CN102117158B - 触摸屏及触摸装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种触摸屏，包括一工作层、一检测层、一绝缘层、一基层及一触摸层，其特征在于：所述检测层为透明导电膜，其上设有一检测电极，所述工作层上设有带状电阻线，所述带状电阻线沿工作层一侧边延伸，至边沿处以一定的间隔折回，反复弯折到达工作层的另一侧边，其两端点形成两个电极。进一步的改进在于所述带状电阻线因间隔的差别形成多个具有不同触摸精度的区域。相比现有的电阻触摸屏，本发明提供的触摸屏通过在触摸区调整带状电阻线的分布密度，可以实现触摸屏中不同的触摸区域对触摸精度的要求，同时因触摸区中的部分区域的带状电阻线的密度较低，降低了整个带状电阻线的电阻值，相应的降低了手持式消费终端的驱动电压的要求。

Description

触摸屏及触摸装置

技术领域

本发明涉及一种触摸屏及触摸装置，尤其涉及一种能够支持单点或两点输入的电阻触摸屏及触摸装置。

背景技术

现有的触摸屏根据其工作原理通常可分为：电阻式、电容式、红外、表面声波、电磁以及压力传感等几种。在表面声波技术中，超声波通过换能器在触摸屏表面水平和垂直发送，当面板被触碰时，触点处的声波能量被吸收，传感器检测到声波的变化进而对触点进行定位。在红外技术中，光束通过发光二极管在触摸屏表面上水平和垂直发送，当面板被触碰时，触点处的光束被阻断，光检测器检测到此变化进而对触点进行定位。

在电容式技术中，触摸屏被涂覆了一层能够存储电荷的材料，当面板被触碰时，少量电荷被吸引到触点处，通过电路测量该电荷进而对触点进行定位。

在电阻式技术中，电阻触摸屏是一种多层的复合薄膜，有一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层ITO(氧化铟)透明导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料触摸层，其内表面也涂有一层导电层(ITO或镍金)，在基层和触摸层的导电层之间有许多细小的透明隔离点把他们隔开绝缘。当手指触碰触摸屏时，平时相互隔离的两层导电层就在触点处接触，因其中一面导电层接通Y轴方向的均匀电压场，两层的接触使另一面导电层(侦测层)的电压由零变为非零，控制器侦测到电压后进行A/D转换，并将得到的电压值与基准电压值相比从而得到触点的Y轴坐标，同理在另一面导电层上接通X轴方向的均匀电压场即可获得触点的X坐标，从而获得触点位置。

上述的电阻式触摸屏技术存在一个问题是即使当传感表面上有多个目标时，触摸屏也仅能报告一个点，即缺乏同时追踪多个触点的能力。

中国专利申请“200810067470.4”公开了一种多点电阻触摸屏，其包括透明介质支撑层，上侧设有透明介质触摸层，于透明介质支撑层上表面设有矩形ITO导电膜，该矩形ITO导电膜间设有隔离区，矩形ITO导电膜的两端镀有电极，由电极引出线引出，透明介质触摸层下表面垂直于支撑层上表面矩形ITO导电膜方向设有矩形ITO导电膜，矩形ITO导电膜间分布设有隔离区，矩形ITO导电膜的两端镀有电极，由电极引出线引出。该方案中将两层导电膜均划分为若干根矩形导电条，每层导电膜上的各导电条相互平行并绝缘，通过多行、多列按矩阵形式排列在交叉处形成导电区，来对应多个可触摸位置，但该方案扔存在以下缺陷：1.每一导电区内只能辨识一点，当多个触点落在同一导电区内时仅能辨认一点；2.每一根矩形导电条两端均需设置电极，通过引线与控制电路连接，导电条数目的增加会造成控制电路元件的增加，造成体积增大和制造成本的增长，导电条数目过少又会影响触摸屏的分辨率。

在消费类电子产品中，如手机、MID上网终端等手持产品中，触摸屏的使用主要由焦点的点击及字符输入，通常情况焦点在屏中间部位，焦点的图案都是较大的，对点击的位置精度要求较低，而焦点在屏慕的上下两端，图案则相对较小，因而对点击位置精度要求较高；另一个方面对焦点的操作，通常有多点的操作需求，如图像的放大、旋转、翻页等；字符输入则需要采集输入的笔画的运动轨迹，其实质也是众多的单点操作的集合，如查触摸屏支持全屏输入，因用户输入文字较大，相应的降低了对点击位置精度要求，而有一部分消费类电子产品在整个显示屏的下端划定一个字符输入区，由于输入的范围缩小，因而对点击位置精度要求更高。

现有的方案是根据屏幕输入要求的不同，将屏幕分成两个部分，如图1所示，A部分是一多点触摸区，由电阻式触摸屏构成；B部分是一单点触摸区，由电容屏构成，触摸屏设置两个触摸区，使得用户可以根据不同的需求来选择使用相应的触摸区，实现两个类型的触摸屏的优势互补，既具有完整的功能，同时也节约了成本。

采用两类触摸屏构成显示屏的方案，虽然有一定的优势，但由于整个触摸屏由两个部分构成，增加了生成装配的难度，另外，也带来了计算处理的上复杂度。

因此，有必要提供一种新型的触摸屏，采用一种类型的触摸屏，满足不同区域有不同操作精度的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有电阻触摸屏存在的问题，提供一种触摸屏，通过触点处检测到的电阻值对触点进行定位，并可支持两点触摸。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种触摸屏，包括一工作层、一检测层、一绝缘层、一基层及一触摸层，其特征在于：所述检测层为透明导电膜，其上设有一检测电极，所述工作层上设有带状电阻线，所述带状电阻线沿工作层一侧边延伸，至边沿处以一定的间隔折回，反复弯折到达工作层的另一侧边，其两端点形成两个电极。

进一步的改进在于所述带状电阻线因间隔的差别形成多个具有不同触摸精度的区域。

本发明的另一目的在于提供一种触摸装置，包括一触摸屏和一控制电路，所述触摸屏包括一工作层、一检测层、一绝缘层、一基层及一触摸层，所述控制电路包括一第一模数转换器及一主控芯片：

所述检测层为透明导电膜，其上设有一检测电极；所述工作层上设有带状电阻线，所述带状电阻线两端设于工作层边沿，所述带状电阻线沿工作层一侧边延伸，至边沿处以一定的间隔折回，反复弯折到达工作层的另一侧边，其两端点形成两个电极；所述主控芯片选择性将所述带状电阻线的两端分别与一电源导通并在触摸屏被触摸时通过所述检测电极形成回路；以及所述主控芯片通过所述第一模数转换器获得所述触摸屏的电阻值并根据电阻值确定触点位置。

本发明提供的触摸屏及触摸装置，通过在触摸区调整带状电阻线的分布密度，可以实现触摸屏中不同的触摸区域对触摸精度的要求，同时因部分区域的带状电阻线的密度较低，降低了整个带状电阻线的电阻值，相应的降低了手持式消费终端的驱动电压的要求。

附图说明

图1是现有分区域的触摸屏的整体结构示意图；

图2是电阻型触摸装置的结构示意图；

图3是电阻型触摸屏控制电路的电路示意图；

图4是电阻型触摸屏的坐标示意图；

图5a和5b是电阻型触摸屏被触摸两点时的等效电路图；

图6是电阻型触摸屏被触摸三点时的等效电路图；

图7、8是本发明电阻区带状电阻线实现疏密分布的触摸屏结构示意图。

图9是图7、8本发明带状电阻线疏密分布结构的触摸屏触点座标计算图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图2，电阻型触摸装置包括触摸屏及控制电路，所述触摸屏包括一工作层12和一检测层14，其间以一透明绝缘层分隔(图未示)，所述工作层12为矩形透明导电膜，其上蚀刻有电阻率均匀的带状电阻线122，所述带状电阻线122一端的电极data1设于工作层12一角，带状电阻线122沿工作层12一侧边延伸，至边沿处折回，形成一蛇形结构，至工作层12的对角处形成另一端的电极data2，所述检测层14为电阻率均匀的矩形透明导电膜，设有一检测电极com。

参阅图3，所述带状电阻线122的两端电极data1和data2以及工作层的检测电极com均与控制电路连接，所述控制电路包括一主控芯片22、一恒流源芯片24、一模数转换器AD、一分流电阻Rt以及两开关K1和K2，所述恒流源芯片24分别通过开关K1和K2与所述触摸屏的带状电阻线122的两端电极data1和data2对应连接，提供恒定电流，所述触摸屏的检测电极com接地，所述模数转换器AD一端与所述主控芯片22连接，另一端连接于所述恒流源芯片24与开关K1和K2之间，将检测到得电压信号传回所述主控芯片，所述主控芯片22分别与所述开关K1和K2连接控制其闭合，所述分流电阻Rt连接于所述恒流源芯片24与检测电极com之间。

在一个检测周期内所述主控芯片22分别开合开关K1和K2一次，从而使所述恒流源芯片24分别为所述触摸屏的带状电阻线122两端电极data1和data2供电，所述模数转换器AD检测触摸屏的电压并传回主控芯片22，由于分流电阻Rt的电阻值和恒流源芯片24提供的电流值已知，主控芯片22根据模数转换器AD检测到的电压值可计算出触摸屏的电阻值进而得出触点坐标。所述分流电阻Rt的作用是减小触摸屏的电压变化范围，例如，恒流源芯片24输出的电流为5毫安，触摸屏电极data1到检测电极com之间的电阻范围为100欧姆到100千欧，分流电阻Rt为1000欧姆，则模数转换器AD检测到的电压就在0.45伏至4.95伏之间，如果去掉分流电阻Rt，模数转换器AD检测到的电压就在0.5伏至500伏之间，增加主控芯片22处理的要求。

所述触摸屏的定位原理如下：参考图4，设所述带状电阻线122单位长度电阻是M₀(欧姆/米)，设定电极data1处为触摸屏的坐标原点(0，0)，电极data2所处的触摸屏对角的坐标位置为(X₀，Y₀)，带状电阻线122弯折后相邻两段中心间的距离以及带状电阻线122和工作层12边沿的距离均为T₀，当触摸屏上有两点A和B被触摸时，在电极data1处进行测量的时候，此时控制电路中开关K1被闭合，开关K2打开，触摸屏的等效电路图参考图5a，设电极data1到电极com之间的电阻是M₁，那么从A点到坐标原点的带状电阻线的长度L₁可根据公式L₁＝M₁/M₀获得，将L₁除以(Y₀+T₀)，可以得到整数部分为X_K1，小数部分为L₁₁，参考公式L₁＝X_K1*(Y₀+T₀)+L₁₁，然后将L₁₁除以M₀，得到Y_K1，如果X_K1是偶数的话，那么A点的坐标就是(X_K1*T₀，Y_K1)；如果X_K1是奇数的话，那么A点的坐标就是(X_K1*T₀，Y₀-Y_K1)。

在此电阻M₁等于电阻R1的阻值加上电阻R2、Ra1、Ra2串联再与电阻Rb1和Rb2并联后的阻值，由于Ra1+Ra2＜＜R1且Rb1+Rb2＜＜R1，其并联后的电阻也远小于电阻R1，因此M₁约等于R1。

在电极data2处进行测量的时候，此时控制电路中开关K1被打开，开关K2闭合，触摸屏的等效电路参考图5b，设电极data2到com测量得到的电阻为M₂，那么从B点到坐标(X₀，Y₀)的带状电阻线长度L₂可根据公式L₂＝M₂/M₀获得，然后将L₂除以(Y₀+T₀)，可以得到整数部分为X_K2，小数部分为L₁₂，参考公式L₂＝X_K2*(Y₀+T₀)+L₁₂，然后将L₁₂除以M₀得到Y_K2。如果X_K2是偶数的话，那么B点的坐标就是(X₀-X_K2*T₀，Y₀-Y_K2)，如果X_K2是奇数，那么B点的坐标就是(X₀-X_K2*T₀，Y_K2)。

在此电阻M₂等于电阻R3的阻值加上电阻R2、Ra1、Ra2串联再与电阻Rb1和Rb2并联后的阻值，由于Ra1+Ra2＜＜R3且Rb1+Rb2＜＜R3，其并联后的电阻也远小于电阻R3，因此M₁等于R3。从目前的实际应用中我们带状电阻线的方块电阻值一般在300欧姆以上而触点到电极com的电阻可控制在300欧姆以下，假设我们的带状电阻线122的宽度是0.5毫米，即使在极限情况下即触点接近带状电阻线122两端，触点电阻最大会给我们带来0.5毫米的误差，可以忽略。此外，为了进一步降低检测层14接入等效电路中的电阻，可以在检测层四周涂上低阻值的导电条，所述检测电极com设于所述导电条上。

如果只有一个触点，我们同样可以像前面的方法来分别从电极data1和data2处进行测量，然后得到相应的坐标值，两次得到的坐标是相同的。

如果有三个点同时接触，如图6所示，虽然从电极data1和data2处进行测量都不能得到C点的坐标，然而C点的存在也不影响其它两点A和B坐标的正确测量。因此，即使有更多个点存在，从电极data1处测量电阻并计算得到的触点的坐标位置是从带状电阻线122长度上来说离电极data1处最近的一个触点的坐标，从电极data2处测量电阻并计算得到的触点的坐标位置是从带状电阻线122长度上来说离电极data2处最近的一个触点的坐标。

如果触点正好位于上下两侧的横向连接线的时候，用上面的公式就会出现一定的误差，但是由于一般情况下，Y₀＞＞T₀，且用户也基本不会触碰到触摸屏的最边沿处，因此所以这种误差也可以忽略。

可以理解，工作层12设于触摸屏的触摸层内表面而检测层14设于基层表面，作为其它实施方式，所述工作层12也可设于基层表面而检测层14设于触摸层内表面。

另外，带状电阻线122弯折后相邻两段的中心间隔T₀是固定的，本领域的技术人员也清楚，依本发明提供的技术方案，如带状电阻线122弯折后相邻两段的中心间隔以T₀、2T₀、T₀、2T₀的方式交替，只要在计算触点的位置坐标时考虑这一因素，均可以运用本发明提供的方法计算触点的位置坐标。

请参考图6的触摸屏结构，该触摸屏由两个部分组成，一个是带状电阻线较密的区域40，适于位置精度要求的较高的操作，如字符输入等；另一个是带状电阻线分布较疏的区域20，该类触摸屏带状电阻线的分布与前述区别只是相邻两段的中心间隔以T₀发生了改变，只要在计算触点的位置坐标时考虑这一因素，均可以运用前面介绍的方法计算触点的位置坐标。可以理解带状电阻线分布的间隔T₀是触摸精度的关键因素，间隔T₀越小，触摸精度越高。

请参考图7所示的触摸屏结构，相比图6该触摸屏由三个部分组成，包括两个高精度操作区30、40，及一个低精度操作区20。其位置坐标的计算也仅需要考滤相邻两带状电阻线中心间隔T₀的变化即可。

对于图7、图8所示的触摸屏结构，只要每个子区域20、30、40的电阻线的排布间隔是是均匀的，同时每个子区域电阻线的单位长度的电阻也是相同的。触摸点坐标位置的计算除上述方法之外，也可以采用如下方法。

请参阅图9所示，在这种方式下，处理相对比较简单同时也有利于量产。我们可以测定该屏幕上任意一点到原点位置的电阻值，为了获得其空间位置，我们需要将电阻值转化为坐标值。

我们定义如下的一个空间坐标系，其纵向最大坐标为Yt，横向的最大坐标为Xt，我们可以简单的从物理排布的关系得到每一根横向的电阻线的纵坐标Y，但是我们需要知道每一根横向电阻线的两端位置到原点的电阻值，在实际的处理过程中，我们可以逐个的进行测量得到每根横向电阻线两端位置到原点的电阻值。

在计算任意一个接触点的Y坐标的时候，我们只需要读出该接触点到原点的电阻值，比如该电阻值刚好介于a0和a1两个端点到原点的电阻值之间，那么我们就可以得到该点的纵坐标了。

横坐标的计算方法也比较简单，例如我们的接触点T还是处于(a0，a1)的线段上，其到原点的电阻值是Rt，同时我们已经知道了两端的电阻值是Ra0和Ra1，以及各自的横坐标0和Xt。那么就有以下等式成立：

$\frac{x}{\mathrm{Ra}0-\mathrm{Rt}}=\frac{\mathrm{Xt}-0}{\mathrm{Ra}0-\mathrm{Ra}1}$ 公式1

那么接触点T的横坐标就是：

$x=\frac{\mathrm{Xt}-0}{\mathrm{Ra}0-\mathrm{Ra}1}\×(\mathrm{Ra}0-\mathrm{Rt})$ 公式2

在这个例子中，从分布结构上来看：Ra0是大于Ra1的。但在该线的上下紧邻的两根电阻线，左边端点的电阻值是小于右边端点的电阻值的，那么计算坐标值的时候，就需要做相应的调整，假设Ra0是小于Ra1。

则横坐标x就是：

$x=\frac{\mathrm{Xt}-0}{\mathrm{Ra}1-\mathrm{Ra}0}\×(\mathrm{Rt}-\mathrm{Ra}0)$ 公式3

但是从公式3和公式2的结果来看，其实横坐标x都是可以用公式2来表示的：

$x=\frac{\mathrm{Xt}-0}{\mathrm{Ra}0-\mathrm{Ra}1}\×(\mathrm{Ra}0-\mathrm{Rt})$

本领域的人员也清楚，在本发明提供的电阻触摸屏结构，只要系统的主控芯片中存储有带状电阻线形状、阻值和坐标对应关系的表格，任意形状的带状电阻线分布均可通过查表确定触点的坐标位置，通过查表获取触点坐标。

在计算触摸屏的过程中，控制电路从第一端处测得的阻值，主控芯片可通过查表一得到相应的触点坐标，从第二端处测得的阻值，主控芯片可通过查表二得到相应的触点坐标，藉此即可完成单点或两点触摸的定位。

可以理解，电极data1和data2也可设于工作层12的同一侧，带状电阻线122由电极data1出发反复弯折到达工作层12另一侧后再沿着边缘折返到电极data2。

本发明通过在触摸区调整带状电阻线的分布密度，可以实现触摸屏中不同的触摸区域对触摸精度的要求，同时因部分区域的带状电阻线的密度较低，降低了整个带状电阻线的电阻值，相应的降低了手持式消费终端的驱动电压的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种触摸屏，包括一工作层、一检测层、一绝缘层、一基层及一触摸层，其特征在于：所述检测层为透明导电膜，其上设有一检测电极，所述工作层上设有带状电阻线，所述带状电阻线沿工作层一侧边延伸，至边沿处以一定的间隔折回，反复弯折到达工作层的另一侧边，其两端点形成两个电极。

2.根据权利要求1所述的一种触摸屏，其特征在于：所述带状电阻线因间隔的差别形成多个具有不同触摸精度的区域。

3.根据权利要求2所述的触摸屏，其特征在于：所述触摸屏包括两个高精度触摸区及其中间分布一低精度的触摸区。

4.根据权利要求1所述的触摸屏，其特征在于：所述工作层设于触摸层内表面，所述检测层设于基层表面。

5.根据权利要求1所述的触摸屏，其特征在于：所述工作层设于基层表面，所述检测层设于触摸层内表面。

6.一种触摸装置，包括一触摸屏和一控制电路，所述触摸屏包括一工作层、一检测层、一绝缘层、一基层及一触摸层，所述控制电路包括一第一模数转换器及一主控芯片，其特征在于：

所述检测层为透明导电膜，其上设有一检测电极；

所述工作层上设有带状电阻线，所述带状电阻线两端设于工作层边沿，所述带状电阻线沿工作层一侧边延伸，至边沿处以一定的间隔折回，反复弯折到达工作层的另一侧边，其两端点形成两个电极；

所述主控芯片选择性将所述带状电阻线的两端分别与一电源导通并在触摸异被触摸时通过所述检测电极形成回路；以及

所述主控芯片通过所述第一模数转换器获得所述触摸屏的电阻值并根据电阻值确定触点位置。

7.根据权利要求6所述的触摸装置，其特征在于：所述带状电阻线因间隔的差别形成多个具有不同触摸精度的区域。

8.根据权利要求6所述的触摸装置，其特征在于：与带状电阻线垂直的触点纵座标的位置可根据测得的电阻值的所在的区间确定。

9.根据权利要求6或8所述的触摸装置，其特征在于：与带状电阻线平行的触点横座标的位置可以通过触点所在段的带状电阻线两端点的电阻用等比公式求得。

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