CN102736768A - 触控感测单元、触控感测元件及触控感测装置 - Google Patents

触控感测单元、触控感测元件及触控感测装置 Download PDF

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杨学伟
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Abstract

一种触控感测单元，包含有一外围导电元件以及至少一内部导电元件。每一内部导电元件具有至少两端点分别连接至该外围导电元件，且该至少一内部导电元件与该外围导电元件所构成的一感测图样包含多个中空区域。

Description

触控感测单元、触控感测元件及触控感测装置
技术领域
本发明是有关于一种触控感测单元以及相关的触控感测元件及触控感测装置，尤指一种具有多个中空区域的感测图样的触控感测单元以及相关的触控感测元件及触控感测装置。 
背景技术
在现今各类型消费性电子产品中，平板计算机、个人数字助理(PDA)、移动电话(mobile phone)、卫星导航系统(GPS)与影音播放器等可携式电子产品已广泛地使用触控面板(touch panel)来取代传统的键盘，以作为人机数据沟通接口，藉此增加应用上的变化性。 
请同时参考图1与图2，图1为已知触控感测单元的示意图，以及图2为触碰对象A与已知感测图样B的重迭面积的坐标化示意图。如图1所示，触控感测单元10为一电容式触控感测单元，具有一菱形的感测图样B(由一导电元件占满一菱形区域所构成)，当测试对象A(本实施例中为一手指)沿一X方向滑过感测图样B时，测试对象A会与感测图样B所对应的导电元件产生耦合，形成一感应电容，而感应电容的大小是与测试对象A与菱形的感测图样B所重迭的面积大小成正相关。如图2所示，当测试对象A滑过感测图样B所对应的导电元件时，由于感测图样B的形状为菱形，因此，两者的重迭面积(如斜线区域所示)并非是线性的增加，换言之，随着触碰对象A于X方向上的滑动，感应电容的大小并非是线性的增加，因此在应用上容易造成触控事件(touch event)的感应精准度不佳。 
因此，如何增加触控感测单元的线性度，实为此领域的重要课题之一。 
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提出一种具有多个中空区域的感测图样的触控感测单元以及相关的触控感测元件及触控感测装置，以解决上述的问题。 
本发明揭露一种触控感测单元，包含有一外围导电元件以及至少一内部导电元件。每一内部导电元件具有至少两端点分别连接至该外围导电元件。该至少一内部导电元件与该外围导电元件所构成的一感测图样包含多个中空区域。 
本发明还揭露一种触控感测元件，包含有一载板以及多个触控感测单元，承载于该载板上，其中该多个触控感测单元中每一触控感测单元的一感测图样包含多个中空区域。 
本发明还揭露一种触控感测装置，包含有：一触控感测元件以及一控制电路。该触控感测元件包含有一载板，以及多个触控感测单元，承载于该载板上，该多个触控感测单元用来分别产生多个感测信号，该多个触控感测单元中的每一触控感测单元的一感测图样包含多个中空区域。该控制电路，耦接于该多个触控感测单元，用来根据该多个触控感测单元中至少一触控感测单元所产生的感测信号来检测一触控事件(touch event)。 
本发明还揭露一种触控板，包含有：一载版；以及多条沿一第一方向平行排列的第一感测迹线，承载于该载版上，该第一感测迹线包括多个串接的第一触控感测单元，每一第一触控感测单元包含有多个中空区域。 
附图说明
图1为已知触控感测单元的示意图。 
图2为触碰对象与已知感测图样的重迭面积的坐标化示意图。 
图3为本发明触控感测单元的一第一实施例的示意图。 
图4为本发明触控感测单元的一第二实施例的示意图。 
图5为本发明触控感测单元的一第三实施例的示意图。 
图6为测试对象与本发明感测图样的重迭面积的一坐标化示意图。 
图7为本发明另一触控感测单元的一实施例的示意图。 
图8为本发明触控感测元件的一实施例的示意图。 
图9为本发明触控感测装置的一实施例的功能方块示意图。 
图10为本发明触控感测元件的一实施例的示意图。 
[主要元件标号说明] 
20、30、TC1～TCN    触控感测单元 
40                  触控感测元件 
50              触控感测装置 
520             控制电路 
410             载板 
210、310        外围导电元件 
220、320        内部导电元件 
62              X方向感测迹线 
64              Y方向感测迹线 
HA1～HAN        中空区域 
P1、P2、PN-1、P+ 感测图样 
A               测试对象 
N1、N2、P1～P4  端点 
M1、M2          矩阵 
具体实施方式
在说明书及上述的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及上述的申请专利范围并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及上述的请求项当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。 
请一并参考图3至图5，图3为本发明触控感测单元20的一第一实施例的示意图，图4为本发明触控感测单元20的一第二实施例的示意图，以及图5为本发明触控感测单元20的一第三实施例的示意图。如图3所示，触控感测单元20为一电容式触控感测单元(然而，此仅作为范例说明而非本发明的限制，亦即，任何具有本发明所揭示的感测图样的触控感测单元均落入本发明的范畴)，且包含有一外围导电元件210以及至少一内部导电元件220，此外，外围导电元件210所包围的区域为一菱形区域，而每一内部导电元件220则为一带状区段，沿着一X方向(平行于该菱形区域的一对角线)平均分布于该菱形 区域，且每一内部导电元件220具有至少两端点N1、N2分别连接至外围导电元件210，于此实施例中，内部导电元件220的个数为1，故内部导电元件220与外围导电元件210是构成一感测图样P1，且感测图样P1会包含有两个中空区域HA1与HA2。同理，当内部导电元件220的个数为2时(如图4所示)，则内部导电元件220与外围导电元件210是构成一感测图样P2，且感测图样P2会包含有三个中空区域HA1、HA2与HA3。以此类推，当内部导电元件220的个数为N-1时(如图5所示)，内部导电元件220与外围导电元件210是构成一感测图样PN-1，且感测图样PN-1包含有N个中空区域HA1～HAN。此外触控感测单元20的感测图样可通过于已知的触控感测单元10的感测图样上直接打洞(所需的中空区域的形状)来实现，亦或将已知的触控感测单元10的感测图样挖空来取得所需的外围导电元件210后再加上所需的内部导电元件220而得。 
详细来说，当图1所示的测试对象A(在此实施例中为一手指)接触(或靠近)触控感测单元20中的外围导电元件210或内部导电元件220时，会因为电容耦合效应的影响而产生一感应电容，同样地，感应电容的大小是与测试对象A跟触控感测单元20中的导电元件所接触(或因靠近而感应)的重迭面积成正相关。因此通过测量感应电容大小、位置以及变化量/率，即可描述触控感测单元20所检测到的触控事件(touch event)。请参考图6，图6为测试对象A与本发明感测图样PN-1的重迭面积的一坐标化示意图。当测试对象A沿着X方向滑过触控感测单元20时，感测图样PN-1中的中空区域HA1～HAN可以减少测试对象A跟触控感测单元20中的导电元件所接触(或因靠近而感应)的面积的变化率，因此，虽然外围导电元件210所包围的区域为一菱形区域，然而，当测试对象A沿着X方向滑动时，可通过菱形区域中所特别设置的中空区域HA1～HAN来微调测试对象A与感测图样PN-1的重迭面积变化量，因此可以降低触控感测单元20的非线性度，由图6可知，在测试对象A沿着X方向滑动的过程之中，测试对象A与感测图样PN-1的重迭面积(如斜线区域所示)会线性增加，如此一来，相较于已知的触控感测单元10，本发明的实施例所揭示的触控感测单元20便会具有较佳的线性度。 
值得注意的是，在本实施例中，感测图样PN-1中的中空区域HA1～HAN具有与X方向相关联的方向性，但本发明并不以此为限，换言之，本发明的精神在于通过包含有多个中空区域的感测图样来减少测试对象跟触控感测单元中的导电元件所接触(或因靠近而感应)的面积的变化率，进而改善触控感测单元的非 线性度，凡依此所做的各种变化皆属本发明的范畴。 
请参考图7，图7为本发明另一触控感测单元30的一实施例的示意图。为了方便说明，触控感测单元30采用与触控感测单元20部分相同的标号。如图所示，触控感测单元30包含一外围导电元件310以及一内部导电元件320。外围导电元件310所包围的区域为一菱形区域，而内部导电元件220则为一十字形状区块(亦可视为两个带状区段彼此交叉)，具有四端点P1～P4分别连接至外围导电元件210。如图7所示，内部导电元件320与外围导电元件310是构成一感测图样P+，感测图样P+包含有四个中空区域HA1～HA4。相似地，可由图6的说明轻易类推而得知，当测试对象A沿着X方向滑过触控感测单元30时，感测图样P+中的中空区域HA1到HA4亦可减少测试对象A跟触控感测单元30中的导电元件所接触(或因靠近而感应)的面积的变化率，进而提升触控感测单元30的线性度，此设计变化亦符合本发明的精神。 
简而言之，本发明通过感测图样中的多个中空区域来减少测试对象跟感测图样重迭部分面积的变化率，进而改善触控感测单元的非线性度，因此，触控感测单元中的外围导电元件所包围的区域并不限于菱形区域，亦可为圆形、方形或是不规则图形等，而内部导电元件的形状亦不限于上述实施立所揭露的形状，可以是波浪状、锯齿状或是弧状等不规则形状。换句话说，感测图样中的多个中空区域可以为任意的形状，只要是感测图样中包含有多个中空区域皆属本发明的范畴。 
请参考图8，图8为本发明触控感测元件40的一实施例的示意图。为了方便说明，触控感测元件40中采用与触控感测单元20部分相同的标号。触控感测元件40包含有一载板(例如玻璃版/硬性/软性电路板)410，以及多个触控感测单元TC1～TCN，承载于载板410上。触控感测单元TC1～TCN中每一触控感测单元的一感测图样均包含有多个中空区域，举例来说，触控感测单元TC1～TCN可以采用图3所示的触控感测单元20来加以实作。此外，于本实施例中，触控感测单元TC1～TCN中每一触控感测单元皆为一电容式触控感测单元(然而，此仅作为范例说明而非本发明的限制，亦即，任何具有本发明所揭示的感测图样的触控感测单元均落入本发明的范畴)，且触控感测单元TC1～TCN包含有多个第一触控感测单元TC1～TCM以及多个第二触控感测单元TCM+1～TCN，其中第一触控感测单元TC1～TCM均具有相同的一第一感测图样P1，第二触控感测单元TCM+1～TCN均具有相同的一第二感测图样P2，以及第二感测图样P2 为第一感测图样P1根据一预定角度旋转。在本实施例中，一第一方向X是正交于一第二方向Y，亦即该预定角度为90度。如图8所示，第一触控感测单元TC1～TCM根据第一方向X而于载板410上排列成一矩阵M1，以及第二触控感测单元TCM+1～TCN根据第二方向Y于同一载板410上排列成一矩阵M2，而由图8可知，第一触控感测单元TC1～TCM上的多个中空区域具有与X方向相关联的方向性，因此第一触控感测单元TC1～TCM于X方向上的线性度具有较明显的提升，换言之，触控感测单元矩阵M1的设计是用来提升X方向上的线性度，相似地，触控感测单元矩阵M2的设计则是用来提升Y方向上的线性度。 
值得注意的是，触控感测单元矩阵M1与M2的设计仅为较佳感测图样的一范例，换言之，感测图样中的多个中空区域若具有其它方向性则可进一步提升其它方向上的线性度，但本发明并不以此为限，亦即，于其它设计变化中，本发明另可采用多个任意形状(无方向性)的中空区域的感测图样来实现，只要测试对象跟感测图样重迭部分面积的变化率能有效地减少而趋近线性即可，凡依此所做的各种变化皆属本发明的范畴。 
请同时参考图8与图9，图9为本发明触控感测装置50的一实施例的功能方块示意图。触控感测装置50包含有图8所示的触控感测元件40与一控制电路520。于一实施例中，触控感测元件40与控制电路520可承载于同一载板410上。触控感测单元TC1～TCN用来分别产生多个感测信号SIG1～SIGN，其中基于第一方向X所排列的第一触控感测单元TC1～TCM用来分别输出感测信号SIG1～SIGM，而基于第二方向Y所排列的第二触控感测单元TCM+1～TCN则用来分别输出感测信号SIGM+1～SIGN。控制电路520耦接于触控感测单元TC1～TCN，用来根据触控感测单元TC1～TCN中至少一触控感测单元所产生的感测信号来检测一触控事件EVENT，于本实施例中，触控感测单元TC1～TCN为电容式触控感测单元，因此感测信号SIG1～SIGN可由触控感测单元TC1～TCN所感应的感应电容来实现，亦即触控事件EVENT可由该感应电容大小、位置以及变化量/率来定义。举例来说，当一测试对象A(本实施例中为一手指)沿着X方向滑过触控感测单元TC1～TCN时，触控感测单元TC1～TCN会耦合一感应电容，并据以产生感测信号SIG1～SIGN。由于感应电容的大小是与测试对象A跟触控感测单元TC1～TCN中的导电元件所接触(或因靠近而感应)的面积成正相关，因此控制电路520根据感测信号SIG1～SIGN所指示的感应电容的变化量检测出触控事件EVENT为一手指滑动事件。采用本发明所揭示的触控感测单元的触控 感测装置50可应用于各种消费性电子产品中，例如平板计算机、个人数字助理、移动电话、卫星导航系统与影音播放器等。 
在图10的实施例中，一触控板包括多条X方向感测迹线62与Y方向感测迹线64，每一感测迹线包括多个触控感测单元串接在一起，X方向的感测迹线(trace)62与Y方向的感测迹线64并未电连接。举例来说，在双层触控板的结构中，一绝缘层介于X方向迹线与Y方向迹线之间。在单层触控板结构中，X方向感测迹线与Y方向感测迹线的触控感测单元位在同一平面上，通过多个绝缘物使X方向感测迹线与Y方向感测迹线的相交位置处不会电连接。触控感测单元可以是如图3、图4或图5所示，其内部导电元件的方向与其所属的感测迹线的方向垂直。 
综上所述，本发明提供一种触控感测单元以及应用触控感测的相关的触控感测元件及触控感测装置，由于触控感测单元具有包含有多个中空区域的感测图样，因而可减少测试对象与触控感测单元中的导电元件接触(或因靠近而感应)的面积的变化率，进而提升触控感测单元的线性度。 
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 

Claims (16)

1.一种触控感测单元，包含有：
一外围导电元件；以及
至少一内部导电元件，每一内部导电元件具有至少两端点分别连接至该外围导电元件，其中该至少一内部导电元件与该外围导电元件所构成的一感测图样包含多个中空区域。
2.根据权利要求1所述的触控感测单元，其为一电容式触控感测单元。
3.根据权利要求1所述的触控感测单元，其中该多个中空区域具有方向性。
4.根据权利要求1所述的触控感测单元，其中该外围导电元件所包围的区域为一菱形区域，以及每一内部导电元件为一带状区段。
5.一种触控感测元件，包含有：
一载板；以及
多个触控感测单元，承载于该载板上，其中该多个触控感测单元中每一触控感测单元的一感测图样包含多个中空区域。
6.根据权利要求5所述的触控感测元件，其中该多个触控感测单元中每一触控感测单元为一电容式触控感测单元。
7.根据权利要求5所述的触控感测元件，其中该多个触控感测单元包含有：
多个第一触控感测单元，均具有相同的一第一感测图样；以及
多个第二触控感测单元，均具有相同的一第二感测图样，其中该第二感测图样为该第一感测图样根据一预定角度旋转。
8.根据权利要求7所述的触控感测元件，其中该多个第一触控感测单元根据一第一方向而排列于该载板上，该多个第二触控感测单元根据一第二方向而排列于该载板上，以及该第一方向正交于该第二方向。
9.一种触控感测装置，包含有：
一触控感测元件，包含有：
一载板；以及
多个触控感测单元，承载于该载板上，该多个触控感测单元用来分别产生多个感测信号，该多个触控感测单元中的每一触控感测单元的一感测图样包含多个中空区域；以及
一控制电路，耦接于该多个触控感测单元，用来根据该多个触控感测单元中至少一触控感测单元所产生的感测信号来检测一触控事件。
10.根据权利要求9所述的触控感测装置，其中该多个触控感测单元中的每一触控感测单元为一电容式触控感测单元。
11.一种触控板，包含有：
一载版；以及
多条沿一第一方向平行排列的第一感测迹线，承载于该载版上，该第一感测迹线包括多个串接的第一触控感测单元，每一第一触控感测单元包含有多个中空区域。
12.根据权利要求11所述的触控板，其还包含：
多条沿一第二方向平行排列的第二感测迹线，承载于该载版上，该第二感测迹线包括多个串接的第二触控感测单元，每一第二触控感测单元包含有多个中空区域；
其中该多条第一感测迹线与该多条第二感测迹线是无电连接。
13.根据权利要求11所述的触控板，其中该第一触控感测单元包括一外围导电元件以及至少一内部导电元件，每一内部导电元件具有至少两端点分别连接至该外围导电元件，该至少一内部导电元件与该外围导电元件所构成的一感测图样包含该多个中空区域，其中至少一该内部导电元件与该第一方向垂直。
14.根据权利要求12所述的触控板，其中该第二触控感测单元包括一外围导电元件以及至少一内部导电元件，每一内部导电元件具有至少两端点分别连接至该外围导电元件，该至少一内部导电元件与该外围导电元件所构成的一感测图样包含该多个中空区域，其中至少一该内部导电元件与该第二方向垂直。
15.根据权利要求12所述的触控板，其中该第一触控感测单元与该第二触控感测单元位于同一平面。
16.根据权利要求12所述的触控板，其中还包括一绝缘层介于该多条第一感测迹线与该多条第二感测迹线之间。
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