电容式压力检测方法与流程

本发明涉及将力采集并转换为电信号的方法，特别是涉及以电容为转换媒介的、将反映压力的电信号处理为压力数据的方法。

背景技术

现有技术基于电容原理的、能够侦测施加其上按压力的显示屏包括用于完成图像显示的显示模组，压力检测电极，以及具有铁框的背光模块。一种实现方案是压力检测电极与显示模组贴合，在压力检测电极与背光模块之间形成空气间隙，以背光模块的铁框为参考平面，压力检测电极与背光模块之间形成压力检测电容。当有按压力施加在显示屏上时，压力检测电极随着受压显示模组的形变而发生形变，因压力检测电极与背光模块的铁框之间的间距发生变化而使两者之间的压力检测电容发生变化，通过数据处理将压力检测电容的变化量转换为按压力的压力值。另一种实现方案是压力检测电极与背光模块贴合，在压力检测电极与显示模组之间形成空气间隙，以显示模组为参考平面，压力检测电极与显示模组之间形成压力检测电容。当有按压力施加在显示屏上时，作为参考平面的显示模组的发生形变，因压力检测电极与显示模组之间的间距发生变化而使两者之间的压力检测电容发生变化，通过数据处理将压力检测电容的变化量转换为按压力的压力值。现有技术存在以下的缺陷和不足之处：

1.显示模组与背光模块之间需要留有足够厚度的空气间隙以确保发生按压动作时能够产生足够区别于干扰信号的压力检测电容变化量，但是空气无法抵御结构间的变化而使空气间隙的厚度不易控制；

2.并不是所有的显示屏都设置有具有铁框的背光模块；

当显示模组采用薄膜晶体管液晶显示thinfilmtransistorliquidcrystaldisplay的显示模组时，一些应用中采用非金属框的背光模块，导致该采用非金属框的背光模块无法作为参考平面与压力检测电极之间形成压力检测电容，也就无法实现压力检测；薄膜晶体管液晶显示thinfilmtransistorliquidcrystaldisplay简称tft-lcd；

当显示模组采用主动矩阵有机发光二极管activematrixorganiclightemittingdiode的显示模组时，无需设置背光模块，压力检测电极因没有形成压力检测电容的参考平面而无法实现压力检测；主动矩阵有机发光二极管activematrixorganiclightemittingdiode简称amoled。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出能够用于当前大多数显示屏的电容式压力检测方法。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

提出一种电容式压力检测方法，用于侦测施加在显示屏上的按压力，该显示屏包括能够因施加在显示屏上的按压而形变的显示模组；所述方法包括：

选取能够受压形变的第一基材和第二基材；

在第一基材的正面设置至少一第一电极；在第二基材的正面设置至少一第二电极；

将第一基材和第二基材正面相对地贴合在一起，使所有第一电极所在面与所有第二电极所在面之间形成间隙，且该间隙与第一基材和第二基材外的空气连通；所有第一电极所在面与所有第二电极所在面之间的距离是间隙的厚度，第一基材和第二基材未受压形变时间隙的厚度是常态厚度；

第一基材和第二基材中的至少一个用作压力承载面，将压力承载面贴附在显示屏的显示模组下方，使压力承载面能够随着显示屏的形变而形变；

分别向第一电极和第二电极施加电信号，使第一电极与第二电极之间形成电压差，从而在第一电极与第二电极之间形成压力检测电容；

当显示屏上有按压动作时，压力承载面发生形变，所述间隙的厚度发生变化，进而第一电极与第二电极之间的压力检测电容发生变化，将压力检测电容的变化通过数据处理而获得显示屏上按压力的压力数据。

为形成压力检测互电容，给所有第一电极和所有第二电极中的一组施加驱动信号，在另一组收集响应信号，从而侦测第一电极与第二电极之间形成的压力检测互电容变化。

为星辰个压力检测自电容，给所有第一电极和所有第二电极中的一组施加参考电位，给另一组施加电信号并侦测其上电量变化，从而侦测第一电极与第二电极之间形成的压力检测自电容变化。

为实现非封闭的间隙，所述方法具体包括：

将第一基材的正面边缘与第二基材的正面边缘用环形胶体贴合封闭；

在第一基材和第二基材中选取至少一个加工至少一连通间隙的气流通孔，使间隙与第一基材和第二基材外的空气连通。

为提高压力承载面的形变量，用于制造第一基材的材料的杨氏模量小于用于制造第二基材的材料的杨氏模量；将第一基材作为压力承载面贴附在显示屏的显示模组下方。

为提高压力承载面的形变量另一方法，用于制造第二基材的材料的杨氏模量小于用于制造第一基材的材料的杨氏模量；将第二基材作为压力承载面贴附在显示屏的显示模组下方。

为提高电容变化率，所述方法用介电常数高于空气的材料制成的泡棉介质填充在间隙中。

具体地，所述介电常数高于空气的材料是高密度聚氨酯材料。

一种应用方案，所述显示屏的显示模组是薄膜晶体管液晶显示的显示模组，该显示屏还包括设置在薄膜晶体管液晶显示模组下方的一层背光模块，那么第一基材或者第二基材作为压力承载面贴附在背光模块下方。

另一种应用方案，所述显示屏的显示模组是主动矩阵有机发光二极管显示模组，那么第一基材或者第二基材作为压力承载面贴附在主动矩阵有机发光二极管显示模组的阴极面。

同现有技术相比较，本发明“电容式压力检测方法”的技术效果在于：

1.本发明无需依靠显示屏内的部件形成压力检测电容，将压力承载面贴合在显示屏的形变器件上即可实现压力检测，能够适用于当前大多数显示屏；

2.本发明为形成压力检测电容的间隙提供物理支撑，确保间隙厚度可控；

3.本发明通过基材材料和泡棉介质确保压力检测电容的电容变化率，提高压力检测的灵敏度。

附图说明

图1是本发明“电容式压力检测方法”第一实施例的正投影主视示意图；

图2是所述第一实施例的正投影俯视示意图；其中第一基材11被半面剖去；

图3是图2所示a-a剖视示意图；

图4是所述第一实施例受到按压时沿图2所示a-a方向的剖视示意图；

图5是所述第一实施例用于tft-lcd显示屏时沿图2所示a-a方向的剖视示意图；

图6是所述第一实施例用于amoled显示屏时沿图2所示a-a方向的剖视示意图；

图7是本发明第二实施例的正投影俯视示意图；其中第一基材11被半面剖去。

具体实施方式

以下结合附图所示各实施例作进一步详述。

本发明提出一种电容式压力检测方法，用于侦测施加在显示屏上的按压力。施加在显示屏上的按压力区别于对屏幕的触碰输入，按压力是对显示屏施加压力，而触碰输入不需要施加压力，只需要对显示屏有接触即可。所述显示屏包括能够因施加在显示屏上的按压而形变的显示模组。如图1至图7所示，所述电容式压力检测方法包括如下过程：

选取能够受压形变的第一基材11和第二基材12；

在第一基材11的正面设置至少一第一电极21；在第二基材12的正面设置至少一第二电极22；第一基材11和第二基材12可以采用简称fpc的柔性印刷电路板flexibleprintedcircuit，也可以采用薄膜film；第一电极21和第二电极22可以采用镀银材料制成，也可以采用金属铺铜材料制成，还可以采用简称ito的氧化铟锡indiumtinoxide材料制成；

将第一基材11和第二基材12正面相对地贴合在一起，使所有第一电极21所在面与所有第二电极22所在面之间形成间隙5，且该间隙5与第一基材11和第二基材12外的空气连通，也就是间隙5是非封闭的空间；本发明将所有第一电极21所在面与所有第二电极22所在面之间的距离作为间隙5的厚度，那么第一基材和第二基材未受压形变时间隙5的厚度就是常态厚度；当第一电极21所在面和第二电极所在面都是平面且互相平行时，常态厚度是确定值；而当第一电极21所在面和第二电极所在面不是平面时，亦或第一电极21所在面和第二电极所在面互不平行时，常态厚度就是依两面相对位置不同而不同的变量，即依第一电极21和第二电极22各自所在面的形态而发生连续变化。因此常态厚度不能仅仅理解为是一个固定量，而是与第一电极21和第二电极22各自所在面的形态相关联的函数变量；

第一基材11和第二基材12中至少一个用作压力承载面，将压力承载面贴附在显示屏的显示模组下方，使压力承载面能够随着显示屏的形变而形变。大多数情况下，第一基材11和第二基材12中的一个用作压力承载面，但是在特殊情况下，例如将电容式压力检测组件用于双面屏时，第一基材11和第二基材12都用作压力承载面；本发明第一实施例和第二实施例均采用第一基材11作为压力承载面；

分别向第一电极21和第二电极22施加电信号，使第一电极21与第二电极22之间形成电压差，从而在第一电极21与第二电极22之间形成压力检测电容；

当显示屏上有按压动作时，压力承载面发生形变，所述间隙5的厚度相对常态厚度发生变化，进而第一电极21与第二电极22之间的压力检测电容也会发生变化，将压力检测电容的变化通过数据处理而获得显示屏上按压力的压力数据。

本发明第一实施例，如图4所示，当有按压施加在显示屏上时，第一基材11作为压力承载面发生形变，同时第二基材12也会发生形变，由于按压力直接作用于第一基材11上，第二基材12的形变量小于第一基材11的形变量，所述间隙5的厚度相对常态厚度发生变化，如图4所示箭头方向，间隙5内的空气受挤压而从各气流通孔4排出。常态厚度发生变化意味着第一电极21与第二电极22之间的距离发生变化，它们之间形成的压力检测电容也会发生变化，通过数据处理就可以将压力检测电容的变化转换为按压力的压力值。当没有按压施加在显示屏上时，第一基材11和第二基材12恢复常态，从图4所示状态恢复到图3所示状态，所述间隙5恢复常态厚度，第一基材11和第二基材12外的空气吸入间隙5内。

根据形成电容的原理，压力检测电容可以是自电容，也可以是互电容。

为了实现压力检测自电容，给所有第一电极21和所有第二电极22中的一组施加参考电位，给另一组施加电信号并侦测其上电量变化，从而侦测第一电极21与第二电极22之间形成的压力检测自电容变化。施加电信号并侦测其上电量变化可以由数据处理模块完成，该数据处理模块还可以提供参考电位。本发明第一实施例，如图1至图6所示，设置三个第一电极21和一个第二电极22，第一电极21分别正对第二电极22，所有第一电极21电连接数据处理模块的自电容数据处理模块，该自电容数据处理模块向所电连接的电极施加电信号并侦测电极上电量变化。所有第二电极22电连接参考电位，在第一电极21和第二电极22之间形成压力检测自电容。

为了实现压力检测互电容，给所有第一电极21和所有第二电极22中的其中一组电极施加驱动信号，在另一组收集因驱动信号而在其上形成的响应信号，从而侦测第一电极21与第二电极22之间形成的压力检测互电容变化。施加驱动信号和收集响应信号可以采用数据处理模块完成，该数据处理模块不仅完成侦测压力检测互电容的变化，还能够将压力检测互电容的变化量处理成反映施加在显示屏上按压力的压力数据。本发明第二实施例，如图7所示，设置三个第一电极21和四个第二电极22，第一电极21与第二电极22互相正交地布设，所有第一电极21电连接能够发出驱动信号的数据处理模块的驱动模块，所有第二电极22电连接能够收集响应信号的数据处理模块的传感模块，在第一电极21和第二电极22之间形成压力检测互电容。

数据处理模块可以采用单独用作压力检测数据处理的数据处理模块。数据处理模块也可以采用显示屏的数据处理模块，既完成显示屏的数据处理，也完成电容式压力检测装置的数据处理。也就是数据处理模块不拘泥于物理上或者是硬件上的独立模块，可以是单独硬件内的用于完成压力检测数据处理的功能模块，还可以是两个以上的硬件模块协同完成压力检测数据处理的功能模块。应当根据具体应用环境采用适合的物理器件或者硬件配置。

本发明第一实施例和第二实施例，如图1、图2和图7所示，所述方法构建非封闭的间隙5具体采用如下过程：

将所述第一基材11的正面边缘与第二基材12的正面边缘用环形胶体3贴合封闭；

在第一基材11和第二基材12中选取至少一个加工至少一连通间隙5的气流通孔4，使间隙5与第一基材11和第二基材12外的空气连通。本发明第一实施例和第二实施例，如图2和图7所示，在第二基材12上加工有气流通孔4，为连通间隙5，有些气流通孔4贯穿第二基材12，有些气流通孔4贯穿第二基材12和第二电极22。

所述方法通过采用不同材料提高压力承载面的形变量，具体是：

本发明第一实施例，使用于制造第一基材11的材料的杨氏模量小于用于制造第二基材12的材料的杨氏模量；

将所述第一基材11作为压力承载面贴附在显示屏的显示模组下方。

第一基材11的杨氏模量小于第二基材12的杨氏模量，使作为压力承载面的第一基材11较第二基材12更容易发生形变，从而增加间隙5的厚度变化幅度，增加了压力检测电容的电容变化率，提高压力检测灵敏度。

同理，通过采用不同材料提高压力承载面的形变量的另一具体方法是：

使用于制造第二基材12的材料的杨氏模量小于用于制造第一基材11的材料的杨氏模量；

将所述第二基材12作为压力承载面贴附在显示屏的显示模组下方，也能够增加压力检测电容的电容变化率，提高压力检测灵敏度。

在上述方案，以及第一实施例和第二实施例中，所述方法还能够通过介电介质提高电容变化率，具体是：

用介电常数高于空气的材料制成的泡棉介质填充在所述间隙5中，从而能够进一步提高压力检测电容的电容变化率，提高压力检测灵敏度。另外，在间隙5中填充泡棉介质还有助于提高第一基材11和第二基材12的平整度，更进一步提高压力检测灵敏度。

所述介电常数高于空气的材料可以是高密度聚氨酯材料。

如图5所示，当本发明第一实施例的电容式压力检测方法用于tft-lcd显示屏内时，即显示屏的显示模组是薄膜晶体管液晶显示tft-lcd的显示模组61，该显示屏还包括设置在tft-lcd的显示模组61下方的一层背光模块62，那么本发明第一实施例的第一基材11作为压力承载面贴附在背光模块62下方。显然当第二基材12作为压力承载面时，第二基材12应当贴附在背光模块62下方。采用本发明电容式压力检测方法，无论背光模块62设置有金属框与否，电容式压力检测方法都能正常工作而不受背光模块62的影响，不需要背光模块62提供形成压力检测电容的参考平面。

如图6所示，当本发明第一实施例的电容式压力检测方法用于amoled显示屏内时，所述显示屏的显示模组是主动矩阵有机发光二极管amoled的显示模组71，那么本发明第一实施例的第一基材11作为压力承载面贴附在amoled的显示模组71的阴极面。显然当第二基材12作为压力承载面时，第二基材12应当贴附在amoled的显示模组71的阴极面。采用本发明电容式压力检测方法，不需要amoled显示屏提供形成压力检测电容的参考平面即可形成压力检测电容。