光學(xué)透明度也是此設(shè)計(jì)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槊?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(cè)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(gè)觸摸可覆蓋1到4個(gè)傳感器。手指壓力能通過(guò)的電荷放大器輸出的減
6少幅度反映出來(lái)。這個(gè)電荷放大器輸出通過(guò)ADC數(shù)字化并且在屏幕上顯示前調(diào)節(jié)到幾個(gè)深 度水平。圖14顯示為手指壓力水平的色彩代碼。越深越強(qiáng)，越淺越弱。根據(jù)校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)可以定位熱點(diǎn)，圖像可以做到實(shí)時(shí)處理提高分辨率，一些DSP算 法，如已經(jīng)報(bào)道的子像素插入。在這個(gè)階段，可以應(yīng)用雙線性插值來(lái)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(gè)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(diǎn)探測(cè)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(diǎn)圖像以及觸摸后更準(zhǔn)確的坐標(biāo)?？偨Y(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(jì)擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐久性強(qiáng)、高透明 度、多點(diǎn)觸摸電容以及成本低的優(yōu)點(diǎn)，它不受表面污點(diǎn)影響。單層結(jié)構(gòu)也可以用于彎曲基 板，不過(guò)，設(shè)計(jì)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(jì)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(diǎn)，它擁有單層的結(jié)構(gòu)，并且相對(duì)于雙層互電容來(lái)說(shuō)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(guò)檢測(cè)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(diǎn)以致集成 過(guò)程更加簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)功 能，性能以及成本的平衡。通過(guò)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(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐久性高，透 明度高，多點(diǎn)觸摸電容并且成本低，并且不受表面污點(diǎn)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(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以描述本發(fā)明的技術(shù)方案而不是對(duì)本技術(shù)方法 進(jìn)行限制。
權(quán)利要求
1.一種觸摸屏制備方法，包括在LCD單元上布置玻璃襯底，在所述玻璃襯底的一面涂覆ITO層； 為照相平版印準(zhǔn)備電極的圖案，將ITO層制成所準(zhǔn)備的電極的圖案； 其中，所述ITO電極朝下，位于玻璃襯底和LCD單元之間。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述玻璃襯底位于最上端，用于為接觸面板提供保 護(hù)，所述接觸面板使用高耐用性材料。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述LCD單元和接觸面板之后還布置黏合層和屏蔽層。
4.權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述接觸面板和LCD單元的玻璃襯底之間布置偏光 器。
5.權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述玻璃襯底的厚度為1.1mm，所述ITO電極層厚度 為1500埃，電極之間的間距大于lOOum。
6.權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述ITO電極層采用互電容，包括驅(qū)動(dòng)線和感應(yīng)線。
7.權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述ITO電極層的感應(yīng)器包括驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極， 感應(yīng)電極位于中間，驅(qū)動(dòng)電極圍繞感應(yīng)電極。
8.權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述ITO電極的外部面積為2x2，4x4,6x6或者 8x8mm2。
全文摘要
本發(fā)明提供一種觸摸屏制備方法，包括在玻璃襯底的一面涂覆ITO層；為照相平版印準(zhǔn)備電極的圖案，將ITO層制成所準(zhǔn)備的電極的圖案。
文檔編號(hào)G06F3/041GK102073410SQ201010623480
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)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(qǐng)人:廣東中顯科技有限公司