TW201423531A - 電容式觸控面板 - Google Patents

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driving electrode
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Kuo-Chang Su
Shiao-Hui Liao
Ching-Fu Hsu
Kun-Chang Ho
Fa-Chen Wu
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Wintek Corp
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Abstract

一種電容式觸控面板，其包括一基板以及多個配置於基板上之近接感應單元。各個近接感應單元包括一第一驅動電極、一第二驅動電極、第一感應電極單元以及第二感應電極單元。第二驅動電極與第一驅動電極平行排列於一軸向上。第一感應電極單元與第二感應電極單元沿著軸向排列並分別感應一物件之接近而對應產生一第一近接感應訊號以及一第二近接感應訊號。第一感應電極單元與第二感應電極單元比鄰設置且位於第一驅動電極與第二驅動電極之間；或第一驅動電極與第二驅動電極比鄰設置，且位於第一感應電極單元與第二感應電極單元之間。

Description

電容式觸控面板
本發明是有關於一種觸控面板，且特別是有關於一種電容式觸控面板。
傳統的單層電容式觸控面板，若以手指觸碰時，主要是改變外場電力線所感應的電容量。然而，外場電力線能感應的電容量遠小於近場電力線能感應的電容量，因而感應電路的電容變化量改變不大，不容易被偵測到。
此外，傳統的單層電容式觸控面板，大多只能單點觸控，而且容易受到雜訊干擾，造成誤動作。
本發明係有關於一種電容式觸控面板，其經由改變驅動電路與感應電路的電極圖案及驅動方式，並搭配差動電路的計算，使其可達到多點觸控、過濾雜訊及減少誤動作。
本發明係有關於一種電容式觸控面板，其經由改變驅動電路與感應電路的電極圖案及驅動方式，使感應電路感應的電容變化量容易被偵測，以提高訊雜比(signal-to-noise ratio，SNR)。
根據本發明之一方面，提出一種電容式觸控面板，其包括一基板以及多個配置於基板上之近接感應單元。各個近接感應單元包括一第一驅動電極、一第二驅動電極、第一感應電極單元以及第二感應電極單元。第二驅動電極與 第一驅動電極平行排列於一軸向上。第一感應電極單元設於第一驅動電極之一側，並感應一物件之接近而使第一感應電極單元對應產生一第一近接感應訊號。第二感應電極單元設於第二驅動電極之一側，並感應物件之接近而使第二感應電極單元對應產生一第二近接感應訊號。其中第一感應電極單元與第二感應電極單元比鄰設置，且位於第一驅動電極與第二驅動電極之間；或第一驅動電極與第二驅動電極比鄰設置，且位於第一感應電極單元與第二感應電極單元之間。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本實施例之電容式觸控面板，係利用排列於二驅動電極之間的多個感應電極或排列於二驅動電極的相對兩側的多個感應電極，來感應一物件的接近而使此些感應電極之至少一對應產生一近接感應訊號。
以下係提出各種實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。
第一實施例
請參照第1圖，其繪示依照本發明一實施例之電容式觸控面板100的示意圖。以單層電容式觸控面板為例，其包括一基板110以及多個近接感應單元120。基板110之材質可為玻璃或塑膠。近接感應單元120形成於基板110上，用以感應一物件(例如手指)的接近而對應產生一近 接感應訊號，感應訊號例如是電容變化量。各個近接感應單元120包括第一驅動電極TX1、第二驅動電極TX2、第一感應電極單元RXA及第二感應電極單元RXB。第一感應電極單元RXA及第二感應電極單元RXB比鄰設置，且位於第一驅動電極TX1及第二驅動電極TX2之間。其中第一感應電極單元RXA更包括有多個第一感應電極A，第二感應電極單元RXB更包括有多個第二感應電極B，且各個近接感應單元120中第一感應電極A與第二感應電極B數量一致。
本實施例雖以多個塊狀的感應電極組合為一感應電極單元，但在另一實施例中，感應電極單元亦可為一條狀電極，其例如藉由阻值改變而產生一變化量，再由偵測電路計算感應變化電壓，以得知觸碰位置的電容變化量。因此，本發明對於感應電極單元的實施態樣不加以限制。
第一驅動電極TX1與第二驅動電極TX2為二條狀電極，沿著一軸向(如座標X軸所示)平行排列。外側的驅動電路150可經由二線路SL1~SL2分別連接第一驅動電極TX1與第二驅動電極TX2，以輸入一驅動訊號DG1至第一驅動電極TX1與第二驅動電極TX2。驅動訊號DG1例如是一對同步時序脈衝掃描訊號，如第1圖所示，掃描訊號分別輸入至各個近接感應單元120。
第一感應電極單元RXA例如為塊狀電極或條狀電極，其沿著軸向排列於第一驅動電極TX1之一側，並與第一驅動電極TX1保持適當的間距，以感應一物件之接近而使第一感應電極單元RXA對應產生一第一近接感應訊號。當物 件(例如手指)未接近第一感應電極單元RXA時，第一感應電極單元RXA與第一驅動電極TX1之間的電力線分佈均勻，故產生一感應電壓。反之，當物件(例如手指)接近第一感應電極單元RXA時，觸碰位置的電力線分佈不均勻而產生一感應變化電壓。此時，第一感應電極單元RXA的各個電極A可經由內側的第一組訊號線SG1連接至外側的偵測電路130(參見第2圖)，並以偵測電路130計算感應變化電壓，以得知觸碰位置的電容變化量。
同樣，第二感應電極單元RXB例如為塊狀電極或條狀電極，其沿著軸向排列於第二驅動電極TX2之一側，並與第二驅動電極TX2保持適當的間距，以感應一物件之接近而使第二感應電極單元RXB對應產生一第二近接感應訊號。如上所述，當物件(例如手指)接近第二感應電極單元RXB時，第二感應電極單元RXB的各個電極B可經由內側的第二組訊號線SG2連接至外側的偵測電路130(參見第2圖)，並以偵測電路130計算物件(例如手指)接近時所產生之感應變化電壓，以得知觸碰位置的電容變化量。
在第1圖中，第一組訊號線SG1與第二組訊號線SG2的佈線(layout)係在各個近接感應單元120的內側，也就是在第一驅動電極TX1與第二驅動電極TX2之間，因此基板110周圍區域的佈線空間可相對減少，以達到窄邊框(narrow board)的效果。
另外，近接感應單元120另設有一分隔電極GL，分隔電極GL設置在第一感應電極單元RXA與第二感應電極單 元RXB之間，以避免第一感應電極單元RXA與第二感應電極單元RXB之間訊號相互干擾。其中，分隔電極GL較佳係連接到接地電位。
請參照第2圖，其繪示近接感應單元120應用於一偵測電路130的示意圖。在第2圖中，有關近接感應單元120的結構及佈線方式，已詳細介紹於上述內容，在此不再贅述。偵測電路130包括一開關單元132、一差動電路134、一增益放大電路136以及一類比數位轉換器138。當第一驅動電極TX1與第二驅動電極TX2同時被驅動，且近接感應單元120感應一物件P的接近而對應產生近接感應訊號時，第一感應電極RX1~RX3經由第一組訊號線SG1將感應訊號X(1)~X(3)傳輸至偵測電路130的開關單元132，而第二感應電極RX4~RX6經由第二組訊號線SG2將感應訊號X(4)~X(6)傳輸至偵測電路130的開關單元132。開關單元132例如以多工器或交換器來選擇開啟一組感應訊號X(1)~X(6)，並選擇關閉連接其他感應電極的訊號線。
被選擇的一組感應訊號X(1)~X(6)經由開關單元132輸出而成為第一組電壓訊號V(1)~V(6)。差動電路134再計算電壓訊號V(1)~V<6)中二相對位置的電極間的差值，並轉換成多組差動訊號D(1)~D(3)，其中D(1)=V(1)-V(6)，D(2)=V(2)-V(5)，D(3)=V(3)-V(4)。當差動訊號D(1)~D(3)之一所呈現的差值不為零時，表示偵測電路130偵測到物件靠近而使電容量產生變化。例如，在第2圖中，當物件靠近右上方之感應電極RX4時，觸碰位置的電容量發生變化，而使差動訊號D(1)不為零，其餘差 動訊號D(2)、D(3)則為零，依此類推。
計算差動電路134所產生的差動訊號D(1)~D(3)之後，座標判別單元140可接收差動訊號D(1)~D(3)，並將差動訊號D(1)~D(3)轉換成一座標資訊I，以判斷物件接近或觸碰的位置。在本實施例中，差動訊號D(1)~D(3)可先經由增益放大器轉換成多個類比訊號A(1)~A(3)之後，類比訊號A(1)~A(3)再經由類比數位轉換器138轉換成數位訊號W(1)~W(3)。最後，再利用座標判別單元140將數位訊號W(1)~W(3)轉換為一座標資訊I。
在另一實施例，座標判別單元140亦可直接連接差動電路134，以接收差動訊號D(1)~D(3)，不經過增益放大及類比數位轉換。最後，利用座標判別單元140將差動訊號D(1)~D(3)轉換為一座標資訊I。
在第2圖中，第一感應電極RX1~RX3與第二感應電極RX4~RX6成對地排列於第一驅動電極TX1與第二驅動電極TX2之間，以組成多對差動電極。例如，第一感應電極RX1與第二感應電極RX4為第一對差動電極，第一感應電極RX2與第二感應電極RX5為第二對差動電極，而第一感應電極RX3與第二感應電極RX6為第三對差動電極。由於每一對差動電極與驅動電極之間的等效電路相匹配，因而差動電路134在計算差動訊號時不需要太複雜的演算法來補償電路阻值不同所產生的不匹配。
再者，本實施例之電容式觸控面板100以差動的方式驅動，可各別計算不同觸碰位置的電容變化量，並可減少觸控面板100下方的顯示面板所傳來的雜訊干擾，故可達 到多點觸控、過濾雜訊及減少誤動作。
第二實施例
請參照第3圖，其繪示依照本發明一實施例之電容式觸控面板200的示意圖。電容式觸控面板200包括一基板210以及多個近接感應單元220。基板210之材質可為玻璃或塑膠。近接感應單元220形成於基板210上，用以感應一物件(例如手指)的接近而對應產生的一近接感應訊號，例如是電容變化量。第一驅動電極TX1及第二驅動電極TX2比鄰設置，且位於第一感應電極單元RXA及第二感應電極單元RXB之間。其中第一感應電極單元RXA更包括有多個第一感應電極A，第二感應電極單元RXB更包括有多個第二感應電極B，且各個近接感應單元220中第一感應電極A與第二感應電極B數量一致。
第一驅動電極TX1與第二驅動電極TX2為二條狀電極，沿著一軸向(如座標X軸所示)平行排列。外側的驅動電路250可經由二線路SL1~SL2分別連接第一驅動電極TX1與第二驅動電極TX2，以輸入一驅動訊號DG2至第一驅動電極TX1與第二驅動電極TX2。驅動訊號DG2例如是一對非同步時訊脈衝掃描訊號，如第3圖所示，掃描訊號以不同的時訊分別輸入至各個近接感應單元220。
當物件(例如手指)接近第一感應電極單元RXA之一電極A時，各個電極A可經由外側的第一組訊號線SG1連接至外側的偵測電路230(參見第5圖)，並以偵測電路230計算物件(例如手指)接近時所產生之感應變化電壓， 以得知觸碰位置的電容變化量。同樣的方式，當物件(例如手指)接近第二感應電極單元RXB之一電極B時，各個電極B可經由外側的第二組訊號線SG2連接至外側的偵測電路230(參見第5圖)，並以偵測電路230計算物件(例如手指)接近時所產生之感應變化電壓，以得知觸碰位置的電容變化量。
在第3圖中，第一感應電極單元RXA例如為塊狀電極或條狀電極，其沿著軸向排列於第一驅動電極TX1之一側，以感應一物件之接近而使第一感應電極單元RXA對應產生一第一近接感應訊號，但與第一實施例不同之處在於：第一感應電極單元RXA與第一驅動電極TX1不相鄰。也就是說，第二驅動電極TX2位於第一驅動電極TX1與第一感應電極單元RXA之間，以使第一感應電極單元RXA與第一驅動電極TX1不相鄰。同樣的方式，第二感應電極單元RXB例如為塊狀電極或條狀電極，其沿著軸向排列於第二驅動電極TX2之一側，以感應一物件之接近而使第二感應電極單元RXB對應產生一第二近接感應訊號，但與第一實施例不同之處在於：第二感應電極單元RXB與第二驅動電極TX2不相鄰。也就是說，第一驅動電極TX1位於第二驅動電極TX2與第二感應電極單元RXB之間，以使第二感應電極單元RXB與第二驅動電極TX2不相鄰。
透過上述的交錯排列方式，第一感應電極單元RXA與第一驅動電極TX1之間的近場電力線可被第二驅動電極TX2接地而消除，只有外場電力線可以被偵測。請參照第4圖，其繪示電力線的分佈圖。當第一驅動電極TX1被輸 入一脈衝掃描訊號時，第一驅動電極TX1與相鄰的第二驅動電極TX2之間產生近場電力線EN，但近場電力線EN無法越過基板210，故無法被改變。此外，第一驅動電極TX1與不相鄰的第一感應電極A之間產生外場電力線EF，且外場電力線EF可以越過基板110，也因此，當物件(例如手指)接近或觸碰基板110時，觸碰位置的外場電力線EF發生變化而產生感應變化電壓，此時，第二驅動電極TX2因輸入的訊號為0V，而使近場電力線EN所感應的電容變化量(△CN)被短路為0。因此，偵測電路230只要計算外場電力線EF所感應的電容變化量(△CF)即可(亦即近場電力線EN所感應的電容變化量(△CN)被忽略)，故容易被偵測，以提高訊雜比。
請參照第5圖，其繪示近接感應單元220應用於一偵測電路230的示意圖。在第5圖中，有關近接感應單元220的結構及佈線方式，已詳細介紹於上述內容，在此不再贅述。偵測電路230例如以第一實施例的偵測電路130來計算電容變化量，或是以其他的方式來計算電容變化量，本發明不加以限制。本實施例與第一實施例的驅動方式不同之處在於：當第一驅動電極TX1受驅動時，第二驅動電極TX2不受驅動，以使第二驅動電極TX2的電位保持在0左右。此外，第二驅動電極TX2受驅動時，第一驅動電極TX1不受驅動，以使第一驅動電極TX1的電位保持在0左右。因此，當近接感應單元120感應一物件P的接近而對應產生近接感應訊號時，第一感應電極RX1~RX3於第一驅動電極TX1受驅動時，經由第一組訊號線SG1將感應訊號X(1) ~X(3)傳輸至偵測電路230，而第二感應電極RX4~RX6於第二驅動電極TX2受驅動時，經由第二組訊號線SG2將感應訊號X(4)~X(6)傳輸至偵測電路230，藉以偵測第一感應電極RX1~RX3與第二感應電極RX4~RX6所產生的近接感應訊號。接著，再利用座標判別單元240將偵測電路230所輸出的電壓訊號V(1)~V(6)轉換成一座標資訊I。
由上可知，本實施例之電容式觸控面板200以交錯方式排列二驅動電極及與其相對應的感應電極單元，使第一驅動電極TX1與其相對應的第一感應電極RX1~RX3不相鄰，而第二驅動電極TX2與其相對應的第二感應電極RX4~RX6不相鄰。因此，偵測電路230只要計算外場電力線所感應的電容變化量(△CF)，可忽略近場電力線所感應的電容變化量(△CN)，以提高訊雜比。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、200‧‧‧電容式觸控面板
110、210‧‧‧基板
120、220‧‧‧近接感應單元
130、230‧‧‧偵測電路
132‧‧‧開關單元
134‧‧‧差動電路
136‧‧‧增益放大電路
138‧‧‧類比數位轉換器
140、240‧‧‧座標判別單元
150、250‧‧‧驅動電路
TX1‧‧‧第一驅動電極
TX2‧‧‧第二驅動電極
A‧‧‧第一感應電極
B‧‧‧第二感應電極
SL1~SL2‧‧‧線路
DG1、DG2‧‧‧驅動訊號
RX1~RX3‧‧‧第一感應電極
RX4~RX6‧‧‧第二感應電極
RXA‧‧‧第一感應電極單元
RXB‧‧‧第二感應電極單元
SG1‧‧‧第一組訊號線
SG2‧‧‧第二組訊號線
GL‧‧‧接地線
X(1)~X(6)‧‧‧感應訊號
V(1)~V(6)‧‧‧電壓訊號
D(1)~D(3)‧‧‧差動訊號
A(1)~A(3)‧‧‧類比訊號
W(1)~W(3)‧‧‧數位訊號
I‧‧‧座標資訊
P‧‧‧物件
第1圖繪示依照本發明一實施例之電容式觸控面板的示意圖。
第2圖繪示近接感應單元應用於一偵測電路的示意圖。
第3圖繪示依照本發明一實施例之電容式觸控面板的示意圖。
第4圖繪示電力線的分佈圖。
第5圖繪示近接感應單元應用於一偵測電路的示意圖。
100‧‧‧電容式觸控面板
110‧‧‧基板
120‧‧‧近接感應單元
150‧‧‧驅動電路
A‧‧‧第一感應電極
B‧‧‧第二感應電極
TX1‧‧‧第一驅動電極
TX2‧‧‧第二驅動電極
SL1~SL2‧‧‧線路
DG1‧‧‧驅動訊號
RXA‧‧‧第一感應電極單元
RXB‧‧‧第二感應電極單元
SG1‧‧‧第一組訊號線
SG2‧‧‧第二組訊號線
GL‧‧‧分隔電極

Claims (12)

  1. 一種電容式觸控面板，包括：一基板；以及複數個近接感應單元，配置於基板上，各近接感應單元包括：一第一驅動電極；一第二驅動電極，與該第一驅動電極平行排列於一軸向上；第一感應電極單元，設於該第一驅動電極之一側，並感應一物件之接近而使該第一感應電極單元對應產生一第一近接感應訊號；以及第二感應電極單元，設於該第二驅動電極之一側，並感應該物件之接近而使該第二感應電極單元對應產生一第二近接感應訊號；其中，該第一感應電極單元與該第二感應電極單元比鄰設置，且位於該第一驅動電極與該第二驅動電極之間；或該第一驅動電極與該第二驅動電極比鄰設置，且位於該第一感應電極單元與該第二感應電極單元之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板，其中該第一感應電極單元包括複數個沿著該軸向排列之第一感應電極，該第二感應電極單元包括複數個沿著該軸向排列之第二感應電極，該些第一感應電極與該些第二感應電極的數量一致。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電容式觸控面板，其中該些第一感應電極與該些第二感應電極成對地排列於該第一驅動電極與該第二驅動電極之間，以組成複數對差動電極。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板，其中當該第一驅動電極與該第二驅動電極比鄰設置時，該第二驅動電極位於該第一驅動電極與該第一感應電極單元之間，該第一驅動電極位於該第二驅動電極與該第二感應電極單元之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板，更包括一偵測電路，分別連接該第一感應電極單元與該第二感應電極單元，並偵測該第一感應電極單元與該第二感應電極單元所產生的感應訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電容式觸控面板，其中該偵測電路包括一差動電路，分別連接該第一感應電極單元與該第二感應電極單元，並根據該第一近接感應訊號與該第二近接感應訊號計算一差動訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電容式觸控面板，更包括一座標判別單元，連接該差動電路以接收該差動訊號，並將該差動訊號轉換成一座標資訊。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之電容式觸控面板，更包括一座標判別單元，連接該偵測電路以接收該偵測電路所輸出的一輸出訊號，並將該輸出訊號轉換成一座標資訊。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板， 更包括一驅動電路，連接該第一驅動電極與該第二驅動電極，並同步輸入一訊號以驅動第一驅動電極與該第二驅動電極。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板，更包括一驅動電路，連接該第一驅動電極與該第二驅動電極，其中當該第一驅動電極受，驅動時，該第二驅動電極不受驅動，當該第二驅動電極受驅動時，該第一驅動電極不受驅動。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板，其中該基板上更包括一第一組訊號線與一第二組訊號線，分別連接該第一感應電極單元與該第二感應電極單元。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電容式觸控面板，其中當該第一感應電極單元與該第二感應電極單元比鄰設置時，各近接感應單元更包括一分隔電極，該分隔電極位於該第一感應電極單元與該第二感應電極單元之間。
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