TWI607362B - 感測裝置及偵測方法 - Google Patents

Description

感測裝置及偵測方法

本發明係關於一種感測裝置及偵測方法，特別是一種觸碰面板的感測裝置及偵測方法。

隨著科技的發展，面板觸控的技術越趨成熟。以目前來說，面板觸控技術主要分為自容式投射式電容觸控技術與互容式投射式電容觸控技術。自容式投射式電容觸控技術係將電極充電並對其作電容值偵測。由於手指觸控時所偵測到的電容值與未觸碰的電容值不同，依據電容值的變化，便可以得知手指觸碰的座標資訊。互容式投射式電容觸控技術係將電極分為兩組，先對一組電極充電，再對另一組電極作電容值的偵測。由於手指觸控所偵測到的電容值與未觸碰的電容值不同，依據兩組電極的相對位置關係，進而得到手指觸碰的座標資訊。然而不管是自容式投射式電容觸控技術或互容式投射式電容觸控技術，僅能偵測到觸碰的位置，卻無法偵測到觸碰時按壓的力量。

本發明提供一種感測裝置及偵測方法，可以偵測觸碰時的座標資訊以及按壓的力道大小。

依據本發明之一實施例所提供的感測裝置，包含第一基板、第二基板、第一電極組、第二電極組及介電層。第一基板具有第一表面。第二基板位於第一基板上方。第一電極組位於第一表面且包含多個第一電極與多個第二電極。第二電極組位於第二基板且位於第一電極組上方。第二電極組包含多個第三電極與多個第四電極。介電層位於第一電極組與第二電極組之間。於觸控偵測時段內，第一電極接收第一驅動信號，第二電極處於第一運作模式。第三電極接收第二驅動信號，第四電極處於第二運作模式。於感壓偵測時段，第一電極接收第三驅動信號，第二電極處於第二運作模式。第三電極與第四電極均處於第三運作模式。

依據本發明之一實施例所提供的偵測方法，適於感測裝置。感測裝置包含第一電極組與第二電極組。第一電極組包含多個第一電極與多個第二電極。第二電極組包含多個第三電極與多個第四電極。偵測方法包含於觸控偵測時段中，提供第一驅動信號至第一電極，並使第二電極處於第一運作模式。於觸控偵測時段中，提供第二驅動信號至第三電極並使第四電極處於第二運作模式。於感壓偵測時段中，提供第三驅動信號至第一電極並使第二電極處於第二運作模式。於感壓偵測時段中，使第三電極與第四電極處於第三運作模式。

綜合以上所述，本發明所提供的感測裝置及偵測方法，係以互容式的偵測方式，再分別於感壓偵測時段與觸控偵測時段中提供不同的操作方式，進而得以使感測裝置同時偵測觸碰時的座標資訊以及按壓的力道大小。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請先參照表一，由表一所示的數據，可以得知採用自容式的感測方式與互容式的感測方式分別可以偵測到的電容變化量係為2.31%與3.24%。相較於自容式的感測方式，如表一所示，利用互容式的感測方式所偵測到的變化量係高於自容式的感測方式，也就是說，採用互容式的感測方式所得到的感測效果較為明顯。而本發明的感測裝置所採用的感測方式舉例係為互容式的感測方式。 表一 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 電容(pF) </td><td> 自容式 </td><td> 互容式 </td></tr><tr><td> 觸控偵測 </td><td> 172.7 </td><td> 90.4 </td></tr><tr><td> 感壓偵測 </td><td> 176.7 </td><td> 93.3 </td></tr><tr><td> 電容變化量 </td><td> 2.31% </td><td> 3.24% </td></tr></TBODY></TABLE>

請一併參照圖1A、圖1B與圖1C。圖1A係依據本發明之一實施例所繪示的感測裝置的示意圖。圖1B與圖1C係依據本發明之一實施例分別繪示的第二電極組與第一電極組的俯視示意圖。如圖1A所示，感測裝置1包含第一基板10、第二基板11、第一電極組101、第二電極組111及介電層12。如圖1B與圖1C所示，第一電極組101包含多個第一電極101a~101c與多個第二電極101d~101e，第二電極組111包含多個第三電極111a~111c與多個第四電極111d~111e。第一電極101a~101c舉例係為依序排列，第二電極101d~101e舉例係為依序排列，第三電極111a~111c舉例係為依序排列，第四電極111d~111e舉例係為依序排列。於此實施例中，如圖1B與圖1C所示，第一電極101a通過第一電極連接部101a_1電性連接。第一電極101b通過第一電極連接部101b_1電性連接，第一電極101c通過第一電極連接部101c_1電性連接。第二電極101d通過第二電極連接部101d_1電性連接，第二電極101e通過第二電極連接部101e_1電性連接。而第三電極111a通過第三電極連接部111a_1電性連接，第三電極111b通過第三電極連接部111b_1電性連接，第三電極111c通過第三電極連接部111c_1電性連接。第四電極111d通過第四電極連接部111d_1電性連接，第四電極111e通過第四電極連接部111e_1電性連接。

於一實施例中，多個第一電極連接部101a_1~101c_1、多個第一電極101a~101c與多個第二電極101d~101e均位於感測裝置1的同一層，且與多個第二電極連接部101d_1~101e_位於不同層。於另一實施例中，多個第二電極連接部101d_1~101e_1、多個第一電極101a~101c與多個第二電極101d~101e均位於感測裝置1的同一層，且與多個第一電極連接部101a_1~101c_1位於不同層。第二電極組111與第一電極組101具有類似的結構，於此不再贅述。請一併參照圖1D與圖2。圖1D係依據本發明之一實施例所繪示的感測裝置的俯視示意圖。圖2係依據本發明之一實施例所繪示的感測裝置的結構剖面圖，其對應圖1D的剖面線AA’。

如圖2所示，第一基板10具有第一表面E1。第二基板11與第一基板10相對設置。第一電極組101位於第一表面E1，而第二電極組111位於第二基板11且位於第一電極組101上方。於一實施例中，所述的多個第一電極101a~101c、多個第二電極101d~101e、多個第三電極111a~111c與多個第四電極111d~111e係為導電玻璃(FTO)、氧化銻錫薄膜(ATO)或銦錫氧化物(ITO)等透明導電膜所組成，用以接收來自感測電路的驅動信號。而於一實施例中，多個第三電極111a~111c於第一表面E1的正投影舉例係不重疊於第二電極101d~101e，多個第四電極111d~111e於第一表面E1的正投影舉例係不重疊於多個第一電極101a~101c。舉例來說，如圖2所示，第三電極111a於第一表面E1的正投影不重疊於第二電極101d。第四電極111d於第一表面E1的正投影不重疊於第一電極101a與第一電極101b。

介電層12位於第一電極組101與第二電極組111之間，係用以隔絕第一電極組101與第二電極組111。於一個例子中，介電層12的介電係數越高越為理想。於一實施例中，介電層12係為空氣。於另一實施例中，當感測裝置1的介電層12係為多層介電層時，每個介電層的介電係數大於等於1且小於等於8。於圖2的實施例中，第二基板11具有面向第一表面E1的第二表面E2。而第二電極組111係位於第二表面E2。請一併參照圖2與圖3，圖3係依據本發明之一實施例所繪示的時序波形圖。如圖3所示，於觸控偵測時段Tt內，感測裝置1的多個第一電極101a~101c依序分別接收第一驅動信號S1，為了方便說明，圖3僅繪示第一電極101a~101b。於實務上，當多個第一電極101a~101c從感測電路(圖中未示)接收第一驅動信號S1時，多個第一電極101a~101c會被充電。

於觸控偵測時段Tt內，多個第二電極101d~101e處於第一運作模式。於一實施例中，第一運作模式係將多個第二電極101d~101e浮接。請一併參照圖4，圖4係依據本發明之一實施例所繪示的部分感測裝置的電路圖。如圖4的例子中，第二電極101d係通過開關單元SW連接至感測電路SC。而所述的浮接係指開關單元SW未導通的狀態。同樣地，第二電極101e也是通過開關單元SW連接至感測電路SC。也就是說，在浮接狀態時，多個第二電極101d~101e雖然與感測電路結構上有連接關係，但實質上多個第二電極101d~101e與感測電路係呈現斷路的狀態。於另一實施例中，第一運作模式包含重置階段Tr與感測階段Ts，重置階段與感測階段舉例係緊密接續，如圖3所示。在重置階段Tr中，多個第二電極101d~101e會重置回到一預設電位，在接下來的感測階段Ts中，多個第二電極101d~101e與感測電路SC之間的開關單元SW導通，由感測電路SC偵測多個第二電極101d~101e的電位。

於觸控偵測時段Tt內，多個第三電極111a~111c依序分別接收第二驅動信號S2，為了方便說明，圖3僅繪示第二電極111a~111b。於實務上，當多個第三電極111a~111c從感測電路SC接收第二驅動信號S2時，多個第三電極111a~111c會被充電。於一實施例中，多個第一電極101a~101c及多個第三電極111a~111c係被充電到同一電位，此時圖2中上下對應的第一電極與第三電極之間不具有電位差。例如，上下對應的第一電極101a與第三電極111a之間無電位差存在。多個第四電極111d~111e處於第二運作模式。於一實施例中，第二運作模式與第一運作模式相同，包含重置階段Tr與感測階段Ts，重置階段Tr與感測階段Ts係緊密接續。同樣地，在重置階段Tr中，多個第四電極111d~111e會重置回到一預設電位，在接下的感測階段Ts中，多個第四電極111d~111e與感測電路SC之間的開關單元SW導通，感測電路SC偵測多個第四電極111d~111e的電位。

於所述的觸控偵測時段Tt內，感測裝置1係利用互容式感測來取得手指觸碰的座標資訊。以一個實際的例子來說，請參照圖5，圖5係依據本發明之一實施例所繪示的部分感測裝置結構的等效電路圖。如圖5所示，第一電極101a與第二電極101d之間具有電容CmA，第一電極101a與第三電極111a之間具有電容Cf2t，第二電極101d與第四電極111d 之間具有電容Cf2r，第三電極111a與第四電極111d 之間具有電容CmB。於觸控偵測時段內，第一電極101a與第三電極111a分別接收到第一驅動信號與第二驅動信號而開始充電至一電位。此時，第一電極101a與第三電極111a之間並無電位差。而第二電極101d與第四電極111d分別處於第一運作模式與第二運作模式。於此例子中，第一運作模式與第二運作模式均包含重置階段Tr與感測階段Ts，此時第二電極101d與第四電極111d之間實質上不具有電位差。也就是說，於觸控偵測時段內，電容Cf2t與電容Cf2r實質上為零。

請一併參照圖2、圖3、圖5與圖6，圖6係依據本發明之另一實施例所繪示的部分感測裝置結構的等效電路圖。在圖5中，第一電極101a與第二電極101d之間產生電容CmA、第三電極111a與第四電極111d 之間產生電容CmB、第一電極101a與第三電極111a之間產生電容Cf2t、第二電極101d與第四電極111d 之間產生電容Cf2r、第三電極111a與手指(接地端) 之間產生電容Cf1、第四電極111d與手指(接地端) 之間產生電容Cf1r。舉例來說，相較於第一電極101a與第二電極101d之間所產生的電容CmA和第三電極111a與第四電極111d 之間所產生的電容CmB，因第一電極101a與第三電極111a之距離遠大於第一電極101a與第二電極101d之間的距離，故第一電極101a與第三電極111a之間所產生的電容Cf2t及第二電極101d與第四電極111d 之間所產生的電容Cf2r視為實質上為零時，圖5的等效電路圖可以簡化成圖6的等效電路圖。具體來說，於觸控偵測時段Tt內，第三電極111a會被充電，此時第三電極111a與第四電極111d 之間產生電容CmB。當手指(圖5、圖6的接地端)進行觸碰時，在第二運作模式的感測階段Ts中，感測電路導通開關單元，進而偵測到第三電極111a與第四電極111d 之間所產生的電容CmB產生變化，此時可以得知手指觸碰的座標資訊。於此例子中，由於電容Cf2t與電容Cf2r實質上為零，因此並不會偵測到第一電極101a與第二電極101d之間所產生的電容CmA。

請回到圖3。如圖3所示，於感壓偵測時段Tf內，多個第一電極101a~101c接收第三驅動信號S3，第二電極101d~101e處於第二運作模式，多個第三電極111a~111c與多個第四電極111d~111e均處於第三運作模式，其中為了方便說明，圖3僅繪示出第一電極101a~101b與第二電極111a~111b。於此實施例中，當多個第一電極101a~101c接收第三驅動信號S3時，均被充電到一個電位。第二運作模式中包含重置階段Tr與感測階段Ts，其在重置階段Tr與感測階段Ts的運作方式與前述相同，於此不另贅述。而第三運作模式中，多個第三電極111a~111c與多個第四電極111d~111e接收一個固定的參考電壓(例如直流電壓)。於另一實施例中，所述的參考電壓舉例係為感測裝置1的一個接地電壓。使多個第三電極111a~111c與多個第四電極111d~111e接收固定的參考電壓或接地電壓的目的係在於屏蔽手指觸碰時所產生的信號，而使得感測裝置1可以更準確地感測到手指下壓的力道。於另一實施例中，多個第三電極111a~111c與多個第四電極111d~111e係為浮接。

於所述的感壓偵測時段Tf內，感測裝置1可以通過因介電層12的厚度變化所產生的電容變化值，進而推算出感測裝置1所受的手指下壓力道。以一個實際的例子來說，請一併參照圖2、圖3、圖5與圖7，圖7係依據本發明之另一實施例所繪示的部分感測裝置結構的等效電路圖。於感壓偵測時段，由於第三電極111a與第四電極111d舉例係接收一個接地電壓，而手指視為一個接地電壓，因此圖5的可以簡化成圖7的等效電路圖。如圖7所示，當手指觸碰第二基板11相對於第二表面E2之外表面而施加下壓力道時，介電層12所包含的介電材料會被壓縮，導致介電層12的厚度方向產生形變而使得手指與第一電極101a之間的距離，以及手指與第二電極101d之間的距離均減少。此時電容Cf2t與電容Cf2r分別改變為電容Cf2t’與電容Cf2r’。因此，電容CmA也隨之改變為CmA’。此時，藉由CmA’與CmA之間的變異量，便可以進一步推算出手指下壓力道的大小。於一實施例中，前述的觸控偵測時段Tt與感壓偵測時段Tf緊密接續。也就是說，當一個觸控偵測時段Tt結束後，一個感壓偵測時段Tf會接續在後，而當前述的感壓偵測時段Tf結束後，另一觸控偵測時段Tt會接續在後，且反覆地重複上述的運作時序。

請參照圖8，圖8係依據本發明之另一實施例所繪示的感測裝置的結構剖面圖。於此實施例中，感測裝置1的第二基板11除了具有面向第一基板10的第二表面E2之外，更具有相對於第二表面E2的第三表面E3，而第二電極組111位於第三表面E3。於此實施例中，第一基板10與第二基板11之間的介電層12舉例係為液晶材料，於感壓偵測時段Tf中，係通過液晶材料的壓縮程度，以偵測手指下壓的力道。請參照圖9，圖9係依據本發明之另一實施例所繪示的感測裝置的結構剖面圖。於此實施例中，感測裝置1更包含第三基板14以及液晶層13。液晶層13夾設於第三基板14與第一基板10之間。於另一實施例中，請參照圖10，圖10係依據本發明之另一實施例所繪示的感測裝置的結構剖面圖。圖10與圖9的實施例不同的是，圖10的第二電極組111係位於第二基板11的第三表面E3，第二基板11係位於第二電極組111和第一電極組101之間。

請一併參照圖3與圖11，圖11係依據本發明之一實施例所繪示的偵測方法的方法流程圖。此偵測方法適於圖1的感測裝置1。如圖11所示，在步驟S301中，於觸控偵測時段Tt中，由感測電路提供第一驅動信號至多個第一電極101a~101c，並使多個第二電極101d~101e處於第一運作模式。在步驟S303中，於觸控偵測時段Tt中，由感測電路提供第二驅動信號至多個第三電極111a~111c，並使多個第四電極111d~111e處於第二運作模式。在步驟S305中，於感壓偵測時段Tf中，由感測電路提供第三驅動信號至多個第一電極101a~101c，並使多個第二電極101d~101e處於第二運作模式。於步驟S307中，在感壓偵測時段Tf中，感測電路使多個第三電極111a~111c與多個第四電極111d~111e處於第三運作模式。在圖11中，雖然以箭頭表示步驟S301~S307的先後順序，但不以此為限，步驟S303可先於或同時於步驟S301，步驟S307可先於或同時於步驟S305，而感壓偵測時段Tf可先於觸控偵測時段Tt，但不以此為限。本領域人士可依照本實施例之精神依據需求調整改變各個步驟S301~S307的順序。

於一實施例中，第一運作模式係包含將多個第二電極101d~101e浮接。於另一實施例中，第一運作模式中包含重置階段Tr與感測階段Ts，重置階段Tr以及感測階段Ts舉例係緊密接續。關於浮接、重置階Tr段以及感測階段Ts的具體操作方式前述段落已有敘述，故於此不再贅述。於一實施例中，第二運作模式與第一運作模式舉例均包含重置階段Tr與感測階段Ts。於一實施例中，第三運作模式包含將多個第三電極111a~111c與多個第四電極111d~111e浮接。於另一實施例中，於第三運作模式中，多個第三電極111a~111c與第四電極111d~111e均接收參考電壓或接地電壓。於一個例子中，參考電壓為0伏特至30伏特，較佳為3.3伏特、5伏特或12伏特。

綜合以上所述，本發明的感測裝置與偵測方法，係藉由感壓偵測時段與觸控偵測時段中的不同操作方式，進而可以互容式的方式偵測手指觸碰時的電容變化量而取得觸碰的座標資訊，且通過介電層的擠壓所產生的電容變異量，進而推算手指按壓的力道大小。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1‧‧‧感測裝置

10‧‧‧第一基板

11‧‧‧第二基板

12‧‧‧介電層

13‧‧‧液晶層

14‧‧‧ 第三基板

101‧‧‧第一電極組

111‧‧‧第二電極組

101a~101c‧‧‧第一電極

101d~101e‧‧‧第二電極

111a~111c‧‧‧第三電極

111d~111e‧‧‧第四電極

101a_1~101c_1‧‧‧第一電極連接部

101d_1~101e_1‧‧‧第二電極連接部

111a_1~111c_1‧‧‧第三電極連接部

111d_1~111e_1‧‧‧第四電極連接部

AA’‧‧‧剖面線

E1‧‧‧第一表面

E2‧‧‧第二表面

E3‧‧‧第三表面

S1‧‧‧第一驅動信號

S2‧‧‧第二驅動信號

S3‧‧‧第三驅動信號

SC‧‧‧感測電路

SW‧‧‧開關單元

Tr‧‧‧重置階段

Ts‧‧‧感測階段

Cf1、Cf1r、Cf2t、Cf2t’、Cf2r、Cf2r’、CmA、CmA’、CmB‧‧‧電容

圖1A係依據本發明之一實施例所繪示的感測裝置的示意圖。 圖1B係依據本發明之一實施例所繪示的第二電極組的俯視示意圖。 圖1C係依據本發明之一實施例所繪示的第一電極組的俯視示意圖。 圖1D係依據本發明之一實施例所繪示的感測裝置的俯視示意圖。 圖2係依據本發明之一實施例所繪示的感測裝置的結構剖面圖。 圖3係依據本發明之一實施例所繪示的時序波形圖。 圖4係依據本發明之一實施例所繪示的部分感測裝置的電路圖。 圖5係依據本發明之一實施例所繪示的部分感測裝置結構的等效電路圖。 圖6係依據本發明之另一實施例所繪示的部分感測裝置結構的等效電路圖。 圖7係依據本發明之另一實施例所繪示的部分感測裝置結構的等效電路圖。 圖8係依據本發明之另一實施例所繪示的感測裝置的結構剖面圖。 圖9係依據本發明之另一實施例所繪示的感測裝置的結構剖面圖。 圖10係依據本發明之另一實施例所繪示的感測裝置的結構剖面圖。 圖11係依據本發明之一實施例所繪示的偵測方法的方法流程圖。

1‧‧‧感測裝置

10‧‧‧第一基板

11‧‧‧第二基板

101‧‧‧第一電極組

111‧‧‧第二電極組

12‧‧‧介電層

AA’‧‧‧剖面線

E1‧‧‧第一表面

E2‧‧‧第二表面

101a~101c‧‧‧第一電極

101d~101e‧‧‧第二電極

111a~111c‧‧‧第三電極

111d~111e‧‧‧第四電極

Claims (10)

1. 一種感測裝置，包含：一第一基板，具有一第一表面；一第二基板，位於該第一基板上方；一第一電極組，位於該第一表面，包含：多個第一電極與多個第二電極；一第二電極組，位於該第二基板且位於該第一電極組上方，包含：多個第三電極與多個第四電極；以及至少一介電層，位於該第一電極組與該第二電極組之間；其中於一觸控偵測時段內，該些第一電極接收一第一驅動信號，該些第二電極處於一第一運作模式，該些第三電極接收一第二驅動信號，該些第四電極處於一第二運作模式，於一感壓偵測時段，該些第一電極接收一第三驅動信號，該些第二電極處於該第二運作模式，該第一運作模式與該第二運作模式均包含一重置階段與一感測階段，該重置階段用以使該些第二電極及/或該些第四電極重置到一預設電位，該感測階段用以使該些第二電極及/或該些第四電極的電位被偵測。
2. 如請求項1所述的感測裝置，其中該些第三電極於該第一表面的正投影不重疊於該些第二電極，且該些第四電極於該第一表面的正投影不重疊於該些第一電極。
3. 如請求項1所述的感測裝置，其中於該感壓偵測時段，該些第三電極與該些第四電極均處於一第三運作模式，於該第三運作模式中，該些第三電極與該些第四電極均接收一參考電壓或一接地電壓。
4. 如請求項1所述的感測裝置，其中該觸控偵測時段與該感壓偵測時段係緊密接續。
5. 如請求項1所述的感測裝置，其中該第二基板具有面向該第一表面的一第二表面，該第二電極組位於該第二表面。
6. 如請求項1所述的感測裝置，更包含：一第三基板；以及一液晶層，位於該第三基板與該第一基板之間。
7. 如請求項1所述的感測裝置，其中該至少一介電層係多層介電層，每一該介電層的介電係數大於等於1且小於等於8。
8. 一種偵測方法，適於一感測裝置，該感測裝置包含一第一電極組與一第二電極組，該第一電極組包含多個第一電極與多個第二電極，該第二電極組包含多個第三電極與多個第四電極，該偵測方法，包含：於一觸控偵測時段中，提供一第一驅動信號至該些第一電極，並使該些第二電極處於一第一運作模式；於該觸控偵測時段中，提供一第二驅動信號至該些第三電極，並使該些第四電極處於一第二運作模式；以及於一感壓偵測時段中，提供一第三驅動信號至該些第一電極，並使該些第二電極處於該第二運作模式；其中該第一運作模式與該第二運作模式均包含一重置階段與一感測階段，該重置階段用以使該些第二電極及/或該些第四電極重置到一預設電位，該感測階段用以使該些第二電極及/或該些第四電極的電位被偵測。
9. 如請求項8所述的偵測方法，其中於該感壓偵測時段中，使該些第三電極與該些第四電極處於一第三運作模式，於該第三運作模式中，該些第三電極與該些第四電極均接收一參考電壓或一接地電壓。
10. 如請求項8所述的偵測方法，其中該觸控偵測時段與該感壓偵測時段係緊密接續。