本發(fā)明涉及觸控領(lǐng)域，具體地涉及一種三維度感應(yīng)觸摸屏。

背景技術(shù)：

觸摸屏是目前最簡單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。為了在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)壓力的感應(yīng)，手指觸摸是最直接的方式。對壓力的檢測通常是通過力的形變效應(yīng)，具體地說，或是通過檢測屏幕產(chǎn)生的形變，或是檢測指肚的形變，顯然后者并不易實(shí)現(xiàn)。然而，屏幕在受到壓力時會發(fā)生區(qū)域性的形變，導(dǎo)致定位不準(zhǔn)，并且隨著力度的不同造成的形變的大小也不同，要想檢測出形變的大小就需要屏幕對壓力的感應(yīng)特別靈敏，這就導(dǎo)致對觸摸屏的材料要求十分苛刻。因此，亟需提供一種能夠解決上述這些問題的觸摸屏。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一方面提供了一種三維度感應(yīng)觸控系統(tǒng)，包括：觸摸傳感器，包括電容觸摸傳感器和壓力觸摸傳感器，在觸摸屏的屏體平面受觸摸時，通過電容觸摸傳感器檢測受觸摸處在屏體平面內(nèi)的位置坐標(biāo)，且通過壓力觸摸傳感器檢測受觸摸處受到的壓力，并將壓力的在垂直于屏體平面的方向上的分量與位置坐標(biāo)合成一個三維度觸摸信號；以及觸控集成電路，通過柔性電路板接口與觸摸傳感器相連接，并且通過I2C接口與整機(jī)主控芯片相連接，觸控集成電路接收三維度觸摸信號，并將三維度觸摸信號在進(jìn)行初步處理之后傳輸?shù)秸麢C(jī)主控芯片。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，壓力觸摸傳感器是由石墨烯或碳納米管制成的。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，壓力觸摸傳感器的厚度在0.05mm-4mm的范圍內(nèi)。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，壓力觸摸傳感器的對于壓力的靈敏度在0.1g/cm²-5000g/cm²范圍內(nèi)。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，壓力觸摸傳感器的基底材料選自橡膠、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯或聚酰亞胺，有機(jī)硅膠以及乙烯-醋酸乙 烯共聚物之一。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，柔性電路板接口通過第一數(shù)量的感應(yīng)通道和第二數(shù)量的驅(qū)動通道與電容觸摸傳感器相連接，且通過第三數(shù)量的壓力通道與壓力觸摸傳感器相連接，且柔性電路板接口還通過第一數(shù)量的感應(yīng)通道、第二數(shù)量的驅(qū)動通道和第三數(shù)量的壓力通道與觸控集成電路相連接。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，第一數(shù)量在1至50的范圍內(nèi)，第二數(shù)量在1至50的范圍內(nèi)，且第三數(shù)量在1至20的范圍內(nèi)。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，所有的所述壓力觸摸傳感器共用一個接地通道，每個所述壓力觸摸傳感器對應(yīng)各自的一個壓力通道。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，壓力觸摸傳感器以貼合的方式安裝。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，壓力觸摸傳感器安裝在觸控模組的蓋板面。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，壓力觸摸傳感器安裝在觸摸屏后面的顯示屏四周。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，壓力觸摸傳感器安裝在顯示屏后部。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，壓力觸摸傳感器以直接綁定方式或焊接方式連接在觸控傳感器內(nèi)部。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，壓力觸摸傳感器連接到觸摸屏的柔性電路板接口。

本發(fā)明的第二方面提供了一種三維度感應(yīng)觸摸屏，其包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的三維度感應(yīng)觸控系統(tǒng)。

本發(fā)明的有利效果：本發(fā)明提供的三維度感應(yīng)觸摸屏，不僅能夠識別手指點(diǎn)擊的位置，而且還可以區(qū)分不同的壓力值和觸摸方式，比如分辨指甲點(diǎn)擊和指腹按壓的區(qū)別，從而可以通過不同的手指動作實(shí)現(xiàn)不同的操作，為用戶在文本處理、表格處理和玩游戲時帶來更強(qiáng)大的工具和更流暢的體驗(yàn)。

上述發(fā)明內(nèi)容只是概要，并且因此不可避免地包含對細(xì)節(jié)的簡化、概括和省略；因此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解該概要僅僅是為了進(jìn)行說明，并非旨在以任何方式作出限制。通過下面的具體實(shí)施方式，在此描述的這些裝置和/或方法和/或其他發(fā)明主題的其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。

附圖說明

結(jié)合附圖，由下面的描述以及所附的權(quán)利要求，本發(fā)明的上述以及其他特征將變 得更加顯而易見。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一方面的三維度感應(yīng)觸控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中的三維度感應(yīng)觸控系統(tǒng)的用于分別將觸摸傳感器和觸控集成電路與柔性電路板接口相連接的接口通道的細(xì)節(jié)示意圖。

圖3是圖1中的三維度感應(yīng)觸控系統(tǒng)當(dāng)受到觸摸時的示意圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二方面的三維度感應(yīng)觸摸屏的側(cè)視圖和正視圖。

圖5是用于感應(yīng)Z軸壓力信號的壓力觸摸傳感器在智能手機(jī)中的安裝示意圖。

具體實(shí)施方式

在下文的具體實(shí)施方式中，將參照形成本說明書一部分的附圖。在附圖中，相似的附圖標(biāo)記通常指代相似的部件，除非上下文中另行指出。在具體實(shí)施方式、附圖和權(quán)利要求書中所描述的示意性實(shí)施例并非旨在限制本發(fā)明。在不偏離在此展示的發(fā)明主題的原理和范圍的情況下，可以采用替代的實(shí)施例，也可以對實(shí)施例進(jìn)行修訂和改型。易于理解的是，在本文中大致描述的以及附圖中所圖示的本發(fā)明的各方面可以在寬泛的配置變化中進(jìn)行排列、替換、組合、分拆和刪節(jié)，所有這些排列、替換、組合、分拆和刪節(jié)均落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一方面的三維度感應(yīng)觸控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的三維度感應(yīng)觸控系統(tǒng)包括觸摸傳感器1。觸摸傳感器1包括兩類，一類是感應(yīng)平面位置坐標(biāo)的電容觸摸傳感器，另外一類是用于感應(yīng)Z軸壓力信號的壓力觸摸傳感器。在觸摸屏的屏體平面受觸摸時，通過電容觸摸傳感器檢測受觸摸處在屏體平面內(nèi)的位置坐標(biāo)，且通過壓力觸摸傳感器檢測受觸摸處受到的壓力，并將壓力的在垂直于屏體平面的方向上的分量與位置坐標(biāo)合成一個三維度觸摸信號。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，屏幕在受到壓力時會發(fā)生區(qū)域性的形變，導(dǎo)致定位不準(zhǔn)，并且隨著力度的不同造成的形變的大小也不同，要想檢測出形變的大小就需要屏幕對壓力的感應(yīng)特別靈敏，這就導(dǎo)致對觸摸屏的材料要求十分苛刻。為此，本發(fā)明的三維度感應(yīng)觸控系統(tǒng)獨(dú)創(chuàng)地采用了由石墨烯或碳納米管制成的壓力觸摸傳感器。碳納米管和石墨烯分別是優(yōu)良的一維和二維碳材料,它們分別體現(xiàn)出了一維的和二維的各向異性,如導(dǎo)電性、力學(xué)性能和導(dǎo)熱性等，在壓力感應(yīng)方面也體現(xiàn)了優(yōu)異的靈敏性，但之前尚未在壓力觸控方面尤其是未在用于智能設(shè)備的壓力觸控方面得到應(yīng)用。本發(fā)明的壓力觸摸傳感器的厚度可以在0.05mm-4mm的范圍內(nèi)調(diào)整。本發(fā)明的壓力觸摸傳感器對于壓力的靈敏度可以在0.1g/cm²-5000g/cm²范圍內(nèi)調(diào)整。本發(fā)明的壓力觸摸傳 感器的基底材料可以選自橡膠、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯或聚酰亞胺，有機(jī)硅膠，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)之一。通過以上述技術(shù)參數(shù)制成的壓力觸摸傳感器，能夠以貼合的方式安裝，不僅能檢測出點(diǎn)擊時壓力的大小，甚至還可以區(qū)分不同的壓力值和觸摸方式，比如分辨指甲點(diǎn)擊和指腹按壓的區(qū)別。

從圖1中可見，本發(fā)明的三維度感應(yīng)觸控系統(tǒng)還包括觸控集成電路3，通過柔性電路板接口2與觸摸傳感器1相連接，并且通過I²C接口4與整機(jī)主控芯片相連接，觸控集成電路3接收來自觸摸傳感器1的三維度觸摸信號，并將三維度觸摸信號在進(jìn)行初步處理之后傳輸?shù)秸麢C(jī)主控芯片。

圖2是圖1中的三維度感應(yīng)觸控系統(tǒng)的用于分別將觸摸傳感器1和觸控集成電路3與柔性電路板接口2相連接的接口通道的細(xì)節(jié)示意圖。參見圖2，上述觸摸傳感器1包括兩類，一類是感應(yīng)平面位置坐標(biāo)的電容觸摸傳感器，輸出信號到R1至Rp共p個感應(yīng)通道和T1至Tn共n個驅(qū)動通道；另外一類是用于感應(yīng)Z軸壓力信號的壓力觸摸傳感器，輸出信號到Z1至Zm共m個壓力通道，每個壓力通道對應(yīng)各自的一個壓力觸摸傳感器，所有壓力觸摸傳感器共用一個接地(Gnd)通道。所述接口通道包括：R1至Rp共p(1至50)個感應(yīng)通道，T1至Tn共n(1至50)個驅(qū)動通道，以及Z1至Zm共m(1至20)個壓力通道。從圖1中可見，柔性電路板接口2通過p個感應(yīng)通道和n個驅(qū)動通道與電容觸摸傳感器相連接，且通過m個壓力通道與壓力觸摸傳感器相連接，且柔性電路板接口2同樣地通過p個感應(yīng)通道、n個驅(qū)動通道和m個壓力通道與觸控集成電路3相連接。由此，通過柔性電路板接口2構(gòu)成了觸摸傳感器1與觸控集成電路3的對接，實(shí)現(xiàn)了信號連通。

圖3是圖1中的三維度感應(yīng)觸控系統(tǒng)當(dāng)受到觸摸時的示意圖。如圖3所示，當(dāng)受到觸摸時，屏幕出現(xiàn)區(qū)域性的形變，而本發(fā)明的三維度感應(yīng)觸控系統(tǒng)并不是簡單地感應(yīng)屏幕的受觸摸處的坐標(biāo)，還能夠感知受觸摸處受到的壓力。屏幕在受到壓力時發(fā)生的各個區(qū)域性的形變(壓力錐)的中心點(diǎn)將被本發(fā)明的三維度感應(yīng)觸控系統(tǒng)記錄，經(jīng)過初步處理能夠得到多個壓力錐的總體中心點(diǎn)，也即圖中附圖標(biāo)記8所指的錐點(diǎn)。本發(fā)明的三維度感應(yīng)觸控系統(tǒng)，以觸摸屏的屏體平面為x-y平面，且以垂直于x-y平面的方向?yàn)閦軸方向，由此建立了三維度坐標(biāo)系，并且在觸摸屏受到觸摸時將受觸摸處(圖4中多個壓力錐的總體中心點(diǎn)8)的x、y位置坐標(biāo)值和在z軸方向受到的壓力記錄下來生成三維度觸摸信號。由于本發(fā)明的三維度感應(yīng)觸控系統(tǒng)獨(dú)創(chuàng)地采用了由石墨烯或碳納米管制成的壓力觸摸傳感器，故而能夠更加靈敏地檢測到各個區(qū)域性的形變的總體中心點(diǎn)。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二方面的三維度感應(yīng)觸摸屏的側(cè)視圖和正視圖，其中圖4左方為側(cè)視圖，右方為正視圖。如圖4所示，感應(yīng)XY平面坐標(biāo)的電容觸摸傳感器安裝在觸摸屏的背面，而屏體正面是電容觸控感應(yīng)面9。圖4中示出了綁定區(qū)域6，在綁定區(qū)域6中安裝有柔性電路板接口2(未示出)，經(jīng)此將電容觸摸傳感器和觸控集成電路3對接，觸控集成電路3繼而通過I²C接口4與整機(jī)主控芯片相連接。

圖5是用于感應(yīng)Z軸壓力信號的壓力觸摸傳感器10在智能手機(jī)中的安裝示意圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明的三維度感應(yīng)觸控系統(tǒng)不僅適用于智能手機(jī)，也適用于使用觸摸屏的任何智能系統(tǒng)。如圖5所示，在此優(yōu)選實(shí)施例中，所有的壓力觸摸傳感器10共用一個接地(GND)通道，每個壓力觸摸傳感器10包括單獨(dú)的一個壓力通道。壓力觸摸傳感器10以直接綁定方式或焊接方式連接在觸控傳感器內(nèi)部。每個智能手機(jī)可以安裝一個或者更多個壓力觸摸傳感器10。壓力觸摸傳感器10以貼合的方式安裝，可以安裝在觸控模組的蓋板面，可以安裝在觸摸屏后面的顯示屏四周，也可以安裝在顯示屏后部，根據(jù)最終產(chǎn)品的設(shè)計要求可以調(diào)整。

常規(guī)的壓力觸摸傳感器需要在屏幕下方鋪滿一層或者在屏幕邊緣整個鋪滿一圈，才可以有效感應(yīng)壓力變化，而本發(fā)明采用的壓力觸摸傳感器只需要根據(jù)屏幕的尺寸大小在屏幕邊緣分布1至m個，即可感知整個屏幕的壓力變化。如上文所述，在此優(yōu)選實(shí)施例中，m的數(shù)值范圍為1至20。

本發(fā)明提供的三維度感應(yīng)觸摸屏，不僅能夠識別手指點(diǎn)擊的位置，而且還可以區(qū)分不同的壓力值和觸摸方式，比如分辨指甲點(diǎn)擊和指腹按壓的區(qū)別，從而可以通過不同的手指動作實(shí)現(xiàn)不同的操作，為用戶在文本處理、表格處理和玩游戲時帶來更強(qiáng)大的工具和更流暢的體驗(yàn)。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，通常，在說明書中以及在權(quán)利要求書中使用的術(shù)語通常希望被視為“開放式”術(shù)語，術(shù)語“具有”應(yīng)當(dāng)被解釋為“至少具有”，術(shù)語“包括”應(yīng)當(dāng)被解釋為“包括但不限于”等。除非另有規(guī)定，術(shù)語“連接”、“相連”應(yīng)當(dāng)被寬泛地解釋，可以是直接相連也可以是間接相連，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。

盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的具體實(shí)施方案例示并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在具體實(shí)施方案中進(jìn)行上述的以及其他的在形式和細(xì)節(jié)方面的變化，包括但不限于添加、減少或修改元件或以等同物進(jìn)行替代。