CN104375683A - 触控面板的感应通道图样设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供感应通道图样设计方法，应用于包含多个电极与多段感应通道的一触控面板。该多个电极通过该多段感应通道连接至用以配合该触控面板的多个感应器。首先，以该多段感应通道的一最小感应通道宽度、一最小感应通道间距、一最大分布宽度，以及该多段感应通道各自的长度为参数，一组约束条件被建立。其次，根据该组约束条件，一非线性规划程序被用以决定该多段感应通道各自的宽度。

Description

触控面板的感应通道图样设计方法

技术领域

本发明与触控系统相关，并且尤其与触控系统中用以连接感应器与电极的感应通道的图样设计相关。

背景技术

随着科技日益进步，近年来各种电子产品的操作介面都愈来愈人性化。举例而言，通过触控屏幕，使用者可直接以手指或触控笔在屏幕上操作程序、输入讯息/文字/图样，省去使用键盘或按键等输入装置的麻烦。实际上，触控屏幕通常由一感应面板及设置于感应面板后方的显示器组成。电子装置系根据使用者在感应面板上所触碰的位置，以及当时显示器所呈现的画面，来判断该次触碰的意涵，并执行相对应的操作结果。

图1为一自容式(self-capacitance)触控面板的电极/感应通道配置图。以虚线框表示的感应区域100内设有多个各自近似于一直角三角形的电极(例如电极11A、11B)。每个电极都会通过感应通道(例如感应通道12A、12B)分别连接至设置于软式印刷电路板(flexible printed circuits,FPC)13上的感应电路(仅绘示感应器14A、14B做为代表)。以使用者碰触了电极11A的情况为例，通过感应通道12A，对应于电极11A的感应器14A所检测到的电容量会发生变化。据此，后续的控制电路可判定使用者触碰发生在电极11A所在的位置。

理想上，各感应通道对感应器构成的电阻值最好要大致相等，以减少各感应器对电极充放电所需时间的变异性，进而降低感应结果因电路不匹配造成的不一致性。然而，由图1可看出，这些电极连接至其相对应感应器的路径长度各不相同。举例而言，连接电极11B的感应通道12B的长度便远大于连接电极11A的感应通道12A的长度。如本发明所属技术领域中具有通常知识者所知，电阻值正比于感应通道长度。感应通道12B对于感应器14B构成的电阻显然数倍于感应通道12A对于感应器14A构成的电阻。此一不理想特性可能会导致后端控制器误判使用者的触碰意图，引发错误的操作结果。

为了尽量缩小这些感应通道间的平均电阻差异，先前技术普遍采用金属做为感应通道材质，以期降低最大电阻与最小电阻间的差异绝对值。一般而言，电极的材质为透明的铟锡氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)，而非金属。可理解的是，相较于使用单一材料，同时使用金属和铟锡氧化物两种材料的制程的成本较高。此外，金属并非透明材质。为了遮蔽绕行于电极外围的金属导线，触控面板的四周通常必须设置深色外框，因而限制了产品外观的设计弹性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种新的感应通道图样设计方法。藉由利用非线性规划(nonlinear programming process)程序，根据本发明的设计方法能最小化多段感应通道间的电阻平均差异，也就是能令多段即使长度不同感应通道的亦具有大致相同的电阻。基于本发明所贡献的优点，即使是铟锡氧化物(ITO)等单位阻值较高的材料亦得以被用做触控面板中的感应通道材料。触控面板的制程成本因此能大幅降低。此外，由于铟锡氧化物大致为透明，采用本发明的设计方法的触控面板的四周可不设置用以遮蔽感应通道的外框。

根据本发明的一具体实施例为一种感应通道图样设计方法，用于包含多个电极与多段感应通道的一触控面板。该多个电极通过该多段感应通道连接至用以配合该触控面板的多个感应器。首先，以该多段感应通道的一最小感应通道宽度、一最小感应通道间距、一最大分布宽度，以及该多段感应通道各自的长度为参数，一组约束条件被建立。其次，根据该组约束条件，一非线性规划程序被用以决定该多段感应通道各自的宽度。

根据本发明的另一具体实施例为一种非暂态电脑可读取储存媒体，其中储存有能由一处理器读取并执行的一程序码。该程序码用以设计包含于一触控面板中的多段感应通道。该触控面板亦包含多个电极。该多个电极通过该多段感应通道连接至用以配合该触控面板的多个感应器。当该程序码被该处理器执行，该处理器实施下列步骤：(1)以该多段感应通道的一最小感应通道宽度、一最小感应通道间距、一最大分布宽度，以及该多段感应通道各自的长度为参数，建立一组约束条件；以及(2)根据该组约束条件，利用一非线性规划程序决定该多段感应通道各自的宽度。

根据本发明的另一实施例为一种触控面板，其中包含多个电极、多个感应器与多段感应通道。该多个电极中的一目标电极通过该多段感应通道中的一目标感应通道连接至该多个感应器中的一目标感应器。该目标感应通道包含N个区段。N为大于1的整数。该N个区段中的第(i+1)区段较第i区段接近该目标电极。i为范围在1到(N-1)间的一整数指标。该第i区段的宽度小于等于该第(i+1)区段的宽度。

关于本发明的优点与精神可以藉由以下发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1为一典型自容式触控面板的电极/感应通道配置图。

图2为根据本发明的一实施例中的感应通道图样设计方法的流程图。

图3A呈现用以说明本发明概念的电极/感应通道配置范例。

图3B为图3A中各感应通道的分段示意图。

符号说明

100：感应区域

11A、11B、31A～31D：电极

12A、12B、32A～32D：感应通道

13：软式印刷电路板

14A、14B：感应器

01～10：感应通道区段

200：感应通道图样设计流程

S22～S24：流程步骤

具体实施方式

根据本发明的一具体实施例为一种感应通道图样设计方法，其流程图绘示于图2。该设计方法应用于包含多个电极与多段感应通道的一触控面板。该多个电极通过该多段感应通道连接至用以配合该触控面板的多个感应器。首先，步骤S22为以该多段感应通道的一最小感应通道宽度、一最小感应通道间距、一最大分布宽度，以及该多段感应通道各自的长度为参数，建立一组约束条件(constraint)。其次，步骤S24为根据该组约束条件，利用一非线性规划程序决定该多段感应通道各自之宽度。以下说明以图3A所呈现的电极/感应通道配置为例，详述如何实现图2绘示的设计流程200。

如图3A所示，用以将电极31A连接至其相对应感应器的感应通道为32A，用以将电极31B连接至其相对应感应器的感应通道为32B，用以将电极31C连接至其相对应感应器的感应通道为32C，而用以将电极31D连接至其相对应感应器的感应通道为32D。请同时参考图3B，图3B为图3A中各感应通道的分段示意图。若忽略不平行于Y方向的倾斜区段，感应通道32A～32D可各自被视为由一个或多个长度较短的Y方向区段组成。感应通道32A包含长度落在范围Y1中的一个区段(01)。感应通道32B包含长度落在范围Y1、Y2中的两个区段(02、05)。感应通道32C包含长度落在范围Y1、Y2、Y3中的三个区段(03、06、08)。感应通道32D则是包含长度落在范围Y1、Y2、Y3、Y4中的四个区段(04、07、09、10)。

假设区段01～10的感应通道宽度分别为w1～w10，而范围Y1～Y4的长度分别为L1～L4。感应通道32A的电阻值R_A、感应通道32B的电阻值R_B、感应通道32C的电阻值R_C和感应通道32D的电阻值R_D可分别被表示如下：

$R_A=\mathrm{\ρ}\×\frac{L1}{w1},---\left(1\right)$

$R_B=\mathrm{\ρ}\×(\frac{L1}{w1}+\frac{L2}{w5}),---\left(2\right)$

$R_C=\mathrm{\ρ}\×(\frac{L1}{w3}+\frac{L2}{w6}+\frac{L3}{w8}),---\left(3\right)$

$R_D=\mathrm{\ρ}\×(\frac{L1}{w4}+\frac{L2}{w7}+\frac{L3}{w9}+\frac{L4}{w10}),---\left(4\right)$

其中符号ρ代表这些感应通道所属材质的片电阻(sheet resistance)。于实际应用中，范围Y1～Y4的长度L1～L4与电极的形状相关，且为预先可知的资讯。于根据本发明的实施例中，在执行设计流程200之前，感应通道宽度w1～w10为未知数，但各种触控面板的制程都会对于感应通道本身的最小宽度W_min(也就是宽度w1～w10各自的下限)和两感应通道的最小间距G_min有所规范。此外，这些感应通道受到触控面板的外形设计的限制在X方向上所能分布的最大宽度W_max亦为预先可知的资讯。

在图3B呈现的范例中，感应通道宽度w1～w10须符合以下所有条件：

$\left\{\begin{array}{c}w1+w2+w3+w4+4\&times;G_{\min }\&le;W_{\max }\\ w5+w6+w7+4\&times;G_{\min }<W_{\max }\\ w8+w9+3\&times;G_{\min }\&le;W_{\max }\\ w10+2\&times;G_{\min }\&le;W_{\max }\\ w1\&GreaterEqual;W_{\min }\\ w2\&GreaterEqual;W_{\min }\\ w3\&GreaterEqual;W_{\min }\\ w4\&GreaterEqual;W_{\min }\\ w5\&GreaterEqual;W_{\min }\\ w6\&GreaterEqual;W_{\min }\\ w7\&GreaterEqual;W_{\min }\\ w8\&GreaterEqual;W_{\min }\\ w9\&GreaterEqual;W_{\min }\\ w10\&GreaterEqual;W_{\min }\end{array}\right..---\left(5\right)$

建立以上不等式即等同于步骤S22中所述的建立一组约束条件。

随后，步骤S24为根据该组约束条件，利用一非线性规划程序决定该多段感应通道各自的宽度。实务上，上述非线性规划程序不以特定演算法为限。举例而言，该非线性规划程序可采用一直接寻求法、一最深下降法、一牛顿类型法、一共轭方向法或一近似牛顿法，来求取符合约束条件的解。须说明的是，求取非线性规划程序之解的实施细节为本发明所属技术领域中具有通常知识者所知，因此不于此赘述。

于一实施例中，步骤S24中的非线性规划程序系以最小化感应通道32A～32D间的一电阻平均差异为目标，也就是最小化R_A～R_D的平均差异。举例而言，该非线性规划程序的目标可被视为找出下列函数f₁的最小值：

f₁(w1，w2，w3，w4，w5，w6，w7，w8，w9，w10)＝(R_A-R_B)²+(R_A-R_C)²+(R_A-R_D)²+(R_B-R_C)²+(R_B-R_D)²+(R_C-R_D)²。

(6)

根据方程序(1)～(4)，方程序(6)中的电阻值R_A～R_D可被替换为以参数ρ、L1～L4、w1～w10来表示。除了w1～w10之外，其他参数皆为已知数。因此，该非线性规划程序的结果即为找出符合不等式(5)的限制，且能最小化函数f₁的感应通道宽度w1～w10。随后，若采用据此决定的感应通道宽度w1～w10来设计感应通道32A～32D，便可令感应通道32A～32D具有大致相等的电阻值。如此一来，即使是铟锡氧化物(ITO)等单位阻值较高的材料亦可被用做触控面板中的感应通道材料，并且对不同感应器构成几乎相等的电阻值。于本发明的一实施例中，电极和感应通道的材质皆为铟锡氧化物。这种使用单一材料的做法有助于大幅降低制程复杂度与成本。

于另一实施例中，步骤S24中的非线性规划程序将感应通道宽度w1～w10限定于一预设范围内，且是以最小化感应通道32A～32D的平均电阻为目标。举例而言，假设制程所能提供的感应通道最小宽度W_min为0.03毫米，感应通道宽度w1～w10在非线性规划程序中可被限定于必须落在0.03毫米与0.05毫米之间。该非线性规划程序的目标可被视为找出下列函数f₂的最小值：

$f_2(w1,w2,w3,w4,w5,w6,w7,w8,w9,w10)=\frac{1}{4}\&times;(R_A+R_B+R_C+R_D)=$ $\frac{\mathrm{\&rho;}}{4}\&times;(\frac{L1}{w1}+\frac{L1}{w1}+\frac{L2}{w5}+\frac{L1}{w3}+\frac{L2}{w6}+\frac{L3}{w8}+\frac{L1}{w4}+\frac{L2}{w7}+\frac{L3}{w9}+\frac{L4}{w10}).$

(7)

实务上，在有限制感应通道宽度w1～w10的范围的情况下，以最小化函数f₂为目标所得出的非线性规划结果会相当接近于以最小化函数f1为目标所得出的非线性规划结果。以最小化函数f₂为目标的好处在于进行该非线性规划程序所须要的运算复杂度较低、时间较短。本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，本发明的范畴不限于以最小化函数f₁或函数f₂为非线性规划程序的目标；各种能令多条感应通道具有大致相等的电阻值的函数都可应用于此。当感应通道数量较多时，该非线性规划程序的运算复杂度会相对应的增加，但其基本概念仍与前述实施例一致。此外，先前在说明时所忽略的不平行于Y方向的倾斜区段亦可被纳入计算范围。

本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，适用本发明概念的触控面板的电极图样不以图3A呈现的直角三角形为限。举例而言，各电极的平面形状亦可能为菱形、矩形或其他不对称的多边形。再者，本发明的范畴亦不限于图3A所呈现的感应通道走线方式。举例而言，各感应通道所包含的区段数量可更多或更少。此外须说明的是，本发明的概念的应用范畴不限于自容式触控面板中的感应通道，亦可被用于设计互容式(mutual-capacitance)触控面板中的感应通道图样。

根据本发明的另一实施例为一种非暂态电脑可读取储存媒体，其中储存有能由一处理器读取并执行的一程序码。该程序码用以设计包含于一触控面板中的多段感应通道。该触控面板亦包含多个电极。该多个电极通过该多段感应通道连接至用以配合该触控面板的多个感应器。当该程序码被该处理器执行，该处理器实施下列步骤：(1)以该多段感应通道的一最小感应通道宽度、一最小感应通道间距、一最大分布宽度，以及该多段感应通道各自的长度为参数，建立一组约束条件；以及(2)根据该组约束条件，利用一非线性规划程序决定该多段感应通道各自的宽度。

实务上，上述电脑可读取媒体可为任何一种非暂态媒体，储存有能被处理器读取、解码并执行的指令。非暂态媒体包含电子、磁性及光学储存装置。非暂态电脑可读取媒体包含但不限于：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和其他电子储存装置、CD-ROM、DVD和其他光学储存装置、磁带、软碟、硬碟及其他磁性储存装置。这些处理器指令可利用各种程序语言实现本发明。

另一方面，先前在介绍设计流程200时描述的各种操作变化(例如非线性规划程序的目标可能有数种选择)亦可应用至上述电脑可读取媒体，其细节不再赘述。

利用设计流程200或上述非暂态电脑可读取储存媒体所规划出的感应通道通常具有“愈接近电极的感应通道愈宽”的特质。更明确地说，若连接至同一个电极的感应通道包含多个区段，愈接近该电极的区段的宽度可能愈大。以图3B呈现的感应通道宽度w1～w10为例，其宽度通常符合下列相对关系：w10≧w9≧w7≧w4，w8≧w6≧w3，w5≧w2。因此，根据本发明的另一实施例为一种触控面板，其中包含多个电极、多个感应器与多段感应通道。该多个电极中的一目标电极通过该多段感应通道中的一目标感应通道连接至该多个感应器中的一目标感应器。该目标感应通道包含N个区段。N为大于1的整数。该N个区段中的第(i+1)区段较第i区段接近该目标电极。i为范围在1到(N-1)间的一整数指标。该第i区段的宽度小于等于该第(i+1)区段的宽度。

如上所述，本发明提出一种新的感应通道图样设计方法。藉由利用非线性规划程序，根据本发明的设计方法能最小化多段感应通道间的电阻平均差异，也就是能令多段即使长度不同感应通道的亦具有大致相同的电阻。基于本发明所贡献的优点，铟锡氧化物等单位阻值较高的材料亦可被用做触控面板中的感应通道材料。触控面板的制程成本因此得以降低。由于铟锡氧化物大致为透明，触控面板的四周可不设置遮蔽感应通道的外框。

藉由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示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 (8)

1.一种感应通道图样设计方法，用于包含多个电极与多段感应通道的一触控面板，该多个电极通过该多段感应通道连接至用以配合该触控面板的多个感应器，该方法包含：

以该多段感应通道的一最小感应通道宽度、一最小感应通道间距、一最大分布宽度，以及该多段感应通道各自的长度为参数，建立一组约束条件；以及

根据该组约束条件，利用一非线性规划程序决定该多段感应通道各自的宽度。

2.如权利要求1所述的感应通道图样设计方法，其特征在于，该非线性规划程序最小化该多段感应通道间的一电阻平均差异。

3.如权利要求1所述的感应通道图样设计方法，其特征在于，该非线性规划程序将该多段感应通道各自的宽度限定于一预设范围内，且最小化该多段感应通道的一平均电阻。

4.如权利要求1所述的感应通道图样设计方法，其特征在于，该多段感应通道的材质为铟锡氧化物。

5.如权利要求1所述的感应通道图样设计方法，其特征在于，该非线性规划程序采用一直接寻求法、一最深下降法、一牛顿类型法、一共轭方向法或一近似牛顿法。

6.一种触控面板，包含：

多个电极；

多个感应器；以及

多段感应通道，该多个电极中的一目标电极系通过该多段感应通道中的一目标感应通道连接至该多个感应器中的一目标感应器，该目标感应通道包含N个区段，N为大于1之整数，该N个区段中的第(i+1)区段较第i区段接近该目标电极，该第i区段的宽度小于等于该第(i+1)区段的宽度，其中i为范围在1到(N-1)间的一整数指标。

7.如权利要求6所述的触控面板，其特征在于，该多段感应通道的一最小感应通道宽度、一最小感应通道间距、一最大分布宽度，以及该多段感应通道各自的长度符合一组约束条件，该多段感应通道间的一电阻平均差异根据该组约束条件被最小化。

8.如权利要求7所述的触控面板，其特征在于，该电阻平均差异利用一非线性规划程序根据该组约束条件被最小化，该非线性规划程序采用一直接寻求法、一最深下降法、一牛顿类型法、一共轭方向法或一近似牛顿法。