TWI506520B - 電容式觸控裝置的控制方法 - Google Patents

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Po Sheng Shih
Chien Yung Cheng
Chih Han Chao
Jia Shyong Cheng
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Description

電容式觸控裝置的控制方法
本發明涉及一種電容式觸控裝置及其控制方法，尤其是一種可以實現三維觸控的電容式觸控裝置及其控制方法。
近年來，伴隨著移動電話與觸摸導航系統等各種電子設備的高性能化和多樣化的發展，在液晶等顯示設備的前面安裝透光性的觸摸屏的電子設備逐步增加。這樣的電子設備的使用者通過觸摸屏，一邊對位於觸摸屏背面的顯示設備的顯示內容進行視覺確認，一邊利用手指或筆等方式按壓觸摸屏來進行操作。由此，可以操作電子設備的各種功能。然而，先前的觸摸屏一般只能實現二維觸控。隨著三維顯示技術的發展，二維觸控顯然難以滿足需求，因此，三維觸控技術已經成為未來發展的趨勢。
有鑒於此，確有必要提供一種可以實現三維觸控的電容式觸控裝置。
一種電容式觸控裝置的控制方法，所述電容式觸控裝置包括一互感電容式觸控模組，該互感電容式觸控模組包括層疊設置且相互絕緣的第一導電層與第二導電層，所述第一導電層包括複數沿一第一方向延伸的第一導電通道，所述第二導電層包括複數沿一第 二方向延伸的第二導電通道，其中，所述第一方向與所述第二方向交叉，該電容式觸控裝置進一步包括一第三導電層，所述第三導電層與所述互感電容式觸控模組間隔設置且其距離在觸摸壓力的作用下會發生改變，所述控制方法包括以下步驟：步驟一，向所述第一導電層或所述第二導電層輸入驅動訊號，並通過未輸入驅動訊號的第一導電層或第二導電層獲得一電容變化值△C1，並根據△C1判斷是否有觸摸訊號並獲得觸摸訊號位置的座標，當判斷有觸摸訊號時，進入步驟二；步驟二，向所述第二導電層或所述第三導電層施加一驅動訊號，並通過所述第二導電層或所述第三導電層獲得一電容變化值△C2，當△C2小於等於一閾值時，執行一二維座標命令；當△C2大於所述閾值時，執行一三維座標命令。
本發明提供的電容式觸控裝置及其控制方法具有以下優點。其一，通過額外設置一第二電極板用於檢測壓力訊號，從而使本發明實施例提供的電容式觸控裝置可以實現三維觸碰；其二，通過將座標訊號和壓力訊號分開檢測，從而可以避免座標訊號和壓力訊號之間相互干擾提高準確度。
100，200‧‧‧電容式觸控裝置
10‧‧‧透明保護膜
12‧‧‧第一電極板
122‧‧‧第一導電層
124‧‧‧第一基板
126‧‧‧第二導電層
14‧‧‧支撐體
16‧‧‧第二電極板
162‧‧‧第三導電層
164‧‧‧第二基板
166‧‧‧第四導電層
18‧‧‧間隙
X‧‧‧第一方向
Y‧‧‧第二方向
圖1為本發明第一實施例提供的電容式觸控裝置的結構示意圖。
圖2為本發明第一實施例提供的電容式觸控裝置受到壓力按壓時，該電容式觸控裝置中各個導電層的示意圖。
圖3為本發明第一實施例提供的電容式觸控裝置受到壓力按壓時，該電容式觸控裝置中間隙的變化示意圖。
圖4為本發明第一實施例提供的電容式觸控裝置的控制方法的流程圖。
圖5為本發明第一實施例提供的電容式觸控裝置在使用時，該電容式觸控裝置中第一導電層及第二導電層的電容變化示意圖。
圖6為本發明第一實施例提供的電容式觸控裝置在使用時，該電容式觸控裝置中第三導電層及第二導電層的電容變化示意圖。
圖7為本發明第二實施例提供的電容式觸控裝置的結構示意圖。
圖8為本發明第二實施例提供的電容式觸控裝置的控制方法的流程圖。
圖9為本發明第二實施例提供的電容式觸控裝置在使用時，該電容式觸控裝置中第四導電層及第二導電層的電容變化示意圖。
請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種電容式觸控裝置100，其包括一第一電極板12、複數支撐體14以及一第二電極板16。所述第一電極板12與所述第二電極板16通過所述複數支撐體14間隔設置，從而在所述第一電極板12及所述第二電極板16之間形成一間隙18。當外力按壓於所述電容式觸控裝置100時，所述第一電極板12及所述第二電極板16之間的間隙18會產生變化。
所述第一電極板12包括一第一導電層122、一第一基板124以及一第二導電層126。所述第一電極板12的第一導電層122及第二導電層126形成一二維觸控模組。所述第一導電層122設置於所述第一基板124遠離所述第二電極板16的表面，且該第一導電層122包括複數第一導電通道；所述第二導電層126設置於所述第一基板124 靠近所述第二電極板16的表面，且該第二導電層126包括複數第二導電通道。每一第一導電通道沿一第二方向Y延伸；且每一第二導電通道沿一第一方向X延伸。其中，所述第一方向X與所述第二方向Y相交。優選地，所述第一方向X與所述第二方向Y相互垂直。所述第一導電通道及第二導電通道的數量不限，可以根據電容式觸控裝置100的尺寸和觸控精度選擇。本實施例中，所述第一方向X與所述第二方向Y相互垂直，即，所述第一方向X與所述第二方向Y形成90度夾角。可以理解，所述複數第一導電通道及複數第二導電通道不限於上述設置方式，也可以設置為其他常用的電容式導電層。
所述第二電極板16包括一第三導電層162以及一第二基板164，且所述第三導電層162設置於所述第二基板164靠近所述第一電極板12的表面，從而使所述第三導電層162與所述第二導電層126通過所述間隙18間隔設置。所述第三導電層162包括複數第三導電通道，且該第三導電通道的延伸方向與所述第二導電通道的延伸方向相交。優選地，所述第三導電通道的延伸方向與所述第一導電通道的延伸方向相同，即，所述第三導電通道也沿第二方向Y延伸。所述複數第三導電通道的數量不限。優選地，所述複數第三導電通道的數量與所述第一導電通道的相同。當外力按壓於所述電容式觸控裝置100時，所述複數第三導電通道與所述複數第二導電通道之間的間隙18會產生變化。本實施例中，所述複數第三導電通道與所述複數第一導電通道一一對應設置。可以理解，所述複數第三導電通道也不限於上述設置方式，也可以設置為其他圖案化的導電層。
所述第一基板124及第二基板164選自柔性材料。優選地，為了使所述電容式觸控裝置100具有良好的透光性，所述第一基板124及第二基板164均選自柔性、透明材料。所述第一基板124及第二基板164的材料可以是聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二脂(PET)、聚亞醯胺(PI)或環烯烴共聚物(COC)等。
所述複數第一導電通道、複數第二導電通道以及複數第三導電通道可以由複數平行且間隔設置的導電氧化物(如，ITO)、金屬或石墨烯形成，或由一連續的且具有導電異向性的奈米碳管膜形成。所述奈米碳管膜中的奈米碳管基本沿同一延伸，且在延伸方向上通過凡得瓦力首尾相連，從而使該奈米碳管膜沿奈米碳管延伸的方向具有最小的電阻，而沿垂直於奈米碳管延伸的方向具有最大的電阻。所述奈米碳管膜及其製備方法請參見2007年2月12日申請的，2010年7月11日公告的，公告號為TW I327177的台灣發明專利申請公開說明書。可以理解，當所述複數第一導電通道、複數第二導電通道以及複數第三導電通道由所述奈米碳管膜形成時，該奈米碳管膜中沿奈米碳管延伸的方向也可以形成複數導電通道。本實施例中，所述複數第一導電通道、複數第二導電通道以及複數第三導電通道均為複數平行且間隔設置的IT0導電條。
所述支撐體14的材料不限，只要是絕緣且能起到支撐作用即可。
所述間隙18可以填充一氣體、一絕緣性液體或一可形變的固體絕緣層。可以理解，當所述間隙18之間填充所述可形變的固體絕緣層時，所述電容式觸控裝置100也可以不包括所述支撐體14，從 而使所述第一電極板12及第二電極板16通過所述可形變的固體絕緣層平行間隔且絕緣設置。
進一步地，可以在所述第一電極板12遠離第二電極板16的表面設置一一透明保護膜10，該透明保護膜10可由氮化矽、氧化矽、苯丙環丁烯(BCB)、聚酯膜或丙烯酸樹脂等形成。該透明保護膜10具有一定的硬度，可以對第一電極板12起保護作用。
請參照圖2，當使用者按壓觸控點A時，所述第一導電通道及第二導電通道之間的電容會產生變化，該第一導電通道及第二導電通道之間的電容變化可以用於檢測觸控點A的座標訊號。另外，請參照圖3，所述第三導電通道與所述第二導電通道之間的間隙18會變小，從而使所述第三導電通道與所述第二導電通道之間的電容會產生變化，所述第三導電通道與所述第二導電通道之間的電容變化可以用於檢測觸控點A的壓力訊號。
另外，所述電容式觸控裝置100可進一步包括一顯示模組(圖中未標示)，所述顯示模組可以設置於所述第二基板164遠離所述第一電極板12的表面。優選地，所述顯示模組可以與所述第二電極板16共用所述第二基板164，從而降低所述電容式觸控裝置100的體積。
請參照圖4，本發明實施例還提供一種所述電容式觸控裝置100的控制方法，包括以下步驟：S10：向所述第一導電層122或所述第二導電層126輸入驅動訊號，並通過未輸入驅動訊號的第一導電層122或第二導電層126獲得一電容變化值△C1，並根據△C1判斷是否有觸摸訊號並獲得觸摸 訊號位置的座標，當判斷有觸摸訊號時，進入步驟S11；S11：向所述第二導電層126或所述第三導電層162輸入驅動訊號，並通過未輸入驅動訊號的第二導電層126或第三導電層162獲得一電容變化值△C2，當△C2小於等於一閾值時，執行一二維座標命令；當△C2大於所述閾值時，執行一三維座標命令。
在步驟S10中，當向所述第二導電層施加一驅動訊號時，所述第一導電層可以作為感測端，從而獲得所述電容變化值△C1；當向所述第一導電層施加一驅動訊號時，所述第二導電層可以作為感測端，從而獲得所述電容變化值△C1。本實施例中，向所述第二導電層施加一驅動訊號，並將所述第一導電層作為感測端，這樣可以降低第一導電層及第二導電層之間的噪音。另外，當所述驅動訊號輸入所述第一導電層或所述第二導電層時，所述複數第三導電層可以接地設置。
所述驅動訊號可逐一輸入或同時輸入到所述第一導電通道或所述第二導電通道。當驅動訊號逐一輸入所述第一導電通道或所述第二導電通道時，其他未輸入驅動訊號的第一導電通道或所述第二導電通道接地或者浮置。本實施例中，所述驅動訊號逐一輸入所述複數第二導電通道，且其他未輸入驅動訊號的第二導電通道接地。
所述觸碰點的座標訊號可以通過觸碰前、後感測到所述第一導電層122與所述第二導電層126之間的電容變化值計算。請參照圖5，觸碰前，感測到所述第一導電層122與所述第二導電層126之間的電容為C1；觸碰後，由於用戶手指與第一導電層122之間會形成一耦合電容C2，該耦合電容C2會對C1產生影響，從而使感測到 所述第一導電層122與所述第二導電層126之間的電容感測值變為C1’。故，觸碰前、後感測到的電容變化值△C1=C1’-C1，進一步地，該電容變化值△C1可以用於檢測觸碰點的座標資訊。
在步驟S11中，所述電容變化值△C2，可以通過互感法獲得。
所述互感法是指未施加驅動訊號的導電層作為感測端，例如，向所述第二導電層126施加一驅動訊號時，所述第三導電層162作為感測端，從而獲得電容變化值△C2，此時，所述第一導電層122可以接地設置。具體地，可以向每一第二導電通道輸入一驅動訊號，並同時掃描每一第三導電通道；或向每一第三導電通道輸入一驅動訊號，並同時掃描每一第二導電通道。優選地，可以僅向觸碰點所對應的每一第二導電通道輸入一驅動訊號，並同時掃描觸碰點所對應的第三導電通道；或可以僅向觸碰點所對應的每一第三導電通道輸入一驅動訊號，並同時掃描觸碰點所對應的第二導電通道；這樣做的好處是可以節約掃描的時間。此外，所述驅動訊號可逐一輸入或同時輸入所述複數第二導電通道或所述第三導電通道。當驅動訊號逐一輸入所述複數第二導電通道或所述第三導電通道時，其他未輸入驅動訊號的第二導電通道或所述第三導電通道也可以接地或者浮置。本實施例中，所述驅動訊號逐一輸入所述觸碰點所對應的每一第二導電通道，並同時掃描觸碰點所對應的每一第三導電通道。
所述閾值可以根據電容式觸控裝置100的觸控靈敏度確定，該閾值可大於等於0。進一步的，所述△C2的計算請一併參照圖6，觸碰前，感測到所述第二導電層126及所述第三導電層162之間的電容為C3；觸碰後，由於用戶手指的作用，所述第二導電層126及 所述第三導電層162之間的間距可能會產生變化，從而可能使感測到所述第二導電層126及所述第三導電層162之間的電容也發生變化，其電容感測值為C3’。故，△C2=C3’-C3。具體地，當△C2小於等於該閾值時，可以設置為所述第二導電層126及所述第三導電層162之間的間距沒有產生變化，故，所述電容式觸控裝置100僅執行所述二維座標命令；當△C2大於該閾值時，即，可以設置為所述第二導電層126及所述第三導電層162之間的間距變小，故，所述電容式觸控裝置100執行所述三維座標命令。此外，當△C2大於該閾值時，根據△C2的大小還可以模擬出觸碰點的壓力大小。例如，可以定義，當C3’=C3時，觸摸點的壓力為0牛頓；當C3’=1.1×C3時，觸摸點的壓力為0.1牛頓；當C3’=1.2×C3時，觸摸點的壓力為0.2牛頓等。另外，根據所述△C2還可以計算出觸碰點的座標資訊，該座標資訊可以與步驟一中的座標資訊相互驗證，從而提高觸碰的精確度。
進一步地，為了提高三維座標命令的精度，可以設定當△C2分別達到不同的預設值時，例如，△C2=0.1×C3，0.2×C3，0.3×C3或0.4×C3，所述電容式觸控裝置100可以分別執行不同的三維座標命令。
本發明實施例提供的電容式觸控裝置100及其控制方法具有以下優點。其一，通過額外設置一第二電極板用於檢測壓力訊號，從而使本發明實施例提供的電容式觸控裝置可以實現三維觸碰；其二，通過將座標訊號和壓力訊號分開檢測，從而可以避免座標訊號和壓力訊號之間相互干擾提高準確度；其三，由於所述第三導電通道與第一導電通道一一對應設置，故，當具有複數觸控點時 ，可以同時檢測該複數觸控點的壓力訊號，從而同時執行複數三維座標命令。
請參閱圖7，本發明第二實施例提供一種電容式觸控裝置200，所述電容式觸控裝置200的結構與本發明第一實施例中的電容式觸控裝置100的結構基本相同，其不同之處在於，所述第三導電層162由一連續的第四導電層166取代，所述第四導電層166具有各向同性的阻值分佈。優選地，所述第四導電層166為一透明或半透明結構。所述第四導電層166可以為一連續的導電氧化物層、金屬層或石墨烯層。
請參照圖8，本發明實施例還提供一種所述電容式觸控裝置200的控制方法，包括以下步驟：S20：向所述第一導電層122或所述第二導電層126輸入驅動訊號，並通過未輸入驅動訊號的第一導電層122或第二導電層126獲得一電容變化值△C1，並根據△C1判斷是否有觸摸訊號並獲得觸摸訊號位置的座標，當判斷有觸摸訊號時，進入S21；S21：向所述第二導電層126或所述第四導電層166輸入驅動訊號，並通過所述第二導電層126或第四導電層166獲得一電容變化值△C3，當△C3小於等於一閾值時，執行一二維座標命令；當△C3大於所述閾值時，執行一三維座標命令。
所述步驟S20與本發明第一實施例中的步驟S10相同。
所述步驟S21與本發明第一實施例中的步驟S11基本相同，其不同之處在於，當所述驅動訊號輸入所述第四導電層166時，由於所述第四導電層166為一連續結構，故，僅向所述第四導電層166輸 入一單一的驅動訊號；另外，所述電容變化值△C3，不僅可以通過互感法獲得，還可以通過自感法獲得。
所述自感法是指施加驅動訊號的導電層同時作為感測端，例如，向所述第二導電層126施加一驅動訊號時，同時所述第二導電層126作為感測端，從而獲得所述電容變化值△C3，此時，所述第四導電層166及所述第一導電層122可以接地設置。具體地，可以向每一第二導電通道輸入一驅動訊號，並同時掃描每一第二導電通道；或向第四導電層輸入一驅動訊號，並同時掃描第四導電層。所述驅動訊號可逐一輸入或同時輸入所述複數第二導電通道，並逐一掃描或同時掃描所述複數第二導電通道；具體地，當驅動訊號逐一從所述第二導電通道的一端輸入時，可以通過輸入驅動訊號的第二導電通道的同一端或另一端進行感測，此時，其他未輸入驅動訊號的第二導電通道可以接地或者浮置；當驅動訊號同時從相鄰的幾個第二導電通道的一端輸入時，可以通過輸入驅動訊號的第二導電通道的同一端或另一端進行感測，此時，其他未輸入驅動訊號的第二導電通道可以接地或者浮置；當驅動訊號同時從所有第二導電通道的一端輸入時，可以通過所有第二導電通道的同一端或另一端進行感測。優選地，可以僅向觸碰點所對應的每一第二導電通道逐一輸入一驅動訊號，並同時掃描觸碰點所對應的第二導電通道，這樣做的好處是可以節約掃描的時間。本實施例中，所述驅動訊號逐一從所述觸碰點所對應的每一第二導電通道的一端輸入，並同時掃描輸入驅動訊號的第二導電通道的另一端。
所述閾值也可以根據電容式觸控裝置100的觸控靈敏度確定，該 閾值可大於等於0。進一步的，所述△C3的計算請一併參照圖9，觸碰前，感測到所述第二導電層126與所述第四導電層166之間的電容為C4；觸碰後，由於用戶手指的作用，第二導電層126與所述第四導電層166之間的間距可能會產生變化，從而可能使感測到所述第二導電層126及所述第四導電層166之間的電容也發生變化，其感測到的電容為C4’。故，△C3=C4’-C4。具體地，當△C3小於等於該閾值時，可以設置為所述第二導電層126與所述第四導電層166之間的間距沒有產生變化，故，所述電容式觸控裝置100僅執行所述二維座標命令；當△C3大於該閾值時，即，可以設置為所述第二導電層126與所述第四導電層166之間的間距變小，故，所述電容式觸控裝置100執行所述三維座標命令。此外，當△C3大於該閾值時，根據△C3的大小還可以模擬出觸碰點的壓力大小。
進一步地，為了提高三維座標命令的精度，可以設定當△C3分別達到不同的預設值時，例如，△C3=0.1×C4，0.2×C4，0.3×C4或0.4×C4，所述電容式觸控裝置100可以分別執行不同的三維座標命令。
本發明實施例提供的電容式觸控裝置200及其控制方法具有以下優點。其一，通過額外設置一第二電極板用於檢測壓力訊號，從而使本發明實施例提供的電容式觸控裝置可以實現三維觸碰；其二，通過將座標訊號和壓力訊號分開檢測，從而可以避免座標訊號和壓力訊號之間相互干擾提高準確度。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制 本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

Claims (15)

  1. 一種電容式觸控裝置的控制方法，所述電容式觸控裝置包括一互感電容式觸控模組，該互感電容式觸控模組包括層疊設置且相互絕緣的第一導電層與第二導電層，所述第一導電層包括複數沿一第一方向延伸的第一導電通道，所述第二導電層包括複數沿一第二方向延伸的第二導電通道，其中，所述第一方向與所述第二方向交叉，該電容式觸控裝置進一步包括一第三導電層，所述第三導電層與所述互感電容式觸控模組間隔設置且其距離在觸摸壓力的作用下會發生改變，所述第三導電層包括複數第三導電通道，且該第三導電通道的延伸方向與所述第二導電通道的延伸方向相交，所述控制方法包括以下步驟：步驟一，向所述第一導電層或所述第二導電層輸入驅動訊號，並通過未輸入驅動訊號的第一導電層或第二導電層獲得一電容變化值△C1，並根據△C1判斷是否有觸摸訊號並獲得觸摸訊號位置的座標，當判斷有觸摸訊號時，進入步驟二；步驟二，向所述第二導電層或所述第三導電層施加一驅動訊號，並通過所述第二導電層或所述第三導電層獲得一電容變化值△C2，當△C2小於等於一閾值時，執行一二維座標命令；當△C2大於所述閾值時，執行一三維座標命令。
  2. 如請求項1所述的電容式觸控裝置的控制方法，其中，在步驟一中，所述第三導電層接地設置。
  3. 如請求項1所述的電容式觸控裝置的控制方法，其中，在步驟二中，所述第一導電層接地設置。
  4. 如請求項1所述的電容式觸控裝置的控制方法，其中，所述向第二導電層 或所述第三導電層施加一驅動訊號，並通過所述第二導電層或所述第三導電層獲得一電容變化值△C2的步驟，包括以下步驟：將所述第三導電層及第一導電層接地設置；以及向所述複數第二導電通道施加所述驅動訊號，並通過所述複數第二導電通道獲得所述電容變化值△C2。
  5. 如請求項4所述的電容式觸控裝置的控制方法，其中，逐一或同時向所述複數第二導電通道施加所述驅動訊號。
  6. 如請求項5所述的電容式觸控裝置的控制方法，其中，當逐一向所述複數第二導電通道施加所述驅動訊號時，未施加驅動訊號的其他第二導電通道接地設置。
  7. 如請求項5所述的電容式觸控裝置的控制方法，其中，逐一向每一第二導電通道的一端施加所述驅動訊號，並通過施加驅動訊號的第二導電通道的另一端獲得所述電容變化值△C2。
  8. 如請求項5所述的電容式觸控裝置的控制方法，其中，向所述複數第二導電通道中相鄰的幾個第二導電通道的一端同時施加所述驅動訊號，並通過施加驅動訊號的第二導電通道的另一端獲得所述電容變化值△C2。
  9. 如請求項5所述的電容式觸控裝置的控制方法，其中，同時向所述複數第二導電通道的一端施加所述驅動訊號，並通過第二導電通道的另一端獲得所述電容變化值△C2。
  10. 如請求項4所述的電容式觸控裝置的控制方法，其中，僅向觸摸位置所對應的每一第二導電通道輸入一驅動訊號，並僅掃描觸摸位置所對應的每一第二導電通道。
  11. 如請求項1所述的電容式觸控裝置的控制方法，其中，進一步包括：根據所述△C2的大小模擬出觸碰點壓力的大小。
  12. 如請求項11所述的電容式觸控裝置的控制方法，其中，當壓力達到不同 的預設值時，所述電容式觸控裝置分別執行不同的三維座標命令。
  13. 如請求項1所述的電容式觸控裝置的控制方法，其中，所述第一方向與所述第二方向相互垂直。
  14. 如請求項1所述的電容式觸控裝置的控制方法，其中，所述互感電容式觸控模組與所述第三導電層之間通過絕緣支撐體間隔形成一空隙，所述空隙內填充有氣體或絕緣性液體。
  15. 如請求項1所述的電容式觸控裝置的控制方法，其中，所述互感電容式觸控模組與所述第三導電層之間設置有一可形變的固體絕緣層。
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