TOUCH CONTROL SUBSTRATE AND DISPLAY APPARATUS

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种触控基板及显示装置。

触摸屏因具有易操作性、直观性和灵活性等优点，已成为个人移动通讯设备和综合信息终端(如平板电脑、智能手机、超级笔记本电脑等)的主要人机交互手段。触摸屏根据不同的触控原理可分为电阻触摸屏、电容触摸屏、红外触摸屏和表面波(SAW)触摸屏四种主要类型。电容触摸屏具有多点触控的功能，并且反应时间快，使用寿命长和透过率较高，用户使用体验优越。同时随着工艺的逐步成熟，电容触摸屏的良品率得到显著提高，价格日益降低，因此目前已成为中小尺寸信息终端触控交互的主要技术。

但是，发明人发现通过压力传感器以实现触控的方式是触控领域的一块短板，因此发明人对此进行了研究，提出一种在触摸屏中采用电阻应变片作为压力传感器以实现触控的技术方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题包括，针对现有的触控基板存在的上述问题，提供一种将压力传感器应用至触控中的触控基板及显示装置。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种触控基板，包括基底、设置在基底上的多条控制线、多条读取线和多个触控单元；其中，

每个所述触控单元包括设置在所述基底的第一侧面上的第一 极片和设置在所述基底的第二侧面上的第二极片，所述第一极片的正投影和所述第二极片的正投影至少部分重合，所述第一极片和所述第二极片通过贯穿所述基底的导电过孔电连接；并且

每个所述触控单元配置为在相应的控制线上所输入的控制信号的控制下工作，通过相应的所述读取线读取与所述触控单元中的第一极片和第二极片相对应的压力信号，以确定发生按压的触控点的位置。

可选地，所述多条控制线和所述多条读取线交叉且绝缘设置，并在每个交叉位置处限定一个所述触控单元；其中，每个所述触控单元还包括开关晶体管；每个所述开关晶体管的第一极分别与其对应的所述第一极片和所述第二极片电性连接，位于同一列的触控单元的所述开关晶体管的第二极与同一条读取线连接，位于同一行的触控单元的所述开关晶体管的控制极与同一条控制线连接。

可选地，每个所述触控单元还包括检测放大单元，所述检测放大单元被配置为将该触控单元中的第一极片和第二极片的电阻值的差转化为压力信号，并对压力信号进行放大，并通过所述读取线输出放大后的压力信号。

进一步可选地，所述检测放大单元为电桥检测电路，并且与每个所述检测放大单元相对应的所述第一极片和所述第二极片分别用作所述检测放大单元的电桥中的两个电阻。

进一步可选地，所述检测放大单元包括放大电路、开关晶体管、第一电阻和第二电阻；其中，第一电阻、第二电阻、第一极片和第二极片组成所述检测放大单元中的电桥，第一电阻与第一极片的连接点为所述电桥的第一端，第一极片与第二极片的连接点为所述电桥的第二端，第二极片与第二电阻的连接点为所述电桥的第三端，第二电阻与第一电阻的连接点为所述电桥的第四端；所述放大电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，其用于以电压形式输出所述压力信号；并且其中，所述开关晶体管的第一极连接至所述电桥的第二端，所述开关晶体管的第二极连接至所 述放大电路的第一输入端；所述电桥的第一端连接至电源电压端，所述电桥的第三端连接至低电压端或接地端，所述电桥的第四端连接至所述放大电路的第二输入端。

进一步可选地，所述放大电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和运算放大器，并且其中，所述运算放大器包括正输入端、负输入端和输出端；所述第五电阻的第一端连接至所述放大电路的第一输入端，第二端连接至所述运算放大器的负输入端和所述第七电阻的第一端；所述第六电阻的第一端连接至所述放大电路的第二输入端，第二端连接至所述运算放大器的正输入端和所述第八电阻的第一端；所述第七电阻的第二端连接至所述运算放大器的输出端，作为所述放大电路的输出端；所述第八电阻的第二端连接至参考电压端。

可选地，所述电桥为惠斯通电桥。

可选地，所述触控基板还包括采集单元和处理单元；其中，

所述采集单元用于采集通过各个所述读取线读取的压力信号；

所述处理单元用于对所述压力信号进行分析处理，以确定发生按压的触控点的位置。

可选地，所述第一极片和所述第二极片均具有螺旋状走线图案。

进一步可选地，所述螺旋状走线图案为圆形螺旋状走线图案或者方形螺旋状走线图案。

可选地，每个触控单元中的所述第一极片和所述第二极片的正投影完全重合。

可选地，所述第一极片和所述第二极片均为电阻应变片。

可选地，所述第一极片和所述第二极片的材料均包括康铜、镍铝合金、卡玛合金和铁铬铝合金中的任意一种。

可选地，所述触控基板为彩膜基板、阵列基板、有机电致发光二极管背板中的任意一种。

进一步可选地，所述触控基板为彩膜基板，其包括黑矩阵， 并且所述触控单元与所述黑矩阵的位置对应设置。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种显示装置，其包括上述的触控基板，以及与所述触控基板相对设置的对盒基板。

可选地，在所述触控基板为阵列基板或有机电致发光二极管背板的情况下，在所述对盒基板上与所述触控单元对应的位置设置有压力传导柱，所述压力传导柱与所述触控基板之间设有间隙。

进一步可选地，所述显示装置还包括设置在所述对盒基板与所述触控基板之间的隔垫物，所述压力传导柱与所述隔垫物同层设置且材料相同。

本发明具有如下有益效果：

当在根据本发明实施例的触控基板的基底的第一侧面发生按压时，对应于按压位置的触控单元的第一极片因受到压力而被压缩，这使得其电阻值变小，位于基底的第二侧面的与该第一极片相对设置的第二极片因受到张力而被拉长，这使得其电阻值变大。相比于第一极片和第二极片以其他方式设置的情况，与该第一极片正相对设置的第二极片受到张力的影响更为明显，从而使得与第一极片和第二极片上的电阻值的差相对应的压力信号更大。因此，通过读取线所读取的各个触控单元的压力信号，可以更精准地确定发生按压的触控点的位置。

图1为本发明实施例1的触控基板的结构示意图；

图2为本发明的实施例1的触控基板中检测放大单元的电路图；

图3为本发明的实施例1的触控基板中第一极片和第二极片的结构示意图；

图4为本发明的实施例1的触控基板的一种优选结构示意图；

图5为本发明的实施例1的触控基板为彩膜基板的示意图；以及

图6为本发明的实施例2的显示装置的示意图，其中触控基板为OLED背板或者阵列基板。

附图标记说明：10、基底；20、触控单元；30、控制线；40、读取线；50、压力传导柱；60、检测放大单元；70、黑矩阵；80、对盒基板；21、第一极片；22、第二极片；23、导电过孔；61、电桥；62、放大电路；621、运算放大器；TI、开关晶体管。

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种触控基板，包括基底10，设置在基底10上的多条控制线30(见图4)、多条读取线40(见图4)和多个触控单元20。其中，每个触控单元20包括设置在基底10的第一侧面上的第一极片21和设置在基底10的第二侧面上的第二极片22，且第一极片21的正投影(例如，在基底10上的正投影)和第二极片22的正投影(例如，在基底10上的正投影)至少部分重合，第一极片21和第二极片22通过贯穿基底10的导电过孔23电连接。每个触控单元20配置为在相应的控制线30上所输入的控制信号的控制下工作，通过相应的读取线40读取与触控单元20中的第一极片21和第二极片22相对应的压力信号，以确定发生按压的触控点的位置。可以理解的是，一个压力信号由一组第一极片21与第二极片22共同确定。

其中，第一极片21和第二极片22为电阻应变片。当在触控基板的基底10的第一侧面发生按压时，对应于按压位置的触控单元20的第一极片21因受到压力而被压缩，这使得其电阻值变小，位于基底10的第二侧面的与该第一极片21相对设置的第二极片22因受到张力而被拉长，这使得其电阻值变大。此时，通过读取 线40读取与第一极片21和第二极片22上的电阻值的差相对应的压力信号，也即感应与第一极片21和第二极片22相对应的压力信号是否发生变化，并且由处理器对压力信号进行处理，来确定发生按压的触控点的位置。例如，压力信号可以是由第一极片21和第二极片22上的电阻值之差转化的电压信号。

优选的，每个触控单元20中的第一极片21和第二极片22正相对，也即每个触控单元20中的第一极片21的正投影和第二极片22的正投影完全重合。此时，当在触控基板的第一侧面(即，与基底10的第一侧面相对应的侧面)发生按压时，对应于按压位置的触控单元20的第一极片21因受到压力而被压缩，这使得其电阻值变小；相比于第一极片21和第二极片22以其他方式设置的情况，与该第一极片21正相对设置的第二极片22受到张力的影响更为明显，故第二极片22被拉长得更多，其电阻值的变化量(增加量)也更大，从而使得与该第一极片21和该第二极片22的电阻值的差相对应的压力信号更大。因此，通过读取线40所读取的各个触控单元20的压力信号，可以更精准地确定发生按压的触控点的位置。

本实施例的每个触控单元20还包括检测放大单元60，该检测放大单元60用于将与其对应的触控单元20中的第一极片21和第二极片22的电阻值的差转化为压力信号，并对压力信号进行放大，并通过所述读取线40输出放大后的压力信号。之所以设置检测放大单元60的原因是，在接收到按压时，触控单元20中的第一极片21和第二极片22的电阻值的变化方向相反，其中，靠近按压侧的第一极片21的电阻减小，而相对第一极片21设置的第二极片22的电阻增大，此时检测放大单元60可以计算与第一极片21和第二极片22的电阻值的差相对应的电压信号(即，压力信号)，并将该电压信号放大，因而可以更为精准地检测到哪个位置的触控单元20上的压力信号发生改变，以更好地确定发生按压的触控点的位置。

其中，检测放大单元60包括：一个开关单元，该开关单元可 以为开关晶体管T1；放大电路62，其具有第一输入端、第二输入端和输出端；以及第一电阻R1和第二电阻R2。所述检测放大单元60可以为电桥检测电路，其中，所述第一极片21和所述第二极片22分别用作电桥中的两个电阻，并且所述电桥可以为惠斯通电桥。

具体的，触控单元20中的第一极片21可以作为图2所示的第三电阻R3，第二极片22可以作为图2所示的第四电阻R4，这两者与第一电阻R1和第二电阻R2构成检测放大单元60中的电桥61。其中，第一电阻R1与第三电阻R3的连接点为电桥61的第一端，其连接电源电压端Vdd；第三电阻R3与第四电阻R4的连接点为电桥61的第二端，其连接开关晶体管T1的第一极；第四电阻R4与第二电阻R2的连接点为电桥61的第三端，其连接低电压端(或者接地)GND；第二电阻R2与第一电阻R1的连接点为电桥61的第四端，其连接至放大电路62的第二输入端。开关晶体管T1的第二极连接至放大电路62的第一输入端，开关晶体管T1的控制极则连接控制线30。

如图2所示，放大电路62可包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和运算放大器621。所述运算放大器621包括正输入端(在图2中以“+”表示)、负输入端(在图2中以“-”表示)和输出端。第五电阻R5的第一端连接至放大电路62的第一输入端，第二端连接至运算放大器621的负输入端；第六电阻R6的第一端连接至放大电路62的第二输入端，第二端连接至运算放大器621的正输入端；第七电阻R7的第一端连接至运算放大器621的负输入端，第二端连接至运算放大器621的输出端；第八电阻R8的第一端接至运算放大器621的正输入端，第二端则连接参考电压Vref。运算放大器621的输出端输出放大后的压力信号给读取线40。

由于每个触控单元20中的第一极片21和第二极片22的距离很近，可以认为两个极片的温度相同。在没有发生按压触控时，检测放大单元60的输出为0，即使外界温度变化，由于两个极片 电阻的变化相同，输出仍然为0，从而一定程度上消除了温度的影响。当控制线30提供了用于打开触控单元20的控制信号时，可以通过相应的检测放大单元60得到压力信号，随后，所述触控基板的采集单元(图中未示出)对各个读取线40上的压力信号进行采集并进行模数转换，转换后的信号被输入至触控基板的处理单元做进一步的处理，以确定触控点的位置。

下面对触控单元20中第一极片21和第二极片22受到应力时的情况进行分析。当手指对屏幕施加按压时，为了便于分析，将第一极片21和第二极片22受到的应力情况分析简化成类似于双端固定的梁的问题来进行处理，即，按照下式计算得到第一极片21的与施加压力中心距离x处的应变：

其中，ε_x为压力的轴向应变；F为施加的压力；L为梁的等效长度；b为梁的等效宽度；h为梁的等效厚度；E为弹性模量；x为与施加压力中心的距离。

因此，施加压力中心处(即，x＝0的位置)的第一极片21的应变为：

位于梁边缘(即，x＝±L/2的位置)的第一极片21的应变为：

同理，经过计算可以得到第二极片22的应变与第一极片21的应变大小相等，符号相反。因此可以看出，利用如图1所示的第一极片21和第二极片22的设置方式，可以使第一极片21的电阻减小量恰好等于第二极片22的电阻增大量。因此，当发生按压时，通过诸如检测放大单元60的电桥检测电路得到的压力信号变大，从而提高了检测精度。

其中，第一极片21和第二极片22为金属应变片，材料均包括康铜、镍铝合金、卡玛合金(NiCr20AlSi)和铁铬铝合金中的任 意一种，或者其他的贵金属。而触控基板的基底10则可为预先设有导电过孔23的玻璃基底10。其中，将金属应变片(第一极片21和第二极片22)的灵敏度系数K按照如下公式定义：

其中，ΔR为金属应变片的电阻变化量，R为金属应变片的电阻值；Δl为电阻形变伸长量(或缩短量)，l为电阻的长度；ε为电阻的纵向应变。当金属应变片受到应力F时，金属应变片将伸长(或缩短)Δl，横截面积相应地减少(或增加)ΔS，电阻率因晶格发生形变等而改变Δρ，所以引起电阻变化ΔR；由如下公式计算金属应变片的电阻R：

对上式进行全微分得到：

经过化简整理后，最终可以得到下式：

其中，μ为应变材料的泊松比。在本公开中，所选用的应变片材料在被施加压力时其电阻率ρ的变化Δρ很小，可以忽略。通过上式可以看到，当含ρ项被忽略后，压力灵敏度K只与形变量有关。

其中，如图3所示，触控单元20中的第一极片21和第二极片22上均具有螺旋状走线图案。进一步的，所述螺旋状走线图案为圆形螺旋状走线图案或者方形螺旋状走线图案。之所以采用这种走线方式是因为，当手指压在触控基板上时，触控基板产生形变后会受到来自不同方向的作用力，这些不同方向的作用力均可以被分解为在x和y这两个互相垂直的方向上的分量，其中x方向可以为图3中的水平方向，y方向可以为图3中的竖直方向。因此，可以将第一极片21和第二极片22的走线图案设计成包括能够感应x方向和y方向的作用力的互相垂直的各个部分，这样第一极片21和第二极片22上的沿y方向设置的走线图案部分用来 感知y方向上的力的分量，而沿x方向设置的走线图案部分则用来感知x方向上的力的分量，这样可以最大程度的收集到压力信息。当然第一极片21和第二极片22也可以设计成其他的形式，比如设计成辐射状图案，只要能最大限度的采集到压力信息即可。

如图4所示，作为本实施例中的一种优选的实现方式，该触控基板中的所述多条控制线30和所述多条读取线40交叉且绝缘设置，在每个交叉位置处限定一个所述触控单元20；其中，每个所述触控单元20还包括开关晶体管(图4未示出)；每个所述开关晶体管的第一极分别与其对应的所述第一极片21和所述第二极片22电性连接，位于同一列的触控单元20的所述开关晶体管的第二极与同一条读取线40连接，位于同一行的触控单元20的所述开关晶体管的控制极与同一条控制线30连接。采用这种方式，布线简单，且容易检测到触控点的位置。具体的，假若通过第一行控制线30输入使得第一行触控单元20工作的信号，此时位于第一行的触控单元20中的开关晶体管打开，当多条读取线中的一条读取到第一行中的第X个触控单元20的压力信号发生变化时，则可以判断出在与第一行的第X个触控单元20相对应的位置处发生触控。不难看出这种方式简单、易于实现。其中，触控单元20的结构与上述的结构相同，在此不再详细描述。

其中，本实施例中的触控基板可以为彩膜基板，彩膜基板包括不同颜色的彩色滤光片，以及设置在两相邻彩色滤光片之间的黑矩阵70，其中触控单元20的第二极片22和黑矩阵70设置在基底10的同侧，并且触控单元20的位置与所述黑矩阵70的位置相对应，如图5所示。当然，本实施例中的触控基板也可以为有机电致发光二极管(OLED)背板或者阵列基板，如图6所示。

实施例2：

本实施例提供一种显示装置，其包括实施例1中的触控基板。

其中，当触控基板为实施例1中的彩膜基板(例如，如图5所示)时，该显示装置只需将彩膜基板与阵列基板相互对盒进行 封装即可得到。

如图6所示，当触控基板为OLED背板或者阵列基板时，在显示装置的对盒基板80上与所述触控基板的触控单元20对应的位置设置有压力传导柱50；所述压力传导柱50与所述触控基板之间设有间隙。当在显示装置(例如，在对盒基板80)上发生按压时，按压位置处的压力传导柱50将压力传输至相应的触控单元20，以方便检测。此外，在所述对盒基板80与所述触控基板之间通常设置有隔垫物(图中未示出)，这种情况下，所述压力传导柱50可以与所述隔垫物同层设置且材料相同，从而不会增加工艺步骤，且成本较低。

其中，本实施例的显示装置可以为液晶面板、0LED面板、电子纸、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。