CN101943976B - 电容式触控面板的多点感测法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电容式触控面板的多点感测法，以电容检测电路感测同一电极层上各电极的电压变化，当检测到电极发生电压变化处，再在该电压变化处测量不同电极层上分别相互交错的二电极所构成的垂直电容，经与未触控前由所述二电极交错形成的垂直电容相比较，若有相异处，则将其判断为实际的触控点。

Description

电容式触控面板的多点感测法

技术领域

本发明涉及电容式触控面板，尤其涉及一种电容式触控面板的多点感测功能。

背景技术

电容式触控面板是利用检测电容值改变来得知是否人体有所接触，一般而言是由电极阵列与电容感应电路所组成，当检测信号输入触控式面板的上层电极与下层电极时，上、下层电极的行列交错位置处所形成的特定电容值可由电容感应电路检测，因此感应电路在读取各位置电容值的过程即可判断是否有因人体触控所产生的电容值改变。

由于电容感应电路在判断触控位置以及所产生的电容值大小时，需根据触控位置的电极电流大小判断触控点，以及等待触控点的电极经由电容充电反应至稳定电荷量才得以测量该处电容值，故当触控面板为大面积的结构或需要执行多点触控时，往往因电流传递路径的寄生电阻影响触控点的判断，同时使电容充电反应时间加长而增加电容感应电路的反应时间，更因而提高电荷传递路径的噪声干扰使降低感应电路所检测电容信号的信号噪声比(signal-to-noise ratio，S/N ratio)。以一般形成触控面板的透明电极导线所使用的氧化铟锡(ITO)材质而言，其电阻值远较一般金属导线为高，且随面板尺寸加大而成倍率加大，使电容感应电路的反应速度明显不足，若欲加快反应速度则需要额外设置感应电路，然而相对地将增加电路空间使得制作成本增加；至于若欲使用不同的电极材料以降低电荷传递路径的电阻值，目前的导电材料却无法具有如ITO电极的透光度般能使面板维持良好的透光率。

以美国专利公开号US 2007/0257890A1中所公开触控面板的控制器为例，需提供应用特殊逻辑整合电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)以配合数字处理器执行多点触控的检测，为解决因透明电极材质所产生的寄生电阻效应，应用特殊逻辑整合电路中包括有多频段输出的检测信号与信号解调电路分别用以避开噪声频率及抑制噪声量，更有时序延长电路以提供检测信号适当之延迟量，使检测时间得以配合经延迟的电容反应时间，提高检测准确度；因此加上处理所检测的感应电荷所需的电荷放大器、电荷转换电路及静态电容补偿电路等，整个控制器的电路结构为相当复杂且所需成本较高，相对使触控面板需耗费相当大。

纵使有以美国专利公告第US 6466036 B1所提供的逻辑控制电路，利用检测电容与多个数字切换开关使触控面板上感应触控的电荷变化直接转换为逻辑信号输出作为检测条件，可以简易的电路结构省去需等待电容完全充电的时间；但一旦应用至多点触控需求时，仅能以设置更多的数字切换开关甚至更多的检测电容达成多点检测目的，同样需扩大电路空间而面临高成本的耗费。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提出的，本发明的目的在于提供一种电容式触控面板的多点感测法，其采用低噪声且快速反应的检测方式，可有效符合大尺寸触控面板的需求。

本发明的另一目的在于提供一种电容式触控面板的多点感测法，仅需少数的感测电路即可达成整个触控面板的快速感测，可有效节省电路制作成本。

为了达到目的，本发明所提供一种电容式触控面板的多点感测法，以电容检测电路对相互绝缘的第一电极及第二电极感测其各自的电压变化，当检测到所述第一电极及第二电极发生电压变化时，再在这些电压发生变化的第一电极及第二电极的交错位置处测量由所述第一电极及第二电极所构成的垂直电容，经与未触控前所述第一电极及第二电极交错形成的垂直电容相比较，若有相异处，则将其判断为实际的触控点；因此无须如现有技术持续检测所有第一电极与第二电极相互交错位置的垂直电容，可大幅缩短感测时间，且由于本发明所提供的多点感测法只需一个电容检测电路即可快速完成整体触控面板的感测，因而能有效节省电路成本。

附图说明

图1为本发明优选实施例的结构示意图；

图2为所述图1中2-2联机剖视图；

图3为所述优选实施例所提供的电路结构示意图；

图4为所述优选实施例所提供的操作流程图；

图5为所述优选实施例所提供的操作示意图，其中图5A表示触控点位置，图5B表示电路执行垂直电容测量的预测触控点。

主要符号说明：1为触控面板，1A为显示区，1B为周边电路区，10为下电极层，100、100`为行电极，20为绝缘层，30为上电极层，300、300`为列电极，40为电容检测电路，41为信号产生电路，42为放大器，421为输入端，421a为高准位端，421b低准位端，422为输出端，43为负回授电路，Rin为输入电阻，Vi为交流信号，f为频率，Ct为等效电容，Rt为等效电阻，Vo为输出电压，Chr为水平行电容，Chc为水平列电容，Cv、Cv`为垂直电容，a、b、c、d为触控点，P为预测触控点。

具体实施方式

参照图1及图2，为本发明优选实施例所提供的触控面板1，其具有显示区1A以及周边电路区1B，所述显示区1A为触控感应区，具有由下往上依序迭置的下电极层10、绝缘层20以及上电极层30，所述周边电路区1B设置有电容检测电路40以检测并辨识所述显示区1A的感应触控位置，其中：

所述下电极层10设置有多数条相隔特定间距且相互平行的行电极100，这些行电极100还延伸至所述周边电路区1B与所述电容检测电路40电性连接；所述绝缘层20为以一般不具导电特性的材质所制成以用于隔绝所述上、下电极层30、10；所述上电极层30设置有多数条相隔特定间距且相互平行的列电极300，这些列电极300在所述显示区1A与所述行电极100呈相互正交排列，并延伸至所述周边电路区1B与所述电容检测电路10电性连接；因此所述行、列电极100、300可自所述电容检测电路10获得电位信号使相邻各所述行电极100之间、相邻各所述列电极300之间或相互交错的各所述行、列电极100、300之间产生电容特性。本实施例所提供所述下电极层10、绝缘层20及所述上电极层30除了具有上述的材料特性外，同时兼具良好的透光性，因此除了可传送感应触控信息至所述电容检测电路40以供辨识外，还可使所述触控面板1得以安装于一般平面显示器的显示面板上，由所述电容检测电路40将所检测的触控点位置传送至所述平面显示器以供驱动显示于触控点的触控信息。

所述电容检测电路40可控制开始检测及储存任意相邻行电极100、相邻列电极300或相互交错的行、列电极100、300的电极电压及电容值；如图3所示，所述电容检测电路40为与待检测的所述行、列电极100、300组合成类似积分放大器的电路结构，可有效滤除电路环境中的高频噪声，包括有信号产生电路41、放大器42及输入电阻Rin，所述信号产生电路41用以产生检测电容所需特定频率f的交流信号Vi，如弦波、方波等，检测频率f关系到检测电容的速度，一般为提供10KHz以上的弦波信号，代表着检测一次电容值将花费0.1ms，提高弦波信号频率将提高电容检测速度；所述放大器42为双输入单输出的负回授放大器，所述放大器42的两个输入端421分别为高准位端421a及低准位端421b，所述高准位端421a接地，所述低准位端421b与所述信号产生电路41之间电性连接所述输入电阻Rin，所述低准位端421b与所述放大器42的输出端422分别电性连接相邻两个所述行电极100、相邻两个所述列电极300或相互交错的所述行、列电极100、300，因此由相邻两个所述行电极100、相邻两个所述列电极300或相互交错的所述行、列电极100、300所构成的等效电阻Rt及等效电容Ct即为所述放大器42的负回授电路43；当所述信号产生电路41产生频率f的交流信号Vi时，所述放大器42的输出端422则产生输出电压Vo＝Vi*[(Rt/Rin)+1/(2π*f*Rin*Ct)]。

因此本发明所提供所述触控面板1的触控感测方式如图4所示具有以下步骤：

1、开始运行后，所述信号产生电路41输出交流信号Vi以感应未触控前相邻的两个所述行电极100、相邻的两个所述列电极300以及相互交错的所述行、列电极100、300分别产生的水平行电容Chr、水平列电容Chc以及垂直电容Cv，并在所述输出端422输出电压信号Vo。

2、所述电容检测电路40储存各电容Chr、Chc、Cv结构所对应所述行电极100及列电极300的电压，再计算并储存未触控前各水平行电容Chr、水平列电容Chc以及垂直电容Cv的电容值。

3、所述信号产生电路41持续输出交流信号Vi以依序执行相邻两个所述行电极100间以及相邻两个所述列电极300间的水平行、列电容Chr、Chc检测，当人体或触控工具接触所述触控面板1时，相当于引进接地电流或另一电位信号，以改变触控位置的电极电位，从而改变所述电极的相关电容，因而使交流信号Vi通过触控位置所在或相邻的行电极100`及列电极300`时输出电压信号Vo也同时改变，经比较步骤2的触控前各所述行电极100及列电极300的电压值，再储存输出电压有变化的行电极100`及列电极300`位置。

4、由步骤3所储存输出电压有变化的行电极100`及列电极300`位置，依照所述行电极100`及列电极300`的输出电压改变大小，以所述行、列电极100`、300`的交集范围预测可能的触控点。举例而言，假设单一触控点坐标为(3，3)，则由步骤3所检测输出电压有变化的行位置为第2、3、4行，输出电压有变化的列位置为第2、3、4列，因此推算坐标(2，2)、(2，3)、(2，4)、(3，2)、(3，3)、(3，4)、(4，2)、(4，3)、(4，4)共九点为可能的触控点；而且，假设有如图5A所示的多个触控点a、b、c、d，则与这些触控点a、b、c、d有电容相关性的行、列电极100`、300`所构成的交集范围内，可依照交流信号Vi通过相邻两个所述行电极100`的输出电压值，对应推算两个所述行电极100`的等效电阻、电容，再依据各所述行电极100`的电阻、电容特性推算出各行电极100`上可能的对应触控范围，以及依照交流信号Vi通过相邻两个所述列电极300`的输出电压值，对应推算两个所述列电极300`的等效电阻、电容，再依据各所述列电极300`的电阻、电容特性推算出各列电极300`上可能的对应触控范围，两者进行交叉联机比较，因而可产生如图5B中包含实际触控点a、b、c、d的所有预测触控点P。

5、所述信号产生电路41输出交流信号Vi至各所述预测触控点P所对应相互交错的行、列电极100`、300`，可得各所述预测触控点P的垂直电容Cv`，再与步骤2所计算的垂直电容Cv相比较，若有不同，则判断为实际触控点a、b、c、d，因此得以输出各所述触控点a、b、c、d的触控坐标。

因此本发明所提供的感测法，将使检测速度加快，触控面板假设有M列N行也就具有M*N个垂直电容，以往检测时需花费M*N个单一电容检测的时间，但利用两段式感测电路法则，将使检测电容时间仅约为N行相互间水平电容、M列相互间水平电容及各预测触控点P的垂直电容感测，大幅缩短电容感测时间；而且该设计法则只需最少一组电容检测电路即可做整体触控面板的感测，最多可在触控面板的四边上共制作四组的检测电路，因此在触控面板越大尺寸时越能感受到速度的差异，且感测电路组件数目不会因尺寸加大而大幅增加，可大量节省电路成本。

以上所述，仅为本发明的优选实施例，因此凡是应用本发明说明书及权利要求范围的等效结构变化，都应包含在本发明的范围之内。

Claims (17)

1.一种电容式触控面板的感测法，该触控面板具有相互绝缘的第一电极层及第二电极层，其中所述第一电极层或所述第二电极层可供触控，其特征在于所述触控面板感测触控点的方法包含以下步骤：

a、在触控前输入交流信号至所述第一电极层的多个第一电极以及所述第二电极层的多个第二电极，以检测相邻两个所述第一电极所产生的第一电容、相邻两个所述第二电极所产生的第二电容以及各所述第一及第二电极相互交错处所产生的垂直电容；

b、以所述交流信号检测各所述第一电容及所述第二电容的变化，并记录当所述第一电容及所述第二电容变化时所对应电性连接的第一电极位置与第二电极位置；以及，

c、以所述交流信号测量步骤b中所记录的所述第一电极位置所位于的所述第一电极与所述第二电极位置所位于的所述第二电极的交错位置所产生的垂直电容，并与步骤a所检测的所述第一电极与所述第二电极的交错位置的垂直电容比较，若有相异，则将步骤b中所记录的具有所述第一电极位置的所述第一电极与具有所述第二电极位置的所述第二电极的所述交错位置判断为所述的触控点。

2.根据权利要求1所述的电容式触控面板的感测法，其特征在于还包含电容检测方法，用以测量所述第一电容、所述第二电容或所述垂直电容之中的一个，所述电容检测方法为提供放大器，所述放大器为负反馈放大器，使待测的各所述第一电容、所述第二电容或所述垂直电容之中的一个作为该负反馈放大器的负反馈电路以分别测量所述第一电容、所述第二电容或所述垂直电容。

3.根据权利要求2所述的电容式触控面板的感测法，其特征在于所述放大器具有两个输入端及一个输出端，所述两个输入端分别为高准位端及低准位端，所述高准位端用以接地，所述低准位端用以接收所述交流信号。

4.根据权利要求3所述的电容式触控面板的感测法，其特征在于检测各所述第一电容为将所述放大器的低准位端及输出端分别电性连接相邻两个所述第一电极。

5.根据权利要求3所述的电容式触控面板的感测法，其特征在于检测各所述第二电容为将所述放大器的低准位端及输出端分别电性连接相邻两个所述第二电极。

6.根据权利要求3所述的电容式触控面板的感测法，其特征在于检测各所述垂直电容为将所述放大器的低准位端及输出端分别电性连接相互交错的各所述第一及第二电极。

7.根据权利要求2所述的电容式触控面板的感测法，其特征在于还提供输入电阻，使所述输入电阻及所述放大器与待测的各所述第一电容、所述第二电容或所述垂直电容的其中一个构成积分放大器。

8.根据权利要求1所述的电容式触控面板的感测法，其特征在于步骤b中判断各所述第一电容变化的方法为将所述交流信号自相邻两个所述第一电极的任一第一电极输入，然后检测另一第一电极的输出电压变化。

9.根据权利要求8所述的电容式触控面板的感测法，其特征在于还依据相邻两个所述第一电极的任一第一电极的输出电压值推算因触控造成相邻两个所述第一电极的等效电阻与等效电容变化，根据此判断邻近于触控点的第一电极位置。

10.根据权利要求1或8所述的电容式触控面板的感测法，其特征在于步骤b中判断各所述第二电容变化的方法为将所述交流信号自相邻两个所述第二电极的任一第二电极输入，然后检测另一第二电极的输出电压变化。

11.根据权利要求10所述的电容式触控面板的感测法，其特征在于还依据相邻两个所述第二电极的任一第二电极的输出电压值推算因触控造成相邻两个所述第二电极的等效电阻与等效电容变化，根据此判断邻近于触控点的第二电极位置。

12.一种电容式触控面板的感测法，所述触控面板设有多个位于第一平面且沿第一方向排列的第一电极，以及多个位于第二平面且沿第二方向排列的第二电极，其特征在于所述触控面板感测触控的触控点的方法包含以下步骤：

a.在触控前计算并储存各所述第一及第二电极在相互交错处所产生的初始垂直电容；

b.监视各所述第一电极及第二电极的电压变化并记录电压发生变化的第一电极及第二电极位置；以及，

c.记录电压发生变化的所述第一电极及第二电极在相互交错处所产生的垂直电容，并与所述初始垂直电容比较，若有相异，则将步骤c所记录的所述垂直电容所对应的所述第一电极与第二电极的交错位置判断为所述触控点。

13.根据权利要求12所述的电容式触控面板的感测法，其特征在于检测各所述第一电极的电压变化方法为输入交流信号至相邻两个所述第一电极中的其中一个第一电极，并在另一第一电极读取输出电压。

14.根据权利要求13所述的电容式触控面板的感测法，其特征在于还提供放大器，所述放大器为负反馈放大器，使相邻两个所述第一电极作为所述负反馈放大器的负反馈电路。

15.根据权利要求12所述的电容式触控面板的感测法，其特征在于检测各所述第二电极的电压变化方法为输入交流信号至相邻两个所述第二电极中的其中一个第二电极，并在另一第二电极读取输出电压。

16.根据权利要求15所述的电容式触控面板的感测法，其特征在于还提供放大器，所述放大器为负反馈放大器，使相邻两个所述第二电极作为所述负反馈放大器的负反馈电路。

17.根据权利要求14或16所述的电容式触控面板的感测法，其特征在于所述放大器具有两个输入端及一个输出端，所述两个输入端分别为高准位端及低准位端，所述高准位端用以接地，所述低准位端用以接收所述交流信号。

Images