TW201305886A

TW201305886A - 觸控感測裝置

Info

Publication number: TW201305886A
Application number: TW100126191A
Authority: TW
Inventors: Jen-Hung Tung; Chien-Yu Chan; Chien-Kuo Wang; Ko-Yang Tso
Original assignee: Raydium Semiconductor Corp
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2013-02-01
Also published as: TWI439914B; CN102902426A; CN102902426B

Abstract

一種觸控感測裝置，透過導電薄膜感應器對觸控面板進行觸碰點感測。導電薄膜感應器包含複數感測線及複數驅動線。觸控感測裝置包含複數感測墊、複數接腳、邏輯控制模組、驅動/感測控制模組、處理模組及類比/數位轉換模組。該些感測墊分別對應並耦接至該些感測線。每一感測墊與接地端之間具有額外電容負載。該些接腳分別透過該些感測墊耦接至該些感測線，以感測到複數耦合電容值。驅動/感測控制模組定義該些接腳為驅動接腳或感測接腳。處理模組將該些耦合電容值轉換為複數電壓值。類比/數位轉換模組將該些電壓值轉換為複數筆數位資料。

Description

觸控感測裝置

本發明係與液晶顯示器有關；具體而言，本發明係關於一種互感式電容觸控感測裝置，其係藉由在感測墊(sensing pad)與接地端之間具有額外的電容負載之方式提升整個系統的訊號-雜訊比(Signal-Noise Ratio,SNR)，並且可有效避免整個系統的資料傳送回報速率(reporting rate)降低及電力消耗(power consumption)增加之現象發生。

隨著科技快速發展，薄膜電晶體液晶顯示器(TFT LCD)已逐步取代傳統顯示器，並已廣泛應用於電視、平面顯示器、行動電話、平板電腦以及投影機等各種電子產品上。對於具有觸控功能的薄膜電晶體液晶顯示器而言，觸控感測器是其重要的模組之一，其性能之優劣也直接影響液晶顯示器之整體效能。

如圖1所示，傳統具有互感式電容觸控功能的液晶顯示器D包含有觸控面板PL、導電薄膜感應器ITO以及觸控控制晶片TC。其中，導電薄膜感應器ITO包含有複數條感測線SL及複數條驅動線DL，而觸控控制晶片TC之驅動多工器DM係透過驅動墊DP₀~DP_m傳送驅動電壓至該些驅動線DL，並於該些感測線SL耦合微小電壓，觸控控制晶片TC即可透過感測墊SP₀~SP_n感測耦合電壓，並根據耦合電壓的大小去判斷導電薄膜感應器ITO是否被觸控。

然而，上述傳統的觸控感測方式仍具有某些嚴重的缺點，舉例而言，相當容易受到外在環境所產生之雜訊所干擾以及觸控面板之寄生電容效應所影響。如圖2A所示，經由驅動墊DP₀~DP_m所輸入的驅動電壓均為V_D；如圖2B所示，對應於觸碰點TP(DP1*SP1)所測得的耦合電壓差△Vt明顯地大於對應於其餘非觸碰點(DP0*SP1,DP2*SP1,....,DPm*SP1)所測得的耦合電壓差△Vd。這將會導致訊號-雜訊比之降低並且嚴重影響觸控控制晶片的運作，甚至導致觸碰點之誤判。

雖然某些系統為了抗雜訊而設置有濾波器(filter)，但卻也導致該些系統的資料傳送回報速率降低且電力消耗增加。有鑑於此，本發明提出一種互感式電容觸控感測裝置，以解決上述問題。

本發明之一範疇在於提供一種觸控感測裝置。於一實施例中，該觸控感測裝置係透過一導電薄膜感應器對一觸控面板進行觸碰點感測，該導電薄膜感應器包含有複數條感測線及複數條驅動線，該觸控感測裝置至少包含複數個感測墊、複數個接腳、邏輯控制模組、至少一驅動/感測控制模組、至少一處理模組及至少一類比/數位轉換模組。

複數個感測墊分別對應並耦接至該複數條感測線，其中每一個感測墊與接地端之間具有一額外電容負載。該複數個接腳中之複數個第一接腳分別透過該複數個感測墊耦接至該複數條感測線，用以對該複數條感測線執行感測功能，以自該複數條感測線感測到複數個耦合電容值。邏輯控制模組產生不同控制時序之複數個控制訊號，該等控制訊號包含一驅動/感測控制訊號、一處理控制訊號及一類比/數位轉換控制訊號。至少一驅動/感測控制模組根據該驅動/感測控制訊號定義該複數個第一接腳為驅動接腳或感測接腳。至少一處理模組根據該處理控制訊號將該複數個耦合電容值轉換為複數個電壓值。至少一類比/數位轉換模組根據該類比/數位轉換控制訊號將該複數個電壓值轉換為複數筆數位資料，並將該複數筆數位資料傳送至該邏輯控制模組。

於一實施例中，觸控感測裝置進一步包含複數個驅動墊，分別對應並耦接至該複數條驅動線。

於一實施例中，該複數個接腳中之複數個第二接腳分別透過該複數個驅動墊耦接至該複數條驅動線，當該驅動/感測控制模組根據該驅動/感測控制訊號定義該複數個第二接腳為驅動接腳時，該複數個第二接腳執行驅動功能，透過該複數個驅動墊輸出一驅動電壓至該複數條驅動線。

於一實施例中，每一驅動線與每一感測線之間具有耦合電容CM，每一感測線與接地端之間具有等效電容CS，每一個感測墊與接地端之間具有額外電容負載Cy，每一驅動線與每一感測線之間的耦合電容變化量為△CM，每一感測線與接地端之間的等效電容變化量為Ch，一觸碰點係落於該複數條驅動線中之一第一驅動線Y1與該複數條感測線中之一第一感測線X1相交之接點(X₁,Y₁)上，且該複數條感測線中之一第二感測線X2係與該第一感測線X1相鄰。

於一實施例中，驅動電壓V_d係輸出至該複數條驅動線中之第二驅動線Y2，則第二驅動線Y2與第一感測線X1相交之接點(X₁,Y₂)之電壓V_{x_x1y2}=V_d(CM/CS+Cy+Ch+n*CM-△CM)，第二驅動線Y2與第二感測線X2相交之接點(X₂,Y₂)之電壓V_{x_x2y2}=V_d(CM/CS+Cy+n*CM)，n為複數條感測線之數目。電壓V_{x_x2y2}與電壓V_{x_x1y2}之間具有第一電壓差△V_s=V_d[CM(Ch-△CM)]/[(CS+Cy+n*CM)(CS+Cy+Ch+n*CM-△CM)]。

於一實施例中，驅動電壓V_d係輸出至第一驅動線Y1，則第一驅動線Y1與第一感測線X1相交之接點(X₁,Y₁)之電壓V_{x_x1y1}=V_d[(CM-△CM)/(CS+Cy+Ch+n*CM-△CM)]，第一驅動線Y1與第二感測線X2相交之接點(X₂,Y₁)之電壓V_{x_x2y1}=V_d(CM/CS+Cy+n*CM)，n為複數條感測線之數目。電壓V_{x_x1y1}與電壓V_{x_x2y1}之間具有第二電壓差△V_t=V_d[CM*Ch+△CM(CS+Cy+(n-1)*CM)]/[(CS+Cy+n*CM)(CS+Cy+Ch+n*CM-△CM)]。

於一實施例中，觸控感測裝置透過導電薄膜感應器對觸控面板進行觸碰點感測之訊號-雜訊比(Signal-Noise Ratio,SNR)係為第二電壓差△V_t與第一電壓差△V_s之比值，亦即訊號-雜訊比為[CM*Ch+△CM(CS+Cy+(n-1)*CM)]/[CM(Ch-△CM)]。當每一個感測墊與接地端之間所串接之額外電容負載Cy增大時，訊號-雜訊比亦隨之獲得提升。

相較於先前技術，根據本發明之觸控感測裝置係利用於感測墊與接地端之間具有額外的電容負載之方式提升整個系統的訊號-雜訊比(Signal-Noise Ratio,SNR)，不僅能夠有效地降低液晶顯示面板及外在環境所產生之雜訊對於觸控感測裝置感測觸碰點時的干擾，亦不會導致整個系統的資料傳送回報速率(reporting rate)降低及電力消耗(power consumption)增加。因此，本發明之觸控感測裝置能夠更為準確地對於觸控顯示面板進行觸碰點的感測，以大幅減少其誤判之機率。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

根據本發明之一具體實施例為觸控感測裝置。於此實施例中，該觸控感測裝置可以是互感式電容觸控感測裝置，但不以此為限。請參照圖3，圖3係繪示本發明之觸控感測裝置之功能方塊圖。

如圖3所示，觸控感測裝置1至少包含有邏輯控制模組10、接腳(pin)20、驅動/感測控制模組30、處理模組40、接觸墊(pad)50及類比/數位轉換模組60。其中，邏輯控制模組10分別耦接驅動/感測控制模組30、處理模組40及類比/數位轉換模組60；驅動/感測控制模組30耦接接腳20及處理模組40；接腳20耦接接觸墊50；處理模組40耦接類比/數位轉換模組60。

請參照圖4，圖4係繪示本發明之觸控感測裝置1透過導電薄膜感應器100對觸控面板70進行觸碰點感測之示意圖。如圖4所示，觸控面板70一般係貼合在導電薄膜感應器100下，但不以此為限。導電薄膜感應器100包含有互相垂直分布的n條感測線80及m條驅動線90。n與m為正整數。需說明的是，驅動線90與感測線80是可互換的，也就是說圖4中的90實際上也可當感測線，圖4中的80實際上也可當驅動線，並可由觸控感測裝置1控制其功能之切換。

此外，圖4中之感測墊SP₀~SP_n及驅動墊DP₀~DP_m即係屬於圖3中之接觸墊50。其中，感測墊SP₀~SP_n係分別對應並耦接該n條感測線80；驅動墊DP₀~DP_m係分別對應並耦接該m條驅動線90。每一條驅動線90與接地端之間分別具有電容CD；每一條感測線80與接地端之間分別具有電容CS；每一條驅動線90與每一條感測線80之間分別具有耦合電容CM；每一個感測墊SP₀~SP_n與接地端之間分別具有額外電容負載Cy。

接腳20耦接至感測墊SP₀~SP_n、驅動墊DP₀~DP_m及驅動/感測控制模組30；驅動/感測控制模組30耦接至邏輯控制模組10、接腳20及處理模組40；處理模組40耦接至邏輯控制模組10、驅動/感測控制模組30及類比/數位轉換模組60；類比/數位轉換模組60耦接至邏輯控制模組10及處理模組40。

於此實施例中，邏輯控制模組10係用以產生不同控制時序的複數個控制訊號，例如驅動/感測控制訊號、處理控制訊號及類比/數位轉換控制訊號等，並且邏輯控制模組10分別將驅動/感測控制訊號、處理控制訊號及類比/數位轉換控制訊號輸出至驅動/感測控制模組30、處理模組40及類比/數位轉換模組60，但不以此為限。

於實際應用中，該等接腳20不只具有單一種功能，而是可以視實際需求於不同功能之間進行切換，例如驅動(driving)功能、感測(sensing)功能、接地(ground)功能或浮接(floating)功能，但不以此為限。舉例而言，驅動/感測控制模組30可根據該等控制訊號中之驅動控制訊號定義接腳20為執行驅動功能之驅動接腳，驅動接腳20分別透過驅動墊DP₀~DP_m輸出驅動電壓V_D至導電薄膜感應器100上相對應的該等驅動線90。此外，驅動/感測控制模組30亦可根據該等控制訊號中之感測控制訊號定義接腳20為執行感測功能之感測接腳，感測接腳20分別透過感測墊SP₀~SP_n自導電薄膜感應器100上相對應的感測線80感測到複數筆耦合電容值。

接著，處理模組40將會根據處理控制訊號將該複數筆耦合電容值轉換為複數個電壓值。由於該些電壓值仍為類比訊號，因此，類比/數位轉換模組60將會根據類比/數位轉換控制訊號將該些電壓值轉換成數位資料，並將轉換後的數位資料輸出至邏輯控制模組10。

接下來，將以一實際例子(n=5且m=5之情形)來說明觸控感測裝置1透過導電薄膜感應器100對觸控面板70進行觸碰點感測時之訊號-雜訊比(Signal-Noise Ratio,SNR)與額外電容負載Cy之間的關係。

請參照圖5，圖5係繪示當驅動電壓V_D輸出至非對應於觸碰點TP之驅動線Y5上時，所有驅動線Y1~Y5與感測線X1~X5的等效電容示意圖。如圖5所示，每一驅動線Y1~Y5與每一感測線X1~X5之間分別具有耦合電容CM，每一感測線X1~X5與接地端之間分別具有等效電容CS，感測墊SP₃、SP₄與接地端之間分別具有額外電容負載Cy。觸碰點TP係落於驅動線Y3與感測線X3相交之接點(X₃,Y₃)上，且感測線X4係與感測線X3相鄰。對應於觸碰點TP之感測線X3與接地端之間的等效電容變化量為Ch。觸碰點TP導致驅動線Y3與感測線X3之間的耦合電容變化量為△CM，使得對應於觸碰點TP之驅動線Y3與感測線X3之間的耦合電容為(CM-△CM)。

由於圖5中之驅動電壓V_D係輸出至驅動線Y5，則驅動線Y5與感測線X3相交之接點(X₃,Y₅)之電壓V_{x_x3y5}=V_D(CM/CS+Cy+Ch+5*CM-△CM)，驅動線Y5與感測線X4相交之接點(X₄,Y₅)之電壓V_{x_x4y5}=V_D(CM/CS+Cy+5*CM)。因此，假設電壓V_{x_x3y5}與電壓V_{x_x4y5}之間的第一電壓差為△V_s，則△V_s=V_{x_x4y5}-V_{x_x3y5}=V_D[CM(Ch-CM)]/[(CS+Cy+5*CM)(CS+Cy+Ch+5*CM-△CM)]。

請參照圖6，圖6係繪示當驅動電壓V_d輸出至對應於觸碰點TP之驅動線Y3上時，所有驅動線Y1~Y5與感測線X1~X5的等效電容示意圖。如圖6所示，由於驅動電壓V_d係輸出至對應於觸碰點TP之驅動線Y3，則驅動線Y3與感測線X3相交之接點(X₃,Y₃)之電壓V_{x_x3y3}=V_D[(CM-△CM)/(CS+Cy+Ch+5*CM-△CM)]，驅動線Y3與感測線X4相交之接點(X₄,Y₃)之電壓V_{x_x4y3}=V_D(CM/CS+Cy+5*CM)。因此，假設電壓V_{x_x3y3}與電壓V_{x_x4y3}之間具有的第二電壓差為△V_t，則△V_t=V_{x_x4y3}-V_{x_x3y3}=V_D[CM*Ch+△CM(CS+Cy+4*CM)]/[(CS+Cy+5*CM)(CS+Cy+Ch+5*CM-△CM)]。

綜上所述，由於觸控感測裝置1透過導電薄膜感應器100對觸控面板70進行觸碰點感測之訊號-雜訊比(Signal-Noise Ratio,SNR)之定義係為上述第二電壓差△V_t與第一電壓差△V_s之比值，亦即其訊號-雜訊比=△V_t/△V_s=[CM*Ch+△CM(CS+Cy+4*CM)]/[CM(Ch-△CM)]。

因此，當每一個感測墊SP₀~SP_n與接地端之間所串接之額外電容負載Cy增大時，觸控感測裝置1透過導電薄膜感應器100對觸控面板70進行觸碰點感測之訊號-雜訊比將可隨之獲得提升。也就是說，使用者可透過調整感測墊SP₀~SP_n與接地端之間所串接之額外電容負載Cy的大小來改變系統的訊號-雜訊比。

相較於先前技術，根據本發明之觸控感測裝置係利用於感測墊與接地端之間具有額外的電容負載之方式提升整個系統的訊號-雜訊比，不僅能夠有效地降低液晶顯示面板及外在環境所產生之雜訊對於觸控感測裝置感測觸碰點時的干擾，亦不會導致整個系統的資料傳送回報速率降低及電力消耗增加。因此，本發明之觸控感測裝置能夠更為準確地對於觸控顯示面板進行觸碰點的感測，以大幅減少其誤判之機率。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

D．．．液晶顯示器

PL．．．觸控面板

TC．．．觸控控制晶片

DM．．．驅動多工器

SM．．．感測多工器

SB．．．感測單元

ADC．．．類比數位轉換器

DLC．．．數位邏輯控制器

DP₀~DP_m．．．驅動墊

SP₀~SP_n．．．感測墊

V_D．．．驅動電壓

TP(X₃,Y₃)．．．觸碰點

△Vt、△Vd．．．耦合電壓差

1．．．觸控感測裝置

10．．．邏輯控制模組

20．．．接腳

30．．．驅動/感測控制模組

40．．．處理模組

ITO、100．．．導電薄膜感應器

70．．．觸控面板

50．．．接觸墊

60．．．類比/數位轉換模組

SL、80．．．感測線

DL、90．．．驅動線

V_out．．．輸出電壓

gnd．．．接地電壓

Y1~Y5．．．驅動線

X1~X5．．．感測線

CM．．．驅動線與感測線之間的耦合電容

CS．．．感測線與接地端之間的等效電容

CD．．．驅動線與接地端之間的電容

Cy．．．感測墊與接地端之間的額外電容負載

A(X₃,Y₅)、B(X₄,Y₅)、C(X₄,Y₃)．．．接點

△CM．．．觸碰點導致對應之驅動線與感測線間的耦合電容變化量

圖1係繪示傳統的液晶顯示器之觸控感測裝置對導電薄膜感應器進行觸碰點感測之示意圖。

圖2A及圖2B係分別繪示驅動墊所輸入的驅動電壓及感測墊所測得的耦合電壓差。

圖3係繪示本發明之觸控感測裝置之功能方塊圖。

圖4係繪示本發明之觸控感測裝置透過導電薄膜感應器對顯示面板進行觸碰點感測之示意圖。

圖5係繪示當驅動電壓輸出至非對應於觸碰點之驅動線時，所有驅動線與感測線的等效電容示意圖。

圖6係繪示當驅動電壓輸出至對應於觸碰點之驅動線時，所有驅動線與感測線的等效電容示意圖。