CN102902426A - 触控感测装置 - Google Patents

Abstract

一种触控感测装置，通过导电薄膜感应器对触控面板进行触碰点感测。导电薄膜感应器包含复数感测线及复数驱动线。触控感测装置包含复数感测垫、复数接脚、逻辑控制模块、驱动/感测控制模块、处理模块及模拟/数字转换模块。该些感测垫分别对应并耦接至该些感测线。每一感测垫与接地端之间具有额外电容负载。该些接脚分别通过该些感测垫耦接至该些感测线，以感测到复数耦合电容值。驱动/感测控制模块定义该些接脚为驱动接脚或感测接脚。处理模块将该些耦合电容值转换为复数电压值。模拟/数字转换模块将该些电压值转换为复数笔数字数据。

Description

触控感测装置

技术领域

本发明是与液晶显示器有关；具体而言，本发明是关于一种互感式电容触控感测装置，其是通过在感测垫(sensing pad)与接地端之间具有额外的电容负载的方式提升整个系统的信号-噪声比(Signal-Noise Ratio，SNR)，并且可有效避免整个系统的数据传送回报速率(reporting rate)降低及电力消耗(power consumption)增加的现象发生。

背景技术

随着科技快速发展，薄膜电晶体液晶显示器(TFT LCD)已逐步取代传统显示器，并已广泛应用于电视、平面显示器、移动电话、平板电脑以及投影机等各种电子产品上。对于具有触控功能的薄膜电晶体液晶显示器而言，触控感测器是其重要的模块之一，其性能的优劣也直接影响液晶显示器的整体效能。

如图1所示，传统具有互感式电容触控功能的液晶显示器D包含有触控面板PL、导电薄膜感应器ITO以及触控控制晶片TC。其中，导电薄膜感应器ITO包含有复数条感测线SL及复数条驱动线DL，而触控控制晶片TC的驱动多工器DM是通过驱动垫DP₀～DP_m传送驱动电压至该些驱动线DL，并于该些感测线SL耦合微小电压，触控控制晶片TC即可通过感测垫SP₀～SP_n感测耦合电压，并根据耦合电压的大小去判断导电薄膜感应器ITO是否被触控。

然而，上述传统的触控感测方式仍具有某些严重的缺点，举例而言，相当容易受到外在环境所产生的噪声所干扰以及触控面板的寄生电容效应所影响。如图2A所示，经由驱动垫DP₀～DP_m所输入的驱动电压均为V_D；如图2B所示，对应于触碰点TP(DP1*SP1)所测得的耦合电压差ΔVt明显地大于对应于其余非触碰点(DP0*SP1，DP2*SP1，....，DPm*SP1)所测得的耦合电压差ΔVd。这将会导致信号-噪声比的降低并且严重影响触控控制晶片的工作，甚至导致触碰点的误判。

虽然某些系统为了抗噪声而设置有滤波器(filter)，但却也导致该些系统的数据传送回报速率降低且电力消耗增加。有鉴于此，本发明提出一种互感式电容触控感测装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明之一范畴在于提供一种触控感测装置。于一实施例中，该触控感测装置是通过一导电薄膜感应器对一触控面板进行触碰点感测，该导电薄膜感应器包含有复数条感测线及复数条驱动线，该触控感测装置至少包含复数个感测垫、复数个接脚、逻辑控制模块、至少一驱动/感测控制模块、至少一处理模块及至少一模拟/数字转换模块。

复数个感测垫分别对应并耦接至该复数条感测线，其中每一个感测垫与接地端之间具有一额外电容负载。该复数个接脚中的复数个第一接脚分别通过该复数个感测垫耦接至该复数条感测线，用以对该复数条感测线执行感测功能，以自该复数条感测线感测到复数个耦合电容值。逻辑控制模块产生不同控制时序的复数个控制信号，该等控制信号包含一驱动/感测控制信号、一处理控制信号及一模拟/数字转换控制信号。至少一驱动/感测控制模块根据该驱动/感测控制信号定义该复数个第一接脚为驱动接脚或感测接脚。至少一处理模块根据该处理控制信号将该复数个耦合电容值转换为复数个电压值。至少一模拟/数字转换模块根据该模拟/数字转换控制信号将该复数个电压值转换为复数笔数字数据，并将该复数笔数字数据传送至该逻辑控制模块。

于一实施例中，触控感测装置进一步包含复数个驱动垫，分别对应并耦接至该复数条驱动线。

于一实施例中，该复数个接脚中的复数个第二接脚分别通过该复数个驱动垫耦接至该复数条驱动线，当该驱动/感测控制模块根据该驱动/感测控制信号定义该复数个第二接脚为驱动接脚时，该复数个第二接脚执行驱动功能，通过该复数个驱动垫输出一驱动电压至该复数条驱动线。

于一实施例中，每一驱动线与每一感测线之间具有耦合电容CM，每一感测线与接地端之间具有等效电容CS，每一个感测垫与接地端之间具有额外电容负载Cy，每一驱动线与每一感测线之间的耦合电容变化量为ΔCM，每一感测线与接地端之间的等效电容变化量为Ch，一触碰点落于该复数条驱动线中的一第一驱动线Y1与该复数条感测线中的一第一感测线X1相交的接点(X₁，Y₁)上，且该复数条感测线中的一第二感测线X2与该第一感测线X1相邻。

于一实施例中，驱动电压V_d输出至该复数条驱动线中的第二驱动线Y2，则第二驱动线Y2与第一感测线X1相交的接点(X₁，Y₂)的电压V_{x_x1y2}＝V_d(CM/CS+Cy+Ch+n*CM-ΔCM)，第二驱动线Y2与第二感测线X2相交的接点(X₂，Y₂)的电压V_{x_x2y2}＝V_d(CM/CS+Cy+n*CM)，n为复数条感测线的数目。电压V_{x_x2y2}与电压V_{x_x1y2}之间具有第一电压差ΔV_s＝V_d[CM(Ch-ΔCM)]/[(CS+Cy+n*CM)(CS+Cy+Ch+n*CM-ΔCM)]。

于一实施例中，驱动电压V_d输出至第一驱动线Y1，则第一驱动线Y1与第一感测线X1相交的接点(X₁，Y₁)的电压V_{x_x1y1}＝V_d[(CM-ΔCM)/(CS+Cy+Ch+n*CM-ΔCM)]，第一驱动线Y1与第二感测线X2相交的接点(X₂，Y₁)的电压V_{x_x2y1}＝V_d(CM/CS+Cy+n*CM)，n为复数条感测线的数目。电压V_{x_x1y1}与电压V_{x_x2y1}之间具有第二电压差ΔV_t＝V_d[CM*Ch+ΔCM(CS+Cy+(n-1)*CM)]/[(CS+Cy+n*CM)(CS+Cy+Ch+n*CM-ΔCM)]。

于一实施例中，触控感测装置通过导电薄膜感应器对触控面板进行触碰点感测的信号-噪声比(Signal-Noise Ratio，SNR)为第二电压差ΔV_t与第一电压差ΔV_s的比值，亦即信号-噪声比为[CM*Ch+ΔCM(CS+Cy+(n-1)*CM)]/[CM(Ch-ΔCM)]。当每一个感测垫与接地端之间所串接的额外电容负载Cy增大时，信号-噪声比亦随之获得提升。

相较于现有技术，根据本发明的触控感测装置是利用于感测垫与接地端之间具有额外的电容负载的方式提升整个系统的信号-噪声比(Signal-NoiseRatio，SNR)，不仅能够有效地降低液晶显示面板及外在环境所产生的噪声对于触控感测装置感测触碰点时的干扰，亦不会导致整个系统的数据传送回报速率(reporting rate)降低及电力消耗(power consumption)增加。因此，本发明的触控感测装置能够更为准确地对于触控显示面板进行触碰点的感测，以大幅减少其误判的机率。

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1是绘示传统的液晶显示器的触控感测装置对导电薄膜感应器进行触碰点感测的示意图。

图2A及图2B分别绘示驱动垫所输入的驱动电压及感测垫所测得的耦合电压差。

图3是绘示本发明的触控感测装置的功能方块图。

图4是绘示本发明的触控感测装置通过导电薄膜感应器对显示面板进行触碰点感测的示意图。

图5是绘示当驱动电压输出至非对应于触碰点的驱动线时，所有驱动线与感测线的等效电容示意图。

图6是绘示当驱动电压输出至对应于触碰点的驱动线时，所有驱动线与感测线的等效电容示意图。

主要元件符号说明

D：液晶显示器        PL：触控面板

TC：触控控制晶片     DM：驱动多工器

SM：感测多工器                SB：感测单元

ADC：模拟数字转换器           DLC：数字逻辑控制器

DP₀～DP_m：驱动垫              SP₀～SP_n：感测垫

V_D：驱动电压                  TP(X₃，Y₃)：触碰点

ΔV_t、ΔV_d：耦合电压差        1：触控感测装置

10：逻辑控制模块              20：接脚

30：驱动/感测控制模块         40：处理模块

ITO、100：导电薄膜感应器      70：触控面板

50：接触垫                    60：模拟/数字转换模块

SL、80：感测线                DL、90：驱动线

V_out：输出电压                gnd：接地电压

G：接地端

Y1～Y5：驱动线                X1～X5：感测线

CM：驱动线与感测线之间的耦合电容

CS：感测线与接地端之间的等效电容

CD：驱动线与接地端之间的电容

Cy：感测垫与接地端之间的额外电容负载

A(X₃，Y₅)、B(X₄，Y₅)、C(X₄，Y₃)：接点

ΔCM：触碰点导致对应的驱动线与感测线间的耦合电容变化量

具体实施方式

根据本发明的一具体实施例为触控感测装置。于此实施例中，该触控感测装置可以是互感式电容触控感测装置，但不以此为限。请参照图3，图3是绘示本发明的触控感测装置的功能方块图。

如图3所示，触控感测装置1至少包含有逻辑控制模块10、接脚(pin)20、驱动/感测控制模块30、处理模块40、接触垫(pad)50及模拟/数字转换模块60。其中，逻辑控制模块10分别耦接驱动/感测控制模块30、处理模块40及模拟/数字转换模块60；驱动/感测控制模块30耦接接脚20及处理模块40；接脚20耦接接触垫50；处理模块40耦接模拟/数字转换模块60。

请参照图4，图4是绘示本发明的触控感测装置1通过导电薄膜感应器100对触控面板70进行触碰点感测的示意图。如图4所示，触控面板70一般贴合在导电薄膜感应器100下，但不以此为限。导电薄膜感应器100包含有互相垂直分布的n条感测线80及m条驱动线90。n与m为正整数。需说明的是，驱动线90与感测线80是可互换的，也就是说图4中的90实际上也可当感测线，图4中的80实际上也可当驱动线，并可由触控感测装置1控制其功能的切换。

此外，图4中的感测垫SP₀～SP_n及驱动垫DP₀～DP_m即属于图3中的接触垫50。其中，感测垫SP₀～SP_n分别对应并耦接该n条感测线80；驱动垫DP₀～DP_m分别对应并耦接该m条驱动线90。每一条驱动线90与接地端之间分别具有电容CD；每一条感测线80与接地端之间分别具有电容CS；每一条驱动线90与每一条感测线80之间分别具有耦合电容CM；每一个感测垫SP₀～SP_n与接地端之间分别具有额外电容负载Cy。

接脚20耦接至感测垫SP₀～SP_n、驱动垫DP₀～DP_m及驱动/感测控制模块30；驱动/感测控制模块30耦接至逻辑控制模块10、接脚20及处理模块40；处理模块40耦接至逻辑控制模块10、驱动/感测控制模块30及模拟/数字转换模块60；模拟/数字转换模块60耦接至逻辑控制模块10及处理模块40。

于此实施例中，逻辑控制模块10是用以产生不同控制时序的复数个控制信号，例如驱动/感测控制信号、处理控制信号及模拟/数字转换控制信号等，并且逻辑控制模块10分别将驱动/感测控制信号、处理控制信号及模拟/数字转换控制信号输出至驱动/感测控制模块30、处理模块40及模拟/数字转换模块60，但不以此为限。

于实际应用中，该等接脚20不只具有单一种功能，而是可以视实际需求于不同功能之间进行切换，例如驱动(driving)功能、感测(sensing)功能、接地(ground)功能或浮接(floating)功能，但不以此为限。举例而言，驱动/感测控制模块30可根据该等控制信号中的驱动控制信号定义接脚20为执行驱动功能的驱动接脚，驱动接脚20分别通过驱动垫DP₀～DP_m输出驱动电压V_D至导电薄膜感应器100上相对应的该等驱动线90。此外，驱动/感测控制模块30亦可根据该等控制信号中的感测控制信号定义接脚20为执行感测功能的感测接脚，感测接脚20分别通过感测垫SP₀～SP_n自导电薄膜感应器100上相对应的感测线80感测到复数笔耦合电容值。

接着，处理模块40将会根据处理控制信号将该复数笔耦合电容值转换为复数个电压值。由于该些电压值仍为模拟信号，因此，模拟/数字转换模块60将会根据模拟/数字转换控制信号将该些电压值转换成数字数据，并将转换后的数字数据输出至逻辑控制模块10。

接下来，将以一实际例子(n＝5且m＝5之情形)来说明触控感测装置1通过导电薄膜感应器100对触控面板70进行触碰点感测时的信号-噪声比(Signal-Noise Ratio，SNR)与额外电容负载Cy之间的关系。

请参照图5，图5是绘示当驱动电压V_D输出至非对应于触碰点TP的驱动线Y5上时，所有驱动线Y1～Y5与感测线X1～X5的等效电容示意图。如图5所示，每一驱动线Y1～Y5与每一感测线X1～X5之间分别具有耦合电容CM，每一感测线X1～X5与接地端之间分别具有等效电容CS，感测垫SP₃、SP₄与接地端之间分别具有额外电容负载Cy。触碰点TP是落于驱动线Y3与感测线X3相交的接点(X₃，Y₃)上，且感测线X4与感测线X3相邻。对应于触碰点TP的感测线X3与接地端之间的等效电容变化量为Ch。触碰点TP导致驱动线Y3与感测线X3之间的耦合电容变化量为ΔCM，使得对应于触碰点TP的驱动线Y3与感测线X3之间的耦合电容为(CM-ΔCM)。

由于图5中的驱动电压V_D输出至驱动线Y5，则驱动线Y5与感测线X3相交的接点(X₃，Y₅)的电压V_{x_x3y5}＝V_D(CM/CS+Cy+Ch+5*CM-ΔCM)，驱动线Y5与感测线X4相交的接点(X₄，Y₅)的电压V_{x_x4y5}＝V_D(CM/CS+Cy+5*CM)。因此，假设电压V_{x_x3y5}与电压V_{x_x4y5}之间的第一电压差为ΔV_s，则ΔV_s＝V_{x_x4y5}-V_{x_x3y5}＝V_D[CM(Ch-CM)]/[(CS+Cy+5*CM)(CS+Cy+Ch+5*CM-ΔCM)]。

请参照图6，图6是绘示当驱动电压V_d输出至对应于触碰点TP的驱动线Y3上时，所有驱动线Y1～Y5与感测线X1～X5的等效电容示意图。如图6所示，由于驱动电压V_d输出至对应于触碰点TP的驱动线Y3，则驱动线Y3与感测线X3相交的接点(X₃，Y₃)的电压V_{x_x3y3}＝V_D[(CM-ΔCM)/(CS+Cy+Ch+5*CM-ΔCM)]，驱动线Y3与感测线X4相交的接点(X₄，Y₃)的电压V_{x_x4y3}＝V_D(CM/CS+Cy+5*CM)。因此，假设电压V_{x_x3y3}与电压V_{x_x4y3}之间具有的第二电压差为ΔV_t，则ΔV_t＝V_{x_x4y3}-V_{x_x3y3}＝V_D[CM*Ch+ΔCM(CS+Cy+4*CM)]/[(CS+Cy+5*CM)(CS+Cy+Ch+5*CM-ΔCM)]。

综上所述，由于触控感测装置1通过导电薄膜感应器100对触控面板70进行触碰点感测的信号-噪声比(Signal-Noise Ratio，SNR)的定义为上述第二电压差ΔV_t与第一电压差ΔV_s的比值，亦即其信号-噪声比＝ΔV_t/ΔV_s＝[CM*Ch+ΔCM(CS+Cy+4*CM)]/[CM(Ch-ΔCM)]。

因此，当每一个感测垫SP₀～SP_n与接地端之间所串接的额外电容负载Cy增大时，触控感测装置1通过导电薄膜感应器100对触控面板70进行触碰点感测的信号-噪声比将可随之获得提升。也就是说，使用者可通过调整感测垫SP₀～SP_n与接地端之间所串接的额外电容负载Cy的大小来改变系统的信号-噪声比。

相较于现有技术，根据本发明的触控感测装置是利用在感测垫与接地端之间具有额外的电容负载的方式提升整个系统的信号-噪声比，不仅能够有效地降低液晶显示面板及外在环境所产生的噪声对于触控感测装置感测触碰点时的干扰，亦不会导致整个系统的数据传送回报速率降低及电力消耗增加。因此，本发明的触控感测装置能够更为准确地对于触控显示面板进行触碰点的感测，以大幅减少其误判的机率。

通过以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (10)

1.一种触控感测装置，通过一导电薄膜感应器对一触控面板进行触碰点感测，该导电薄膜感应器包含有复数条感测线及复数条驱动线，该触控感测装置至少包含：

复数个感测垫，分别对应并耦接至该复数条感测线，其中每一个感测垫与接地端之间具有一额外电容负载；

复数个接脚，该复数个接脚中的复数个第一接脚分别通过该复数个感测垫耦接至该复数条感测线，用以对该复数条感测线执行感测功能，以自该复数条感测线感测到复数个耦合电容值；

一逻辑控制模块，用以产生不同控制时序的复数个控制信号，该等控制信号包含一驱动/感测控制信号、一处理控制信号及一模拟/数字转换控制信号；

至少一驱动/感测控制模块，耦接至该逻辑控制模块及该复数个接脚，用以根据该驱动/感测控制信号定义该复数个第一接脚为驱动接脚或感测接脚；

至少一处理模块，耦接至该逻辑控制模块及该驱动/感测控制模块，用以根据该处理控制信号将该复数个耦合电容值转换为复数个电压值；以及

至少一模拟/数字转换模块，耦接于该逻辑控制模块与该处理模块之间，用以根据该模拟/数字转换控制信号将该复数个电压值转换为复数笔数字数据，并将该复数笔数字数据传送至该逻辑控制模块。

2.如权利要求1所述的触控感测装置，进一步包含：

复数个驱动垫，分别对应并耦接至该复数条驱动线。

3.如权利要求2所述的触控感测装置，其中该复数个接脚中的复数个第二接脚分别通过该复数个驱动垫耦接至该复数条驱动线，当该驱动/感测控制模块根据该驱动/感测控制信号定义该复数个第二接脚为驱动接脚时，该复数个第二接脚执行驱动功能，通过该复数个驱动垫输出一驱动电压至该复数条驱动线。

4.如权利要求3所述的触控感测装置，其中每一驱动线与每一感测线之间分别具有一耦合电容CM，每一感测线与接地端之间分别具有一等效电容CS，每一个感测垫与接地端之间分别具有该额外电容负载Cy，一触碰点落于该复数条驱动线中的一第一驱动线Y1与该复数条感测线中的一第一感测线X1相交的接点(X₁，Y₁)上，且该复数条感测线中的一第二感测线X2与该第一感测线X1相邻，该第一感测线X1与接地端之间的等效电容变化量为Ch，该触碰点导致该第一驱动线Y1与该第一感测线X1之间的耦合电容变化量为ΔCM，使得该第一驱动线Y1与该第一感测线X1之间的耦合电容为(CM-ΔCM)。

5.如权利要求4所述的触控感测装置，其中该驱动电压V_d输出至该复数条驱动线中的一第二驱动线Y2，则该第二驱动线Y2与该第一感测线X1相交的接点(X₁，Y₂)的电压V_{x_x1y2}＝V_d(CM/CS+Cy+Ch+n*CM-ΔCM)，该第二驱动线Y2与该第二感测线X2相交的接点(X₂，Y₂)的电压V_{x_x2y2}＝V_d(CM/CS+Cy+n*CM)，n为该复数条感测线的数目。

6.如权利要求5所述的触控感测装置，其中电压V_{x_x2y2}与电压V_{x_x1y2}之间具有一第一电压差ΔV_s＝V_d[CM(Ch-ΔCM)]/[(CS+Cy+n*CM)(CS+Cy+Ch+n*CM-ΔCM)]。

7.如权利要求4所述的触控感测装置，其中该驱动电压V_d输出至该第一驱动线Y1，则该第一驱动线Y1与该第一感测线X1相交的接点(X₁，Y₁)的电压V_{x_x1y1}＝V_d[(CM-ΔCM)/(CS+Cy+Ch+n*CM-ΔCM)]，该第一驱动线Y1与该第二感测线X2相交的接点(X₂，Y₁)的电压V_{x_x2y1}＝V_d(CM/CS+Cy+n*CM)，n为该复数条感测线的数目。

8.如权利要求7所述的触控感测装置，其中电压V_{x_x1y1}与电压V_{x_x2y1}之间具有一第二电压差ΔV_t＝V_d[CM*Ch+ΔCM(CS+Cy+(n-1)*CM)]/[(CS+Cy+n*CM)(CS+Cy+Ch+n*CM-ΔCM)]。

9.如权利要求6及8所述的触控感测装置，其中该触控感测装置通过该导电薄膜感应器对该触控面板进行触碰点感测的一信号-噪声比为该第二电压差ΔV_t与该第一电压差ΔV_s的比值，亦即该信号-噪声比为[CM*Ch+ΔCM(CS+Cy+(n-1)*CM)]/[CM(Ch-ΔCM)]。

10.如权利要求9所述的触控感测装置，其中当每一个感测垫与接地端之间所串接的该额外电容负载Cy增大时，该信号-噪声比亦随之获得提升。

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