TWI505158B

TWI505158B - 觸控偵測電路

Info

Publication number: TWI505158B
Application number: TW103112162A
Authority: TW
Inventors: Chung Min Lien; Ya Ling Hsu; Gang Yi Lin
Original assignee: Au Optronics Corp
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2015-10-21
Also published as: CN104102384A; TW201539283A; CN104102384B

Description

觸控偵測電路

本發明是有關於一種觸控電路，且特別是有關於一種觸控偵測電路。

隨著科技的發展與進步，電子產品的使用者介面也由傳統的按鍵、鍵盤或滑鼠逐漸演變為更為人性化的觸控式介面。舉例來說，使用者可利用手指或觸控光筆在光感應式的觸控面板上進行觸控操作。另一方面，在觸控面板中常會利用光偵測電路來感應目前使用者的觸控位置。舉例來說，圖1繪示一種光偵測電路100的示意圖。光偵測電路100可應用於光感應式的觸控面板以偵測觸控面板的觸控點位置。

光偵測電路100包括電晶體Q、電容C以及光偵測電晶體P。觸控面板的掃描線SCAN1可用來控制電晶體Q的開關狀態。光偵測電晶體P在不同強度的光線照射下會產生不同的電流Id。電容C的一端耦接於電晶體Q，另一端則耦接於電源VDD。電容C是用來儲存電流Id所產生的電荷。當電晶體Q開啟時，電容C中儲存的電荷會經由電晶體Q傳送至觸控面板的資料線 DATA1。由於電流Id不同，電容C中的電荷量也會不同。因此，光偵測電路100可依據資料線DATA1所接收到的電荷量來判斷觸控面板目前的觸碰情況。

然而，當光偵測電晶體P所偵測到的光強度不足或是感光時間不夠長時，電容C中所儲存的電荷量過少會使得端點VA的電壓不足，導致觸控面板無法判斷觸控點的位置。另一方面，通常會將光偵測電晶體P的閘極G與源極S兩端的電壓差(即Vgs)操作在負偏壓下以控制電流Id，但這容易讓光偵測電晶體P發生劣化的情形。

本發明提供一種觸控偵測電路，藉由增加觸控偵測電路的光感應速度以提升觸控面板的光感應敏感度。

本發明的觸控偵測電路包括觸控單元、比較單元以及觸控結果產生單元。觸控單元依據被觸碰狀態以提供偵測信號。比較單元耦接觸控單元並提供參考電流。比較單元並依據偵測信號以及第一參考電壓的電壓差來產生觸控狀態電流。比較單元比較參考電流以及觸控狀態電流來產生比較電壓。觸控結果產生單元耦接比較單元並依據比較電壓來提供觸控結果信號。

基於上述，本發明的觸控偵測電路中的比較單元藉由比較觸控單元在不同的觸控狀態下所提供的偵測信號與第一參考電壓兩者的電壓差來產生比較電壓。接著，觸控結果產生單元會依據比較電壓來提供觸控結果信號。如此一來，本發明的觸控偵測電路可藉由分析觸控結果信號來得知觸控面板目前的觸碰狀態並得知觸控面板上觸控點的位置。

為讓本發明的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。

100‧‧‧光偵測電路

200、300、400、500、600、700、800‧‧‧觸控偵測電路

202、302、402、502、602、702、802‧‧‧觸控單元

204、304、404、504、604、704、804‧‧‧比較單元

206、306、406、506、606、706、806‧‧‧觸控結果產生單元

A、B‧‧‧曲線

C、CT、CR‧‧‧電容

DATA1、DATA3‧‧‧資料線

D1~D3‧‧‧二極體

F‧‧‧波形週期

G‧‧‧閘極

Id‧‧‧電流

IREF1‧‧‧參考電流

IT1、IT2‧‧‧觸控狀態電流

P、P1~P7‧‧‧光偵測電晶體

S‧‧‧源極

SCAN1、SCAN3‧‧‧掃描線

SD1~SD6‧‧‧偵測信號

ST1、ST2‧‧‧觸控結果信號

VA、VA1~VA3‧‧‧端點

VCOMP、VCOMP1、VCOMP2‧‧‧比較電壓

VREF1、VC2、VC4、T1、T2‧‧‧參考電壓

VC1、VC3‧‧‧參考電壓源

VC5‧‧‧參考電源

VDD‧‧‧電源

Q、M1~M6、MA、MB1~MB4、MC1~MC2、MD1~MD4、MF、MN‧‧‧電晶體

圖1繪示一種光偵測電路100的示意圖。

圖2~圖3A、圖4~圖8分別繪示本發明多個實施例的觸控偵測電路的示意圖。

圖3B繪示圖3A觸控偵測電路300的讀出波形示意圖。

圖2繪示本發明一實施例的觸控偵測電路200的示意圖。觸控偵測電路200包括觸控單元202、比較單元204以及觸控結果產生單元206。觸控偵測電路200可應用在光感應式的觸控面板中以偵測觸控面板上的觸控點位置。觸控單元202依據被觸碰狀態以提供偵測信號SD1。觸控單元202可以包括光感測器(Photo Sensor)、光偵測薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)或是其他具有光偵測功能的電子元件。觸控單元202所感受到的光強度會隨著觸控單元202是否被觸碰而有所不同。在不同的觸碰狀態下，觸控單元202會產生不同的偵測信號SD1。其中，偵測信號SD1為電壓信號。

另一方面，比較單元204可以由TFT或是其他具有比較器功能的電子電路所組成。比較單元204會耦接觸控單元202以接收偵測信號SD1，並比較偵測信號SD1與參考電壓VREF1兩者的電壓差，來產生不同的觸控狀態電流。接著，比較單元204會將觸控狀態電流與參考電流進行比較，再產生比較電壓VCOMP。值得注意的是，參考電流的電流值可以被預先設定來當作比較基準。

觸控結果產生單元206耦接比較單元204，觸控結果產生單元206接收比較電壓VCOMP後會依據比較電壓VCOMP以提供觸控結果信號ST1。舉例來說，當觸控單元202被使用者的手指觸碰時，觸控單元202接收到的光線會因被使用者的手指遮蔽而減少，偵測信號SD1的電壓會小於參考電壓VREF1的電壓。比較單元204計算偵測信號SD1的電壓與參考電壓VREF1的電壓差來產生比較電壓VCOMP，並將比較電壓VCOMP會傳遞給觸控結果產生單元206。觸控結果產生單元206則可針對比較電壓VCOMP進行放大，並提供相對應的觸控結果信號ST1。如此一來，觸控偵測電路200可藉由觸控結果信號ST1得知目前觸控單元202是處於被觸碰的狀態。

同理可知，當觸控單元202未被觸碰時，觸控單元202 因未被物體遮蔽而能接收到較多的光線，偵測信號SD1的電壓會大於參考電壓VREF1的電壓。如此一來，觸控偵測電路200可藉由與上述範例不同的比較電壓VCOMP來得知不同的觸控結果信號ST1，並透過不同的觸控結果信號ST1來得知觸控單元202目前未被使用者的手指所觸碰。

更值得一提的，上述的參考電流的電流值可以被設置在第一電流以及第二電流的電流值間。其中的第一電流是觸控單元202有被觸碰時比較單元204所對應產生的觸控狀態電流，而第二電流則是觸控單元202未被觸碰時比較單元204所對應產生的觸控狀態電流。舉例來說，參考電流的電流值可以等於偵測信號SD1的電壓與參考電壓VREF1的電壓差等於0時，比較單元204對應產生的觸控狀態電流的電流值。

圖3A繪示本發明另一實施例的觸控偵測電路300的示意圖。觸控偵測電路300包括觸控單元302、比較單元304以及觸控結果產生單元306。觸控單元302包括二極體D1以及光偵測電晶體P1。二極體D1的陽極耦接參考電壓源VC1，二極體D1的陰極提供偵測信號SD2。在此實施例中，光偵測電晶體P1為N型TFT，光偵測電晶體P1具有第一端(例如汲極)、第二端(例如源極)以及控制端(例如閘極)。光偵測電晶體P1的第一端耦接二極體D1的陰極，光偵測電晶體P1的第二端及控制端相互耦接至參考電壓VC2。從另一個觀點來看，當二極體D1導通時可提供固定的電阻值，而光偵測電晶體P1會隨著偵測到的光強度不同而具有變動的電阻值。因此，觸控單元302可視為一個分壓電路，其中，二極體D1與光偵測電晶體P1會針對參考電壓源VC1與參考電壓VC2的電壓差進行分壓以產生偵測信號SD2。

比較單元304包括二極體D2以及電晶體M1。二極體D2的陽極耦接參考電壓源VC3，二極體D2的陰極產生比較電壓VCOMP1。二極體D2用以產生參考電流IREF1。在此實施例中，電晶體M1為N型TFT，電晶體M1具有第一端(例如汲極)、第二端(例如源極)以及控制端(例如閘極)。電晶體M1的第一端耦接至二極體D2的陰極，電晶體M1的控制端用以接收偵測信號SD2，電晶體M1的第二端則耦接至參考電壓VC4。假設偵測信號SD2為電壓信號，電晶體M1會依據偵測信號SD2與參考電壓VC4兩者的電壓差來產生觸控狀態電流IT1。

舉例來說，當使用者的手指觸碰到觸控單元302時，光偵測電晶體P1所接收到的光線會比使用者的手指未接觸觸控單元302時來的少。因此，觸控單元302在不同的觸碰狀態下，光偵測電晶體P1所產生的漏電流也會不同。換句話說，二極體D1的陰極端所提供的偵測信號SD2也會不同。因此，對電晶體M1而言，觸控單元302在不同的觸碰狀態下，控制端與第二端兩端所產生的電壓差(Vgs)也會有所差異，並使得電晶體M1所產生的觸控狀態電流IT1不相同。在此實施例中，二極體D2所提供的參考電流IREF1可視為一個固定的參考電流。比較單元304則針對不同的觸控狀態電流IT1與參考電流IREF1做比較，再依據比較結果產生比較電壓VCOMP1，詳細說明請參考後述。

觸控結果產生單元306包括電晶體MA以及電晶體MN。在此實施例中，電晶體MA與電晶體MN為N型TFT。電晶體MA具有第一端(例如汲極)、第二端(例如源極)以及控制端(例如閘極)。電晶體MA的第一端接收參考電源VC5，電晶體MA的控制端耦接比較電壓VCOMP1。電晶體MN具有第一端(例如汲極)、第二端(例如源極)以及控制端(例如閘極)。電晶體MN的第一端耦接至電晶體MA的第二端，電晶體MN的控制端耦接至掃描線SCAN3，電晶體MN的第二端產生觸控結果信號ST2並傳至耦接的資料線DATA3。

圖3B繪示圖3A觸控偵測電路300的讀出波形示意圖。其中，圖3B的橫軸代表時間，單位可以為微秒(μs)，縱軸則代表電壓，單位可以為毫伏(mV)，F代表波形週期。請同時參考圖3A與圖3B，曲線A代表觸控單元302未偵測到光線變化時，電晶體M1汲極的電壓變化。另一方面，曲線B代表觸控單元302偵測到光線變化時，電晶體M1汲極的電壓變化。由曲線B可知，當觸控單元302偵測到光線變化時，電晶體M1汲極的電壓只需要0.01個F的時間就可達到比較電壓VCOMP1。從另一個觀點來看，觸控偵測電路300可減少光偵測電晶體P1的感光時間以增加感應速度。

以下將詳細說明比較單元304與觸控結果產生單元306 兩者之間的動作關係。比較單元304所產生的比較電壓VCOMP1會被傳送至電晶體MA的閘極。在此，電晶體MA可以作為一個放大器，並依據參考電源VC5及控制端所接收的比較電壓VCOMP1來進行放大。放大後的信號則被傳送至電晶體MN，並在當電晶體MN被導通後，放大後的信號透過電晶體MN傳遞至資料線DATA3以產生觸控結果信號ST2。

圖4繪示本發明再一實施例的觸控偵測電路400的示意圖。觸控偵測電路400包括觸控單元402、比較單元404以及觸控結果產生單元406。觸控單元402包括電晶體MD1以及光偵測電晶體P2。在此實施例中，電晶體MD1為N型TFT，電晶體MD1具有第一端(例如汲極)、第二端(例如源極)以及控制端(例如閘極)。電晶體MD1的第一端耦接參考電壓源VC1，電晶體MD1的第二端及控制端會共同耦接並提供偵測信號SD3。比較單元404包括電晶體MB1與電晶體M2。在此實施例中，電晶體MB1與電晶體M2為N型TFT，電晶體MB1具有第一端(例如汲極)、第二端(例如源極)以及控制端(例如閘極)。電晶體MB1的第一端接收參考電壓源VC3，電晶體MB1的控制端以及第二端共同耦接至電晶體M2的第一端。從另一個觀點來看，圖3中的二極體D1可視為圖4中的電晶體MD1，二極體D2可視為電晶體MB1。另一方面，光偵測電晶體P2、電晶體M2、參考電壓VC2、參考電壓VC4以及觸控結果產生單元406的耦接關係請參考圖3，不在此贅述。

以下將說明觸控偵測電路400的操作情形，請同時參考圖3。電晶體MD1與光偵測電晶體P2會針對參考電壓源VC1與參考電壓VC2的電壓差進行分壓以產生偵測信號SD3。另一方面，由於電晶體MB1的控制端與第二端相互耦接，因此電晶體MB1的控制端與第二端兩端的電壓差為零。比較單元404會比較電晶體MB1的控制端與第二端兩端的電壓差(為零)與電晶體M2的控制端與第二端兩端的電壓差(偵測信號SD3與參考電壓VC4的電壓差)。當偵測信號SD3與參考電壓VC4兩者的電壓差大於零時(例如觸碰單元402被手指觸碰)，端點VA1的電壓會趨近於參考電壓VC4。另一方面，當電晶體M2的控制端與第二端兩端的電壓差小於零時(例如觸碰單元402未被手指觸碰)，端點VA1的電壓會趨近於參考電壓源VC3。如此一來，觸碰單元402在不同的觸碰情況下，端點VA1的電壓就會出現明顯的差異。

圖5繪示本發明又一實施例的觸控偵測電路500的示意圖。觸控偵測電路500包括觸控單元502、比較單元504以及觸控結果產生單元506。觸控單元502包括電晶體MD2以及光偵測電晶體P3。比較單元504包括電晶體MB2與電晶體M3。觸控結果產生單元506的作動情形請參考觸控結果產生單元306。請同時參考圖4與圖5，觸控偵測電路400與觸控偵測電路500的差異在於，電晶體M3的控制端與第二端分別接收參考電壓VC4與偵測信號SD4。然而，電晶體M2的耦接關係與電晶體M3相反，電晶體M2的控制端與第二端分別接收偵測信號SD3與參考電壓VC4。

圖6繪示本發明更一實施例的觸控偵測電路600的示意圖。觸控偵測電路600包括觸控單元602、比較單元604以及觸控結果產生單元606。觸控單元602包括電晶體MD3、電晶體MC1、光偵測電晶體P4以及光偵測電晶體P5。比較單元604包括電晶體MB3與電晶體M4。請同時參考圖4至圖6，觸控單元602與觸控單元402以及觸控單元502相比，觸控單元602中增加了光偵測電晶體P5以及電晶體MC1。光偵測電晶體P5以及電晶體MC1會針對參考電壓源VC1與參考電壓VC4的電壓差進行分壓以產生參考電壓T1。電晶體M4的控制端接收偵測信號SD5，電晶體M4的第二端則接收參考電壓T1。

在另一實施例中，電晶體MD3可以用二極體來取代，二極體的陽極耦接至參考電壓源VC1，二極體的陰極用以提供偵測信號SD5。另一方面，電晶體MC1也可以用二極體來取代，二極體的陽極耦接至參考電壓源VC1，二極體的陰極用以提供參考電壓T1。在圖6的實施例中，當光偵測電晶體P4與光偵測電晶體P5所受到的光照強度改變時，偵測信號SD5與參考電壓T1也會隨之改變。另一方面，請參考圖4至圖6，圖4中電晶體M2的第二端與圖5中電晶體M3的控制端都是耦接到參考電壓VC4(可視為一個固定的電壓)。然而，電晶體M4的控制端(接收偵測信號SD5)與第二端(接收參考電壓T1)兩端的電壓差會隨著光強度不同而有較大幅度的改變，並藉以提升觸控偵測的敏感度。

圖7繪示本發明又一實施例的觸控偵測電路700的示意圖。觸控偵測電路700包括觸控單元702、比較單元704以及觸控結果產生單元706。觸控單元702包括電晶體MD4、電晶體MC2、光偵測電晶體P6以及光偵測電晶體P7。比較單元704包括電晶體MF、電晶體MB4以及電晶體M5。在此實施例中，電晶體MF、電晶體MB4以及電晶體M5為N型TFT。電晶體MF具有第一端(例如汲極)、第二端(例如源極)以及控制端(例如閘極)。電晶體MF的第一端耦接參考電壓源VC3，電晶體MF的第二端產生比較電壓VCOMP2。電晶體MB4的第一端耦接電晶體MF的第二端，電晶體MB4的第二端與控制端共同耦接至電晶體MF的控制端。在另一實施例中，電晶體MB4可以用二極體取代，二極體的陽極耦接至電晶體MF的第二端，二極體的陰極則耦接至電晶體MF的控制端。二極體可用來產生參考電流。

電晶體M5具有第一端(例如汲極)、第二端(例如源極)以及控制端(例如閘極)。電晶體M5的第一端耦接電晶體MB4的第二端，電晶體M5的控制端接收偵測信號SD6，電晶體M5的第二端耦接參考電壓T2。電晶體MF依據偵測信號SD6與參考電壓T2兩者的電壓差來產生觸控狀態電流IT2。請同時參考圖6與圖7，值得注意的是，將比較單元704與比較單元604相比，比較單元704中增加了電晶體MF。電晶體MF可限制流向電晶體MC2與光偵測電晶體P7的電流大小，可限制觸控偵測電路700消耗的工作電流。

圖8繪示本發明另一實施例的觸控偵測電路800的示意圖。觸控偵測電路800可適用於電容式觸控面板。觸控偵測電路800包括觸控單元802、比較單元804以及觸控結果產生單元806。觸控單元802包括觸控偵測電容CT與參考電容CR。觸控偵測電容CT的第一端接收偵測信號SD7，觸控偵測電容CT的第二端則用來提供偵測信號SD7。參考電容CR串接在觸控偵測電容CT的第二端以及參考接地端GND間。觸控結果產生單元806可以是類比數位轉換器。在此實施例中，觸控結果產生單元806可藉由端點VA3的電壓變化來得知觸碰面板的觸碰情況。

綜上所述，本發明的觸控偵測電路會利用觸控單元依據觸控面板不同的觸控狀態提供不同的偵測信號。接著，比較單元接收到偵測信號後，會將偵測信號與參考電壓相比以產生比較電壓。最後，觸控結果產生單元會將比較電壓的信號進行放大並提供觸控結果信號。如此一來，本發明的觸控偵測電路便可依據觸控結果信號來得知觸控面板的觸控情況。換句話說，本發明的觸控偵測電路藉由分析觸控面板在不同的觸控狀態下所產生的電壓差來判斷目前觸控面板的觸碰情形，用以提升偵測的敏感度。因此，本發明的觸控偵測電路可節省光偵測電晶體所需要的光照時間，以增加偵測速度與敏感性。

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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

200‧‧‧觸控偵測電路

202‧‧‧觸控單元

204‧‧‧比較單元

206‧‧‧觸控結果產生單元

SD1‧‧‧偵測信號

ST1‧‧‧觸控結果信號

VREF1‧‧‧參考電壓

VCOMP‧‧‧比較電壓

Claims

一種觸控偵測電路，包括：一觸控單元，依據被觸碰狀態以提供一偵測信號；一比較單元，耦接該觸控單元，提供一參考電流，該比較單元並依據該偵測信號以及一第一參考電壓的電壓差來產生一觸控狀態電流，該比較單元比較該參考電流以及該觸控狀態電流來產生一比較電壓；以及一觸控結果產生單元，耦接該比較單元，依據該比較電壓來提供一觸控結果信號。
如申請專利範圍第1項所述的觸控偵測電路，其中該觸控單元包括：一二極體，其陽極耦接一參考電壓源，其陰極提供該偵測信號；以及一光偵測電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接該二極體的陰極，該光偵測電晶體的第二端及控制端相互耦接至一第二參考電壓。
如申請專利範圍第2項所述的觸控偵測電路，其中該二極體為一電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，該電晶體的第一端耦接該參考電壓源，該電晶體的第二端及控制端共同耦接並提供該偵測信號。
如申請專利範圍第2項所述的觸控偵測電路，其中該光偵測電晶體以及該二極體用以對該參考電壓源與該第二參考電壓的電壓差進行分壓以產生該偵測信號。
如申請專利範圍第1項所述的觸控偵測電路，其中該比較單元包括：一二極體，其陽極耦接一參考電壓源，其陰極產生該比較電壓，該二極體用以產生該參考電流；以及一第一電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，該第一電晶體的第一端耦接至該二極體的陰極，該第一電晶體的第二端與控制端的其中之一接收該偵測信號，且該第一電晶體的第二端與控制端的其中之另一耦接該第一參考電壓，該第一電晶體依據該偵測信號以及該第一參考電壓的電壓差來產生該觸控狀態電流。
如申請專利範圍第5項所述的觸控偵測電路，其中該二極體為一第二電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，該第二電晶體的第一端接收該參考電壓源，該第二電晶體的控制端以及第二端共耦接至該第一電晶體的第一端。
如申請專利範圍第1項所述的觸控偵測電路，其中該觸控單元包括：一第一二極體，其陽極耦接一參考電壓源，其陰極提供該偵測信號；一第一光偵測電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接該第一二極體的陰極，該第一光偵測電晶體的第二端及控制端相互耦接至一第二參考電壓；一第二二極體，其陽極耦接該參考電壓源，其陰極提供該第一參考電壓；以及一第二光偵測電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接該第二二極體的陰極，該第二光偵測電晶體的第二端及控制端相互耦接至一第三參考電壓。
如申請專利範圍第1項所述的觸控偵測電路，其中該比較單元包括：一第一電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接一參考電壓源，其第二端產生該比較電壓；一二極體，其陽極耦接該第一電晶體的第二端，其陰極耦接至該第一電晶體的控制端，該二極體用以產生該參考電流；以及一第二電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，該第一電晶體的第一端耦接至該二極體的陰極，該第二電晶體的控制端接收該偵測信號，且該第二電晶體的第二端耦接該第一參考電壓，該第一電晶體依據該偵測信號以及該第一參考電壓的電壓差來產生該觸控狀態電流。
如申請專利範圍第8項所述的觸控偵測電路，其中該二極體為一第三電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，該第三電晶體的第一端耦接至該第一電晶體的第二端，該第三電晶體的第二端及控制端共同耦接至該第二電晶體的第一端。
如申請專利範圍第1項所述的觸控偵測電路，其中該觸控結果產生單元包括：一第一電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收一參考電源，該第一電晶體的控制端耦接該比較電壓；以及一第二電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接至該第一電晶體的第二端，該第二電晶體的控制端接收一掃描訊號，該第二電晶體的第二端產生該觸控結果信號。
如申請專利範圍第1項所述的觸控偵測電路，其中該觸控單元包括：一觸控偵測電容，其一端接收一偵測信號，其另一端提供該偵測信號；以及一參考電容，串接在該觸控偵測電容的第二端以及一參考接地端間。
如申請專利範圍第11項所述的觸控偵測電路，其中該觸控結果產生單元為類比數位轉換器。