TW201502927A - 低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板及其感測方法 - Google Patents

低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板及其感測方法 Download PDF

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Abstract

本發明提出一種低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板及其感測方法，其包含一基板、N個感應電極、及M個導線。該N個感應電極分佈於基板上，該M個導線分佈於基板上，該M個導線中的每一個導線具有一特定之阻抗值，每一個導線連接兩個感應電極，且該N個感應電極之任一個感應電極係經由至少一個導線與至少另一個感應電極連接，俾使該N個感應電極中的每一個感應電極具有不同的電阻電容時間常數，其中，N個頻率不同之驅動訊號經由該N個感應電極之其中之一而依序施加於該N個感應電極，以藉由偵測N個感應電極上之電容變化而判斷碰觸之感應電極，N、M為正整數。

Description

低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板及其感測方法
本發明係關於觸控面板之技術領域，尤指一種低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板及其感測方法。
觸控面板的技術原理是當手指或其他介質接觸到螢幕時，依據不同感應方式，偵測電壓、電流、聲波或紅外線等，進而測出觸壓點的座標位置。例如電阻式觸控面板即為利用上、下電極間的電位差，用以計算施壓點位置檢測出觸控點所在。電容式觸控面板是利用排列之透明電極與人體之間的靜電結合所產生之電容變化，從所產生之電流或電壓來檢測其座標。
圖1係習知雙層透明電極結構之示意圖，透明電極係依據X軸及Y軸方向佈植。不同透明電極層之間以玻璃或塑膠隔開。圖1中雙層透明電極結構的優點是可以偵測兩個或兩個以上的觸碰點，同時且具備良好的線性度。然而其缺點則是材料成本高，且製造工序繁瑣。
為了克服雙層透明電極結構的高成本問題，一種解決方法係使用單層透明電極結構。圖2係一習知單層透明電極結構之示意圖，其係採用三角形圖騰(Pattern)結構的單一感測層。單層透明電極結構的觸控螢幕優點在於可節省材料成本並簡化製造工序。此種單層透明電極結構可以實現二維方向的座標識別，但其缺點則為只能偵測到兩個觸碰點，特別是在同一條軸向線上的兩個觸碰點會被判斷成單一個觸碰點。
為解決單層透明電極結構偵測多點觸碰的問題，圖3係另一習知單層透明電極結構之示意圖。圖3的單層透明電極結構其可實現真實多點觸碰偵測，且具有節省材料成本及簡化製造工序的優點。然而，圖3的單層透明電極結構有著走線31複雜的缺點，也因為走線31佔據了部分面積，導致線性度變差。以一個採用圖3的單層透明電極結構設計之4.3吋多點觸控螢幕為例，在水平方向大約需要12個感測點，而在垂直方向大約需要20個感測點。一共需劃分成240個感測點，才能在4.3吋多點觸控螢幕上實現多點觸控並有足夠的精確度。由於每個感測點都需一條感測走線，用以作為跟觸控積體電路(IC)間的連線，240個感測點就需240條走線，使得走線相當複雜，進而不利圖騰(Pattern)設計。因此，習知單層透明電極結構實仍有改善的空間。
本發明之目的主要係在提供一種低複雜度單層 透明電極圖騰之觸控面板及其感測方法，以提供良好的觸碰偵測的精確度，並提高觸碰偵測的線性度，同時節省成本及加工程序。
依據本發明之一特色，本發明提出一種低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板，其包含一基板、N個感應電極、及M個導線。該N個感應電極分佈於該基板上，其中N為正整數。該M個導線分佈於該基板上，其中M為正整數，該M個導線的每一個導線具有一特定之阻抗值，每一個導線連接兩個感應電極，且該N個感應電極之任一個感應電極係經由至少一個導線與至少另一個感應電極連接，俾使該N個感應電極的每一個感應電極具有不同的電阻電容時間常數，其中，N個頻率不同之驅動訊號經由該N個感應電極之其中之一依序施加於該N個感應電極，以藉由偵測N個感應電極上之電容變化而判斷碰觸之感應電極。
依據本發明之另一特色，本發明提出一種低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板的感測方法，該低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板具有一基板；分佈於該基板上之N個感應電極，其中N為正整數；以及分佈於該基板上之M個導線，其中M為正整數，該M個導線的每一個導線具有一特定之阻抗值，每一個導線連接兩個感應電極，且該N個感應電極之任一個感應電極係經由至少一個導線與至少另一個感應電極連接，俾使該N個感應電極的每一個感應電極具有不同的電阻電容時間常數，該感測方 法包含：(A)經由該N個感應電極之其中之一而對該N個感應電極依序輸入N個頻率不同之驅動訊號；(B)對於每一輸入之驅動訊號，量測該N個感應電極所對應之電容變化；以及(C)依據所量得的N次電容變化判斷該N個感應電極中之碰觸的感應電極。
依據本發明之又一特色，本發明提出一種低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板，其包含一基板、及K行感應電極。該K行感應電極係以一第一方向分佈於該基板上，該K行感應電極分別具有L個感應電極，該L個感應電極之間係以L-1個導線連接，且該K行感應電極係分別經由一電阻連接至一觸控電路，該L-1個導線皆分別具有特定之阻抗值，該些導線係分別連接兩個感應電極，俾使該L個感應電極分別具有不同的電阻電容時間常數；其中，L個具有不同頻率之驅動訊號經係由前述電阻施加於相對應每一行之該L個感應電極，用以藉由偵測該L個感應電極上之電容變化，進而判斷被碰觸之感應電極，K、L為正整數。
31‧‧‧走線
40‧‧‧觸控電路
400‧‧‧低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板
410‧‧‧基板
420‧‧‧感應電極
430‧‧‧導線
440‧‧‧驅動訊號
480‧‧‧驅動器
490‧‧‧感測器
(A)~(C)‧‧‧步驟
1210‧‧‧基板
圖1係習知雙層透明電極結構之示意圖。
圖2係一習知單層透明電極結構之示意圖。
圖3係另一習知單層透明電極結構之示意圖。
圖4係本發明一種低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面 板之示意圖。
圖5係本發明感應電極圖騰之示意圖。
圖6係本發明感應電極圖騰連接之另一示意圖。
圖7係本發明感應電極圖騰連接之又一示意圖。
圖8係本發明感應電極圖騰連接之再一示意圖。
圖9係本發明感應電極圖騰連接之又一示意圖。
圖10係本發明一種低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板的感測方法之流程圖。
圖11係本發明圖4中感應電極與導線的等效電路圖。
圖12係本發明一種低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板的應用示意圖。
圖4係本發明一種低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板400之示意圖，其包含一基板410、N個感應電極420、及M個導線430，其中N、M為正整數，於此實施例，為方便說明，N為4且M為3。
該N個感應電極420及該M個導線430係分佈於該基板410上。該M個導線430中的每一個導線430具有一特定之阻抗值，於本實施例中，該特定之阻抗值較佳為一電阻值。每一個導線430連接兩個感應電極420，且該N個感應電極420之任一個感應電極420係經由至少一個導線430與至少另一個感應電極420連接，俾使該N個感應電極420的每一個感應電極420具有不同的電阻電容時間常 數。於此示範例中，基板410上係佈設有4個標示為SEN1,SEN2,SEN3,SEN4感應電極420及3個電阻值為R1,R2,R3之導線430，標示為SEN1之感應電極420係經由電阻值為R1之導線430與標示為SEN2之感應電極420連接，標示為SEN2之感應電極420係經由電阻值為R1,R2之導線分別與標示為SEN1,SEN2之感應電極420連接，標示為SEN3之感應電極420係經由電阻值為R2,R3之導線430分別與標示為SEN2,SEN4之感應電極420連接，以及標示為SEN4之感應電極420係經由電阻值為R3之導線430與標示為SEN3感應電極420連接。
以此觸控面板400，觸控電路40之一驅動器480將N個具有不同頻率之驅動訊號440分別經由該N個感應電極420之其中之一而依序施加於該N個感應電極420，且觸控電路40之一感測器490經由該N個感應電極420之其中之一而依序偵測N個感應電極420上之電容變化，以藉由偵測N個感應電極420上之電容變化而判斷碰觸之感應電極420，其中，該N個驅動訊號440係為脈波且第j個驅動訊號440之頻率Fj大於第j+1個驅動訊號440之頻率Fj+1，1≦j≦N-1，該N個驅動訊號440的脈波數目為1至一特定數目。於此示範例中，係施加頻率為F1,F2,F3,F4之4個驅動訊號440，其中F1>F2>F3>F4，且驅動訊號440的脈波數目為3，詳細言之，驅動器480係先將頻率為F1之驅動訊號440經由標示為SEN1之感應電極420施加於感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)，且感測器490經由標 示為SEN1之感應電極420而偵測感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)上之電容變化；然後，將頻率為F2之驅動訊號440經由標示為SEN1之感應電極420施加於感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)，且感測器490經由標示為SEN1之感應電極420而偵測感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)上之電容變化；接著，將頻率為F3之驅動訊號440經由標示為SEN1之感應電極420施加於感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)，且感測器490經由標示為SEN1之感應電極420而偵測感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)上之電容變化；最後，將頻率為F4之驅動訊號440經由標示為SEN1之感應電極420施加於感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)，且感測器490經由標示為SEN1之感應電極420而偵測感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)上之電容變化。
圖5係本發明感應電極420的圖騰(pattern)之示意圖。其說明該N個感應電極420係可為下列形狀其中之一：長方形、正方形、菱形、圓形、三角形、五邊形、六邊形、八邊形或六角星形。
該N個感應電極420係由透明導電材料所形成之透明感應電極。該透明導電材料係選自下列群組其中之一：銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物、氧化鋅錫、導電高分子、及奈米碳管。
圖6係本發明感應電極420的圖騰(pattern)連接之另一示意圖。於圖4、圖5、圖6中，該M個導線430 之第i個導線430(具有電阻值Ri)係連接該N個感應電極420之第i個感應電極(標示為SENi)及第i+1個感應電極(標示為SENi+1)，以讓該N個感應電極420形成串連形式，當中，1≦i≦N-1，且N=M+1。
圖7係本發明感應電極420的圖騰(pattern)連接之又一示意圖。於圖7中，感應電極420係連接成星狀拓普(star topology)。圖8係本發明感應電極420的圖騰(pattern)連接之再一示意圖。於圖8中，感應電極420係以串連及並聯形式共存而形成網狀拓普。
於圖4、圖5、圖6、圖7、圖8中，該M個導線430的每一個導線係具有一特定之阻抗值，於本實施例中，該特定之阻抗值較佳為電阻值，而可等效於一電阻。
圖9係本發明感應電極420的圖騰(pattern)連接之又一示意圖。其中，該M個導線430的每一個導線係為彎折佈線以形成所需之阻抗值。
圖10係本發明一種低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板400的感測方法之流程圖。請一併參照圖4，該低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板400具有一基板410、分佈於該基板上之N個感應電極420、以及分佈於該基板上之M個導線430，其中N、M為正整數，該M個導線430的每一個導線430具有一特定之阻抗值，於本實施例中，該特定之阻抗值較佳為電阻值，每一個導線430連接兩個感應電極420，且該N個感應電極420之任一個感應電極420係經由至少一個導線430與至少另一個感應電 極420連接，俾使該N個感應電極420的每一個感應電極420具有不同的電阻電容時間常數。該感測方法首先於步驟(A)中，驅動器480經由該N個感應電極420之其中之一而對該N個感應電極420依序輸入N個頻率不同之驅動訊號440，其中，該N個驅動訊號440係為脈波且第j個驅動訊號440之頻率Fj大於第j+1個驅動訊號440之頻率Fj+1，1≦j≦N-1，該N個驅動訊號440的脈波數目為1至一特定數目。於此示範例中，該N個驅動訊號440的脈波數目為3，驅動器480係先將頻率為F1之驅動訊號440經由標示為SEN1之感應電極420施加於感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)，且感測器490經由標示為SEN1之感應電極420而偵測感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)上之電容變化；然後，將頻率為F2之驅動訊號440經由標示為SEN1之感應電極420施加於感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)，且感測器490經由標示為SEN1之感應電極420而偵測感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)上之電容變化；接著，將頻率為F3之驅動訊號440經由標示為SEN1之感應電極420施加於感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)，且感測器490經由標示為SEN1之感應電極420而偵測感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)上之電容變化；最後，將頻率為F4之驅動訊號440經由標示為SEN1之感應電極420施加於感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)，且感測器490經由標示為SEN1之感應電極420而偵測感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)上之電容變化。
圖11係本發明圖4中感應電極420與導線430的等效電路圖。其係以標示為SEN1,SEN2,SEN3,SEN4之4個感應電極與電阻值為R1,R2,R3之3個導線為例，熟係該技術者可基於本發明所揭露之技術而擴及N個感應電極420，故不再贅述。如圖4及圖11所示，將4個感應電極利用走線或電阻相互連接，感應電極420與感應電極420間置入計算過的電阻(R1~R3)，等效電阻電容模型如圖11所示，觸控電路40與標示為SEN1之第一個感應電極420間的組抗為RL，標示為SEN1,SEN2,SEN3,SEN4之感應電極420與大地間的等效電容分別為CSEN1,CSEN2,CSEN3,CSEN4。
由於R3CSEN4、R2CSEN3、R1CSEN2與RLCSEN1分別有著不同的電阻電容(RC)時間常數，將時間常數設計成R3CSEN4>R2CSEN3>R1CSEN2>RLCSEN1，也就是說每個電容CSEN可利用頻率偵測範圍都不同。由於R3CSEN4可偵測頻率最高為F4、R2CSEN3可偵測頻率最高為F3、R1CSEN2可偵測頻率最高為F2、RLCSEN1可偵測頻率最高為F1。此時因為時間常數設計及F4<F3<F2<F1之關係，使得當偵測頻率為F1時只能感測電容CSEN1的變化，電容CSEN2~CSEN4則因為時間常數過大而使偵測頻率F1偵測不到，同理當偵測頻率為F2時能感測電容CSEN1~CSEN2的變化而偵測不到電容CSEN3~CSEN4，當偵測頻率為F3時能感測電容CSEN1~CSEN3的變化而偵測不到電容CSEN4，當偵測頻率為F4時能感測CSEN1~CSEN4的變化，故利用分別施加頻率為F4~F1之驅動訊號440，即可個別得到電容CSEN1~CSEN4的變化量，進而判斷觸控點位置。
因此於步驟(B)中，對於每一輸入之驅動訊號440，感測器490量測該N個感應電極420所對應之電容變化，亦即，於此示範例中，對於輸入之頻率為F1之驅動訊號440，感測器490經由標示為SEN1之感應電極420而偵測感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)上之電容變化；然後，對於輸入之頻率為F2之驅動訊號440，感測器490經由標示為SEN1之感應電極420而偵測感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)上之電容變化；對於輸入之頻率為F3之驅動訊號440，感測器490經由標示為SEN1之感應電極420而偵測感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)上之電容變化；對於輸入頻率為F4之驅動訊號440，感測器490經由標示為SEN1之感應電極420而偵測感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)上之電容變化。並於步驟(C)中，依據所量得的N次電容變化判斷該N個感應電極420中之碰觸的感應電極420。
由於R3CSEN4、R2CSEN3、R1CSEN2與RLCSEN1可事先設計，因此，觸控電路40可事先使用頻率為F1的驅動訊號440輸入至圖4中的4個感應電極420(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)及導線430(R1,R2,R3)中，並量測於標示為SEN1之感應電極4201有觸碰情形時及沒有觸碰情形時，電容CSEN1的變化量；並事先使用頻率為F2的驅動訊號440輸入至圖4中的4個感應電極(SEN1,SEN2,SEN3,SEN4)及導線(R1,R2,R3)中，並量測於感應電極SEN1及SEN2有觸碰情形時及沒有觸碰情形時，CSEN1及CSEN2的電容變化量。同理，依序使 用頻率為F3及F4的驅動訊號440，而分別獲得CSEN1、CSEN2、CSEN3、CSEN4的電容變化量。觸控電路40將該等電容變化量儲存於一表格中，即可於步驟(C)中，依據所量得的N次電容變化而判斷該N個感應電極420中之碰觸的感應電極420。
圖12係本發明一種低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板400的應用示意圖。其係於一基板1210上，將將感應電極420分成K個行(column)，K個行感應電極以一第一方向分(X)佈於該基板上。每一個行(column)感應電極具有L個感應電極420，每一行的L個感應電極420之間以L-1個導線連接，且每一行經由一電阻RL連接至該觸控電路40，其中，該些導線皆分別具有一特定之阻抗值。如圖12所示，其顯示感應電極420之數量眾多且感應電極420與感應電極420之間的距離d可有效地縮小，故感應電極420涵蓋的面積變大，不止可提供良好的觸碰偵測的精確度，亦可提高觸碰偵測的線性度。
由上述說明可知，本發明技術藉由感測點與感測點間加入阻抗將不同感測點連接在一起，來達到圖騰(Pattern)設計簡化。因為將多個感應電極420連接在一起，所以為了要分辨是哪一個感應電極420被觸摸，因此需要加上電阻。同時因為每一個感應電極420可以等效上為一個電容，在感應電極420間加入計算過的電阻，就可以利用RC低通濾波器的特性，當不同頻率的訊號進入不同感應電極420訊號量都會都差異，利用此差異性來分辨觸控點。
綜上所述，本發明的感應電極經由導線連接，可形成一種低複雜度單層透明電極圖騰，感應電極與感應電極之間的距離可有效地縮小，而使感應電極涵蓋的面積變大，可提供良好的觸碰偵測的精確度，亦可提高觸碰偵測的線性度，同時節省成本及加工程序。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
40‧‧‧觸控電路
400‧‧‧低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板
410‧‧‧基板
420‧‧‧感應電極
430‧‧‧導線
440‧‧‧驅動訊號
480‧‧‧驅動器
490‧‧‧感測器

Claims (14)

  1. 一種低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板，其包含：一基板；N個感應電極，分佈於該基板上，其中N為正整數；以及M個導線，分佈於該基板上，其中M為正整數，該M個導線皆分別具有一特定之阻抗值，每一個導線連接兩個感應電極，且該N個感應電極分別經由至少一個導線與至少另一個感應電極連接，俾使該N個感應電極分別具有不同的電阻電容時間常數，其中，N個頻率不同之驅動訊號經由該N個感應電極之其中之一依序地施加於該N個感應電極，用以藉由偵測N個感應電極上之電容變化，進而判斷被碰觸之感應電極。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板，其中，第i個導線係連接第i個感應電極及第i+1個感應電極，用以讓該N個感應電極形成串連形式，當中，1≦i≦N-1，且N=M+1。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板，其中，該N個感應電極係透明感應電極。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板，其中，該N個透明感應電極係由透明導電材料形成。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板，其中，該透明導電材料係為銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物、氧化鋅錫、導電高分子或奈米碳管。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板，其中，該N個感應電極係可為下列形狀其中之一：長方形、正方形、菱形、圓形、三角形、六邊形、八邊形或六角星形。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板，其中，該M個導線係分別由一電阻所形成。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板，其中，該M個導線係分別為彎折佈線以形成所需之阻抗值。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板，其中，第j個驅動訊號之頻率Fj大於第j+1個驅動訊號之頻率Fj+1，1≦j≦N-1。
  10. 一種低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板的感測方法，該低複雜度單層透明電極圖騰觸控板具有一基板、分佈於該基板上之N個感應電極、以及分佈於該基板上之M個導線，其中N、M為正整數；該M個導線分別具有一特定之阻抗值，且該N個感應電極之任一個感應電極係經由至少一個導線與至少另一個感應電極連接，俾使該N個感應電極分別具有不同的電阻電容時間常數，該感測方法包含：(A)經由該N個感應電極之其中之一而對該N個感應電極依序地輸入N個具有不同頻率之驅動訊號；(B)對於所輸入之該N驅動訊號，係分別量測該N個感應電極所對應之電容變化；以及(C)依據所量得的N次電容變化，用以判斷該N個感應電極中產生碰觸的感應電極。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之感測方法，其中，第j個驅動訊號之頻率Fj大於第j+1個驅動訊號之頻率Fj+1，1≦j≦N-1。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之感測方法，該N個驅動訊號係為脈波。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之感測方法，其中，該N個驅動訊號的脈波數目為1至一特定數目。
  14. 一種低複雜度單層透明電極圖騰之觸控面板，其包含：一基板；以及K行感應電極，係以一第一方向分佈於該基板上，該K行感應電極分別具有L個感應電極，該L個感應電極之間係以L-1個導線連接，且該K行感應電極係分別經由一電阻連接至一觸控電路，該L-1個導線皆分別具有特定之阻抗值，該些導線係分別連接兩個感應電極，俾使該L個感應電極分別具有不同的電阻電容時間常數；其中，L個具有不同頻率之驅動訊號經係由前述電阻施加於相對應每一行之該L個感應電極，用以藉由偵測該L個感應電極上之電容變化，進而判斷被碰觸之感應電極，K、L為正整數。
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