CN104346008A - 触控面板及触控装置 - Google Patents

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徐建昌
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Abstract

一种触控面板及触控装置，该触控面板包括触控模块以及信号补偿模块。触控模块包括多条传输电极以及多条感测电极。信号补偿模块具有第一输入端、第二输入端与输出端，且耦接于该触控模块。多条传输电极依序接收至少一扫描电压，当扫描电压于第一传输电极与所述感测电极的至少一交越点感测到物件触碰时，所述感测电极提供至少一感测信号，感测信号包含第一寄生电容的电容值。当第二传输电极接收扫描电压时，第二传输电极感测未被该物件触碰时的第二寄生电容的电容值，并提供补偿信号。信号补偿模块分别接收感测信号与补偿信号并提供判断电压于输出端。

Description

触控面板及触控装置
技术领域
本发明提供一种触控面板，特别是涉及一种噪声补偿的触控面板及其触控装置。
背景技术
近年来，触控面板（Touch Panel）的应用发展非常迅速且应用广泛，例如自动柜员机（ATM）、销售终端机与家庭控制管理。甚至于可携式的电子装置，如平板电脑、智能型手机等等。触控面板将原先输入界面提升至一个更平易近人的层次，提供对输入更直观的输入方式，因此对于人机界面的需求市场成长相当快速。
触控面板可依其检测触控点的物理原理，主要分为电阻式（Resistive）触控面板及电容式（Capacitive）触控面板两种。电阻式触控面板用手指或触控笔轻按就会产生电压；而电容式触控面板以手指接触面板而吸取微小的电流方式操作。再者，电容式触控面板又可分为表面电容式（SurfaceCapacitive）触控面板及投射电容式（Projected Capacitive）触控面板，其中，投射电容式触控面板由于可以达成多点触控（Multi-Touch）功能，因此更为吸引业界竞相研发。若将投射电容式触控面板整合至液晶屏幕，以形成内嵌式多点触控面板（In-Cell Multi-Touch Panel）或者是将投射电容式触控面板与面板彩色滤光片（Color Filter）的上或下表面整合的外挂式多点触控面板（On-Cell Multi-Touch Panel），还可以维持原面板的薄度。在薄膜晶体管液晶显示器（TFT LCD）中常用透明电极（ITO）锁住保存电荷，同样原理反向操作，这层透明电极也可当传感器，并可提供高密度检测。然而在薄膜晶体管液晶显示器中，由于薄膜晶体管所导致的噪声很大，因此在噪声影响的情况下，电容感测精准度的判断则相对的重要。
发明内容
本发明实施例在于提供一种噪声补偿的触控面板，包括触控模块以及信号补偿模块。触控模块包括多条传输电极以及多条感测电极。信号补偿模块具有第一输入端、第二输入端与输出端，且耦接于该触控模块。多条传输电极依序接收至少一扫描电压，当扫描电压于一第一传输电极与所述感测电极的至少一交越点感测到物件触碰时，所述感测电极提供至少一感测信号，感测信号包含第一寄生电容的电容值。当第二传输电极接收扫描电压时，第二传输电极感测未被该物件触碰时的第二寄生电容的电容值，并提供补偿信号。信号补偿模块分别接收感测信号与补偿信号于第一输入端与第二输入端，并提供判断电压于输出端。
本发明实施例在于提供一种触控装置，此触控装置包括补偿噪声的触控面板以及负载，其中，负载连接于补偿噪声的触控面板，且补偿噪声的触控面板为上述的补偿噪声的触控面板，其中，负载接收判断电压以进行正常工作。
综合上所述，通过本发明的噪声补偿的触控面板，利用驱动的扫描电压依序扫描每一条传输电极时，于未被物件触碰的传输电极感测触控面板上的感测电极或传输电极与薄膜晶体管制成的共电极之间所产生的互容噪声，并生成参考的补偿信号。感测信号通过补偿信号去除噪声，能够提升感测信号的讯杂比，有效地提高电容感测的触控面板判断时精确度。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。
附图说明
图1为发明实施例的噪声补偿的触控面板的触控模块示意图；
图2为本发明第一实施例的信号补偿模块示意图；
图3为本发明第二实施例的信号补偿模块示意图；
图4为本发明第三实施例的信号补偿模块示意图；
图5为本发明第四实施例的信号补偿模块示意图；
图6为本发明第五实施例的信号补偿模块示意图；
图7为本发明实施例的使用补偿信号的触控面板的触控装置示意图。
【符号说明】
1：触控模块
11：触控传感器
R1～R8：传输电极
C1～C8：感测电极
12：薄膜晶体管
13：手指
CA：触碰电容
CB1：第一寄生电容
CB2：第二寄生电容
CB3：第三寄生电容
P11、P21：交越点
VDS：扫描电压
SS：感测信号
CS：补偿信号
VCOM：共电压
2、3、4、5、6：信号补偿模块
21、41、61：第一电流镜单元
31、51、62：第二电流镜单元
63：第三电流镜单元
42、52、64：时间延迟单元
Cint：电容
2a、3a、4a、5a、6a：第一输入端
2b、3b、4b、5b、6b：第二输入端
2c、3c、4c、5c、6c：输出端
SW1、SW2：开关
MSS：镜像感测信号
MCS、MCS1：镜像补偿信号
MCS2：二次镜像补偿信号
TDSS：延迟感测信号
TS：判断信号
VTS：判断电压
A、B、C、D、X、Y、Z：交点
7：触控装置
71：触控面板
711：触控模块
712：信号补偿模块
72：负载
具体实施方式
在下文将参看随附图式更充分地描述各种例示性实施例，在随附图式中展示一些例示性实施例。然而，本发明概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供此等例示性实施例使得本发明将为详尽且完整，且将向本领域技术人员充分传达本发明概念的范畴。在各个图式中，可为了清楚而夸示层及区的大小及相对大小。类似数字始终指示类似元件。
应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但此等元件不应受此等术语限制。此等术语乃用以区分一元件与另一元件。因此，下文论述的第一元件可称为第二元件而不偏离本发明概念的教示。如本文中所使用，术语“或”视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一者或者多者的所有组合。
［补偿噪声的触控面板的多个实施例］
请参阅图1，图1为发明实施例的噪声补偿的触控面板的触控模块示意图。触控模块1包括触控传感器11以及薄膜晶体管12。触控传感器11包括多条传输电极R1～R8以及多条感测电极C1～C8。一般来说，在触控模块1不具有薄膜晶体管12时，当扫描电压VDS进行扫描触控传感器11上的传输电极R1～R8并于感测电极C1～C8输出提供感测信号SS会具有较佳的噪声比。换句话说，如图1所示，当触控传感器11上的传输电极R1～R8以及感测电极C1～C8因为手指13触碰而造成电压变化、电容变化及/或电场变化时会形成触碰电容CA。因此在感测电极C1～C8所输出提供的感测信号SS也仅仅由触碰电容CA的电容值所产生，因此在不具薄膜晶体管12的情况下，感测电极C1～C8所输出提供的感测信号SS具有较高的噪声比。
但在实际的触控面板设计中，触控模块1包括触控传感器11以及薄膜晶体管12。如图1所示，触控传感器11传输电极R1～R8以及感测电极C1～C8与薄膜晶体管12之间易产生寄生的电容噪声，如图1中的第一寄生电容CB1与第二寄生电容CB2。当手指13触碰触控传感器11时会造成电压变化、电容变化及/或电场变化而形成触碰电容CA的电容值。因此，触碰电容CA的电容值被感测电极C1感测输出提供的感测信号SS，就会包含了除了原本触碰电容CA电容值的触碰信号，还包含了触控传感器11上电极与薄膜晶体管12的上的共电压VCOM产生互容的寄生电容噪声（如第一寄生电容CB1、第二寄生电容CB2以及第三寄生电容CB3）。
请同时参阅图1与图2，图2为本发明第一实施例的信号补偿模块示意图。本发明实施例提出一种补偿噪声的触控面板，包括触控模块1与信号补偿模块2。触控模块1包括触控传感器11以及薄膜晶体管12。信号补偿模块2具有第一输入端2a、第二输入端2b以及输出端2c，信号补偿模块2进一步包括第一电流镜单元21以及电容Cint。第一电流镜单元21的第一端耦接于第一输入端2a。第一电流镜单元21的第二端耦接于第二输入端2b。电容Cint的第一端耦接于第一电流镜单元21之第二端，电容Cint的第二端接地。输出端2c耦接于电容Cint的第一端。
信号补偿模块2耦接于触控模块1。更仔细地说，触控模块1中的多条传输电极R1～R8耦接于信号补偿模块2的第二输入端2b，以及多条感测电极C1～C8耦接于信号补偿模块2的第一输入端2a。
值得一提的是，触控模块1与信号补偿模块2之间更耦接了多任务器（图未示），多任务器具有多个输入端与一个输出端，用以将触控模块1上所有感测电极C1～C8耦接至信号补偿模块2的第一输入端2a。
如上所述，触碰电容CA的电容值与第一寄生电容CB1的电容值合并于X点产生感测信号SS。信号补偿模块2的第一输入端2a在扫描电压VDS进行扫描时用以接收感测信号SS，并于信号补偿模块2的第二输入端2b接收补偿信号CS。其中，补偿信号CS为触控传感器11在扫描时，传输电极R2～R8其中的一条未被手指13触碰时的与薄膜晶体管12之间的寄生电容值（如第二寄生电容CB2的电容值）。通过信号补偿模块2中的第一电流镜单元21的第一端将第一输入端2a所接收到的感测信号SS进行相位反转，并于第一电流镜单元21的第二端产生输出镜像感测信号。接着，输出的镜像感测信号MSS与第二输入端2b所接收的补偿信号CS于A点进行电流相加的动作，使得感测信号SS得以去除感测信号SS中的寄生电容的电容值（如第二寄生电容CB2的电容值）。
举例来说，当手指13触碰到触控传感器11上的传输电极R2与感测电极C1的交越点P21时，感测电极C1输出提供感测信号SS。同时，选定与传输电极R2距离四条传输电极距离且未被手指13触碰的传输电极R6，此传输电极R6用以感测第三寄生电容CB3电容值的补偿信号CS。传输电极R2与选定作为感测输出补偿信号CS的传输电极R6距离四条传输电极的距离，能够避免电极与电极的感生的耦合电容，造成不必要的噪声电容值影响判断时的因素。因此，同样地当扫描电压VDS扫描于传输电极R3时，也可选用传输电极R7作为感测输出补偿信号CS。值得一提的是，当扫描电压VDS扫描于传输电极R5时，则选用传输电极R1作为感测输出补偿信号CS。使得使用中的传输电极与用以感测输出补偿信号CS的传输电极保持在N/2条传输电极的距离。然而，本发明实施例中仅以N/2条传输电极的距离作为说明，也可以N/3或N/4的方式实施，并不以此作为限制。
更仔细地说，触控传感器11上电极与薄膜晶体管12之间的共电压VCOM所产生的寄生电容值相等。因此本发明实施例的信号补偿模块2通过扫描电压VDS扫描传输电极R1与感测电极C1交越点P11被手指13触碰的同时，扫描到未被触碰的传输电极R2～R8其中的一条，并感测出触控传感器11上的电极与薄膜晶体管12之间的寄生电容值作为补偿信号CS。然而，因为当手指13触碰而被感测电极C1～C8感测输出提供的感测信号SS包含了除了原本触碰电容值CA的触碰信号，还包含了触控传感器11上的电极与薄膜晶体管12之间的寄生电容值（如第一寄生电容CB1的电容值）。因此，信号补偿模块2于第一输入端2a接收感测信号SS后，通过信号补偿模块中的第一电流镜单元21将感测信号SS做相位反转并产生镜像感测信号MSS。
值得注意的是，在感测信号SS做相位反转后，同样也会把感测信号SS所包含的第一寄生电容CB1电容值的信号也一并反转。再通过与第一寄生电容CB1电容值相等的第二寄生电容CB2所产生的补偿信号CS于A点进行电流相加，能够把相位反转的第一寄生电容CB1的信号抵消，进而补偿感测信号SS后输出判断信号TS。最后，判断信号TS通过电容Cint将判断信号TS的电流储存，并于信号补偿模块2的输出端2c测量判断电压VTS。
请参阅图3，图3为本发明第二实施例的信号补偿模块示意图。图3与图2的实施例的差异在于，信号补偿模块3的第二电流镜单元31耦接于信号补偿模块3的第二输入端3b。同样地，如同信号补偿模块2，信号补偿模块3的第一输入端3a接收感测电极R1与感测电极C1被手指触碰时，感测电极C1所输出提供的感测信号SS于X点，并于信号补偿模块3的第二输入端3b接收补偿信号CS。
信号补偿模块3于第二输入端3b接收补偿信号CS后，通过信号补偿模块中的第二电流镜单元31将补偿信号CS做相位反转并产生镜像补偿信号MCS。通过镜像补偿信号MCS于B点与信号补偿模块3的第一输入端3a所接收的感测信号SS做电流相加的动作，能够把感测信号SS所包含的第一寄生电容CB1的信号抵消，进而补偿感测信号SS后输出判断信号TS，判断信号TS通过电容Cint将判断信号TS的电流储存，并于信号补偿模块3的输出端3c测量判断电压VTS。
请同时参阅图2与4，图4为本发明第三实施例的信号补偿模块示意图。图4与图2的差异在于，信号补偿模块4还进一步包括时间延迟单元42。时间延迟单元42耦接于信号补偿模块4的第一输入端4a。时间延迟单元42用以对第一输入端4a所接收到的感测信号SS做延迟，并输出延迟感测信号TDSS后传送至第三电流镜单元41。在本发明实施例中，时间延迟单元42也可以耦接于第一电流镜单元41的第二端之后，本发明实施例仅以此作为说例，并不以此作为限制。
更仔细地说，根据扫描电压VDS的扫描时序，通常从传输电极R1依序扫描至传输电极R8，因此当扫描电压VDS扫描传输电极R1时，会于感测电极C1接收到触碰电容CA的电容值以及共电极VCOM对感测电极C1所产生的第一寄生电容CB1的电容值，并产生感测信号SS。但在感测电极C1输出感测信号SS的时候，扫描电压VDS仍尚未扫描到用以选定作为感测输出补偿信号CS的传输电极R5上的第二寄生电容CB2的电容值。也就是说，扫描电压VDS扫描到第一寄生电容CB1的电容值与第二寄生电容CB2的电容值的时间具有差异的。因此在信号补偿模块4的第一输入端4a会比第二输入端4b更快地接收到信号，若在所收到第一寄生电容CB1的电容值与第二寄生电容CB2的电容值的信号不同步的情况下，在信号补偿模块4的C点做电流相加时，补偿信号CS则无法完全消除感测信号SS中寄生电容值，而无法于输出端4c准确测量出判断信号TS。
请同时参阅图3与图5，图5为本发明第四实施例的信号补偿模块示意图。图5与图3的差异在于，信号补偿模块5还进一步包括时间延迟单元52。时间延迟单元52耦接于信号补偿模块5的第一输入端5a。时间延迟单元52用以对第一输入端5a所接收到的感测信号SS做延迟，并输出延迟感测信号TDSS。时间延迟单元52与时间延迟单元42作用相同，于此不再赘述。
请参阅图6，图6为本发明第五实施例的信号补偿模块示意图。信号补偿模块6具有第一输入端6a、第二输入端6b与输出端6c，信号补偿模块6包括第一电流镜单元61、第二电流镜单元62、第三电流镜单元63、时间延迟单元64、开关SW1与SW2以及电容Cint。时间延迟单元64的第一端耦接于第一输入端6a，第一电流镜单元61的第一端耦接于时间延迟单元64的第二端。第二电流镜单元62的第一端耦接于第二输入端6b的第一端，第三电流镜单元63的第一端耦接于第二电流镜单元62的第二端。时间延迟单元64的第二端耦接于第二电流镜单元62的第二端，其中间还耦接开关SW1。第一电流镜单元61的第二端耦接于第三电流镜单元63的第二端，其中间还耦接开关SW2。电容Cint的第一端耦接于第一电流镜单元61的第二端，Cint的第二端接地。输出端6c耦接于电容Cint的第一端。
在本实施例中，信号补偿模块6还进一步通过多个电流镜单元进行信号补偿。同样地，如同前几个实施例所述，信号补偿模块6的第一输入端6a接收感测电极R1与感测电极C1被手指触碰时，感测电极C1所输出提供的感测信号SS于X点，并于信号补偿模块6的第二输入端6b接收补偿信号CS。
然而与前几个实施例不同的是，本发明实施例具有两条信号补偿路径。当信号补偿模块6选择打开开关SW1时，其操作如同第四实施例，请复参阅图5，时间延迟单元64耦接于信号补偿模块6的第一输入端6a。时间延迟单元64用以对第一输入端6a所接收到的感测信号SS做延迟，并输出延迟感测信号TDSS，并将延迟感测信号TDSS与镜像补偿信号MCS1于Y点做电流相加。把感测信号SS所包含的第一寄生电容CB1的信号抵消。虽然，于Y点电流相加后的信号会再次通过第三电流镜单元61产生镜像信号，但是同样的通过电容Cint将电流储存，并不影响信号补偿模块6于输出端6c所测量判断电压VTS的电压值。
另外，当信号补偿模块6选择打开开关SW2时，其操作如同第三实施例，请复参阅图4，时间延迟单元64用以对第一输入端6a所接收到的感测信号SS做延迟，并输出延迟感测信号TDSS后传送至第一电流镜单元61。然而，与第三实施例不同的是，在第二输入端6b耦接了第二电流镜单元62以及第三电流镜单元63。第二输入端6b接收的补偿信号CS，经由第二电流镜单元62后产生镜像补偿信号MCS1输入至第三电流镜单元63的第一端。通过第三电流镜单元63再次将镜像补偿信号MCS1做信号相位反转，并输出二次镜像补偿信号MCS2。然而，二次镜像补偿信号MCS2则与原本的补偿信号CS相等。简单地说，打开开关SW2时，补偿信号CS通过两次的相位反转，使得第三电流镜单元63的第二端输出补偿信号CS。并于Z点将镜像感测信号MSS与二次镜像补偿信号MCS2（即等同于为补偿信号CS）电流相加为判断信号TS。同样的通过电容Cint将判断信号TS的电流储存，并于信号补偿模块6的输出端6c测量判断信号TS的判断电压VTS。
值得一提的是，在开关SW1打开的补偿路径中，于Y点所产生的电流值瞬时，较不易于Y点完全去除感测信号SS中的寄生电容值。因此在本发明实施例中，还设置了开关SW2的补偿路径，并于稳态的Z点将经过信号处理的感测信号SS与补偿信号CS作相加的动作，能够更精准地去除感测信号SS中的寄生电容值。
［使用补偿信号的触控面板的触控装置的实施例］
请参阅图7，图7为本发明实施例的使用补偿信号的触控面板的触控装置示意图。触控装置7包括触控面板71以及负载72。触控面板71包括触控模块711以及信号补偿模块712。触控装置所包含的触控面板71可为本发明上述任一实施例的触控面板。其中，负载72耦接于触控面板71，更详细地说，负载72耦接于触控模块的输出端。负载72接收判断电压，用以使触控装置进行后续工作。举例来说，负载72为运算单元，例如中央处理单元用以接收判断电压后，进行图形运算判断出使用者触控于触控面板的位置，并对应执行该位置的动作。
［本发明可能的效果］
综合上所述，通过本发明的噪声补偿的触控面板，利用驱动的扫描电压依序扫描每一条传输电极时，于未被物件触碰的传输电极感测触控面板上的感测电极或传输电极与薄膜晶体管制成的共电极之间所产生的互容噪声，并生成参考的补偿信号。感测信号通过补偿信号去除噪声，能够提升感测信号的讯杂比，有效地提高电容感测的触控面板判断时的精确度。
以上所述，仅为本发明优选的具体实施例，然而本发明的特征并不局限于此，任何本领域技术人员在本发明的领域内可轻易思及的变化或修饰，均可涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (11)

1.一种触控面板，其特征在于，所述触控面板包括：
一触控模块，所述触控模块包括：
多条传输电极，依序接收至少一扫描电压；
多条感测电极，当所述扫描电压于一第一传输电极与所述感测电极的至少一交越点感测到一物件触碰时，所述感测电极提供至少一感测信号，其中，所述感测信号包含一第一寄生电容的电容值；
其中，当一第二传输电极接收所述扫描电压时，所述第二传输电极感测未被所述物件触碰时的一第二寄生电容的电容值，并提供一补偿信号；以及
一信号补偿模块，耦接于所述触控模块，所述信号补偿模块具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端，其中，所述信号补偿模块在所述第一输入端接收所述感测信号并且在所述第二输入端接收所述补偿信号，并在所述输出端处提供一判断电压。
2.根据权利要求1所述的触控面板，其特征在于，所述信号补偿模块包括：
一时间延迟单元，耦接于所述第一输入端，用以将所述感测电极产生的所述感测信号延迟，并提供至少一延迟感测信号。
3.根据权利要求1所述的触控面板，其特征在于，所述信号补偿模块包括：
一第一电流镜单元，具有一第一端与一第二端，所述第一端耦接于所述信号补偿单元的所述第一输入端，用以对所接收的所述感测信号做相位反转，并在所述第一电流镜单元的所述第二端产生一镜像感测信号。
4.根据权利要求3所述的触控面板，其特征在于，所述信号补偿模块的所述第二输入端耦接于所述第一电流镜单元的所述第二端，用以将所接收的所述补偿信号施加于所述镜像感测信号，并产生一判断信号。
5.根据权利要求1所述的触控面板，其特征在于，所述信号补偿模块包括：
一第二电流镜单元，具有一第一端与一第二端，所述第一端耦接于所述第二输入端，用以对所接收的所述补偿信号做相位反转，并在所述第二电流镜单元的所述第二端产生一镜像补偿信号。
6.根据权利要求5所述的触控面板，其特征在于，所述信号补偿模块将所述第一输入端耦接于所述第二电流镜单元的所述第二端，用以将所接收的所述镜像补偿信号施加于所述感测信号，并产生一判断信号。
7.根据权利要求1所述的触控面板，其特征在于，所述触控面板还包括：
一多任务器，具有多个输入端，用以将所述触控模块上所有的所述感测电极耦接至所述信号补偿模块的所述第一输入端。
8.根据权利要求1所述的触控面板，其特征在于，所述触控模块中的所述第二传输电极与所述第一传输电极具有一固定距离。
9.根据权利要求7所述的触控面板，其特征在于，所述固定距离为所述触控模块中所具有的所述传输电极的数目的一半。
10.根据权利要求1所述的触控面板，其特征在于，所述第一寄生电容的电容值与所述第二寄生电容的电容值相等。
11.一种触控装置，其特征在于，所述触控装置包括：
根据权利要求1至10中任一项所述的所述触控面板；以及
一负载，耦接于所述触控面板，所述负载接收所述判断电压以进行正常工作。
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