CN102859476A - 单轴向电容式多点触控系统及其触控方法 - Google Patents

单轴向电容式多点触控系统及其触控方法 Download PDF

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Abstract

一种单轴电容式多点触控面板、系统及方法。多点触控面板包含一基板及形成于基板一面的多条导线，其中该些导线排列为单一轴向。驱动电路耦接至多点触控面板的导线，用以提供一交流信号；量测电路耦接至多点触控面板的导线，用以接收交流信号所产生之输出信号，以确定触碰位置。

Description

单轴向电容式多点触控系统及其触控方法
技术领域
本发明系有关一种触控面板，特别是关于一种单轴（single-axis）电容式多点触控（multi-touch）面板、系统及方法。
背景技术
触控萤幕显示器（touchscreen display）普遍使用于电子装置中，例如可携式及手持式电子装置。触控萤幕显示器系结合感测技术及显示技术，而液晶显示器的发展更促成感测技术与液晶显示器的整合。
电容式触控面板为一种常用的触控面板（touch panel），其使用基于电容耦合效应的电容式感测技术来侦测触碰位置。当手指触碰电容式触控面板的表面时，其上电容值的改变可通过基于自电容（self capacitance）或互电容（mutual capacitance）的侦测方式来侦测。然而，无论是采用自电容或互电容系统，多点触控面板的电极均系制作成二轴向，用以确定多点触碰位置。
自电容式触控面板之运作系根据电极和地（GND）之间的电容。于二轴向触控面板中，包括横向电极和纵向电极，通常是以氧化铟锡（ITO）制造。触碰点的侦测系根据横向电极与地之间的自电容，以及纵向电极与地之间的自电容。侦测触碰之前和触碰之后相关于横向电极及纵向电极的自电容变化，因而得以确定出触碰点的位置。
互电容式触控面板之运作系根据不同轴向电极之间的电容，例如在二轴系统中横向电极与纵向电极之间的电容。当手指触碰电容式触控面板表面时，会影响触碰点位置的电容耦合，因而改变其互电容的值。对横向电极驱动以信号，并于纵向电极处感测其反应，因而得以确定出触碰点的位置。
图1A显示传统触控面板的上视图，而图1B则显示图1A中沿剖面线1B-1B’的剖面图。其中，横向电极12形成于基板10的上表面，纵向电极14形成于基板10的下表面。
图1C显示另一传统触控面板的上视图，而图1D则显示图1C中沿剖面线1D-1D’的剖面图。其中，横向电极12形成于基板10的一面（例如，上表面），纵向电极14形成于横向电极12之上且位于基板10的同一面（亦即，上表面）。此外，于横向电极12和纵向电极14之间的交会点处使用个别的绝缘桥接区域13，以避免横向电极12和纵向电极14之间的短路。
上述自电容式触控面板及互电容式触控面板之电极均系形成于二轴，例如直角座标系统或极座标系统，用以确定触碰位置。然而，使用二轴会使得制程复杂化。以图1A所示之触控面板为例，必须形成二个氧化铟锡（ITO）层，用以分别制造横向电极12和纵向电极14。以图1C所示之触控面板为例，必须再额外形成一绝缘层，用以制造绝缘桥接区域13。
传统的单轴触控面板仅能确定出单一触碰位置，即使多个物体同时触碰于触控面板的表面。通常，传统触控面板会针对这些同时触碰点以得到当中的一个平均位置。鉴于此，提供一种多点触控面板以同时确定出二或多触碰点将成为一种趋势，用以扩展触控面板的应用。
鉴于传统触控面板具有复杂的制程或者无法确定出多触碰点，因此亟需提出一种新颖的多点触控面板，其具有简单的结构并使用简化的制程。
发明内容
鉴于上述，本发明实施例提出一种单轴电容式多点触控面板、系统及方法，其使用单层及单轴电极，因而简化多点触控面板的制程。本实施例可侦测位于相同导线上的多个触碰点。
根据本发明实施例，单轴电容式多点触控面板包含一基板及形成于基板一面的多条导线，其中该些导线排列为单一轴向。每一导线耦接至一交流信号，并通过量测所述交流信号所产生的输出信号，以确定触碰位置。
根据本发明另一实施例，单轴电容式多点触控系统包含多点触控面板、驱动电路及量测电路。多点触控面板具一基板及形成于基板一面的多条导线，其中该些导线排列为单一轴向。驱动电路耦接至多点触控面板的导线，用以提供一交流信号。量测电路耦接至多点触控面板的导线，用以接收交流信号所产生之一输出信号，以确定触碰位置。
根据本发明又一实施例所揭露之单轴电容式多点触控方法，首先提供一交流信号，再以交流信号轮流驱动多条导线，以产生电磁场。自该些导线接收一输出信号。根据交流信号及输出信号，以确定导线的转换函数之特性，因而确定出导线的触碰点。
附图说明
图1A显示传统触控面板的上视图。
图1B显示图1A中沿剖面线1B-1B’的剖面图。
图1C显示另一传统触控面板的上视图。
图1D显示图1C中沿剖面线1D-1D’的剖面图。
图2A显示本发明实施例之单轴电容式多点触控系统的示意图。
图2B显示图2A中沿剖面线2B-2B’的剖面图。
图2C显示触控萤幕显示器的剖面图。
图2D至图2F显示一些形成于基板的导线。
图3显示图2A/图2B其中一导线的等效电路。
图4A显示导线的二节点受到触碰后的等效电路。
图4B显示导线的三节点受到触碰后的等效电路。
图5显示本发明实施例之单轴电容式多点触控系统之操作方法的流程图。
图6显示图2A/图2B之多点触控系统的实施例。
【主要组件符号说明】
10基板
12驱动导线
13绝缘区域
14感测导线
2（单轴电容式）多点触控系统
20（单轴电容式）多点触控面板
200基板
202导线
204输入节点
206输出节点
208节点
22驱动电路
220信号源
222解多任务器
24量测电路
240多任务器
242控制器
26显示器
28外罩
51-54步骤
R    电阻
L    电感
C1、C2、C3电容
H1、H2、H3次转换函数
具体实施方式
本发明以下述实施例作为阐释，这些实施例并非用以限定本发明的范围，且本发明还可适用于其他的应用。除非有明确的限制说明，实施例之组件的数量可大于或小于图式中所示者。
图2A显示本发明实施例之单轴电容式多点触控系统2的示意图。图2B显示图2A中沿剖面线2B-2B’的剖面图。单轴电容式多点触控系统（简称”多点触控系统”）2可同时确定二或多触碰点。如图2C所示，多点触控系统2可与显示器（例如液晶显示器）26整合，例如将多点触控系统2设于液晶显示器的前面，以形成触控萤幕显示器（touchscreen display）。于多点触控系统2上面可设置一外罩（cover）28，其材质可为玻璃或压克力，用以作为触碰表面。外罩28、多点触控系统2及显示器26可藉由透明接着剂而结合在一起。所形成的触控萤幕显示器还可整合于主机装置（host device），例如电脑。
在本实施例中，多点触控系统2包含单轴电容式多点触控面板（简称”多点触控面板”）20；驱动电路22，其耦接至多点触控面板20的输入节点204；及量测（measuring）电路24，其耦接至多点触控面板20的输出节点206。其中，多点触控面板20主要包含透明基板200及多个长形导线（或电极）202，其形成于基板200的一面（例如，底面或顶面）。基板200可为透明基板，但不限定于此。为便于说明，图式中仅显示五条导线，然而导线的数目可根据个别需求及应用而设计。基板200的材质可以，但不限定，为玻璃、塑胶或类似材质。导线202的材质可以为透明导电材质，例如氧化铟锡（ITO）或氧化锑锡（ATO），其既可导电且为透明。导线202系排列为单一轴向。在本实施例中，导线202互为分离而不交会，在较佳实施例中，导线202系互相平行的。虽然图式中显示直线形的导线202，然而每一导线202的形状（例如其厚度）则可沿着长度而作改变，用以改变其电气特性，例如电阻或电感。图2D至图2F例示一些形成于基板200的导线202。如图所示，导线202可以为各种形状，例如钻石形状、圆形或矩形。
该导线202之单面图样布局（pattern），其制造可首先以真空溅镀（vacuumsputtering）方法以形成导电层于基板200的一面（例如底面）。接着，形成光阻层于导电层上，再于光阻层上覆盖图样化（patterned）之光罩。以紫外线曝光及显影该光阻层后，因而暴露导电层的部分区域。于蚀刻暴露区域后，该导电层因而形成导线或电极202，最后再除去导电层上的剩余光阻。
驱动电路22及量测电路24可设于基板200的周边区域。或者，驱动电路22及量测电路24可藉由软性印刷电路板而耦接至基板200。
驱动电路22提供输入信号给多点触控面板20之导线202。该输入信号为一种交流（alternat ing-current）信号。对于流经每一导线202的电流，该导线202具有一内部电阻。当交流电流流经导线202时，会形成电磁场，因而产生感应电感，其受到该交流信号的频率改变而变化。当导线202任一点处加入电容时，该电感、电阻及电容会形成一滤波器。
图3显示图2A/图2B其中一导线202的等效电路。如图所示，导线202等效于多个互连的电阻-电感（RL）线段。每一线段包含一电阻R及一电感L，串联于相邻节点208之间、输入节点204和相邻节点208之间或者输出节点206和相邻节点208之间。在本实施例中，导线202的线段数目相应于触碰点（例如节点208）的数目。
图4A显示导线202的二节点208受到手指触碰后的等效电路。第一电容C1及第二电容C2系因手指和导线202周边电磁场的交互作用所产生。第一电容C1等效于自触碰节点208电性耦接至地，而第二电容C2等效于自另一触碰点208电性耦接至地。电阻R、电感L及电容C1/C2共同形成一滤波器，以改变馈至输入节点204之输入信号的特性，其中该输入信号系由驱动电路22所提供。以量测电路24分析输出节点206处的反应特性（例如滤波系数），因而得以确定触碰点的位置。
图4B显示导线202的三节点208受到手指触碰后的等效电路。第一电容C1、第二电容C2及第三电容C3系因手指和导线202周边电磁场的交互作用所产生，其分别对应至第一触碰点、第二触碰点及第三触碰点。电容C1、C2及C3分别以第一电容器C1、第二电容器C2及第三电容器C 3来表示。电阻R、电感L及电容C1/C2/C3共同形成一滤波器，以改变馈至输入节点204之输入信号的特性。以量测电路24分析输出节点206处的反应特性，因而得以确定触碰点的位置。相较于图4A所示之二触碰点所形成的滤波器，图4B所示之三触碰点形成不同的滤波器，其具有不同的滤波系数。
举例来说，单一触碰点会使得导线202的转换函数（transfer function）成为二阶函数。二触碰点会使得导线202的转换函数成为四阶函数。三触碰点会使得导线202的转换函数成为六阶函数。由于输入信号受到这些转换函数不同方式的改变，因此，根据输入信号的已知特性以及输出信号的量测特性，而得以确定触碰点的数目及其位置。
以图4B所示的等效电路为例，三触碰点分别产生相应的电容。对于每一电容（C1、C2或C3），会产生相应的次转换函数（sub-transfer function）。藉此，导线202的整体转换函数H可藉由将三个次转换函数H1、H2及H3相乘而得到。其中，次转换函数H1、H2及H3以及整体转换函数H可推导如下：
H 1 ( s ) = 1 / s C 1 R + sL + 1 / s C 1 = 1 s 2 L C 1 + sR C 1 + 1
H 2 ( s ) = 1 / s C 2 3 R + 3 sL + 1 / s C 2 = 1 3 s 2 L C 2 + 3 sR C 2 + 1
H 3 ( s ) = 1 / s C 3 R + sL + 1 / s C 3 = 1 s 2 L C 3 + sR C 3 + 1
H ( s ) = H 1 ( s ) · H 2 ( s ) · H 3 ( s )
= 1 ( s 2 L C 1 + sR C 1 + 1 ) ( 3 s 2 L C 2 + 3 sR C 2 + 1 ) ( s 2 L C 3 + sR C 3 + 1 )
= 1 ( 3 s 6 L 3 C 1 C 2 C 3 + 9 s 5 R L 2 C 1 C 2 C 3 + 9 s 4 R L 2 C 1 C 2 C 3 + 3 s 4 L 2 C 2 C 3 + 3 s 4 L 2 C 1 C 2 + s 4 L 2 C 1 C 3 + 2 s 2 RL C 1 C 3 + 6 s 3 RL C 2 C 3 + 6 s 3 RL C 1 C 2 + 3 s 3 R 3 C 1 C 2 C 3 + 3 s 2 R 2 C 1 C 2 + 3 s 2 L C 2 + 3 s 2 R 2 C 2 C 3 + s 2 R 2 C 1 C 3 + s 2 L C 3 + s 2 L C 1 + sR C 3 + sR C 1 + 3 sR C 2 + 1 )
图5显示本发明实施例之单轴电容式多点触控系统2（图2A）之操作方法的流程图。于步骤51，驱动电路22提供输入信号，用以在输入节点204处驱动多点触控面板20。在较佳实施例中，输入信号为交流信号。图6例示多点触控系统2的实施例。其中，驱动电路22包含信号源220，用以产生所需的输入信号。所产生的输入信号藉由一解多任务器（demultiplexer,Demux）222进行解多任务，将输入信号一次传送至一条导线202。接着，传送之（解多任务）输入信号则轮流驱动导线202（步骤52）。如前所述，每一导线202具有电阻及电感。根据输入信号的频率可变更导线202的电感量。导线202的形状会改变其电阻及感应电感。例如，弯曲导线202较直线形导线202具有较大的电阻及感应电感。当交流电流流经导线202时，会形成电磁场，因而产生感应电感，其受到该交流信号的频率改变而变化。当对象（例如手指）触碰导线因而产生相应之电容，则电感、电阻及电容会形成一滤波器，因而改变输入信号的特性。
接下来，于步骤53，量测电路24接收输出信号。于图6所例示之实施例中，量测电路24包含多任务器（multiplexer,Mux）240，其自导线202接收输出信号，并一次输出一信号。量测电路24还包含控制器242，其协同驱动电路22，用以量测暂态反应。根据导线202两端（亦即，输入节点204及输出节点206）的信号特性，控制器242即可确定导线202之转换函数的特性（例如滤波系数）（步骤54），此可用以确定出导线202的触碰点。此外，也可侦测位于相同导线上的多个触碰点。
在本实施例中，导线202转换函数之系数的获得可根据美国专利第7,251,791号，题为”Methods to Generate State Space Models by Closed Formsand Transfer Functions by Recursive Algorithms for PLC Interconnect andTransmission Line and Their Model Reduction and Simulation”，发明人Wang。根据该专利所揭露之方法及模型，可有效且正确地获得导线202的所有节点208之暂态反应。藉此，可根据获得之转换函数的系数，以确定触碰点的数目及其相应位置。
以上所述仅为本发明之较佳实施例而已，并非用以限定本发明之申请专利范围；凡其它未脱离发明所揭示之精神下所完成之等效改变或修饰，均应包含在下述之申请专利范围内。

Claims (31)

1.一种单轴电容式多点触控面板，包含：
一基板；及
多条导线，形成于该基板的一面，其中该些导线排列为单一轴向，且每一该导线耦接至一交流信号，并通过量测该交流信号所产生的输出信号，以确定触碰位置。
2.如权利要求1所述的单轴电容式多点触控面板，其特征在于，该交流信号自该导线的一端引入，且于该导线的另一端量测该输出信号。
3.如权利要求1所述的单轴电容式多点触控面板，其特征在于，该输出信号根据该交流信号的频率而改变。
4.如权利要求1所述的单轴电容式多点触控面板，其特征在于，每一该导线具有一电阻，当该交流信号通过该导线时，该导线会产生一电磁场，其产生的感应电感根据该交流信号的相应频率而改变，且于该导线的触碰点产生一电容，该电阻、该电感及该电容形成一滤波器，据以确定该导线上的多个触碰点。
5.如权利要求1所述的单轴电容式多点触控面板，其特征在于，该导线为长形。
6.如权利要求1所述的单轴电容式多点触控面板，其特征在于，该些导线互为分离而不交会，且互相平行。
7.如权利要求1所述的单轴电容式多点触控面板，其特征在于，该导线的材质为氧化铟锡或氧化锑锡。
8.如权利要求1所述的单轴电容式多点触控面板，其特征在于，该基板为一透明基板。
9.如权利要求1所述的单轴电容式多点触控面板，其特征在于，该基板的材质为玻璃或塑胶。
10.如权利要求1所述的单轴电容式多点触控面板，更包含：
一显示器，设于该基板的背面；及
一外罩，设于该基板的前面；
其中，该外罩、该基板及该显示器结合以形成一触控萤幕显示器。
11.一种单轴电容式多点触控系统，包含：
一多点触控面板，具一基板及形成于该基板一面的多条导线，其中该些导线排列为单一轴向；
一驱动电路，耦接至该多点触控面板的导线，用以提供一交流信号；及
一量测电路，耦接至该多点触控面板的导线，用以接收该交流信号所产生之一输出信号，以确定触碰位置。
12.如权利要求11所述的单轴电容式多点触控系统，其特征在于，该输出信号根据该交流信号的频率而改变。
13.如权利要求11所述的单轴电容式多点触控系统，其特征在于，每一该导线具有一电阻，当该交流信号通过该导线时，该导线会产生一电磁场，其产生的感应电感根据该交流信号的相应频率而改变，且于该导线的触碰点产生一电容，藉此，该电阻、该电感及该电容形成一滤波器，据以确定该导线上的多个触碰点。
14.如权利要求11所述的单轴电容式多点触控系统，其特征在于，该驱动电路耦接至该多点触控面板的复数输入节点，且该量测电路耦接至该多点触控面板的复数输出节点。
15.如权利要求11所述的单轴电容式多点触控系统，更包含：
一显示器，设于该多点触控面板的背面；及
一外罩，设于该多点触控面板的前面；
其中，该外罩、该多点触控面板及该显示器结合以形成一触控萤幕显示器。
16.如权利要求11所述的单轴电容式多点触控系统，其特征在于，该基板为一透明基板。
17.如权利要求11所述的单轴电容式多点触控系统，其特征在于，该基板的材质为玻璃或塑胶。
18.如权利要求11所述的单轴电容式多点触控系统，其特征在于，该导线为长形。
19.如权利要求11所述的单轴电容式多点触控系统，其特征在于，该导线的材质为氧化铟锡或氧化锑锡。
20.如权利要求11所述的单轴电容式多点触控系统，其特征在于，该些导线互为分离而不交会，且互相平行。
21.如权利要求11所述的单轴电容式多点触控系统，其特征在于，该驱动电路及量测电路设于该基板的周边区域。
22.如权利要求11所述的单轴电容式多点触控系统，更包含至少一软性印刷电路板，用以将该驱动电路及该量测电路连接至该多点触控面板。
23.如权利要求11所述的单轴电容式多点触控系统，其特征在于，该驱动电路提供该交流信号以轮流驱动该些导线，该量测电路协同该驱动电路，用以自该些导线，一次接收一个该输出信号，藉此，根据该交流信号及该输出信号，以确定该导线的转换函数之特性，因而确定出该导线的触碰点。
24.如权利要求23所述的单轴电容式多点触控系统，其特征在于，该驱动电路包含：
一信号源，以产生该交流信号；及
一解多任务器，用以将该交流信号每一次传送至该些导线的其中之一。
25.如权利要求23所述的单轴电容式多点触控系统，其特征在于，该量测电路包含：
一多任务器，每一次自该些导线的其中之一接收该输出信号；及
一控制器，以确定该导线的转换函数之特性。
26.一种单轴电容式多点触控方法，包含：
提供一交流信号；
以该交流信号轮流驱动多条导线，以产生一电磁场；
自该些导线接收一输出信号；及
根据该交流信号及该输出信号，以确定该导线的转换函数之特性，因而确定出该导线的触碰点。
27.如权利要求26所述的单轴电容式多点触控方法，其特征在于，该提供交流信号的步骤包含：
产生该交流信号；及
解多任务该交流信号，用以将该交流信号每一次传送至该些导线的其中之一。
28.如权利要求26所述的单轴电容式多点触控方法，其特征在于，该电磁场产生感应电感，其根据该交流信号的相应频率而改变。
29.如权利要求26所述的单轴电容式多点触控方法，其特征在于，该接收输出信号的步骤包含：
进行多任务，使得每一次自该些导线的其中之一获得该输出信号，其中该输出信号之接收与该些导线受该交流信号之驱动系同步进行。
30.如权利要求26所述的单轴电容式多点触控方法，更包含：
触碰该单轴电容式多点触控面板于一或多个触碰点，因而产生至少一电容；
其中该导线的电阻及电感以及该产生之电容共同形成一滤波器，用以改变该交流信号的特性。
31.如权利要求26所述的单轴电容式多点触控方法，其特征在于，该转换函数之特性的确定步骤包含：
获得该转换函数的系数；及
根据该转换函数的系数，确定该导线之触碰点数目及其相应位置。
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