CN103677458B - 触控系统及其感应方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种触控系统及其感应方法，其将多个感测单元分别连接于控制电极线及检测电极线，且检测电极线与控制电极线交错。每一感测单元包含并联的第一开关元件与第二开关元件，以及连接第二开关元件的一感测电极；由一公共电极提供触发信号予每一感测电极，公共电极与感测电极之间即形成耦合作用。通过控制电极线选择性地依序输出关闭信号予每一第一开关元件，此时检测电极线配合关闭信号对应的检测感测单元；触碰产生时，感测电极据此导通第二开关元件的开启程度，使检测电极线检测感测单元上的电流信号变化，据以取得至少一触碰信息。

Description

触控系统及其感应方法

技术领域

本发明是有关一种触控系统及其感应方法，特别是指一种利用关闭信号作为触发信号的侦测方式，予以监控电流变化的触控系统及其感应方法。

背景技术

随着科技不断的进步，使得各种资讯设备不断地推陈出新；其中，以数据输入设备而言，由于现今的数据处理量日益增加，若仅通过键盘或鼠标输入数据，并以屏幕输出数据，则显得过于缓慢，因此触控式面板因应而生。触控式面板具有人性化的输入介面特性，且能够更直觉式的操作，使得任何年龄层的使用者都可直接以手指或触控笔选取触控式面板上的功能选项，因此，为生活带来极大的便利。

针对目前触控式面板的技术而言，如图1所示，为先前技术的薄膜晶体管矩阵触控系统的电路图。触控系统包含一触控基板10及触控电路12，触控基板10上以阵列式设置多个感测电极单元14，以及两组相交的控制电极线组16和检测电极线组18。每一感测电极单元14包含一TFT元件142及连接TFT元件142的一感测电极144。控制电极线组16和检测电极线组18分别连接TFT元件142的栅极及源极，感测电极单元14与TFT元件142的漏极连接。控制电极线组16是用来控制TFT元件142的开启与关闭，检测电极线组18是通过TFT元件142连接至感测电极144。

触控电路12包含一控制电路122、一信号检测电路124及一驱动源126，信号检测电路124电性连接驱动源126及检测电极线组18；控制电路122电性连接控制电极线组16。控制电路122是以扫描方式，逐行向控制电极线组16的各控制电极线输出开启信号，使与有开启信号的控制电极线相连的TFT元件142处于导通状态，其余TFT元件142处于截止状态。因此，控制电路122逐行控制电极线组16上的TFT元件142处于导通状态，此时检测电极线组18会配合开启信号输入驱动源126的触控信号至检测电极线，使其上的触控信号流入通过TFT元件142与所述行控制电极线相连的感测电极144内。如此随着控制电路122逐行向各控制电极线输出开启信号，信号检测电路124就逐行的检测与此行控制电极线相连接的感测电极单元14上触控信号变化的大小。当触碰时，即可找出变化量超过某阀值的检测电极线；再根据此时开启TFT元件142的控制电极线，就可确认产生漏电流的感测电极单元14，据以找出触碰位置。

上述现有架构仅能单纯检测触控位置，并无法显示，因此需要外挂另一个显示基板，例如利用贴合工艺将两个互相独立的触控基板与显示器基板组合为触控显示器。然而，此设计会增加电路的复杂度以及体积无法轻薄化的诟病；再者，当检测电极线上的触控信号变化较小时，就无法准确的检测出被触碰的位置；因此，如何提高检测的灵敏度以及有效缩小体积、降低成本是亟待解决的问题。

有鉴于此，本发明遂针对上述先前技术的缺失，提出一种触控系统及其感应方法，以有效克服上述等问题。

发明内容

本发明的主要目的在提供一种触控系统及其感应方法，其结合显示电路与触控电路，并利用显示用的公共电极以交流信号作为触发信号，可使整体触控显示模块的厚度变薄，以因应现代科技追求轻薄短小的趋势。

本发明的另一目的在提供一种触控系统及其感应方法，其可调整电压来放大检测信号，以提高检测的灵敏度。

为达上述的目的，本发明提供一种触控系统，包括多条控制电极线、多条检测电极线以及多个感测单元。多个检测电极线与多个控制电极线交错设置，多个感测单元分别连接控制电极线及检测电极线。每一感测单元包含并联的一第一开关元件与一第二开关元件以及连接第二开关元件的一感测电极，感测电极耦合一公共电极，此为显示电路的公共电极，是作为彩色滤光基板上的触控晶体管阵列的触发信号；当触发信号为交流信号时，可由公共电极提供一触发信号予感测电极。控制电极线选择性地依序输出关闭信号予每一第一开关元件，此时检测电极线配合关闭信号对应的检测感测单元；当触碰产生时，感测电极据此导通第二开关元件的开启程度，使检测电极线检测感测单元上的电流信号变化，据以取得至少一触碰信息。

其中，所述多条控制电极线未提供所述关闭信号时，所述多个第一开关元件呈持续开启状态，此时，所述感测电极是提供所述触发信号至所述第二开关元件，使所述第二开关元件的所述开启程度小于所述第一开关元件。

其中，至少一所述感测单元被触碰时，所述感测电极对应产生一感应电容，使所述第二开关元件的栅极的电压变小，使其产生对应的所述开启程度，进而让所述检测电极线检测到所述感测单元上的所述电流信号变化，据以取得所述触碰信息。

其中，所述第一开关元件及所述第二开关元件为薄膜晶体管。

其中，所述多个感测单元是以阵列式排列，每一所述控制电极线分别连接于同列所述第一开关元件，每一所述检测电极线分别连接于同行串接的所述多个感测单元。

其中，所述第一开关元件及所述第二开关元件的栅极分别连接于所述多条控制电极线及所述感测电极，所述第一开关元件及所述第二开关元件的漏极相连接，所述第一开关元件及所述第二开关元件的源极相连接，每一所述检测电极线两端分别连接第一个所述感测单元的所述漏极以及最末个所述感测单元的所述源极，且所述感测单元的所述漏极与相邻的另一所述感测单元的所述源极串接。

其中，每一所述感测单元更包括一被动元件，其两端分别连接于所述第一开关元件的所述栅极与所述控制电极线。

其中，所述被动元件为电容。

其中，更包括一触控电路，其包含一控制电路及一信号检测电路，分别连接所述多条控制电极线及所述多条检测电极线，所述控制电路以扫瞄方式驱动所述多条控制电极线逐行输出所述关闭信号予所述第一开关元件，所述信号检测电路的所述关闭信号以对应侦测所述多条检测电极线上的所述电流信号变化。

其中，所述多个感测单元是以阵列式设置于一彩色滤光基板的上表面或下表面。

其中，更包括一显示电路，其连接所述公共电极，并提供一交流电压的所述触发信号予所述感测电极，使其与所述公共电极间形成耦合作用，据此导通所述第二开关元件的开启程度。

其中，所述多条检测电极线的两端分别连接于所述信号检测电路的一电源端及一接地端，据以产生一电压差，所述多条检测电极线上的所述电流信号会对应所述感测单元上的电流大小变化。

本发明另提供一种触控感应方法，包括下列步骤：提供一触发信号至多个感测单元；依序切换每一感测单元的关闭，并依序对应检测感测单元的电流信号；及检测电流信号变化，输出对应的一触碰信息，并持续重复检测感测单元的电流信号。

其中，未切换所述多个感测单元为关闭时，每一所述感测单元的一第一开关元件呈持续开启状态，此时，每一所述感测单元的一感测电极是提供所述触发信号至并联于所述第一开关元件的一第二开关元件，使所述第二开关元件的开启程度小于所述第一开关元件，并依序对应检测所述感测单元的电流信号。

其中，于检测到所述电流信号产生变化的步骤中，至少一所述感测单元被触碰，此时其上的感测电极对应产生一感应电容，使连接所述感测电极的所述第二开关元件的栅极的电压变小，使其产生对应的所述开启程度，据以检测到所述多个感测单元上的所述电流信号变化，即输出对应的所述触碰信息。

其中，所述多个感测单元是以阵列式排列，并通过互相交错垂直的多条控制电极线及多条检测电极线连接，由所述多条控制电极线依序切换每一所述感测单元的关闭，再经所述多条检测电极线依序对应检测所述感测单元的所述电流信号。

其中，所述多条控制电极线是根据一控制电路的驱动以扫瞄方式依序切换每一所述感测单元的关闭，并利用一信号检测电路依序侦测所述多条检测电极线上的所述电流信号。

其中，所述信号检测电路检测到所述多条检测电极线上所述电流信号产生变化，即输出对应的所述触碰信息。

其中，所述触发信号为交流电压。

本发明结合显示电路与触控电路，并利用显示系统的公共电极以交流信号作为触发信号，可使整体触控显示模块的厚度变薄，以因应现代科技追求轻薄短小的趋势。再者，本发明的侦测方式是以开启信号为正常状态，关闭信号为触发状态，其侦测电流变化信号的方式与先前技术截然不同；且可调整电压来放大检测信号，以提高检测的灵敏度，以改善先前技术检测精准度差的问题。

底下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为先前技术的薄膜晶体管矩阵触控系统的示意图。

图2为本发明的电路架构图。

图3为本发明的感测单元的电路图。

图4为本发明电路信号的波形图。

图5为本发明的步骤流程图。

附图标记说明：

10-触控基板；12-触控电路；122-控制电路；124-信号检测电路；126-驱动源；14-感测电极单元；142-TFT元件；144-感测20电极；16-控制电极线组；18-检测电极线组；20-控制电极线；22-检测电极线；24-彩色滤光基板；26-感测单元；262-第一开关元件；264-第二开关元件；266-感测电极；28-触控电路；282-控制电路；284-信号检测电路；30-显示电路；32-公共电极；34-感应电容；36-被动元件。

具体实施方式

本发明提出一种新颖的触控系统，是将显示基板与触控基板结合为同一电路，相对的也让工艺更简单化，使产品整体体积有效缩小及降低成本，容后详述。如图2所示，为本发明的电路架构图。触控系统包括多条控制电极线20、多条检测电极线22及多个感测单元26；其中，多个感测单元26是以阵列式设于一彩色滤光基板24上，多条检测电极线22与多条控制电极线20交错，且每一控制电极线20与每一检测电极线22的交错处具有绝缘层相隔离。其中，多个感测单元26可阵列式设置于彩色滤光基板24的上表面或下表面，以省略先前技术需额外新增一层触控基板来设置多个感测单元的制作成本及复杂度。多个感测单元26分别连接每一条控制电极线20及每一条检测电极线22；每一感测单元26包含并联的一第一开关元件262与一第二开关元件264以及连接第二开关元件264一感测电极266。

其中，每一控制电极线20分别连接于同列第一开关元件262；每一检测电极线22分别连接于同行串接的多个感测单元26。详言之，第一开关元件262及第二开关元件264的栅极分别连接于多条控制电极线20及感测电极266；第一开关元件262及第二开关元件264的漏极相连接；第一开关元件262及第二开关元件264的源极相连接。每一检测电极线22两端分别连接第一个感测单元26的漏极以及最末个感测单元26的源极（也就是阵列排列的最后一行感测单元），且感测单元26的漏极与相邻的另一感测单元的源极串接，据以串列成检测电极线。

其中，触控系统更包括一触控电路28及一显示电路30，显示电路30电性连接触控电路28。触控电路28包含一控制电路282及一信号检测电路284，分别连接多条控制电极线20及多条检测电极线22。每一感测单元的感测电极266是耦合一公共电极32，且公共电极32连接于显示电路30，此公共电极32为显示用的公共电极，可由公共电极32提供交流电压的一触发信号予感测电极266。控制电路282是以扫瞄方式驱动多条控制电极线20逐行输出一关闭信号予第一开关元件262，此时，信号检测电路284配合关闭信号以对应侦测多条检测电极线22上的电流信号变化。值得注意的是，当多条控制电极线20未提供关闭信号时，多个第一开关元件262是呈现持续开启状态，而第一开关元件262处于封闭电路，因此，感测电极266持续提供交流电压的触发信号至第二开关元件264，使得第二开关元件264开启程度大小会随着公共电极32所提供的交流电压而变化，且第二开关元件264的开启程度小于第一开关元件262。由于一般显示液晶仅能接受0～4伏的电压，故设计公共电极32的启动电压约为±2～3伏的电压；换言之，当公共电极32提供触发信号予感测电极266时，两者间即形成耦合作用，此时，于未触碰的情况下，感测电极266可提供稳定的交流触发信号至第二开关元件264；当然，第二开关元件264的开启程度势必会小于第一开关元件262，因为第一开关元件262为薄膜晶体管，其特性是需要15伏的启动电压才能完全打开栅极形成导通状态。

请同时参阅图2、图3及图4，图3为本发明的感测单元的电路图；图4为本发明电路信号的波形图。控制电路282是以扫瞄方式驱动多条控制电极线20逐行输出一关闭信号予第一开关元件262，如控制电极线20输出的Vsel信号波形图，N至N+5是表示为逐行输出Vsel信号，以依序控制阵列排列的多个感测单元26，例如第一行为N，第二行为N+1，以此类推的输出关闭信号。公共电极32持续提供交流的触发信号（如公共电极信号的波形图）予感测电极26，使两者间形成耦合作用，如耦合电容（C_com），于未被碰触得情况下，感测电极32所控制的第二开关元件264的开启程度是规律的变化。当至少一感测单元26被触碰时，感测电极266对应产生一感应电容34，此时，会将感测电极266上的电流泄放，让第二开关元件264的栅极上的电压变小，使其产生对应的开启程度；进而让检测电极线22检测到感测单元26上的电流信号变化，据以取得至少一触碰信息，如检测电极信号的波形图。换言之，感测单元26被触碰期间，感测电极266的确会产生漏电流现象，进而造成检测电极线22的电流规律性受到影响。其中，每一感测单元26更包括一被动元件36，如电容，其两端分别连接于第一开关元件262的栅极与控制电极线20。由于公共电极32仅提供±2～3伏的交流电压，因此感测电极266控制第二开关元件264的开启程度也只是微小的变化，有可能无法被检测到的情事发生。因此，为了能提高检测的灵敏度，故本发明于电路设计上，将多条检测电极线22的两端分别连接于信号检测电路284的一电源端（Vdd）及一接地端(Vss)，也就是阵列排列的第一行感测单元26作为初始端，连接至电源端；而阵列排列的最末一行感测单元26作为末端，连接至接地端，进行形成电压差，可调整电源端的电压来放大检测信号，让至少一感测单元26被触碰时，感测单元26上微小的电流变化也能够被检测到，据以提升检测的灵敏度。

请同时参阅图2及图5，图5为本发明的步骤流程图。如步骤S10，提供一交流电压的触发信号至多个感测单元26。多个感测单元26是以阵列式排列，并通过互相交错垂直的多条控制电极线20及多条检测电极线22连接，再如步骤S12，通过多个控制电极线20依序切换每一感测单元的26关闭，再经多个检测电极线22依序对应检测感测单元26的电流信号。反之，未切换多个感测单元26为关闭时，每一感测单元26的第一开关元件262呈持续开启状态，此时，每一感测单元26的感测电极266是提供触发信号至并联于第一开关元件262的第二开关元件264，使第二开关元件264的开启程度小于第一开关元件262，并依序对应检测感测单元26上的电流信号，进而侦测感测单元26上的电流信号是否产生变化；再如步骤S14，检测感测单元26上的电流信号变化，输出对应的触碰信息，并持续重复执行步骤S12。

综上所述，本发明结合显示电路与触控电路，并利用显示系统的公共电极以交流信号作为触发信号，可使整体触控显示模块的厚度变薄，以因应现代科技追求轻薄短小的趋势。再者，本发明的侦测方式是以开启信号为正常状态，关闭信号为触发状态，其侦测电流变化信号的方式与先前技术截然不同；且可调整电压来放大检测信号，以提高检测的灵敏度，以改善先前技术检测精准度差的问题。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围。故即凡依本发明申请范围所述的特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。

Claims (18)

1.一种触控系统，其特征在于，包括：

多条控制电极线；

多条检测电极线，其与所述多条控制电极线交错；以及

多个感测单元，分别连接所述控制电极线及所述检测电极线，每一所述感测单元包含并联的一第一开关元件与一第二开关元件以及连接所述第二开关元件的一感测电极，所述感测电极耦合一公共电极，由所述公共电极提供一触发信号予所述感测电极；所述控制电极线选择性地依序输出关闭信号予每一所述第一开关元件，此时所述检测电极线配合所述关闭信号对应的检测所述感测单元；触碰产生时，所述感测电极据此导通所述第二开关元件的开启程度，使所述检测电极线检测所述感测单元上的电流信号变化，据以取得至少一触碰信息。

2.根据权利要求1所述的触控系统，其特征在于，所述多条控制电极线未提供所述关闭信号时，所述多个第一开关元件呈持续开启状态，此时，所述感测电极是提供所述触发信号至所述第二开关元件，使所述第二开关元件的所述开启程度小于所述第一开关元件。

3.根据权利要求1所述的触控系统，其特征在于，至少一所述感测单元被触碰时，所述感测电极对应产生一感应电容，使所述第二开关元件的栅极的电压变小，使其产生对应的所述开启程度，进而让所述检测电极线检测到所述感测单元上的所述电流信号变化，据以取得所述触碰信息。

4.根据权利要求1所述的触控系统，其特征在于，所述第一开关元件及所述第二开关元件为薄膜晶体管。

5.根据权利要求1所述的触控系统，其特征在于，所述多个感测单元是以阵列式排列，每一所述控制电极线分别连接于同列所述第一开关元件，每一所述检测电极线分别连接于同行串接的所述多个感测单元。

6.根据权利要求5所述的触控系统，其特征在于，所述第一开关元件及所述第二开关元件的栅极分别连接于所述多条控制电极线及所述感测电极，所述第一开关元件及所述第二开关元件的漏极相连接，所述第一开关元件及所述第二开关元件的源极相连接，每一所述检测电极线两端分别连接第一个所述感测单元的所述漏极以及最末个所述感测单元的所述源极，且所述感测单元的所述漏极与相邻的另一所述感测单元的所述源极串接。

7.根据权利要求1所述的触控系统，其特征在于，每一所述感测单元更包括一被动元件，其两端分别连接于所述第一开关元件的一栅极与所述控制电极线。

8.根据权利要求7所述的触控系统，其特征在于，所述被动元件为电容。

9.根据权利要求1所述的触控系统，其特征在于，更包括一触控电路，其包含一控制电路及一信号检测电路，分别连接所述多条控制电极线及所述多条检测电极线，所述控制电路以扫瞄方式驱动所述多条控制电极线逐行输出所述关闭信号予所述第一开关元件，所述信号检测电路的所述关闭信号以对应侦测所述多条检测电极线上的所述电流信号变化。

10.根据权利要求1所述的触控系统，其特征在于，所述多个感测单元是以阵列式设置于一彩色滤光基板的上表面或下表面。

11.根据权利要求1所述的触控系统，其特征在于，更包括一显示电路，其连接所述公共电极，并提供一交流电压的所述触发信号予所述感测电极，使其与所述公共电极间形成耦合作用，据此导通所述第二开关元件的开启程度。

12.根据权利要求9所述的触控系统，其特征在于，所述多条检测电极线的两端分别连接于所述信号检测电路的一电源端及一接地端，据以产生一电压差，所述多条检测电极线上的所述电流信号会对应所述感测单元上的电流大小变化。

13.一种触控感应方法，其特征在于，包括下列步骤：

提供一触发信号至多个感测单元；

依序切换每一所述感测单元的关闭，并依序对应检测所述感测单元的电流信号；

检测所述电流信号变化，输出对应的一触碰信息，并持续重复前步骤的检测所述感测单元的所述电流信号；及

未切换所述多个感测单元为关闭时，每一所述感测单元的一第一开关元件呈持续开启状态，此时，每一所述感测单元的一感测电极是提供所述触发信号至并联于所述第一开关元件的一第二开关元件，使所述第二开关元件的开启程度小于所述第一开关元件，并依序对应检测所述感测单元的电流信号。

14.根据权利要求13所述的触控感应方法，其特征在于，于检测到所述电流信号产生变化的步骤中，至少一所述感测单元被触碰，此时其上的感测电极对应产生一感应电容，使连接所述感测电极的所述第二开关元件的栅极的电压变小，使其产生对应的所述开启程度，据以检测到所述多个感测单元上的所述电流信号变化，即输出对应的所述触碰信息。

15.根据权利要求13所述的触控感应方法，其特征在于，所述多个感测单元是以阵列式排列，并通过互相交错垂直的多条控制电极线及多条检测电极线连接，由所述多条控制电极线依序切换每一所述感测单元的关闭，再经所述多条检测电极线依序对应检测所述感测单元的所述电流信号。

16.根据权利要求15所述的触控感应方法，其特征在于，所述多条控制电极线是根据一控制电路的驱动以扫瞄方式依序切换每一所述感测单元的关闭，并利用一信号检测电路依序侦测所述多条检测电极线上的所述电流信号。

17.根据权利要求16所述的触控感应方法，其特征在于，所述信号检测电路检测到所述多条检测电极线上所述电流信号产生变化，即输出对应的所述触碰信息。

18.根据权利要求13所述的触控感应方法，其特征在于，所述触发信号为交流电压。