CN104461100B - 单层的电极结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种单层的电极结构，包含：沿第一方向排列的多个第一电极串行、沿该第一方向排列的多个第二电极串行、以及沿该第一方向排列的多个第三电极。每一该第一电极串行包含沿第二方向排列的至少一第一电极。每一该第二电极串行包含沿该第二方向排列的多个第二电极，其中每一该第二电极至少相应于该至少一第一电极。每一该第三电极位于下列组合其中之一：两个该第一电极串行之间；两个该第二电极串行之间；以及一个该第一电极串行与一个该第二电极串行之间。

Description

单层的电极结构
技术领域
本发明关于触控装置，特别关于触控装置的单层的电极结构。
背景技术
触控面板是规模庞大的一项产业，各式各样的电子产品都使用触控面板作为人机接口的重要输出入装置。触控面板的性能，取决于感测电极与连接感测电极的逻辑电路。感测电极的设计与质量，会影响到触控面板的性能。
一般来说，触控面板的感测电极形成在一透明基板上。显示装置所发出的光可以透过该透明基板显示给使用者观看。形成在透明基板上的感测电极包含多个电极，这些电极透过多个导线连接到逻辑电路。
特别是现代电子产品的设计越来越轻薄短小，触控面板的厚度决定了触控屏幕的厚度。此外，多点触控也成为人机接口的重要因素。因此，能够支持单层多点的投射式电容的触控面板，是目前少数能够满足以上需求的触控面板形式。
由于显示装置的分辨率不断地提高，使用者对于触控面板的性能要求也随着提升。触控装置的分辨率、准确度、对于快速移动物体的感测速度等等触控性能，都需要在有限的触控区面积当中，挤入更多的电极与导线。
投射式电容的检测原理是利用外部导电物体，如手指或触控笔靠近或接触(此后统称为近接)触控面板时，将改变驱动电极与感测电极之间的电容量Cm。藉由检测总电容变化量，便可以得知一个以上近接事件的坐标位置。但是，外界导电物体不仅仅会令感测电极感应到驱动电极与感测电极之间的电容量Cm，而且还会受到外界导电物体与驱动电极之间的电容量Cd、外界导电物体与感测电极之间的电容量Cs、以及外界导电物体与接地电压之间的电容量Cf的变化影响。特别是在越来越挤的触控区面积当中，有越来越多的驱动电极与感测电极。想要减少电容量Cd与电容量Cs是不太容易的。
总上所述，本发明提供了改良的单层触控面板的感测电极设计，使得电容变化量Cm占总电容变化量的比例增大，进而改良触控感应近接事件的精准度。
发明内容
在一实施例中，本发明提供一种单层的电极结构，包含：平行排列于第一方向的多个第一电极串行、平行排列于该第一方向的多个第二电极串行、以及平行排列于该第一方向的多个第三电极。每一该第一电极串行包含以第二方向排列的至少一第一电极。每一该第二电极串行包含以该第二方向排列的多个第二电极，其中每一该第二电极至少相应于该至少一第一电极。每一该第三电极位于下列组合其中之一：两个该第一电极串行之间；两个该第二电极串行之间；以及一个该第一电极串行与一个该第二电极串行之间。
综上所述，本发明的主要发明精神之一，在单层基板上的驱动电极与感测电极之外的空间，加入接地电极与/或虚拟电极。据此，在近接事件发生时，增加外部导电物体对地面电位的电容量，进而增加驱动电极与感测电极之间的电容变化量，用以改善近接事件的信号噪讯比。
附图说明
图1为本发明一实施例的一触控装置的一示意图。
图2为本发明一实施例的感测量的示意图。
图3A为根据本发明一实施例的一单层基板上的电极排列的一示意图。
图3B为根据本发明一实施例的一单层基板上的电极排列的一示意图。
图3C为根据本发明一实施例的一单层基板上的电极排列的一示意图。
图4A为本发明一实施例的一单层基板上的电极排列的一示意图。
图4B为本发明一实施例的一单层基板上的电极排列的一示意图。
图4C为本发明一实施例的一单层基板上的电极排列的一示意图。
图4D为本发明一实施例的一单层基板上的电极排列的一示意图。
图4E为本发明一实施例的一单层基板上的电极排列的一示意图。
具体实施方式
本发明将详细描述一些实施例如下。然而，除了所揭露的实施例外，本发明的范围并不受该些实施例的限定，而是以其后的申请专利范围为准。而为了提供更清楚的描述及使本领域技术人员能理解本发明的发明内容，图示内各部分并没有依照其相对的尺寸进行绘图，某些尺寸或其它相关尺度的比例可能被凸显出来而显得夸张，且不相关的细节部分并没有完全绘出，以求图示的简洁。
请参考图1所示，其为本发明一实施例的一触控装置100的一示意图。在一实施例中，该触控装置100为单层结构的投射式电容的触控装置。在单层结构上，包含有至少一第一电极或驱动电极110、至少一第二电极或感测电极120、与一第三电极130或称为接地电极或虚拟(dummy)电极。本领域的普通技术人员可以理解到投射式电容的感测原理，故在此不多加讨论。
在一实施例中，上述的第三电极130或接地电极连接到该触控装置100的接地线。在另一实施例中，上述的第三电极130或虚拟电极可以独立存在于该触控装置的单层结构，而不耦接到任何外界线路。为了方便起见，可以统称为第三电极130。
当有如手指之类的一外部导电物体140靠近或接触(统称近接)该触控装置100时，则会产生以下的几种电容感应。驱动电极110与感测电极120之间的电容量Cm、外界导电物体140与驱动电极110之间的电容量Cd、外界导电物体140与感测电极120之间的电容量Cs、以及外界导电物体140与第三电极130之间的电容量Cf2。除了外界导电物体140与第三电极130之间的电容量以外，外界导电物体140本来就会接地，例如手指透过身体接地，身体本身也会提供电容量Cf1。为了方便起见，将外界导电物体140与地面之间的电容量Cf视为电容量Cf1与电容量Cf2的和。
对于投射式电容形式的触控装置100来说，当外界导电物体140近接该触控装置100时，整体互电容的感应量可以表示为算式(1)：
△Cm+Cs*Cd/(Cs+Cd+Cf)…算式(1)
从算式(1)可以理解到，驱动电极110与感测电极120之间的电容变化量△Cm是互电容感测所想要得知的信号。算式(1)后项的Cs*Cd/(Cs+Cd+Cf)的值如果越小，则电容变化量△Cm所占的比例就越大。本发明令后项的值变小的原理在于，增大分母当中的电容量Cf。由于电容量Cf为电容量Cf1与电容量Cf2的和，在无法影响电容量Cf1的情况下，本发明要尽可能增大电容量Cf2。据此，可以令电容变化量△Cm所占的比例变大，以利于提高检测的信噪比(Signal-to-noise ratio,SNR)。
请参考图2所示，其为本发明一实施例的感测量的示意图。在图2当中，垂直轴表示在近接事件发生后，相邻感测电极的感测量。曲线210表示，当图1所示的触控装置100缺乏第三电极130时的感测量。曲线220表示，当图1所示的触控装置100包含第三电极130时的感测量。而直线230是用于滤除噪声感测值的一门坎值。
可以在图2中观察到，虽然最大的感测量大致相同，但曲线220的变化曲率较为和缓，而曲线210的变化区率较为陡峭。换言之，直线212表示曲线210超过门坎值的部分，直线222表示曲线220超过门坎值的部分。可以了解到，直线222要比直线212来得长。这意味着曲线210在门坎值之上的部分较多，能够带给触控装置100更大的信息量。
请参考图3A所示，其为根据本发明一实施例的一单层基板上的电极排列的一示意图。如图所示，该单层基板上包含多条第一电极串行310、多条第二电极串行320、与多条第三电极330。在第一方向(水平方向)之上，从左至右，依序排列着第二电极串行320、第一电极串行310、与第三电极330。接着是，第一电极串行310、第二电极串行320、与第三电极330。
每一个第一电极串行310包含有按照第二方向(垂直方向)排列的多个第一电极312。每一第二电极串行320也包含有按照第二方向(垂直方向)排列的多个第二电极322。每一个第一电极312包含有多个弓形弯曲状的电路。同样地，每一个第二电极322也包含有相应于第一电极312的多个弓形弯曲状的电路。在图3A示出的实施例当中，第一电极312与第二电极322均具有四个弓形弯曲状的电路。
除了第一电极序列310的头一个或最后一个第一电极312之外的第一电极312，其上两个弓形弯曲状电路的位置相应于一第二电极322的下两个弓形弯曲状电路的位置，其下两个弓形弯曲状电路的位置相应于另一第二电极322的上两个弓形弯曲状电路的位置。上述的第二电极322位于另一第二电极322的上方。换个角度来看，除了第二电极序列320的头一个或最后一个第二电极322之外的第二电极322，其上两个弓形弯曲状电路的位置相应于一第一电极312的下两个弓形弯曲状电路的位置，其下两个弓形弯曲状电路的位置相应于另一第一电极312的上两个弓形弯曲状电路的位置。上述的第一电极312位于另一第一电极312的上方。
对于第二电极序列320而言，其所包含的第二电极322均在一侧(右侧)与第一电极序列310的第一电极312相应。各个第二电极322的导线均在第二电极序列320的另一侧(左侧)绕线，沿着第二方向(垂直方向)绕线到最上方。相对地说，对于第一电极序列310而言，其所包含的第一电极312均在一侧(左侧)与第二电极序列320的第二电极322相应。各个第一电极312的导线均在第一电极序列310的另一侧(右侧)绕线，沿着第二方向(垂直方向)绕线到最上方。换言之，可以称第一电极序列310面向第二电极序列320，且背靠第三电极330。也可以称第二电极序列320面对第一电极序列310，且背靠第三电极330。
在图3A可以看到，左边的第三电极330旁边都是邻接第一电极串行310，右边的第三电极330旁边都是邻接第二电极串行320。在此实施例中，各第三电极330所邻接的都是同一种电极串行，如第一电极串行310或第二电极串行320。而且，隔邻的第三电极330所邻接着电极串行是不同种。
在一实施例中，第三电极330可以是连接到地面电位的接地电极，其第三电极330在第二方向(垂直方向)的宽度都是相同的。在一范例当中，第三电极330也可以是多条平行排列于第一方向(水平方向)的接地电极。在一实施例中，第三电极330也可以是虚拟电极。除了可以是同宽的同一导电区域之外，当第三电极330为虚拟电极时，可以被区分为多个导电区域或多个虚拟电极。无论此多个虚拟电极如何划分第三电极330的区域，都在本发明的限定范围之内。
在一较佳实施例中，从第三电极330的中心到邻近第三电极330的中心之间的距离，可以介于5mm到7mm之间。
请参考图3B所示，其为根据本发明一实施例的一单层基板上的电极排列的一示意图。和图3A相比，其相异处在于两点。首先是排列顺序：在第一方向(水平方向)之上，从左至右，依序排列着第二电极串行320、第一电极串行310、与第三电极330。接着，依此顺序重复排列。因此，从图3B可以看到，所有的第三电极330的一侧(在图3B中为左侧)都是邻接第一电极串行310，所有的第三电极330的另一侧(在图3B中为右侧)都是邻接第二电极串行320。本领域的普通技术人员可以理解到，无论是图3A或图3B的排列顺序，都属于本发明揭露的技术范围。
和图3A相比，图3B的第二个相异处之处在于第三电极330在第二方向(垂直方向)的宽度不一。由于绕线安排的关系，图3B中的各个第一电极312与第二电极322的导线均紧贴着其它电极或导线。以至于令第三电极330的形状呈现下宽上窄的样子。尽管图3A的各个导线之间有许多间隙，但在一实施例中，可以将多个虚拟电极330安排在各个导线之间的间隙。此点将于图4A至图4E当中进行说明。
请参考图3C所示，其为根据本发明一实施例的一单层基板上的电极排列的一示意图。与图3A与图3B相比，图3C的第一电极串行310可以包含单个第一电极312及两个第一电极导线。在第一电极312与其第一电极导线之间，也可以包含第三电极330。第二电极串行320内的第二电极322与其第二电极导线的安排可以如图3C，也可以如图3B所示。本领域的普通技术人员可以理解到，导线的安排仅仅为示例，本发明并不限定任何导线的安排。
请参考图4A所示，其为本发明一实施例的一单层基板上的电极排列的一示意图。图4A可以被视为图3A至图3C的一个局部放大图。其包含有第一电极412、第二电极422、接地电极432、与虚拟电极434。如前所述，第一电极412与第二电极422分别具有多个弓形弯曲状的电路，两者处于相应的位置。在第一电极412或第二电极422的旁边，可以设有接地电极432。在第一电极412与第二电极422相互交错的地方，可以设有虚拟电极434。本领域的普通技术人员可以理解到，除了在图4A所示的地方之外，也可以在第一电极412与导线之间设有虚拟电极434，也可以在第二电极422与导线之间设有虚拟电极434。
请参考图4B所示，其为本发明一实施例的一单层基板上的电极排列的一示意图。与图4A的不同处在于，在第一电极412与第二电极422相互交错的地方，可以设有多个虚拟电极434。每一个虚拟电极434的面积与尺寸相同。如此一来，可以便于设计。
请参考图4C所示，其为本发明一实施例的一单层基板上的电极排列的一示意图。与图4B的不同处在于，图4C的实施例当中并没有包含接地电极432。图4B中包含接地电极432的位置被多个虚拟电极434所取代。和图4B相同的地方在于，每一个虚拟电极434的面积与尺寸相同。
请参考图4D所示，其为本发明一实施例的一单层基板上的电极排列的一示意图。与图4C的不同处在于，图4D的实施例当中的虚拟电极的尺寸与面积可以互不相同。以面积与尺寸来排列，最小的是虚拟电极434a，其次是虚拟电极434b，最后是虚拟电极434c。
请参考图4E所示，其为本发明一实施例的一单层基板上的电极排列的一示意图。与先前图4A至图4D的最大不同处在于，图4E所示的第一电极412与第二电极422不包含弓形弯曲状的电路，而是包含三角形、类三角形的梯形、或是类三角形的多边形的电路。本领域的普通技术人员可以理解到，由于制程工艺的限制，小于某一角度的锐角电路在制作过程中可能具有较大的失败率。因此，在设计方面，可以尽量保持电路弯折的角度，使其弯折的角度大于某一角度。在图4E所示的实施例中，在第一电极412与第二电极422相互交错的地方，可以设有多个虚拟电极434e。在第一电极412与/或第二电极422的旁边，也可以设有多个虚拟电极434g。
在某些情况下，人体与地的接地状况不是很好的时候，将导致电容变化量△Cm较少，检测近接事件的判断可能会失准。加入接地电极设计的好处在于，可以改善人体与地的接地状况，使得电容变化量△Cm占算式(1)的比例变大，改善检测近接事件判断失准的现象。
在另一些情况下，触控装置上可能有水滴。这些水滴所在的地方，有可能会被判断出有近接事件。加入接地电极的好处在于，当接地电极的线宽设计良好的话，也可以改善水滴被误判为近接事件的可能。
从仿真实验中证明，当把触控装置的接触区域画分为格状时，加入虚拟电极的设计之后，其近接事件所对应的该格的电容变化量△Cm较大。如此一来，近接事件所对应的该格较周围其它格的总电容变化量明显变大。在加入接地电极且处于浮动电压的情况下，不会引发其它格的总电容变化量变成负值的情况。
综上所述，本发明的主要发明精神之一，在单层基板上的驱动电极与感测电极之外的空间，加入接地电极与/或虚拟电极。据此，在近接事件发生时，增加外部导电物体对地面电位的电容量，进而增加驱动电极与感测电极之间的电容变化量，用以改善近接事件的信号噪讯比。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它为脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包括在下述的申请专利范围。

Claims (13)

1.一种单层的电极结构，包含：
沿第一方向排列的多个第一电极串行，每一该第一电极串行包含沿第二方向排列的至少一第一电极；
沿该第一方向排列的多个第二电极串行，每一该第二电极串行包含沿该第二方向排列的多个第二电极，其中每一该第二电极至少相应于该至少一第一电极；以及
沿该第一方向排列的多个第三电极，每一该第三电极位于下列组合其中之一：
两个该第一电极串行之间；
两个该第二电极串行之间；以及
一个该第一电极串行与一个该第二电极串行之间，
其中，每一该第三电极包含多个虚拟电极以增大外界导电物体与该第三电极之间的电容，该多个虚拟电极不耦接到任何外界线路，其中，该至少一第一电极的多条第一电极导线沿着该第二方向位于该第一电极串行的一侧，该多个第二电极的多条第二电极导线沿着该第二方向位于该第二电极串行的一侧，该电极结构进一步包含位于各该至少一第一电极和与其耦接的该第一电极导线之间以及位于各该多个第二电极和与其耦接的该多个第二电极导线之间的该多个第三电极，其中各该多个第三电极沿着该第二方向位于该多个第一电极或该多个第二电极的一侧。
2.如权利要求1所述的电极结构，其特征在于，每一该虚拟电极的尺寸实质相同。
3.如权利要求1所述的电极结构，其特征在于，至少有两个该虚拟电极的尺寸不同。
4.如权利要求1所述的电极结构，其特征在于，邻近的两个该第三电极的中心之间的第一方向距离为5mm到7mm之间。
5.如权利要求1所述的电极结构，其特征在于，进一步包含位于该至少一第一电极与相应的该多个第二电极之间的该多个虚拟电极，该多个虚拟电极不耦接到任何外界线路。
6.如权利要求1所述的电极结构，其特征在于，每一该第一电极包含多个弓形弯曲状的电路，每一该第二电极包含多个弓形弯曲状的电路，每一该第一电极的部分多个弓形弯曲状的电路相应于每一该第二电极的部分多个弓形弯曲状的电路。
7.如权利要求1所述的电极结构，其特征在于，每一该第一电极包含多个三角形弯曲状的电路，每一该第二电极包含多个三角形弯曲状的电路，每一该第一电极的部分多个三角形弯曲状的电路相应于每一该第二电极的部分多个三角形弯曲状的电路。
8.如权利要求7所述的电极结构，其特征在于，上述的三角形弯曲状的电路包含以下形状其中之一：
三角形；
类三角形的梯形；以及
多边形。
9.如权利要求1所述的电极结构，其特征在于，沿该第一方向排列的顺序为：
该第二电极串行；
该第一电极串行；
该第三电极；
该第一电极串行；以及
该第二电极串行。
10.如权利要求1所述的电极结构，其特征在于，沿该第一方向排列的顺序为：
该第三电极；
该第二电极串行；以及
该第一电极串行。
11.如权利要求1所述的电极结构，其特征在于，沿该第一方向排列的顺序为：
该第三电极；
该第一电极串行；以及
该第二电极串行。
12.如权利要求1所述的电极结构，其特征在于，该多个第一电极串行为驱动电极，该多个第二电极串行为感测电极。
13.如权利要求1所述的电极结构，其特征在于，该第一方向正交于该第二方向。
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