TWI460628B - 曲面觸感回饋觸控螢幕及其觸感回饋驅動方法 - Google Patents

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曲面觸感回饋觸控螢幕及其觸感回饋驅動方法
本發明係有關於一種觸感回饋觸控螢幕及其驅動方法，且特別有關於一種在曲面狀的觸控面各位置皆能獲得相同觸感回饋之觸感回饋觸控螢幕及其驅動方法。
現今，觸控螢幕已廣泛地運用於各種裝置，如智慧型手機或平板電腦等。為了增加使用者操作觸控螢幕的真實感，具有觸感回饋功能的觸控螢幕係被提出。觸感回饋技術中包括使用小型馬達或壓電元件等振動式的觸感回饋，以及使用電場來控制手指與觸控面間摩擦力的觸感回饋。
然而習知的電場觸感回饋技術若應用於曲面的觸控螢幕時，感應電場的強度會因為觸控螢幕表面的絕緣層厚度不同而有所改變，使得手指觸控該曲面的觸控螢幕時，無法在曲面上的不同位置獲得相同的觸感回饋。
本發明係為了解決上述的問題，而提出一種曲面觸感回饋觸控螢幕及其驅動方法，使操作者的手指觸控曲面的觸控螢幕各位置時皆能獲得大致相同的觸感回饋。
本發明係提供一種曲面觸感回饋觸控螢幕，包括：一絕緣層，具有曲面狀的一上表面，以及平面狀的一下表面，該上表面用以作為一觸控面；一透明導電層，鋪設於該下表面且具有複數透明電極；以及一電源模組，輸出一驅動電壓至該透明導電層，以使得該觸控面上不同位置的電場強度大致相同。
根據本發明的一個實施例，位於該絕緣層厚度較厚的位置之該透明電極的厚度係比位於該絕緣層厚度較薄的位置之該透明電極的厚度厚。
上述的曲面觸感回饋觸控螢幕，更包括：一觸控面板，感測該觸控面的一觸控位置；以及一控制模組，根據該觸控位置以控制該電源模組輸出該驅動電壓至相應該觸控位置的該等透明電極。
根據本發明的另一個實施例，上述的曲面觸感回饋觸控螢幕，更包括：一觸控面板，感測該觸控面的一觸控位置；以及一控制模組，根據該觸控位置以調控該電源模組輸出至該等透明電極的該驅動電壓。
上述的曲面觸感回饋觸控螢幕中，該電源模組可包含一可變電壓源，該控制模組控制該可變電壓源，使該可變電壓源輸出較大的驅動電壓至位於該絕緣層厚度較厚的位置之該透明電極，且輸出較小的驅動電壓至位於該絕緣層厚度較薄的位置之該透明電極。
上述的曲面觸感回饋觸控螢幕中，該電源模組也可包含一可變電阻，該控制模組調整該可變電阻的電阻值，使得該電源模組輸出較大的驅動電壓至位於該絕緣層厚度較厚的位置之該透明電極，且輸出較小的驅動電壓至位於該絕緣層厚度較薄的位置之該透明電極。
根據本發明的一個實施例，該驅動電壓為一高位準脈衝電壓。
本發明也提供一種曲面觸感回饋觸控螢幕的觸感回饋驅動方法，該觸控螢幕包括具有曲面狀的一上表面及平面狀的一下表面的一絕緣層、位於該下表面且具有複數透明電極的一透明導電層以及輸出一驅動電壓至該透明導電層的一電源模組，其中該上表面用以當作一觸控面，該曲面觸控螢幕的觸感回饋驅動方法包括：感測該觸控面上的觸控；計算該觸控的位置；輸出該驅動電壓至對應該觸控位置的該透明電極。
上述的曲面觸感回饋觸控螢幕的觸感回饋驅動方法更包括：根據該觸控的位置所對應的絕緣層厚度以調控該驅動電壓。
根據本發明的一個實施例，調控該驅動電壓係藉由調整該電源模組中一可變電源，使該可變電壓源輸出較大的驅動電壓至位於該絕緣層厚度較厚的位置之該透明電極，且輸出較小的驅動電壓至位於該絕緣層厚度較薄的位置之該透明電極。
根據本發明的另一個實施例，調控該驅動電壓係藉由調整該電源模組中的一可變電阻的電阻值，使該電源模組輸出較大的驅動電壓至位於該絕緣層厚度較厚的位置之該透明電極，且輸出較小的驅動電壓至位於該絕緣層厚度較薄的位置之該透明電極。
根據本發明的曲面觸感回饋觸控螢幕及其驅動方法，無論在曲面狀的觸控面各位置進行觸控，觸感回饋的強度不會產生落差，而能獲得強度大致相同觸感回饋。
第1a圖係一曲面的觸感回饋觸控螢幕結構示意圖。第1b圖係第1a圖的觸感回饋觸控螢幕的等效電路圖。
如第1a圖所示，一曲面的觸感回饋觸控螢幕10包括玻璃或塑膠等材質的絕緣層11，由複數透明電極組成的透明導電層12，以及提供驅動電壓的電源模組13。絕緣層11具有一上表面11a，以及一下表面11b。上表面11a為一中央區域突起的曲面，此曲面即為手指接觸觸感回饋觸控螢幕10的觸控面。下表面11b則為一平面，鋪滿複數的透明電極所構成的透明導電層12。
當手指觸碰觸感回饋觸控螢幕10時，電源模組13會輸出一既定值的驅動電壓至透明導電層12中對應觸控位置正下方的透明電極，使得此透明電極與隔著絕緣體層11相對的手指之間產生一電場，此電場可控制手指絕緣體表面的摩擦力，使手指獲得特別的觸感。因此，如第1b圖所示，絕緣體層11等效於一電容，透明導電層12等效於一串聯於電容的電阻，而電源模組13則因提供一既定值的驅動電壓，故等效於一固定電壓源。
在習知技術中，當手指觸碰觸感回饋觸控螢幕10的中央區域A(絕緣層11厚度厚)與週邊區域B(絕緣層11厚度薄)時，因絕緣層11的厚度不同，故位於中央區域A的電場EA 會比位於週邊區域B的電場EB 弱，使得中央區域A的觸感強度低於週邊區域B的觸感強度，造成中央區域A與週邊區域B兩者的觸感產生落差。
第2a圖係根據本發明實施例1的曲面的觸感回饋觸控螢幕結構示意圖。
如第2a圖所示，本發明實施例1的觸感回饋觸控螢幕20同樣具有一中央突起的曲面絕緣層21、一透明導電層22、及電源模組23。但為了改善中央區域A與週邊區域B觸感強度不均的問題，本發明實施例1的電源模組23包括一可變電壓源231，而非固定電壓源，該可變電壓源231可因應手指觸控中央區域A(絕緣層11厚度厚)與週邊區域B(絕緣層11厚度薄)的不同，而施加不同的驅動電壓給這兩個區域的透明電極。第2b圖係第2a圖的觸感回饋觸控螢幕的等效電路圖。
第3圖係觸控實施例1的曲面的觸感回饋觸控螢幕的中央區域及週邊區域時的等效電路圖。如第3圖所示，當手指觸控中央區域A時，可變電壓源231輸出一較大的驅動電壓，例如1000V，使得絕緣層21與透明導電層22分壓後絕緣層21獲得一較大的跨壓，例如500V；當手指觸控週邊區域B時，可變電壓源231輸出一較小的驅動電壓，例如500V，使得使得絕緣層21與透明導電層22分壓後絕緣層21獲得一較小的跨壓，例如250V。如此一來，絕緣層21厚度較厚的中央區域A有較大的跨壓，絕緣層21厚度較薄的週邊區域B有較小的跨壓，使得兩區域可獲得大致相同的電場，而手指觸控中央區域A與週邊區域B也能獲得大致相同的觸感強度。
回到第2a圖，實施例1的曲面的觸感回饋觸控螢幕20更包括一觸控面板24、一控制模組25及一開關模組(未圖示)。當手指觸控絕緣體層21的上表面21a時，觸控面板24會感測出手指的觸控位置，並將觸控位置的資訊傳達給控制模組25。控制模組25則根據觸控位置的資訊來調整可變電壓源231要輸出的驅動電壓大小，例如當觸控位置在中央區域時控制模組25控制可變電壓源231輸出較大的驅動電壓，當觸控位置在週邊區域時控制模組25控制電源模組23輸出較小的驅動電壓。而開關模組則將電源模組23連接至觸控位置所對應的透明電極，使驅動電壓施加於該透明電極上產生電場E。
第4a圖係根據本發明實施例2的曲面的觸感回饋觸控螢幕結構示意圖。
如第4a圖所示，本發明實施例2的觸感回饋觸控螢幕30具有與實施例1的絕緣層21及透明導電層22相同的絕緣層31及透明導電層32。實施例2與實施例1的差異在於，本發明實施例2的電源模組33包括一固定電壓源331與一可變電阻332，該可變電阻332可因應手指觸控中央區域A(絕緣層11厚度厚)與週邊區域B(絕緣層11厚度薄)的不同，而調整不同的阻值。第4b圖係第4a圖的觸感回饋觸控螢幕的等效電路圖。
第5圖係觸控實施例2的曲面的觸感回饋觸控螢幕的中央區域及週邊區域時的等效電路圖。如第5圖所示，當手指觸控中央區域A時，固定電壓源331輸出例如1000V的驅動電壓，而可變電阻332的阻值降低，例如0Ω，使得絕緣層31與透明導電層32分壓後絕緣層31獲得一較大的跨壓，例如500V；當手指觸控週邊區域B時，固定電壓源331同樣輸出例如1000V的驅動電壓，但可變電阻332的阻值上升，例如5kΩ，使得絕緣層31與透明導電層32分壓後絕緣層31獲得一較小的跨壓，例如250V。如此一來，絕緣層31厚度較厚的中央區域A有較大的跨壓，絕緣層31厚度較薄的週邊區域B有較小的跨壓，使得兩區域可獲得大致相同的電場，而手指觸控中央區域A與週邊區域B也能獲得大致相同的觸感強度。
回到第4a圖，同樣地，實施例2的曲面的觸感回饋觸控螢幕30也包括一觸控面板34、一控制模組35及一開關模組(未圖示)。當手指觸控絕緣體層31的上表面31a時，觸控面板34會感測出手指的觸控位置，並將觸控位置的資訊傳達給控制模組35。控制模組35則根據觸控位置的資訊來調整可變電阻332的阻值大小，例如當觸控位置在中央區域時控制模組25降低可變電阻332的阻值，當觸控位置在週邊區域時控制模組25則提高可變電阻332的阻值。而開關模組則將電源35連接至觸控位置所對應的透明電極，使驅動電壓施加於該透明電極上產生電場E。
除了實施例1及2以調變驅動電壓的方式來控制絕緣層電場外，也可以改變透明導電層的構造來控制絕緣層電場。第6a圖係根據本發明實施例3的曲面的觸感回饋觸控螢幕結構示意圖。
如第6a圖所示，本發明實施例3的觸感回饋觸控螢幕40的具有與習知技術的絕緣層11及電源模組13相同的絕緣層41及電源模組43，也就是說電源模組43為一固定電壓源431。但實施例3的透明導電層42並非固定厚度的構造。實施例3的絕緣層42在中央區域A(絕緣層11厚度厚)具有厚度較厚的透明電極42a，在週邊區域B(絕緣層11厚度薄)具有厚度較薄的透明電極42b。第6b圖係第6a圖的觸感回饋觸控螢幕的等效電路圖。
第7圖係觸控實施例3的曲面的觸感回饋觸控螢幕的中央區域及週邊區域時的等效電路圖。如第7圖所示，當手指觸控中央區域A時，固定電壓源431輸出例如1000V的驅動電壓，而因為中央區域A的透明電極42a厚度較厚故具有較小的電阻值，例如10Ω，使得絕緣層41與透明電極42a分壓後絕緣層41獲得一較大的跨壓，例如500V；當手指觸控週邊區域B時，固定電壓源431同樣輸出例如1000V的驅動電壓，但因為週邊區域B的透明電極42b厚度較薄故具有較大的電阻值，例如15kΩ，使得絕緣層41與透明導電層42分壓後絕緣層41獲得一較小的跨壓，例如250V。如此一來，絕緣層41厚度較厚的中央區域A有較大的跨壓，絕緣層41厚度較薄的週邊區域B有較小的跨壓，使得兩區域可獲得大致相同的電場，而手指觸控中央區域A與週邊區域B也能獲得大致相同的觸感強度。
同樣地，實施例3的曲面的觸感回饋觸控螢幕30也包括觸控面板及開關模組(皆未圖示)。當手指觸控絕緣體層41的上表面41a時，觸控面板會感測出手指的觸控位置，而開關模組則將電源模組43連接至觸控位置所對應的透明電極，使驅動電壓施加於該透明電極上產生電場E。因透明導電層42的厚度相對於絕緣體41而變，故不需要根據觸控的位置去控制驅動電壓大小。
另外，在上述實施例1～3中，電源的輸出配合開關模組的開閉，使得透明導電層接受到的驅動電壓為一具有高位準的脈衝信號，而非既定位準的直流電壓信號。但本發明的驅動電壓也可以是其他頻率調變後的交流電壓信號，端看該觸感回饋觸控螢幕所要產生的觸感而定。
第8圖係根據本發明實施例4的曲面的觸感回饋觸控螢幕的觸感回饋驅動方法。
在步驟801，觸控面板感測手指的觸控。接著，在步驟802，控制模組計算出觸控的位置。在步驟803，控制模組設定電源要輸出至透明導電層的驅動電壓，而設定驅動電壓的方式可根據觸控的位置的絕緣層厚度，而以如前述實施例1調整可變電壓源的輸出電壓或前述實施例2調整串聯於電源的可變電阻的電阻值的方式來實行，使得厚度較厚的絕緣層能獲得較大的跨壓。在步驟804，電源輸出設定的驅動電壓至觸控的位置所對應的透明電極。最後，在步驟805，跨過絕緣層的電場使手指感覺到觸感回饋。
按照上述的步驟，每次手指觸控時，觸感回饋觸控螢幕即重複一次上述801～805的步驟。而因為步驟803具備驅動電壓調變的功能，故能根據觸控面各位置而輸出對應的驅動電壓。因此根據本發明實施例4的曲面的觸感回饋觸控螢幕的觸感回饋驅動方法，能夠使曲面的觸感回饋觸控螢幕的不同觸控位置獲得強度相同的觸感回饋。
以上雖說明了實施本發明的實施例，但本發明並不限於上述的實施例。在不偏離本發明主旨的範圍內可做適當的變更。例如，利用本發明的曲面的觸感回饋觸控螢幕並不限定於觸控面中央突起的構造，觸控面可以是任意的曲面。另外，透明電極分佈的方式及數量也沒有特別的限制，在可讓觸控面各位置都能獲得觸感回饋的前提下，透明電極可做各種分佈或數量的設計。
10、20、30、40．．．曲面的觸感回饋觸控螢幕
11、21、31、41．．．絕緣層
11a、21a、31a、41a‧‧‧上表面(觸控面)
11b、21b、31b、41b‧‧‧下表面
12、22、32、42‧‧‧透明導電層
13、23、33、43‧‧‧電源模組
231‧‧‧可變電壓源
24、34‧‧‧觸控面板
25、35‧‧‧控制模組
331、431‧‧‧固定電壓源
332‧‧‧可變電阻
42a‧‧‧透明電極(位於中央區域)
42b‧‧‧透明電極(位於週邊區域)
A‧‧‧中央區域
B‧‧‧週邊區域
E、EA 、EB ‧‧‧電場
第1a圖係一曲面的觸感回饋觸控螢幕結構示意圖。
第1b圖係第1a圖的觸感回饋觸控螢幕的等效電路圖。
第2a圖係根據本發明實施例1的曲面的觸感回饋觸控螢幕結構示意圖。
第2b圖係第2a圖的觸感回饋觸控螢幕的等效電路圖。
第3圖係觸控實施例1的曲面的觸感回饋觸控螢幕的中央區域及週邊區域時的等效電路圖。
第4a圖係根據本發明實施例2的曲面的觸感回饋觸控螢幕結構示意圖。
第4b圖係第4a圖的觸感回饋觸控螢幕的等效電路圖。
第5圖係觸控實施例2的曲面的觸感回饋觸控螢幕的中央區域及週邊區域時的等效電路圖。
第6a圖係根據本發明實施例3的曲面的觸感回饋觸控螢幕結構示意圖。
第6b圖係第6a圖的觸感回饋觸控螢幕的等效電路圖。
第7圖係觸控實施例3的曲面的觸感回饋觸控螢幕的中央區域及週邊區域時的等效電路圖。
第8圖係根據本發明實施例4的曲面的觸感回饋觸控螢幕的觸感回饋驅動方法。
20．．．曲面的觸感回饋觸控螢幕
21．．．絕緣層
21a．．．上表面(觸控面)
21b．．．下表面
22．．．透明導電層
23．．．電源模組
231．．．可變電壓源
24．．．觸控面板
25．．．控制模組
A．．．中央區域
B．．．週邊區域
E．．．電場

Claims (11)

  1. 一種曲面觸感回饋觸控螢幕，包括：一絕緣層，具有曲面狀的一上表面，以及平面狀的一下表面，該上表面用以作為一觸控面；一透明導電層，鋪設於該下表面且具有複數透明電極；以及一電源模組，輸出一驅動電壓至該透明導電層，以使得該觸控面上不同位置的電場強度大致相同，以獲得程度大致相同的觸感回饋。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之曲面觸感回饋觸控螢幕，其中位於該絕緣層厚度較厚的位置之該透明電極的厚度係比位於該絕緣層厚度較薄的位置之該透明電極的厚度厚。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之曲面觸感回饋觸控螢幕，更包括：一觸控面板，感測該觸控面的一觸控位置；以及一控制模組，根據該觸控位置以控制該電源模組輸出該驅動電壓至相應該觸控位置的該等透明電極。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之曲面觸感回饋觸控螢幕，更包括：一觸控面板，感測該觸控面的一觸控位置；以及一控制模組，根據該觸控位置以調控該電源模組輸出至該等透明電極的該驅動電壓。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之曲面觸感回饋觸控螢 幕，其中該電源模組包含一可變電壓源，該控制模組控制該可變電壓源，使該可變電壓源輸出較大的驅動電壓至位於該絕緣層厚度較厚的位置之該透明電極，且輸出較小的驅動電壓至位於該絕緣層厚度較薄的位置之該透明電極。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之曲面觸感回饋觸控螢幕，其中該電源模組包含一可變電阻，該控制模組調整該可變電阻的電阻值，使得該電源模組輸出較大的驅動電壓至位於該絕緣層厚度較厚的位置之該透明電極，且輸出較小的驅動電壓至位於該絕緣層厚度較薄的位置之該透明電極。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之曲面觸感回饋觸控螢幕，其中該驅動電壓為一高位準脈衝電壓。
  8. 一種曲面觸感回饋觸控螢幕的觸感回饋驅動方法，該觸控螢幕包括具有曲面狀的一上表面及平面狀的一下表面的一絕緣層、位於該下表面且具有複數透明電極的一透明導電層以及輸出一驅動電壓至該透明導電層的一電源模組，其中該上表面用以當作一觸控面，該曲面觸控螢幕的觸感回饋驅動方法包括：感測該觸控面上的觸控；計算該觸控的位置；輸出該驅動電壓至對應該觸控位置的該透明電極，使得該觸控面上不同位置的電場強度大致相同以獲得程度大致相同的觸感回饋。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之曲面觸感回饋觸控螢幕的觸感回饋驅動方法，更包括： 根據該觸控的位置所對應的絕緣層厚度以調控該驅動電壓。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之曲面觸感回饋觸控螢幕的觸感回饋驅動方法，其中調控該驅動電壓係藉由調整該電源模組中一可變電源，使該可變電壓源輸出較大的驅動電壓至位於該絕緣層厚度較厚的位置之該透明電極，且輸出較小的驅動電壓至位於該絕緣層厚度較薄的位置之該透明電極。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之曲面觸感回饋觸控螢幕的觸感回饋驅動方法，其中調控該驅動電壓係藉由調整該電源模組中的一可變電阻的電阻值，使該電源模組輸出較大的驅動電壓至位於該絕緣層厚度較厚的位置之該透明電極，且輸出較小的驅動電壓至位於該絕緣層厚度較薄的位置之該透明電極。
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