TWI687861B - 主動筆及使用主動筆的觸控顯示系統 - Google Patents

主動筆及使用主動筆的觸控顯示系統 Download PDF

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Abstract

本發明主動筆包含接觸端及連接接觸端的本體，且包含第一發射電極、第二發射電極、至少一感應電極以及第一控制單元。第一發射電極設置在本體表面。第二發射電極設置在接觸端且與第一發射電極擇一運作。感應電極設置在本體表面並具有電容值。第一控制單元分別耦接第一發射電極、第二發射電極與感應電極。第一控制單元根據電容值的變化將第一發射電極和第二發射電極其中之一設定為致能狀態，並且同時將第一發射電極和第二發射電極中的另一發射電極設定為浮接狀態。

Description

主動筆及使用主動筆的觸控顯示系統
本發明係關於一種觸控裝置；具體而言，本發明係關於一種主動筆及觸控顯示系統。
主動筆已廣泛被使用於與具有觸控功能的顯示裝置搭配，以提供輸入效果；其依操作方式可分為兩類，一種是貼附於顯示裝置的玻璃表面移動產生字跡，或稱為2D觸控；另一種是與顯示裝置的玻璃表面隔著一段距離移動產生字跡，或稱為3D觸控。
然而，當使用者想要進行上述兩種不同的操作時，需要分別購買兩種不同的主動筆，因此在使用上並不方便，也不符合經濟性的考量。
雖然現有的技術提出結合不同操作方式的主動筆，然而，由於其操作方式是根據判斷握筆力道來進行操作模式的切換，但每個人握筆的力道不盡相同，因而造成顯示裝置進行操作模式切換的判斷時容易發生誤判之情事，亟待進一步加以改善。
本發明之一目的在於提供一種主動筆及觸控顯示系統，可整合不同的操作方式。
主動筆包含接觸端及連接接觸端的本體，且包含第一發射電極、第二發射電極、至少一感應電極以及第一控制單元。第一發射電極設置在本體表面。第二發射電極設置在接觸端且與第一發射電極擇一運作。感應電極設置在本體表面並具有電容值。第一控制單元分別耦接第一發射電極、第二發射電極與感應電極。第一控制單元根據電容值的變化將第一發射電極和第二發射電極其中之一設定為致能狀態，並且同時將第一發射電極和第二發射電極中的另一發射電極設定為浮接狀態。
一種觸控顯示系統包含主動筆以及觸控顯示模組。觸控顯示模組包含顯示面板及設置在顯示面板上的觸控面板。觸控面板包含第一操作電極、第二操作電極以及第二控制單元。第二控制單元耦接第一操作電極及第二操作電極。當第一發射電極為致能狀態，第二控制單元根據第一操作電極的電場狀態判斷主動筆的位置；當第二發射電極為致能狀態，第二控制單元根據第二操作電極與第二發射電極之間的電容變化判斷主動筆的位置。藉此主動筆可於不同的操作模式切換使用。
應當理解，當諸如層、膜、區域或基板的元件被稱為在另一元件”上”或”連接到”另一元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者中間元件可以也存在。相反，當元件被稱為”直接在另一元件上”或”直接連接到”另一元件時，不存在中間元件。
本文使用的”約”、”近似”、或”實質上”包括所述值和在本領域普通技術人員確定的特定值的可接受的偏差範圍內的平均值，考慮到所討論的測量和與測量相關的誤差的特定數量(即，測量系統的限制)。例如，”約”可以表示在所述值的一個或多個標準偏差內，或±30％、±20％、±10％、±5％內。
圖1為本發明之主動筆10的一實施例示意圖。如圖1所示，主動筆10包含接觸端12及連接接觸端12的本體14，且包含第一發射電極110、第二發射電極120、感應電極130以及第一控制單元。第一發射電極110設置在本體14表面，而第二發射電極120設置在接觸端12。第一發射電極110與第二發射電極120擇一運作。感應電極130設置在本體14表面並可偵測電容變化，例如可呈環型圍繞於本體14上。
第一控制單元設置在主動筆10內部，例如設置在本體14內的空間。請同時參考圖2。圖2為主動筆10的方塊圖。如圖2所示，第一控制單元140分別耦接第一發射電極110、第二發射電極120與感應電極130。第一控制單元140例如為微控制器，其根據感應電極130的電容值的變化將第一發射電極110和第二發射電極120其中之一設定為致能狀態，並且同時將兩者中的另一發射電極設定為浮接狀態。
如圖2所示，當第一發射電極110被設定為致能狀態，主動筆10進入第一操作模式且第一發射電極110產生用於第一操作模式的第一訊號S1。當第二發射電極120被設定為致能狀態，主動筆10進入第二操作模式且第二發射電極120產生用於第二操作模式的第二訊號S2。
舉例而言，第一操作模式為懸浮操作，通過觸控面板感測第一發射電極110產生的訊號可計算出主動筆10的位置；第二操作模式為接觸操作，通過觸控面板中的觸控感測電極所量測到電容值的變化可計算出主動筆10接觸的位置。
較佳而言，第一訊號S1的頻段與第二訊號S2的頻段不重疊，藉此避免接收訊號時彼此干擾。
回到圖1，以圖1的主動筆10為例，本體14表面具有第一握持部141及第二握持部142。第一發射電極110與感應電極130設置於第二握持部142；換言之，第一握持部141可視為本體14上未設有第一發射電極110或感應電極130的一個部分區段。
在圖1繪示的例子中，第二握持部142較第一握持部141接近接觸端12。藉由此一設計，當以第一發射電極110進行第一操作模式時，第一發射電極110可較靠近顯示裝置，所需運作能量較低。
然而，需注意第一握持部141和第二握持部142的位置關係不以上述方式為限，在其他實施例，第一握持部141可位於接觸端12和第二握持部142之間。
需補充的是，第一握持部141為非良導體或絕緣體的材質所構成，第二握持部142除了設置第一發射電極110和感應電極130為導體材質，其他部分亦為非良導體或絕緣體的材質所構成。
另外需補充的是，由於第一發射電極110和第二發射電極120提供的訊號頻段不同，故第一發射電極110和第二發射電極120彼此可稍微遠離。例如圖1所示，第一發射電極110接近第二發射電極120的一側具有邊緣112，且邊緣112與第二發射電極120之間留有一距離d。於一實施例中，前述的距離d大於2cm。
圖3A為主動筆10於第一操作模式的示意圖。如圖3A所示，主動筆10進入第一操作模式，於觸控顯示模組20上方隔空移動。參考圖1及圖3A，此時第一握持部141被碰觸，但感應電極130並未被碰觸，第一發射電極110會被設定為致能狀態且第二發射電極120會被設定為浮接狀態。
圖3B為主動筆10於第二操作模式的示意圖。如圖3B所示，主動筆10進入第二操作模式，於觸控顯示模組20表面移動。參考圖1及圖3B，此時第二握持部142被碰觸，且感應電極130有被碰觸，第一發射電極110會被設定為浮接狀態且第二發射電極120會被設定為致能狀態。
於一實施例中，感應電極130形成自容式感測，當感應電極130被觸碰，電容值即相應上升；此時第一控制單元依電容值的上升而控制主動筆10進入第二操作模式。簡言之，當感應電極130被觸碰，第一控制單元設定主動筆10進入第二操作模式。
圖4A繪示於第二操作模式以自容式感測的電容值變化示意圖。如圖4A所示，其中橫軸為時間，縱軸為電容值，符號CS表示以自容式感測的電容值。
當感應電極130被觸碰，感應電極130的電容值上升。例如，當感應電極130的電容值超過預設閾值TH1，則第一控制單元設定主動筆10進入第二操作模式。
相反地，當感應電極130未被觸碰，感應電極130的電容值實質無變化，或是自超過預設閾值TH1降至預設閾值TH1之下，則第一控制單元設定主動筆10維持或進入第一操作模式。
藉此，第一控制單元可用以根據感應電極130的電容值變化判斷本體表面被觸碰的狀態，以產生用於運作於第一操作模式或第二操作模式的設定結果。
於另一實施例，感應電極可採互容式感測。以圖3B為例，感應電極為一第一接收電極130R，第一接收電極130R與第一發射電極110形成互容式感測。當第二握持部上的第一接收電極130R和第一發射電極110被觸碰，電容值即相應下降且主動筆10進入第二操作模式。簡言之，當第一接收電極130R和第一發射電極110被觸碰，第一控制單元設定主動筆10進入第二操作模式。
圖4B繪示於第二操作模式以互容式感測的電容值變化示意圖。如圖4B所示，其中橫軸為時間，縱軸為電容值，符號CM表示以互容式感測的電容值。
當第一接收電極130R和第一發射電極110被觸碰，感應電極的電容值下降。例如，當感應電極的電容值超過預設閾值TH2，則第一控制單元設定主動筆10進入第二操作模式。
相反地，當第一接收電極130R和第一發射電極110未被觸碰，感應電極的電容值實質無變化，或是自超過預設閾值TH2降至預設閾值TH2之下，則第一控制單元設定主動筆10進入第一操作模式。
圖5為主動筆10的另一實施例示意圖。如圖5所示，主動筆10可包含多個感應電極130。每一感應電極130皆形成自容式感測，當多個感應電極130的其中之一被觸碰，第一控制單元偵測到電容值上升且主動筆10進入第二操作模式。換言之，藉由設置多個感應電極130，避免實際上要進行第二操作模式卻沒有偵測到感應電極130被觸碰的情形，可提高第一控制單元於自容感測時的判斷準確性。
在其他實施例，也可藉由將感應電極130在本體上的範圍延長(例如以一個較大的感應電極涵蓋圖5中三個感應電極所佔的範圍)，以確保感應電極130被觸碰的情形能被偵測到，並提高第一控制單元判斷的準確性。
圖6A及圖6B為主動筆10包含多個感應電極130的不同實施例示意圖。在圖6A及圖6B皆採用互容式感測。
如圖6A所示，主動筆10可包含多個感應電極130，其中感應電極130包含一個第一接收電極130R及一個第三發射電極130T。第一接收電極130R與第三發射電極130T形成互容式感測。當第一接收電極130R和第三發射電極130T被觸碰，電容值下降且主動筆10進入第二操作模式。換言之，當第一接收電極130R和第三發射電極130T被觸碰，第一控制單元設定主動筆10進入第二操作模式。
在另一實施例，可藉由將第一接收電極130R及第三發射電極130T在本體上的範圍延長，以提高第一控制單元判斷的準確性。
如圖6B所示，感應電極130包含兩個第一接收電極(130R1、130R2)及一個第三發射電極130T。第一接收電極(130R1、130R2)與第三發射電極130T形成互容式感測。當兩個第一接收電極(130R1、130R2)其中之一被觸碰且第三發射電極130T被觸碰，電容值下降且主動筆10進入第二操作模式。換言之，藉由設置多個第一接收電極，可提高第一控制單元於互容感測時的判斷準確性。
在其他實施例，第三發射電極130T的數量也可以增加，以提高第一控制單元的判斷準確性。
此外，採用如圖6A或圖6B的互容式感測，第一發射電極110僅供第一操作模式使用，應理解，此時第一發射電極110產生訊號的頻率被設定為與第一接收電極(130R1、130R2)接收的頻率不同。
圖7為觸控顯示系統1的一實施例示意圖。如圖7所示，觸控顯示系統1包含主動筆10以及觸控顯示模組20。請一併參考圖8，觸控顯示模組20包含顯示面板220及設置在顯示面板220上的觸控面板210。
如圖7及圖8所示，觸控面板210包含第一操作電極230、第二操作電極240以及第二控制單元250。第二控制單元250耦接第一操作電極230及第二操作電極240。第二控制單元250例如為觸控整合晶片，可偵測第一操作電極230和第二操作電極240的變化，以判斷主動筆10的位置。例如，第一操作電極230用於與第一發射電極110產生電場，並由第二控制單元250感測電場變化；第二操作電極240形成觸控面板210中的感測線路，用於當主動筆10接觸觸控面板210時與第二發射電極120產生電容，並由第二控制單元250感測電容變化。
換言之，當主動筆10的第一發射電極110為致能狀態，第二控制單元250根據第一操作電極230的電場狀態判斷主動筆10的位置，而當第二發射電極120為致能狀態，第二控制單元250根據第二操作電極240與第二發射電極120之間的電容變化判斷主動筆10的位置。
圖8及圖9為觸控顯示模組20在主動筆10於第一操作模式下判斷主動筆10位置的不同實施例示意圖。
如圖8所示，第一操作電極230包含發射電極230T與接收電極230R。在發射電極230T與接收電極230R建立電場時(例如觸控顯示模組20運作中)，當主動筆10靠近觸控顯示模組20，第二控制單元250偵測接收電極230R上產生電場變化量，因而第二控制單元250根據電場變化量判斷主動筆10的位置。
如圖9所示，第一操作電極230包含發射電極230T與接收電極230R。在發射電極230T為浮接狀態(例如觸控顯示模組20進入休眠模式)，此時發射電極230T與接收電極230R未建立電場，當主動筆10靠近觸控顯示模組20，第二控制單元250偵測接收電極230R自無施加電場狀態轉為施加電場狀態，因而第二控制單元250根據施加電場狀態判斷主動筆10的位置。
藉由圖8和圖9的設計，觸控顯示模組20在不同工作狀態皆可進行主動筆位置的判斷。
本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明之範例。必需指出的是，已揭露之實施例並未限制本發明之範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本發明之範圍內。
1:觸控顯示系統 10:主動筆 12:接觸端 14:本體 20:觸控顯示模組 110:第一發射電極 112:邊緣 120:第二發射電極 130:感應電極 130R、130R1:第一接收電極 130R2:第一接收電極 130T:第三發射電極 140:第一控制單元 141:第一握持部 142:第二握持部 210:觸控面板 220:顯示面板 230:第一操作電極 230R:接收電極 230T:發射電極 240:第二操作電極 250:第二控制單元 S1:第一訊號 S2:第二訊號 d:距離
圖1為本發明主動筆的一實施例示意圖。
圖2為主動筆的方塊圖。
圖3A為主動筆於第一操作模式的示意圖。
圖3B為主動筆於第二操作模式的示意圖。
圖4A及圖4B為第二操作模式不同感測的實施例的示意圖。
圖5為主動筆的另一實施例示意圖。
圖6A及圖6B為採用互容式感測的主動筆的不同實施例示意圖。
圖7為觸控顯示系統的一實施例示意圖。
圖8及圖9為觸控顯示模組判斷主動筆位置的不同實施例示意圖。
10:主動筆
12:接觸端
14:本體
110:第一發射電極
112:邊緣
120:第二發射電極
130:感應電極
141:第一握持部
142:第二握持部
d:距離

Claims (10)

  1. 一種主動筆，包含一接觸端及連接該接觸端的一本體，該主動筆包含： 一第一發射電極，設置在該本體表面； 一第二發射電極，設置在該接觸端且與該第一發射電極擇一運作； 至少一感應電極，設置在該本體表面並具有一電容值；以及 一第一控制單元，分別耦接該第一發射電極、該第二發射電極與該感應電極，該第一控制單元根據該電容值的變化將該第一發射電極和該第二發射電極其中之一設定為致能狀態，並且同時將該第一發射電極和該第二發射電極中的另一發射電極設定為浮接狀態。
  2. 如請求項1所述之主動筆，其中當該第一發射電極被設定為致能狀態，該主動筆進入一第一操作模式且該第一發射電極產生用於該第一操作模式的一第一訊號，當該第二發射電極被設定為致能狀態，該主動筆進入一第二操作模式且該第二發射電極產生用於該第二操作模式的一第二訊號，該第一訊號的頻段與該第二訊號的頻段不重疊。
  3. 如請求項2所述之主動筆，其中該本體表面具有一第一握持部及一第二握持部，該第一發射電極與該感應電極設置於該第二握持部，該第二握持部較該第一握持部接近該接觸端。
  4. 如請求項3所述之主動筆，其中該感應電極形成自容式感測，當該感應電極被觸碰，該電容值上升且該主動筆進入該第二操作模式。
  5. 如請求項3所述之主動筆，其中該感應電極包含至少一第一接收電極，該第一接收電極與該第一發射電極形成互容式感測，當該第一接收電極和該第一發射電極被觸碰，該電容值下降且該主動筆進入該第二操作模式。
  6. 如請求項3所述之主動筆，其中該感應電極包含至少一第一接收電極及至少一第三發射電極，該第一接收電極與該第三發射電極形成互容式感測，當該第一接收電極和該第三發射電極被觸碰，該電容值下降且該主動筆進入該第二操作模式。
  7. 如請求項1所述之主動筆，其中該第一發射電極接近該第二發射電極的一側具有一邊緣，該邊緣與該第二發射電極之間的距離大於2cm。
  8. 一種觸控顯示系統，包含： 如請求項1~7任一項所述之主動筆；以及 一觸控顯示模組，包含一顯示面板及設置在該顯示面板上的一觸控面板，該觸控面板包含： 一第一操作電極； 一第二操作電極；以及 一第二控制單元，耦接該第一操作電極及該第二操作電極； 其中，當該第一發射電極為致能狀態，該第二控制單元根據該第一操作電極的電場狀態判斷該主動筆的位置；當該第二發射電極為致能狀態，該第二控制單元根據該第二操作電極與該第二發射電極之間的電容變化判斷該主動筆的位置。
  9. 如請求項8所述之觸控顯示系統，其中該第一操作電極包含一發射電極與一接收電極，當該發射電極與該接收電極建立一電場，且該第二控制單元偵測該第一操作電極的該接收電極產生一電場變化量，該第二控制單元根據該電場變化量判斷該主動筆的位置。
  10. 如請求項8所述之觸控顯示系統，其中該第一操作電極包含一發射電極與一接收電極，當該發射電極為浮接狀態，且該第二控制單元偵測該第一操作電極的該接收電極自一無施加電場狀態轉為一施加電場狀態，該第二控制單元根據該施加電場狀態判斷該主動筆的位置。
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