TW201413549A - 電容式觸控裝置 - Google Patents

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Abstract

一種電容式觸控裝置，包括觸控面板、多條感測線路、至少一個耦合元件以及驅動感測電路。觸控面板具有互不重疊的多個觸控電極。這些感測線路分別電性連接對應的觸控電極。上述耦合元件與這些感測線路重疊。驅動感測電路電性連接這些感測線路及上述耦合元件。驅動感測電路提供驅動信號至上述耦合元件，以使這些觸控電極透過這些感測線路耦合驅動信號後產生多個感測信號，且驅動感測電路透過這些感測線路接收這些感測信號，以判斷這些觸控電極是否被觸控。

Description

電容式觸控裝置
本發明是有關於一種觸控裝置，且特別是有關於一種電容式觸控裝置。
隨著觸控技術的蓬勃發展，例如手機、筆記型電腦或平板電腦等等的觸控裝置由於提供了直覺式的操作與輸入介面而受到消費者的歡迎並帶來了龐大的商機。其中，目前尤以電容式觸控裝置為發展的主流。
就電容式觸控面板的感測架構而言，主要區分為一維電容式觸控面板及二維電容式觸控面板，一維電容式觸控面板主要是由互不重疊的多個觸控電極所構成，而二維電容式觸控面板主要是由多個水平觸控電極及多個垂直電極所構成。相較於二維電容式觸控面板，一維電容式觸控面板在製程上簡單許多，故具有較低的生產成本優勢。
然而，一維電容式觸控面板仍多以針對各別觸控電極的充放電來感測觸控電極的電容值，但在觸控面板的尺寸逐漸變大的情況下，上述感測方式所使用的時間會隨著電極數目的增加而拉長，使得一維電容式觸控面板的反應速度及靈敏度逐步降低。因此，針對一維電容式觸控面板，可降低感測時間的感測方式仍是設計的一個重點。
本發明提供一種電容式觸控裝置，其可將差動式感測方式運用於一維電容式觸控面板，藉此可降低電容式觸控裝置的感測時間。
本發明提出一種電容式觸控裝置，包括觸控面板、多條感測線路、至少一個耦合元件以及驅動感測電路。觸控面板具有互不重疊的多個觸控電極。這些感測線路分別電性連接對應的觸控電極。上述耦合元件與這些感測線路重疊。驅動感測電路電性連接這些感測線路及上述耦合元件。驅動感測電路提供驅動信號至上述耦合元件，以使這些觸控電極透過這些感測線路耦合驅動信號後產生多個感測信號，且驅動感測電路透過這些感測線路接收這些感測信號，以判斷這些觸控電極是否被觸控。
在本發明一實施例中，當上述耦合元件為一個時，耦合元件重疊這些感測線路。
在本發明一實施例中，當上述耦合元件為多個時，這些耦合元件同時重疊這些感測線路。
在本發明一實施例中，當上述耦合元件為多個時，這些耦合元件分別重疊部分的這些感測線路。
在本發明一實施例中，這些耦合元件分別重疊的這些感測線路的部分為互不重疊。
在本發明一實施例中，這些耦合元件分別重疊的這些感測線路的部分為部分重疊。
在本發明一實施例中，驅動感測電路依據這些感測信號輸出觸控資訊。
在本發明一實施例中，驅動感測電路比較相鄰的感測線路所傳送的這些感測信號，並且依據比較的結果判斷對應的這些觸控電極是否被碰觸。
在本發明一實施例中，驅動信號為交流信號，且這些感測信號的峰值關聯於對應的觸控電極的等效電容值。
在本發明一實施例中，觸控面板更包括第一基板，這些觸控電極配置於第一基板上。
在本發明一實施例中，電容式觸控裝置更包括電路板。驅動感測電路配置於電路板上。
在本發明一實施例中，電容式觸控裝置更包括軟性基板。軟性基板接觸第一基板及電路板。這些感測線路配置於第一基板、軟性基板及電路板上。上述耦合元件配置於軟性基板及電路板至少其中之一上。
在本發明一實施例中，電容式觸控裝置更包括至少一條驅動線路。上述驅動線路配置於軟性基板及電路板上。上述耦合元件分別透過對應的驅動線路電性連接至驅動感測電路。
在本發明一實施例中，上述耦合元件分別為導電元件。
基於上述，本發明實施例提出一種電容式觸控裝置，其可利用重疊於感測線路的耦合元件而將驅動感測電路所提供的驅動信號耦合至觸控電極，使各個觸控電極所提供的感測信號對應其等效電容值的變化，而驅動感測電路可依據感測信號感測被觸控的觸控電極，藉此可降低觸控裝 置的感測時間。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為本發明一實施例之電容式觸控裝置的示意圖。請參照圖1，電容式觸控裝置100包括觸控面板110、多條感測線路SL_1~SL_k、耦合元件120以及驅動感測電路130。其中，雖然在此僅以一個耦合元件120為例，但在其他實施例中耦合元件的數量亦可大於一個，其可根據設計者的設計而有所更動(將於後文中進一步描述)。
在本實施例中，觸控面板110具有互不重疊的多個觸控電極TE_11~TE_mn，亦即觸控面板110在本實施例中例如一維電容式觸控面板。其中，m、n為正整數且可依據觸控面板110的解析度需求而更動。
感測線路SL_1~SL_k分別電性連接對應的觸控電極TE_11~TE_mn，因此k值亦為正整數且可依據觸控電極TE_11~TE_mn的數量而有所更動。在圖1實施例中，感測線路SL_1~SL_k的排列順序雖係先由上至下依序一對一對應電性連接同一行觸控電極中的每一個觸控電極，例如感測線路SL_1~SL_m對應電性連接至觸控電極TE_11~TE_m1，再以此方式由左至右依序電性連接至觸控面板110中的每一行觸控電極。但在其他實施例中，感測線路SL_1~SL_k亦可為由左至右依序一對一對應電性連 接同一列觸控電極中的每一個觸控電極，例如感測線路SL_1~SL_n對應電性連接至觸控電極TE_11~TE_1n，再以此方式由上至下依序電性連接至觸控面板110中的每一列觸控電極，本發明不以此為限。
驅動感測電路130電性連接感測線路SL_1~SL_k及耦合元件120並且提供驅動信號s_d至耦合元件120。在本實施例中，耦合元件120例如為導電元件且與感測線路SL_1~SL_k重疊，因此驅動信號s_d可經由耦合元件120與感測線路SL_1~SL_k耦合至各個觸控電極TE_11~TE_mn。觸控電極TE_11~TE_mn在耦合驅動信號s_d後產生對應的多個感測信號s_s1~s_sk，並且透過感測線路SL_1~SL_k傳送至驅動感測電路130。驅動感測電路130可依據所接收到的感測信號s_s1~s_sk而輸出觸控資訊TI至後端的微處理器(micro controller unit，MCU)(未繪示)或外部的處理單元(未繪示)來進行對應的信號處理，並藉以判斷觸控電極TE_11~TE_mn是否被觸碰及被觸碰的觸控電極TE_11~TE_mn的位置。此外，驅動感測電路130本身亦可直接對感測信號s_s1~s_sk進行對應的信號處理(亦即微處理器可內建於驅動感測電路130中)，此時所輸出的觸控資訊TI即包括觸控面板110是否被觸碰以及被觸碰的觸控電極TE_11~TE_mn的位置之信息，使得後端的處理單元可據以進行對應的操作。
圖2為本發明一實施例之驅動感測電路的示意圖。在本實施例中，同樣係以單一耦合元件220重疊全部的感測 線路SL_1~SL_k之耦合方式為例，但本發明亦不以此為限。
請參照圖2，為實現差動感測的感測方式，驅動感測電路230包括驅動單元232、感測單元234以及多個比較器236_1~236_p。其中，驅動感測電路230可藉由比較器236_1~236_p分別接收相鄰的感測線路SL_1~SL_k所傳送的感測信號s_s1~s_sk，藉以進行比較並且將各個比較器236_1~236_p的比較結果R1~Rp輸出至感測單元234。舉例來說，比較器236_1的負輸入端與正輸入端分別電性連接感測線路SL_1與SL_2以依據感測信號s_s1與s_s2而產生比較結果R1、比較器236_2的負輸入端與正輸入端分別電性連接感測線路SL_3與SL_4以依據感測信號s_s3與s_s4而產生比較結果R2，以此類推至比較器236_p的負輸入端與正輸入端分別電性連接感測線路SL_k-1與SL_k以依據比較信號s_sk-1與s_sk產生比較結果Rp，其中p為正整數且在本實施例中p等於k。
因此，感測單元234可依據比較結果R1~Rp判斷對應的觸控電極TE_11~TE_mn是否被碰觸，並據以輸出觸控資訊TI。換言之，本實施例之驅動感測電路230係以差動式的感測方式來兩兩比較相鄰的感測線路SL_1~SL_k的感測信號s_s1~s_sk。
更進一步地說，由於感測信號s_s1~s_sk的峰值關聯於對應的觸控電極TE_11~TE_mn的等效電容值。因此，當觸控電極TE_11~TE_mn未被觸碰時，由於每一觸控電 極TE_11~TE_mn的等效電容值實質上相等，故使得每一比較器236_1~236_p應輸出具有相同位準的比較結果(例如電壓位準“0”)。
另一方面，當觸控電極TE_11~TE_mn被觸碰時(在此以手指做為觸控媒介為例)，由於手指與觸控電極所形成的電容會影響觸控電極的等效電容值，以致於被觸碰的觸控電極的等效電容值會改變，而其相鄰之觸控電極仍維持原先未被觸碰時的等效電容值，故對應的比較器會輸出對應於被觸碰的比較結果(例如高電壓位準)。在此，雖係以手指作為觸控媒介為例，但本發明不僅限於此，觸控媒介亦可為任意的導電物體。
此外，所述之驅動感測電路230的架構在此僅為一範例。在其他實施例中，驅動感測電路的感測信號接收部分亦可利用兩多工器與單一比較器的架構(未繪示)來實現。其中，兩多工器可分別電性連接奇數條感測線路與偶數條感測線路，並且兩多工器的輸出端分別電性連接至比較器的負輸入端與正輸入端。在此架構下，兩多工器可藉由感測單元或外部的信號產生單元所提供的控制信號來控制依序切換輸出不同感測線路的感測信號，使得比較器可依序比較相鄰的感測線路並據以輸出比較結果至感測單元。並且，在本實施例之驅動感測電路230的架構下，感測單元234可包括一多工器(未繪示)以依序依據比較結果R1~Rp而輸出對應的觸控資訊TI。或者，感測單元234亦可同時接收各個比較器236_1~236_p的比較結果R1~Rp，並據以 輸出對應於一個圖框(frame)的觸控資訊TI，本發明不僅限於實施例所描述之方式。
為了更清楚的說明本發明實施例，圖3為依照圖2實施例之差動感測的等效電路示意圖。為便於說明，在本實施例中係選取比較器R1及所對應的感測線路SL_1(對應電性連接至圖1的觸控電極TE_11)與SL_2(對應電性連接至圖1的觸控電極TE_21)來進行說明。另外，圖4為依照圖3之感測信號及比較結果的信號波形示意圖。
在本實施例中，驅動信號s_d係繪示以方波信號為例，但驅動信號s_d亦可為弦波等交流信號，本發明不以此為限。請同時參照圖3與圖4，在本實施例中，觸控電極TE_11與耦合元件220之間的耦合電容C_1和觸控電極TE_21與耦合元件220之間的耦合電容C_2的電容值實質上相等。當觸控電極TE_11未被觸碰時，觸控電極TE_11及觸控電極TE_21的等效電容值會大致相等，此時觸控電極TE_11與TE_21經由感測線路SL_1與SL_2回傳具有相同電壓峰值V2的感測信號s_s1與s_s2。因此，比較器236_1依據具有相同電壓峰值的感測信號s_s1與s_s2而產生低電壓位準“0”的比較結果R1。
另一方面，當觸控電極TE_11被觸碰時，由於觸控電極TE_11的等效電容值會因為觸控電極TE_11與手指所形成的電容C_Finger而改變，以致於觸控電極TE_11的等效電容會大於觸控電極TE_21的等效電容值。此時，觸控電極TE_11所回傳的感測信號s_s1的電壓峰值將會反應於等 效電容值的上升而從V2降到V1。因此，比較器236_1在接收感測信號s_s1與s_s2後，其將比較具有不同電壓峰值V2與V1的感測信號s_s1與s_s2，並據以產生電壓位準“1”的比較結果R1。感測單元即可依據位準1的比較結果R1而判斷觸控電極TE_11被觸碰，並且輸出對應的觸控資訊TI。
相較於傳統的一維觸控面板的感測方式而言，由於重疊於感測線路SL_1~SL_k的耦合元件220可在其與各個觸控電極TE_11~TE_mn間產生一個穩定的耦合電容，此耦合電容不會受到電極與電極間的距離或電極間走線的干擾所影響，並且亦不容易受到環境及電源的干擾，故使得各個觸控電極TE_11~TE_mn所產生的感測信號s_s1~s_sk相對穩定。此外，由於耦合元件220與各個觸控電極TE_11~TE_mn間的耦合電容可藉由調整耦合元件220的尺寸，以增減耦合元件220與感測線路SL_1~SL_k重疊部分的面積來加以調整，故可進一步地達到控制感測信號s_s1~s_sk穩定度的目的。
請再參照圖1，就結構上而言，電容式觸控裝置100更包括電路板140以及軟性基板150。觸控面板110更包括第一基板112，其中觸控電極TE_11~TE_mn配置於第一基板112上。在本實施例中，驅動感測電路130配置於電路板140上，軟性基板150接觸第一基板112及電路板140，並且電容式觸控裝置100更包括至少一條配置於軟性基板150及電路板140上的驅動線路(如DL)，在此以 對應於耦合元件120的驅動線路DL為例。耦合元件120可透過對應的驅動線路DL電性連接至驅動感測電路130。
更進一步地說，耦合元件的配置實施方式如圖5A~5D所示。圖5A~5D為本發明一實施例之耦合元件的多個配置實施方式的示意圖。在圖5A~圖5D中，係以8條感測線路SL_1~SL_8與不同的耦合元件間的配置為例，並藉以推知k條感測線路SL_1~SL_k與耦合元件間的配置。
當耦合元件為一個(如520)時，耦合元件可利用如圖5A的方式配置。請參照圖5A，耦合元件520與每一條感測線路SL_1~SL_8皆重疊，藉以使驅動感測電路(如圖1所示130)得以透過耦合元件520與感測線路SL_1~SL_8而將驅動信號s_d耦合至對應的觸控電極(如圖1所示TE_11~TE_mn)。
另一方面，當耦合元件為多個時(如520_1~520_q)，可利用如圖5B~5D的方式配置。首先，請參照圖5B，在本實施例中，耦合元件520_1~520_q可以同時重疊感測線路SL_1~SL_8的方式來配置，而每一耦合元件520_1~520_q分別電性連接對應的驅動線路DL_1~DL_q以接收對應的驅動信號s_d1~s_dq，其中q為正整數，且可由設計者所決定。在本實施例中，驅動信號s_d1~s_dq可依設計需求而為相同或不同的信號，本發明不以此為限。此外，當各個驅動信號s_d1~s_dq為相同的信號時，各個耦合元件520_1~520_q亦可透過相同的驅動線路電性連接驅動感測電路(如圖1所示130)，本發明不以此為 限。
在本實施例中，多個耦合元件可以利用分別重疊部分的感測線路的方式來配置，並且耦合元件分別重疊的感測線路的部分可為互不重疊或部分重疊。如圖5C所示，耦合元件分別重疊的感測線路的部分為互不重疊的配置方式。在此係範例性地以1個耦合元件重疊4條感測線路的配置方式來說明，但本發明不以此為限。請參照圖5C，耦合元件520_1與520_2分別重疊感測線路SL_1~SL_4與SL_5~SL_8，且耦合元件520_1與520_2分別電性連接對應的驅動線路DL_1與DL_2以接收對應的驅動信號s_d1與s_d2。其中，耦合元件520_1與520_2所重疊的感測線路SL_1~SL_4與SL_5~SL_8皆為不同的，而不具有互相重疊的部分。
另一方面，如圖5D所示，耦合元件分別重疊的感測線路的部分為部分重疊的配置方式。同樣地，在圖5D中每一耦合元件所重疊的感測線路的數量僅為範例。請參照圖5D，耦合元件520_1與520_2分別重疊感測線路SL_1~SL_5與SL_4~SL_8，且耦合元件520_1與520_2分別電性連接對應的驅動線路DL_1與DL_2以接收對應的驅動信號s_d1與s_d2。其中，耦合元件520_1與520_2所重疊的感測線路SL_1~SL_5與SL_4~SL_8中，感測線路SL4與SL_5同時為耦合元件520_1與520_2所重疊。
與前述圖5B實施例相似的是，在圖5C與5D中，驅動信號s_d1與s_d2皆可依設計需求而為相同或不同的信 號，並且當驅動信號s_d1與s_d2為相同的信號時，耦合元件520_1與520_2可透過相同的驅動線路電性連接驅動感測電路，本發明不以此為限。
請再參照圖1，在本實施例中，感測線路SL_1~SL_k、驅動線路DL與軟性基板150可以為可撓性印刷電路板排線(Flexible Printed Circuit cable，FPC排線)、可撓性扁平排線(Flexible Flat Cable，FFC)或者其他形式的排線。此外，耦合元件120的材料可為銀漿、銅或鋁箔等，且耦合元件120的形式可為網狀走線等導體佈設方式，本發明不以此為限。並且，感測驅動電路130可透過排線上的裸露導體與驅動線路DL相連接。
就感測線路SL_1~SL_k、驅動線路DL及耦合元件120的配置而言，其可有多種結構配置方式。例如，耦合元件120可配置於感測線路SL_1~SL_k上方或下方。此外，耦合元件120在本實施例中雖繪示為配置於軟性基板150上，但在其他實施例中，耦合元件120亦可根據設計者的佈局需求而配置於電路板140上，或者同時配置於軟性基板150與電路板140上。換言之，耦合元件120係可配置於軟性基板150及電路板140至少其中之一上，本發明不以此為限。
綜上所述，本發明實施例提出一種電容式觸控裝置，其可利用重疊於感測線路的耦合元件而將驅動感測電路所提供的驅動信號耦合至觸控電極，使各個觸控電極所提供的感測信號對應其等效電容值的變化，而驅動感測電路可 依據感測信號感測被觸控的觸控電極，藉此可降低觸控裝置的感測時間。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧電容式觸控裝置
110‧‧‧觸控面板
112‧‧‧第一基板
120、220、520、520_1~520_q‧‧‧耦合元件
130、230‧‧‧驅動感測電路
140‧‧‧電路板
150‧‧‧軟性基板
232‧‧‧驅動單元
234‧‧‧感測單元
236_1~236_p‧‧‧比較器
s_d、s_d1~s_dq‧‧‧驅動信號
s_s1~s_sk‧‧‧感測信號
C1、C2‧‧‧耦合電容
DL、DL_1~DL_q‧‧‧驅動線路
SL_1~SL_k‧‧‧感測線路
TE_11~TE_mn‧‧‧觸控電極
TI‧‧‧觸控資訊
R1~Rp‧‧‧比較結果
V1、V2‧‧‧峰值
圖1為本發明一實施例之電容式觸控裝置的示意圖。
圖2為本發明一實施例之驅動感測電路的示意圖。
圖3為依照圖2實施例之差動感測的等效電路示意圖。
圖4為依照圖3實施例之感測信號及差動比較結果的信號波形示意圖。
圖5A~5D為本發明一實施例之耦合元件的多個配置實施方式的示意圖。
100‧‧‧電容式觸控裝置
110‧‧‧觸控面板
112‧‧‧第一基板
120‧‧‧耦合元件
130‧‧‧驅動感測電路
140‧‧‧電路板
150‧‧‧軟性基板
s_d‧‧‧驅動信號
s_s1~s_sk‧‧‧感測信號
DL‧‧‧驅動線路
SL_1~SL_k‧‧‧感測線路
TE_11~TE_mn‧‧‧觸控電極
TI‧‧‧觸控資訊

Claims (14)

  1. 一種電容式觸控裝置，包括：一觸控面板，具有互不重疊的多個觸控電極；多條感測線路，分別電性連接對應的觸控電極；至少一耦合元件，與該些感測線路重疊；以及一驅動感測電路，電性連接該些感測線路及上述耦合元件，該驅動感測電路提供一驅動信號至上述耦合元件，以使該些觸控電極透過該些感測線路耦合該驅動信號後產生多個感測信號，且該驅動感測電路透過該些感測線路接收該些感測信號，以判斷該些觸控電極是否被觸控。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控裝置，其中當上述耦合元件為一個時，該耦合元件重疊該些感測線路。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控裝置，其中當上述耦合元件為多個時，該些耦合元件同時重疊該些感測線路。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控裝置，其中當上述耦合元件為多個時，該些耦合元件分別重疊部分的該些感測線路。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電容式觸控裝置，其中該些耦合元件分別重疊的該些感測線路的部分為互不重疊。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之電容式觸控裝置，其中該些耦合元件分別重疊的該些感測線路的部分為部分重 疊。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控裝置，其中該驅動感測電路依據該些感測信號輸出一觸控資訊。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控裝置，其中該驅動感測電路比較相鄰的感測線路所傳送的該些感測信號，並且依據比較的結果判斷對應的該些觸控電極是否被碰觸。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控裝置，其中該驅動信號為一交流信號，且該些感測信號的峰值關聯於對應的觸控電極的等效電容值。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控裝置，其中該觸控面板更包括一第一基板，該些觸控電極配置於該第一基板上。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之電容式觸控裝置，更包括一電路板，該驅動感測電路配置於該電路板上。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電容式觸控裝置，更包括一軟性基板，接觸該第一基板及該電路板，該些感測線路配置於該第一基板、該軟性基板及該電路板上，上述耦合元件配置於該軟性基板及該電路板至少其中之一上。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之電容式觸控裝置，更包括至少一驅動線路，配置於該軟性基板及該電路板上，上述耦合元件分別透過對應的驅動線路電性連接至該驅動感測電路。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控裝置，其中上述耦合元件分別為一導電元件。
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