一种触摸屏电极结构性能的分析方法技术

本发明专利技术公开了一种触摸屏电极结构性能的分析方法，该方法采用COMSOL Multiphysics软件来仿真触摸屏，根据电势分布可以求出任意两电极之间电容，先研究出最小结构单元进而增加求解域引申到触摸屏重复结构中去，最终得到对整个触摸屏的分析。本发明专利技术的分析方法一方面建立和测试新模型方便，省时省力；另一方面，便于优化触摸屏结构、改进模型，使模型的灵敏度达到最佳效果；通过探究电极各结构参数尺寸的变化对电极灵敏度的影响，为最终得到最优的电极图形尺寸和提高触摸屏灵敏度具有重大意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种触摸屏电极结构性能的分析方法。
技术介绍
互电容感应的触摸屏中有两层交叉分布的ITO电极矩阵(即驱动电极层和感应电极层)，手指触摸时主要吸走电极之间边缘处的电场线，导致互电容减少，进而通过扫描检测触摸屏电容变化的位置来计算出手指位置。现有技术中触摸屏电极图形设计灵敏度不高，在外界各种电磁干扰以及电子设备内部的电磁和静电干扰下，难以正确感应到触摸手指的位置指令，从而大大影响了触控屏的触控效果。因此一种通过调整电极图形的各个结构参数的尺寸来研究某个结构参数对电极灵敏度的影响的分析方法的开发很有必要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种触摸屏电极结构性能的分析方法，该方法通过对触摸屏透明堆栈层电极各个结构参数不同尺寸的仿真，探究该电极各结构参数尺寸的变化对电极灵敏度的影响，为最终得到电极图形的最优尺寸提供理论依据。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种触摸屏电极结构性能的分析方法，具体包括如下步骤：步骤1，选取某个触摸屏的最小结构单元，利用COMSOLMultiphysics软件对该触摸屏最小结构单元进行建模分析；步骤2，COMSOLMultiphysics软件中，采用极端电压法，求解建模分析对象中任两电极之间的电容；将上层ITO、下层ITO、铜屏蔽层以及触摸时的手指均设为终端，其中一个终端电极电压设为1V，其余终端电极电压均为0V(仅有一个终端电压不设为0V，即为不为0的任意值均可，其余均设为0V)，把下层ITO作为驱动电极，上层ITO作为感应电极，仿真在驱动电极Tx和感应电极Rx之间来回设置电压(所求的都是关于驱动电极和感应电极的电容，所以只设TX或RX电压中一个有电压，其余为0V)，最后得到一个完整的Cm、CpRX、CpTX、Cm′、CfRX、CfTX的电容矩阵；得到的电容数值结果可以用来求不同的参数，有无手指触摸的互电容变化ΔCm、无手指触摸时的信噪比SNRdisplay和有手指触摸时的信噪比SNRtouch；步骤3，利用步骤2得到的Cm、CpRX、CpTX、Cm′、CfRX、CfTX来计算有无手指触摸建模分析对象的互电容变化：ΔCm＝Cm-Cm，其中，Cm是无手指触摸时驱动电极TX和感应电极RX之间的互电容，Cm是有手指触摸时驱动电极Tx和感应电极RX之间的互电容；无手指触摸时的信噪比：SNRdisplay＝ΔCm/CpRX，其中，CpRX是感应电极Rx到屏蔽层的寄生电容；有手指触摸时的信噪比：SNRtouch＝ΔCm/CfRX，其中，CfRX是感应电极Rx和触摸手指之间的耦合电容；步骤4，保持建模分析对象其他结构参数的尺寸不变，改变建模分析对象某一个结构参数的尺寸，重复进行步骤1到步骤3，得到一系列SNRdisplay和SNRtouch随该结构参数尺寸变化的数值；步骤5，遵循步骤4的操作方法，选取建模分析对象不同的结构参数进行尺寸改变，得到各个结构参数对应的一系列SNRdisplay和SNRtouch随结构参数尺寸变化的数值；步骤6，利用步骤5得到的数据，分析不同结构参数对互电容变化、SNRdisplay和SNRtouch的影响，得到各个结构参数对电极性能的影响规律并为产品结构参数的优化和改进提供数值依据；步骤7，增加求解域，利用COMSOLMultiphysics对触摸屏重复结构进行建模分析；执行步骤2～6，得到触摸屏重复结构各个结构参数对触摸屏重复结构电极性能的影响规律。步骤2中，CpTX是指驱动电极TX到屏蔽层的寄生电容；CfTX是指驱动电极TX和触摸手指之间的耦合电容。本专利技术ITO是指铟锡氧化物半导体透明导电膜。有益效果：相比于现有技术，本专利技术的分析方法一方面建立和测试新模型方便，省时省力；另一方面，便于优化触摸屏结构、改进模型，使模型的灵敏度达到最佳效果；通过探究电极各结构参数尺寸的变化对电极灵敏度的影响，为最终得到最优的电极图形尺寸和提高触摸屏灵敏度具有重大意义。附图说明图1为建立的触摸屏堆叠模型结构示意图；图2为两层ITO菱形电极中选定的待仿真研究的结构参数；图3为1×1菱形模型；图4为1×1菱形模型仿真时不同缝隙条件下ΔCm与桥宽的关系示意图；图5为2×2菱形模型；图6为3×3菱形模型；图7为4×4菱形模型；图8为5×5菱形模型；图9为2×2菱形模型、3×3菱形模型、4×4菱形模型和5×5菱形模型仿真时互电容变化ΔCm与桥宽的关系示意图；图10为2×2菱形模型、3×3菱形模型、4×4菱形模型和5×5菱形模型仿真时非触摸条件下信噪比与桥宽的关系示意图。具体实施方式根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。投射式电容触摸屏互电容检测到的信号值是手指触摸条件下吸收电场线导致的电容减少值，所以灵敏度与触摸屏驱动电极TX和感应电极RX之间存在边缘电场有关。本专利技术根据静电场的泊松方程：和电容公式：得电容计算公式为：即：根据电场中电荷分布能求出电势分布，一旦电势分布知道后可以求出两电极之间的电容。本专利技术采用有限元仿真(FEM)求解器，即COMSOLMultiphysics来仿真触摸屏，根据电势分布可以求出任意两电极之间电容。首先研究最小结构单元进而增加求解域引申到触摸屏重复结构中去，最终得到对整个触摸屏的分析。以菱形电极的互电容模型为例，建立触摸屏堆叠模型如图1所示，两层ITO菱形电极模型的主要尺寸如图2所示。首先研究1×1菱形模型的互电容变化，如图3所示，待研究的菱形电极模型可以看做多个重复结构组成，1×1菱形模型表示的是待研究的菱形电极模型的最小结构单元，将1×1菱形模型的三个结构参数：尺寸Pitch、桥宽BridgeWidth和缝隙Deletion依次进行仿真，每次仿真，保持其中两个结构参数数值不变，仅一个结构参数的数值进行变化，用圆柱体仿真手指放在模型正中间，得到的结果如表1所示：表1：由于ΔCm是触摸屏灵敏度的表征，因此由表1可以得到以下结论：对灵敏度影响最大的结构参数是尺寸Pitch和缝隙Deletion，影响最小的是桥宽BridgeWidth。同时，增加桥宽BridgeWidth和尺寸Pitch对互电容变化有着积极的作用，随着桥宽BridgeWidth增加，信噪比增加；随着尺寸Pitch增加，信噪比减少，随着缝隙Deletion的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种触摸屏电极结构性能的分析方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1，选取某个触摸屏的最小结构单元，利用COMSOL Multiphysics软件对该触摸屏最小结构单元进行建模分析；步骤2，COMSOL Multiphysics软件中，采用极端电压法，求解建模分析对象中任两电极之间的电容；将上层ITO、下层ITO、铜屏蔽层以及触摸时的手指均设为终端，其中一个终端电极电压设为XV，其余终端电极电压均为0V，把下层ITO作为驱动电极，上层ITO作为感应电极，仿真在驱动电极Tx和感应电极Rx之间来回设置电压，只设驱动电极Tx或感应电极Rx中一个有电压，其余终端电极电压为0V，最后得到一个完整的Cm、CpRX、CpTX、Cm′、CfRX、CfTX的电容矩阵；其中，X取除0以外的任意数值；步骤3，利用步骤2得到的Cm、CpRX、CpTX、Cm′、CfRX、CfTX来计算有无手指触摸建模分析对象的互电容变化：ΔCm＝Cm‑Cm′，其中，Cm是无手指触摸时驱动电极TX和感应电极RX之间的互电容，Cm′是有手指触摸时驱动电极Tx和感应电极RX之间的互电容；无手指触摸时的信噪比：SNRdisplay＝ΔCm/CpRX，其中，CpRX是感应电极RX到屏蔽层的寄生电容；有手指触摸时的信噪比：SNRtouch＝ΔCm/CfRX，其中，CfRX是感应电极RX和触摸手指之间的耦合电容；步骤4，保持建模分析对象其他结构参数的尺寸不变，改变建模分析对象某一个结构参数的尺寸，重复进行步骤1到步骤3，得到一系列SNRdisplay和SNRtouch随该结构参数尺寸变化的数值；步骤5，遵循步骤4的操作方法，选取建模分析对象不同的结构参数进行尺寸改变，得到各个结构参数对应的一系列SNRdisplay和SNRtouch随结构参数尺寸变化的数值；步骤6，利用步骤5得到的数据，分析不同结构参数对互电容变化、SNRdisplay和SNRtouch的影响，得到各个结构参数对电极性能的影响规律；步骤7，增加求解域，利用COMSOL Multiphysics对触摸屏重复结构进行建模分析；执行步骤2～6，得到触摸屏重复结构各个结构参数对触摸屏重复结构电极性能的影响规律。...

【技术特征摘要】
1.一种触摸屏电极结构性能的分析方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1，选取某个触摸屏的最小结构单元，利用COMSOLMultiphysics软件对该触摸屏
最小结构单元进行建模分析；
步骤2，COMSOLMultiphysics软件中，采用极端电压法，求解建模分析对象中任两电极
之间的电容；将上层ITO、下层ITO、铜屏蔽层以及触摸时的手指均设为终端，其中一个终端
电极电压设为XV，其余终端电极电压均为0V，把下层ITO作为驱动电极，上层ITO作为感应电
极，仿真在驱动电极Tx和感应电极Rx之间来回设置电压，只设驱动电极Tx或感应电极Rx中
一个有电压，其余终端电极电压为0V，最后得到一个完整的Cm、CpRX、CpTX、Cm′、CfRX、CfTX的电容
矩阵；其中，X取除0以外的任意数值；
步骤3，利用步骤2得到的Cm、CpRX、CpTX、Cm′、CfRX、CfTX来计算有无手指触摸建模分析对象
的互电容变化：ΔCm＝Cm-Cm′，其中，Cm是无手指触摸时驱动电极TX和感应电极RX之间的互电
容，Cm′是有手指触摸时驱动电极Tx和感应电极RX之间的互电容；
无手指触摸时的信噪比：SNRdisplay＝ΔCm/CpRX，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢江容，潘风明，刘晶晶，吴政南，
申请(专利权)人：南京点触智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32