CN104885043B - 触摸感测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种触摸感测装置，其特征在于，包括：触摸屏面板，其包括在第一方向上形成的多个第一电极，和在与所述第一方向交叉的第二方向上形成的多个第二电极；控制单元，其向所述多个第一电极或所述多个第二电极中的一个依次施加驱动信号，向所述多个第一电极施加驱动信号时，从所述多个第二电极接收感应信号，向所述多个第二电极施加驱动信号时，从所述多个第一电极接收感应信号，其中，所述控制单元，在每一个触摸感测操作的预定周期，改变施加所述驱动信号的电极。

Description

触摸感测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种电容式触摸感测装置和方法。
背景技术
触摸感测装置，是被定位在显示装置的前面或显示装置内，用于检测对显示装置的屏幕进行直接接触或接近的人的手或物质的位置的输入装置。
这样的触摸感测装置，让用户对屏幕上显示的对象进行直接执行触摸来进行输入，因此可向用户提供更直观的输入接口，并且可以代替把键盘或鼠标等附加连接在显示装置上进行操作的输入方法，其使用范围呈现广为扩展的趋势。
一般情况下，实现触摸感测装置的方法有以下几种，电阻膜式、光感应式和静电电容式等。其中，电容式因便于进行多点触摸感应、反应速度快以及耐久性高等优点，最近已被广泛运用在各种装置上。
电容式触摸感测装置分为以下两种方式，一是不另外施加驱动信号，而是使用接触物体和电极之间形成的自静电容量(Self-Capacitance)来判断接触输入的方式；另一种是由驱动电极和感测电极的两个电极层组成，使用根据接触物体的接触而发生的驱动电极以及感测电极之间的相互静电容量(Mutual-Capacitance)的变化，判断接触输入的方式。
使用自静电电容的方式便于构成电路，易于实现，但判断多点触摸时会有些不便，使用互电容方式在判断多点触摸方面比自静电容量更有利，但是为了感应触摸位置，需要另外形成驱动电极和感应电极。
图1是示出一般的互电容方式的触摸感测装置的结构的图。一般情况下，互电容触摸感测装置100，包括：触摸平面板110，其包括沿第一方向形成的多个第一电极112以及沿与所述第一电极112交叉的第二方向形成的多个第二电极114；和向所述第一电极112依次施加驱动信号的驱动单元121；从所述第二电极114接收静电容量变化程度后向控制单元123 施加感应信号的感应单元122；从所述感应单元122接收感应信号，判断检测的触摸位置的控制单元123。
所述第一电极112作为驱动电极操作，所述第二电极114作为感应电极操作。驱动电极112和感应电极114可以在不同的层上形成，或在同一层上形成，交替排置为彼此绝缘，相互不重叠，但彼此密切接近。
图2是示出一般的触摸屏面板电极结构的图。
如图2所示，所述驱动电极112和感应电极114采用菱形的有规则的图案聚集在一起。所述驱动电极112和感应电极114在同一层上形成时，在所述驱动电极112和感应电极114的交叉部分会发生短路，因此在同一层上的驱动电极112和或感应电极114应通过在其他层上形成的架桥(未图示)连接，防止在交叉的感应电极114或驱动电极112的连接部发生短路。
正如所述，根据所述驱动电极112和感测电极114排列，在相互交叉的邻近的驱动电极和感应电极之间形成静电电容(互电容)，形成所述互电容的各驱动电极112和感应电极114起到实现触摸识别的各感应单元的作用。
在所述感应单元中形成的互电容向包含在所述感应单元的驱动电极 112施加从所述驱动单元121中收到的驱动信号时，用包含在所述感应单元中的感应电极114发生耦合的感应信号。
在所述各感应单元中形成的互电容通过连接在所述感应单元中的驱动电极112施加驱动信号时，通过连接在所述各感应单元中的感应电极 114而被感应。
因此，所述驱动信号施加的驱动电极112以及与其交叉邻接的多个感应电极114构成各自的感应单元，按照各个感应单元形成互电容，若不存在邻接感应单元的导电性物质(手指或手写笔)，感应单元中发生的互电容 (CM)将无变化，但是所述导电物质邻接或接触感应单元170时，互电容将发生变化，这一变化将会造成通过连接在感应单元上的感应电极114传送的电流(和/或电压)发生变化。
与所述感应线114相连的感应单元122把所述静电电容变化和感应单元的位置相关的信息通过ADC(未图示)，变换成所定的形态，然后发送到控制单元123。控制单元123使用这些信息，算出触摸输入位置。
在另一方面，这种互电容式触摸感测装置，根据触摸输入位置和各电极的形成位置，触摸灵敏度无法一致。图3示出在传统的触摸感测装置中以各电极为中心发生触摸输入的触摸输入区。参照图3，例如，对如图3(a) 所示的当触摸输入在驱动电极112上主要发生的触摸输入310的灵敏度，以及如图3(b)所示的触摸输入在感应电极114上主要发生的触摸输入320 的灵敏度进行比较时，感应电极114上发生触摸输入320的灵敏度比驱动电极112上发生的触摸输入灵敏度310更大。因为从结构来看，控制单元 123从感应电极114那里接收静电容量变化程度，因这样的差异，所以同一程度的多个触摸输入会出现不同的输入灵敏度，在触摸输入的线性度上也会出现问题。
发明内容
(要解决的技术问题)
本发明提供一种触摸感测装置和方法，不管同一程度的触摸输入在触摸屏面板上的哪部分发生，都会识别为类似的灵敏度。
(技术方案)
根据本发明的一个方面，本发明的触摸感测装置，其特征在于，包括：触摸屏面板，其在第一方向上形成的多个第一电极，和在与所述第一方向交叉的第二方向上形成的多个第二电极；控制单元，其向所述多个第一电极或所述多个第二电极中的一个依次施加驱动信号，向所述多个第一电极施加驱动信号时，从所述多个第二电极接收感应信号，向所述多个第二电极施加驱动信号时，从所述多个第一电极接收感应信号，其中，所述控制单元，在每一个触摸感测操作的预定周期，改变施加所述驱动信号的电极。
所述控制单元，在每个周期，使用来自所述多个第一电极或所述多个第二电极的感应信号，计算出是否发生了触摸及触摸输入位置。
所述控制单元，使用来自两个周期的所述多个第一电极或所述多个第二电极的感应信号，来计算出是否发生了触摸及触摸输入位置。
所述控制单元，特征在于，使用来自所述两个周期的所述多个第一电极或所述多个第二电极的感应信号的平均或加权平均值，来计算出是否发生了触摸及触摸输入位置。
所述触摸感测装置，特征在于，进一步包括：第一驱动及感应单元，其根据控制单元的操作信号，向多个第一电极施加驱动信号，或从所述多个第一电极接收感应信号，第二驱动及感应单元，其根据所述控制单元的操作信号，向所述多个第二电极施加驱动信号，或从所述多个第二电极接收感应信号。
所述预定周期，是向所述多个第一电极或所述多个第二电极的各电极上施加一次驱动信号的操作期间。
所述预定周期，是向所述多个第一电极或所述多个第二电极的各电极上施加两次以上驱动信号的操作期间。
所述多个第一电极和所述多个第二电极，以铟锡氧化物 ITO(Indium-Tin-Oxide)、铟锌氧化物IZO(Indium-Zinc-Oxide)、金属网(Metal Mesh)、石墨烯(graphene)、银纳米线(silver nano wire)、碳纳米管 CNT(Carbon Nano Tube)等导电材料形成。
所述多个第一电极和多个第二电极，特征在于，在同一层上形成。
根据本发明的另一个方面，本发明包括以下过程：在预定的第一周期期间，向在第一方向上形成的多个第一电极依次施加驱动信号，并从在与所述第一方向交叉的第二方向上形成的多个第二电极接收感应信号的过程；使用来自所述多个第二电极的感应信号，判断是否发生了触摸及触摸输入位置的过程；在预定的第二周期期间，向所述多个第二电极依次施加驱动信号，并从所述第一电极接收感应信号的过程，使用来自所述多个第一电极的感应信号，判断是否发生了触摸及触摸输入位置的过程。
特征在于，所述预定的第一周期及所述预定的第二周期，是向所述多个第一电极或所述多个第二电极的各电极上施加一次驱动信号的操作期间。
所述预定的第一周期及所述预定的第二周期，是向所述多个第一电极或所述多个第二电极的各电极上施加两次以上驱动信号的操作期间。
根据本发明的另一个方面，本发明包括以下过程：在预定的第一周期期间，向在第一方向上形成的多个第一电极依次施加驱动信号，并从在与所述第一方向交叉的第二方向上形成的多个第二电极接收感应信号的过程；在预定的第二周期期间，向所述多个第二电极依次施加驱动信号，并从所述第一电极接收感应信号的过程；使用在所述第一周期期间来自所述多个第二电极的感应信号，和在所述第二周期期间来自多个第一电极的感应信号，判断是否发生了触摸及触摸输入位置的过程。
特征在于，使用在所述第一周期期间来自所述多个第二电极的感应信号，和在所述第二周期期间来自多个第一电极的感应信号，判断是否发生了触摸及触摸输入位置的过程，是使用在所述第一周期期间来自所述多个第二电极的感应信号和在所述第二周期期间来自多个第一电极的感应信号的平均或加权平均值，来判断是否发生了触摸及触摸输入位置的过程。
特征在于，所述预定的第一周期及所述预定的第二周期，是向所述多个第一电极或所述多个第二电极的各电极上施加一次驱动信号的操作期间。
特征在于，所述预定的第一周期及所述预定的第二周期，是向所述多个第一电极或所述多个第二电极的各电极上施加两次以上驱动信号的操作期间。
(有益效果)
本发明由于在各个电极组中不固定使用各个驱动电极和感应电极，而是在每个触摸识别操作周期，各个电极交替担当驱动电极和感应电极的作用，因此不管在哪个电极区域上有触摸输入发生，都会获得一定的触摸输入灵敏度水平。因此，可以减少在各个触摸位置上发生的误差，提高触摸感测装置整体的触摸输入灵敏度，并可改善线性度，最终可提高整个触摸感测装置的性能。
附图说明
图1是示出一般的互电容方式的触摸感测装置的结构的图。
图2是示出触摸屏面板的一个实施例的图。
图3是示出在以往的触摸感测装置中发生各电极触摸输入的情况下的触摸输入区域的图。
图4是示出根据本发明的一个实施例的触摸感测装置的结构的图。
图5是示出根据本发明的一个实施例的触摸感测方法的流程的图。
具体实施方式
下面将参照附图对构成本发明的装置及操作方法进行详细说明。在下面的说明中，出现了具体的构成元件等特定事项，其不过上是为帮助全面理解本发明而提供的，本领域中的普通技术人员显而易见可以知道，这些特征事项，可以在本发明的范围内实现一定的变形或更改。此外，在本发明的说明中，对与本发明相关的公知技术的具体说明，当被判断为会混淆本发明的主题时，将其详细说明省略。
贯穿整个本发明的说明书，对相同或相似的结构要素使用相同的参照符号。此外，在附图中，为方便说明，任意地显示了各个结构的大小及厚度，但本发明并不限于此。此外，为明确地在附图中表示各个层及区域，扩大显示了厚度。
此外，当说层、膜、区域、板等部分位于其他部分“上”或“之上”时，其不仅表示该部分直接位于其上，还包括其间有其他部分的情况。相反，当说某个部分直接位于其他部分之上时，是表示中间没有其他层的意思。
本发明欲提供触摸感测装置及方法，用来解决触摸输入区域根据主要位于何种电极区域上而造成触摸输入灵敏度不同的问题。由此，本发明根据本发明的特征，不将各电极组分别固定用做各驱动电极和感应电极，而是按照各触摸感测操作周期，各电极相互交替执行驱动电极和感应电极的角色。依照此操作方式，本发明，当为同一触摸输入时，在触摸屏面板的所有区域中可以将触摸识别程度维持在一定水平。本发明的该特征，可通过附图来进行说明。
图4是示出根据本发明一个实施例的触摸感测装置的结构的图。根据本发明一个实施例的触摸感应装置400，包含以下构成：触摸屏面板410，其包括在第一方向上形成的多个第一电极412，和在与所述第一电极412 交叉的第二方向上形成的多个第二电极414；第一驱动及感应单元421，其根据来自后述的控制单元423的操作信号，向所述第一电极412依次施加驱动信号，或从第一电极412接收电容变化程度；第二驱动及感应单元 422，其根据来自控制单元423的操作信号，向第二电极414依次施加驱动信号，或从第二电极414 接收电容变化程度；控制单元423，其从所述第一驱动及感应单元421或所述第二驱动及感应单元422接收提供来的感应信号，来判断检测到的触摸位置。
所述第一驱动及感应单元421、第二驱动及感应单元422、控制单元 423，可以被实施为如触摸控制器IC 420之类的一个芯片组或处理器，可被实施为包含DDI(显示驱动IC)(未图示)等显示控制单元中。
所述控制单元423，向所述多个第一电极412或所述多个第二电极414 中的一个依次施加驱动信号，向所述多个第一电极412施加驱动信号时，从所述多个第二电极414接收感应信号，向所述多个第二电极414施加驱动信号时，从所述多个第一电极412接收感应信号。所述控制单元423，在每一个触摸感测操作的预定周期，改变施加所述驱动信号的电极。
对于普通的触摸感测装置，第一电极和第二电极各自固定地起到驱动电极和感测电极的作用。或者相反，所述第一电极作为感应电极操作，第二电极作为驱动电极操作。
但是，本发明将触摸感测动作分成预定的周期，在一个周期中第一电极作为驱动电极操作，第二电极作为感应电极操作，在下一周期中，第一电极作为感应电极操作，第二电极作为驱动电极操作。这种电极之间的操作变化，可以依照控制单元423的操作信号来执行。
此外，各电极的作用相互改变的周期及条件可以进行多样化设置。例如，当第一电极412作为驱动电极操作的话，第一驱动及感应单元421，依次向各第一电极412施加驱动信号，在向所有第一电极412每一个上施加一次驱动信号后，将第一电极412变更为执行感应电极的作用。在这种情况下，向第一电极412上施加驱动信号时，第二驱动及感应单元422，通过第二电极414接收互电容变化程度，当第一电极412变更为感应电极时，第二电极414，作用变更为作为驱动电极操作。这种情况下，一个操作周期，是向多个第一电极或多个第二电极施加一次驱动信号的动作期间。
另一方面，可设置为，向一个电极上施加两次以上驱动信号后改变其角色。例如，向第一电极412每一个上依次施加两次驱动信号后改变其作用。这种情况下，一个操作周期，是向多个第一电极或多个第二电极上施加两次以上驱动信号的操作期间。
另一方面，第一电极412和第二电极414可优选形成在同一层上，并且，它们相互绝缘，不相互重叠，交替地布置成彼此紧密相接。另一方面，在第一电极412和第二电极414也可以形成在不同的层。
例如第一电极412和第二电极414可以以菱形图案等之类的规则图案形成在同一层上。但是，其作为一个实施例，并不是将所述电极的形状限定为菱形形状，第一电极412及第二电极414可以被实施为相互紧密连接的各种形状。
另外，由于第一电极412和第二电极414形成在同一层上时，在所述第一电极412及第二电极414的交叉部分上发生短路，因此，在同一线上排列的第一电极412或第二电极414，通过在其他层上形成的桥(未图示) 连接，来防止在交叉的第一电极412 或第二电极414 的连接部分上发生短路。
所述多个第一电极412和第二电极414优选实现为透明导电材料，所述透明导电材料可以以铟锡氧化物ITO(Indium-Tin-Oxide)、铟锌氧化物 IZO(Indium-Zinc-Oxide)、金属网(Metal Mesh)、石墨烯(graphene)、银纳米线(silver nano wire)、碳纳米管CNT(Carbon Nano Tube)等等形成。
在依此类所述第一电极412和第二电极414的排列相互交叉的邻接第一电极412和第二电极414之间形成互电容(Mutual Capacitance)，形成所述互电容的各第一电极412及第二电极414，可以起到实施触摸识别的各个感应单元格的作用。
但是，在感应单元格中生成的互电容，当所述感应单元格中包含的驱动电极上从驱动及感应单元421、422施加了驱动信号时，产生以所述感应单元格中包含的感应电极耦合的感应信号。
也就是说，在所述各感应单元格中生成的互电容，当所述各感应单元格上连接的驱动电极上被施加驱动信号时，通过与所述各感应单元格连接的感应电极进行感应。
此外，第一和第二驱动及感应单元421、422，当即将向驱动电极中的一个驱动电极上提供驱动信号时，除其以外的其余驱动电极维持接地状态。
因此，被施加所述驱动信号的驱动电极及与其交叉邻接的多个感应电极，构成各自的感应单元格，按照各感应单元格形成互电容，当此类各感应单元格上有导电材料，例如手指接触时，在对应其的感应单元格中发生电容变化。
如上所述，驱动电极和与其交叉邻接的感应电极具备感应单元格，如果不存在接近感应单元格的导电材料(手指或手写笔)，在感应单元格中就不会有发生的互电容(CM)，所述导电材料接近或接触感应单元格时，互电容发生变化，这种变化最终改变向感应单元格上连接的感应电极输送的电流(和/或电压)。
由此，和所述感应电极连接的驱动及感应单元421、422，将所述电容变化及感应单元格的位置的相关信息(感应信号)经ADC(未图示)转换成一定的形态，并发送至控制单元423。
产生电容变化的感应单元格的位置的检测方式的一个实施例说明如下。驱动及感应单元421、422，如果感觉到了感应单元格上连接的感应电极的电容变化，发生电容变化的感应电极的坐标，即，将从构成与驱动电极连接的感应单元格的感应电极的坐标，和从所述驱动及感应单元421、 422输入的驱动信号的驱动电极的坐标输出，由此来得到执行接触的至少一个感应单元格的坐标。
从所述驱动单元操作的驱动及感应单元421、422，在对所述驱动电极扫描的同时，将所述扫描的驱动电极的坐标，不断地输出到作为所述感应单元操作的驱动及感应单元421、422，由此，作为所述感应单元操作的驱动及感应单元421、422，在感应对所述感应电极的电容变化的同时，可获取所述电容变化的点，即构成感应单元格的驱动电极和感应电极的位置坐标。依此结构，根据本发明的一个实施例的触摸感测装置，可以实施对多个接触点的识别，即多点触摸识别。
在另一方面，本发明可操作为，按照施加驱动信号的各周期，在持续地改变各电极的作用的同时，可以像以往一样执行触摸输入检测操作，同时还可以一起考虑两个周期的触摸检测结果，计算出触摸输入坐标。例如，将在第一周期中的感应信号值(电容变化值或因其造成的电流/电压变化值) 和在第二周期中的感应信号值进行平均，来计算出两个周期合计的触摸输入与否及触摸输入坐标。这种情况下，可以使用将来自两个电极组中每一个的感应信号进行平均，或者求和或加权平均等计算方式。
使用来自两个电极组中每一个的感应信号来判断触摸输入，由此可计算出较为更准确的触摸输入位置。
图5是示出根据本发明一个实施例的触摸感测操作的流程的图。图5 示出将向一个电极组依次施加一次驱动信号的操作设置为用于触摸感测信号的一个操作周期时的触摸感测操作。
参照图5，根据一个本发明的实施例的触摸感测操作，首先，在步骤 510中，控制单元423通过第一驱动及感应单元421向第一电极412依次施加驱动信号，在步骤520中，控制单元423，通过第二驱动及感应单元 422向第一电极412施加驱动信号时，可从第二电极414接收感应信号值 (互电容变化程度)。在步骤530中，控制单元423，使用来自第二电极414的感应信号，计算出是否发生触摸及触摸输入位置。
在步骤540中，控制单元423，通过第二驱动及感应单元422，依次向第二电极414施加驱动信号，在步骤550中，控制单元423，通过第一驱动及感应单元421向第二电极414施加驱动信号的情况，可从第一电极 412接收感应信号值。在步骤560中，控制单元423，使用来自第一电极 412的感应信号，来计算出是否发生了触摸以及触摸输入位置。之后在步骤570，判断操作是否结束并接收动作，或者，如果不是结束，那么再次进行步骤510，反复执行触摸感测操作。
当使用两个周期的感应信号来计算触摸输入位置时，不执行步骤530，在步骤560，对步骤520及步骤550的两个感应信号值求和或者将其平均或者使用加权平均值来计算出是否发生了触摸及触摸输入位置。
本发明按照所述结构及操作，可计算出在第一电极形成的区域中发生的触摸输入和在第二电极形成的区域中发生的触摸输入的相同水平的触摸输入值。由此，可消除根据电极的灵敏度差别，整体上提高触摸输入灵敏度，改善线性度，总体上来提高整体的触摸感测装置的感测性能。
如上所述，根据本发明的的一个实施例的触摸感测装置及方法的结构和方法可被实现，另一方面，在所述本发明的说明中虽然对具体的实施例进行了说明，但是在不脱离本发明的范围的情况下可以实施各种变形。

Claims (8)

1.一种触摸感测装置，其特征在于，包括：
触摸屏面板，其包括在第一方向上形成的多个第一电极，和在与所述第一方向交叉的第二方向上形成的多个第二电极；和
控制单元，其向所述多个第一电极或所述多个第二电极中的一个依次施加驱动信号，向所述多个第一电极施加驱动信号时，从所述多个第二电极接收感应信号，向所述多个第二电极施加驱动信号时，从所述多个第一电极接收感应信号，
其中，所述控制单元，在每一个触摸感测操作的预定周期，改变施加所述驱动信号的电极，
其中，所述控制单元在预定周期期间，向所述多个第一电极的各电极上施加两次以上驱动信号，并且在所述预定周期期间，从所述多个第二电极的各电极接收两次以上感应信号，
其中，所述控制单元在预定周期的下一个周期期间，向所述多个第二电极的各电极上施加两次以上驱动信号，并且在所述下一个周期期间，从所述多个第一电极的各电极接收两次以上感应信号。
2.如权利要求1所述的触摸感测装置，其特征在于，所述控制单元，在每个周期，使用来自所述多个第一电极或所述多个第二电极的感应信号，计算出是否发生了触摸及触摸输入位置。
3.如权利要求1所述的触摸感测装置，其特征在于，所述控制单元，使用来自两个周期的所述多个第一电极或所述多个第二电极的感应信号，来计算出是否发生了触摸及触摸输入位置。
4.如权利要求3所述的触摸感测装置，其特征在于，所述控制单元，使用来自所述两个周期的所述多个第一电极或所述多个第二电极的感应信号的平均或加权平均值，来计算出是否发生了触摸及触摸输入位置。
5.如权利要求1所述的触摸感测装置，其特征在于，进一步包括：
第一驱动及感应单元，其根据所述控制单元的操作信号，向多个第一电极施加驱动信号，或从所述多个第一电极接收感应信号；和
第二驱动及感应单元，其根据所述控制单元的操作信号，向所述多个第二电极施加驱动信号，或从所述多个第二电极接收感应信号。
6.如权利要求1所述的触摸感测装置，其特征在于，所述多个第一电极和所述多个第二电极，以铟锡氧化物ITO、铟锌氧化物IZO、金属网、石墨烯、银纳米线、碳纳米管CNT等导电材料形成。
7.如权利要求1所述的触摸感测装置，其特征在于，所述多个第一电极和多个第二电极，在同一层上形成。
8.一种触摸感测方法，其特征在于，包括以下过程：
在预定的第一周期期间，向在第一方向上形成的多个第一电极依次施加两次以上驱动信号，并且在所述预定的第一周期期间，从在与所述第一方向交叉的第二方向上形成的多个第二电极接收两次以上感应信号的过程；
使用来自所述多个第二电极的感应信号，判断是否发生了触摸及触摸输入位置的过程；
在预定的第二周期期间，向所述多个第二电极依次施加两次以上驱动信号，并且在所述预定的第二周期期间，从所述第一电极接收两次以上感应信号的过程；和
使用来自所述多个第一电极的感应信号，判断是否发生了触摸及触摸输入位置的过程，
其中，所述预定的第二周期在所述预定的第一周期之后。
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