TW201604726A - 觸控面板及其觸控控制單元 - Google Patents

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郭德威
廖振伸
陳鴻祥
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Abstract

一種觸控面板，其包括基板、電極陣列以及多個第三電極。基板具有主動區以及週邊區。電極陣列位於主動區且包括多個第一電極以及多個第二電極，其中第二電極與第一電極彼此電性絕緣且彼此相交。第三電極分別位於週邊區的不同側，且電性絕緣於電極陣列。本發明另提供一種用於上述觸控面板的觸控控制單元。

Description

觸控面板及其觸控控制單元
本發明是有關於一種觸控面板及其觸控控制單元。
接觸式電子產品由於操作方便、直覺性高，因此深受消費者喜愛，而逐漸成為市場上的主流趨勢。然而，隨著電子產品的功能越來越多，直接碰觸螢幕的操作方式(以下簡稱二維觸控)已逐漸無法滿足使用者操作上的需求。近年來發展出多種非接觸式電子產品，其透過額外設置相機、麥克風或其他感應裝置讓使用者能夠在螢幕外隔空操作(以下簡稱三維觸控)非接觸式電子產品。
由於非接觸式電子產品需額外設置感應裝置，以實現遠距離操控的功能，因此其面臨高成本及高功耗等問題。此外，上述非接觸式電子產品並未兼具二維觸控的功能。在二維觸控及三維觸控的需求與日俱增的情況下，電子產品勢必被要求能夠兼具二維觸控及三維觸控的功能，以提升使用者操作上的便利性與直覺性。
本發明提供一種觸控面板，其兼具二維觸控及三維觸控的功能。
本發明提供一種用於上述觸控面板的觸控控制單元，其可令觸控面板實現二維觸控及三維觸控的功能。
本發明的一種觸控面板，其包括基板、電極陣列以及多個第三電極。基板具有主動區以及週邊區。電極陣列位於主動區且包括多個第一電極以及多個第二電極，其中第二電極與第一電極彼此電性絕緣且彼此相交。第三電極分別位於週邊區的不同側，且電性絕緣於電極陣列。
本發明的一種用於上述觸控面板的觸控控制單元，其包括驅動控制單元以及訊號處理單元。驅動控制單元包括接觸驅動單元、非接觸驅動單元以及選擇器。接觸驅動單元用以提供接觸驅動訊號至各接觸驅動電極。非接觸驅動單元用以提供非接觸驅動訊號至非接觸驅動電極。選擇器耦接於接觸驅動單元以及非接觸驅動單元。驅動控制單元依據選擇器的選擇而輸出接觸驅動訊號或非接觸驅動訊號。訊號處理單元用以接收來自接觸感測電極以及非接觸感測電極的訊號，以判別目標物的觸控資訊。
本發明的一種用於上述觸控面板的觸控控制單元，其包括驅動控制單元以及訊號處理單元。驅動控制單元包括接觸驅動單元以及非接觸驅動單元。接觸驅動單元用以提供接觸驅動訊號 至各接觸驅動電極。非接觸驅動單元用以提供非接觸驅動訊號至各非接觸驅動電極。訊號處理單元用以接收來自接觸感測電極以及非接觸感測電極的訊號，以判別目標物的觸控資訊。
基於上述，本發明的上述實施例將用於三維觸控的第三電極整合於接觸式觸控面板中，且對應設計觸控面板的觸控控制單元。因此，本發明的上述實施例的觸控面板可兼具二維觸控及三維觸控的功能。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
10、20‧‧‧觸控控制單元
12、22‧‧‧驅動控制單元
12a‧‧‧接觸驅動單元
12b‧‧‧非接觸驅動單元
14‧‧‧訊號處理單元
24‧‧‧選擇器
100、200、300、400‧‧‧觸控面板
110‧‧‧基板
120‧‧‧電極陣列
122、122A‧‧‧第一電極
124、124A‧‧‧第二電極
130‧‧‧第三電極
140、140A、140B‧‧‧絕緣層
150‧‧‧第四電極
A1‧‧‧主動區
A2‧‧‧週邊區
C1‧‧‧第一連接部
C2‧‧‧第二連接部
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
O、W‧‧‧開口
P1‧‧‧第一電極墊
P2‧‧‧第二電極墊
S‧‧‧觸控資訊
TD‧‧‧接觸驅動訊號
TLD‧‧‧非接觸驅動訊號
TS、TLS‧‧‧訊號
U‧‧‧目標物
X‧‧‧相交處
A-A’、B-B’、C-C’、D-D’、E-E’、F-F’、G-G’、H-H’‧‧‧剖線
圖1A是依照本發明的第一實施例的一種觸控面板的俯視示意圖。
圖1B及圖1C分別是沿圖1A中的剖線A-A’及剖線B-B’的剖面示意圖。
圖1D是圖1A中的第四電極的局部俯視示意圖。
圖2是用於圖1A的觸控面板的觸控控制單元的示意圖。
圖3A是依照本發明的第二實施例的一種觸控面板的俯視示意圖。
圖3B及圖3C分別是沿圖3A中的剖線C-C’及剖線D-D’的剖面示意圖。
圖4是用於圖3A的觸控面板的觸控控制單元的示意圖。
圖5A是依照本發明的第三實施例的一種觸控面板的俯視示意圖。
圖5B及圖5C分別是沿圖5A中的剖線E-E’及剖線F-F’的剖面示意圖。
圖6A是依照本發明的第四實施例的一種觸控面板的俯視示意圖。
圖6B及圖6C分別是沿圖6A中的剖線G-G’及剖線H-H’的第一種剖面示意圖。
圖7A及圖7B分別是沿圖6A中的剖線G-G’及剖線H-H’的第二種剖面示意圖。
圖8A及圖8B分別是沿圖6A中的剖線G-G’及剖線H-H’的第三種剖面示意圖。
圖1A是依照本發明的第一實施例的一種觸控面板的俯視示意圖。圖1B及圖1C分別是沿圖1A中的剖線A-A’及剖線B-B’的剖面示意圖。圖1D是圖1A中的第四電極的局部俯視示意圖。請參照圖1A至圖1D，本實施例的觸控面板100包括基板110、電極陣列120以及多個第三電極130。
基板110可以是顯示面板中的元件基板或是設置在顯示面板外的蓋板(Cover lens)。元件基板例如是液晶顯示面板的對向 基板、有機發光二極體顯示面板的封裝蓋板等，但不以此為限。基板110具有主動區A1以及週邊區A2。週邊區A2位於主動區A1的至少一側，且週邊區A2例如環繞主動區A1，但不以此為限。
電極陣列120位於主動區A1且包括多個第一電極122以及多個第二電極124，其中第二電極124與第一電極122彼此電性絕緣且彼此相交。詳細而言，本實施例的各第一電極122以及各第二電極124例如分別為條狀電極，其中第一電極122沿第一方向D1排列，且分別沿第二方向D2延伸。第二電極124沿第二方向D2排列，且分別沿第一方向D1延伸。第一方向D1與第二方向D2相交，且第一方向D1與第二方向D2例如是彼此垂直，但不以此為限。
第一電極122與第二電極124設置在基板110的同一表面上。為避免第一電極122與第二電極124相接觸而短路，觸控面板100可進一步在第一電極122與第二電極124之間設置絕緣層140，以將第一電極122與第二電極124分隔開來。在本實施例中，絕緣層140例如連續狀絕緣薄膜，其覆蓋主動區A1且曝露出週邊區A2，且絕緣層140設置在第一電極122與第二電極124之間，使第一電極122與第二電極124可透過絕緣層140而彼此電性絕緣。
進一步而言，第一電極122設置在基板110上。絕緣層140覆蓋第一電極122以及主動區A1中被第一電極122所曝露出來的基板110，且提供第二電極124一平坦的承載面。第二電極 124設置在絕緣層140上。然而，本發明不限於上述。絕緣層140的型態或其所覆蓋的範圍不限於圖1A所繪示者。在另一實施例中，絕緣層140也可進一步覆蓋週邊區A2。或者，絕緣層140也可以是多個彼此分離的島狀的絕緣圖案，且絕緣圖案設置在第一電極122與第二電極124的相交處。
第三電極130電性絕緣於電極陣列120，且例如與電極陣列120設置在基板110的同一側上。如圖1A所示，第三電極130分別位於週邊區A2的不同側，且例如分別鄰近基板110的四邊設置，使得電極陣列120位於第三電極130所環設出的區域內，但不限於此。舉例而言，第三電極130也可設置在基板110的四個角落。或者，第三電極130也可設置在基板110的一對邊或一對角。
第三電極130與電極陣列120可採用相似或相同的材料，且第三電極130與第一電極122或第二電極124可用同一道製程製作而成。舉例而言，電極陣列120與第三電極130的材料例如分別為透明導電材料，如金屬氧化物，但不限於此。所述金屬氧化物包括銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物或銦鍺鋅氧化物，但不以此為限。
觸控面板100可進一步包括第四電極150。第四電極150至少位於主動區A1，且例如是進一步延伸至週邊區A2中，使得第四電極150的側壁與第三電極130的側壁相互切齊。也就是說，第四電極150在基板110上的正投影重疊於第一電極122、第二電 極124以及第三電極130在基板110上的正投影，但不限於此。由於第四電極150的面積近似於基板110的面積，因此本實施例將第四電極150設置在基板110上與電極陣列120以及第三電極130相對的一側，以使電極陣列120、第三電極130以及第四電極150維持獨立的電性。在另一實施例中，第四電極150的面積也可小於或等於主動區A1的面積，使得第四電極150在基板110上的正投影不重疊於第三電極130在基板110上的正投影。如此，則可以不用考慮第四電極150與第三電極130位於同一表面時兩者相接觸而造成短路的問題。從而，第四電極150與第三電極130可以位於基板110上與電極陣列120相對的一側。或者，第三電極130與電極陣列120可以位於基板110的同一側，而第四電極150位於基板110上與第三電極130以及電極陣列120相對的一側。
第四電極150的材料也可以是上述的透明導電材料，且其型態可以是如圖1D所繪示的由多條相互交叉的電極所形成的網格狀電極，其中網格狀電極的線寬及開口O的大小可端視實際的設計需求而定。此外，開口O的形狀除了四邊形之外，也可以是其他的多邊形。
在完成第四電極150的製作之後，可在基板110製作有第四電極150的表面上接續顯示面板的製程，以形成觸控顯示面板。或者，也可透過未繪示的黏著層將觸控面板100與顯示面板接合。
觸控面板100具有接觸模式以及非接觸模式，用以分別 在目標物U(如使用者的手指、觸控筆或其他導電物體)進行二維觸控或三維觸控時，判別目標物U的觸控資訊，如觸控座標或目標物的移動資訊等。在本實施例中，電極陣列120例如為用於二維觸控的電極，而第三電極130以及第四電極150例如為用於三維觸控的電極。也就是說，用於二維觸控的電極與用於三維觸控的電極是彼此獨立設置的。
在接觸模式下，第一電極122以及第二電極124的其中一者作為接觸驅動電極，且第一電極122以及第二電極124的其中另一者作為接觸感測電極。在本實施例中，較靠近目標物U的第二電極124例如作為接觸感測電極，而較遠離目標物U的第一電極122作為接觸驅動電極，但不限於此。在另一實施例中，第二電極124也可作為接觸驅動電極，而第一電極122可作為接觸感測電極。在非接觸模式下，第四電極150作為非接觸驅動電極，且第三電極130作為非接觸感測電極。
以下搭配圖2說明觸控面板100判別觸控資訊的方法。圖2是用於圖1A的觸控面板的觸控控制單元的示意圖。請參見圖1A、圖1B及圖2，觸控控制單元10電性連接於觸控面板100，用以傳遞驅動訊號至對應的接觸驅動電極以及非接觸驅動電極，且接收來自接觸感測電極以及非接觸感測電極的訊號，以判別目標物U的觸控資訊。
觸控控制單元10包括驅動控制單元12以及訊號處理單元14。驅動控制單元12包括接觸驅動單元12a以及非接觸驅動單 元12b。接觸驅動單元12a電性連接於接觸驅動電極，用以提供接觸驅動訊號TD至各接觸驅動電極。非接觸驅動單元12b電性連接於非接觸驅動電極，用以提供非接觸驅動訊號TLD至各非接觸驅動電極。在本實施例中，用於二維觸控以及三維觸控的驅動電極是彼此獨立設置的，因此，非接觸驅動電極以及接觸驅動電極可以是同步驅動。
訊號處理單元14電性連接於接觸感測電極以及非接觸感測電極，用以接收來自接觸感測電極以及非接觸感測電極的訊號TS、TLS，以判別目標物的觸控資訊S，使觸控面板100執行對應於觸控資訊S的功能。
具體地，在接觸模式下，接觸驅動電極(如第一電極122)分別被依序地提供接觸驅動訊號TD，使得接觸驅動電極(如第一電極122)與接觸感測電極(如第二電極124)之間形成邊際電場。當目標物U接觸電極陣列120時，電極陣列120對應接觸之區域的邊際電場發生變化，接觸感測電極接收發生變化的訊號TS且將訊號TS傳送至訊號處理單元14，如此即可偵測目標物U的觸控位置。
同理，在非接觸模式下，非接觸驅動電極(如第四電極150)被提供非接觸驅動訊號TLD，使得非接觸驅動電極(如第四電極150)與非接觸感測電極(如第三電極130)之間形成邊際電場。在此，用於三維觸控的電極之間所形成的邊際電場大於用於二維觸控的電極之間所形成的邊際電場，以確保目標物U在接近但未接 觸到非接觸感測電極時，非接觸感測電極能夠感測到三維觸控的電極之間的邊際電場的變化量且將發生變化的訊號TLS傳送至訊號處理單元14，以利訊號處理單元14判別目標物U的移動或手勢等。
由上述，本實施例將用於三維觸控的第三電極130以及第四電極150與用於二維觸控的電極陣列120整合在基板110上，且對應設計觸控面板100的觸控控制單元。因此，觸控面板100可兼具二維觸控及三維觸控的功能，而有助於提升使用者操作上的便利性與直覺性。
圖3A是依照本發明的第二實施例的一種觸控面板的俯視示意圖。圖3B及圖3C分別是沿圖3A中的剖線C-C’及剖線D-D’的剖面示意圖。圖4是用於圖3A的觸控面板的觸控控制單元的示意圖。請參照圖3A至圖3C，本實施例的觸控面板200大致相同於圖1A至圖1C的觸控面板100，且相同的元件以相同的標號表示，於此便不再贅述。觸控面板200與觸控面板100的主要差異在於，本實施例的電極陣列110除了作為二維觸控的電極之外，更作為非接觸模式下的非接觸驅動電極，因此，本實施例可省略觸控面板100中作為非接觸驅動電極的第四電極150的設置，而具有相對簡化的製程。此外，由於本實施例的非接觸驅動電極沒有被導電膜層所遮蔽，因此可避免訊號被遮蔽的問題，而使觸控面板200在非接觸模式下亦具有良好的觸控靈敏度。
在本實施例中，電極陣列110除了作為二維觸控的電極 之外，更作為非接觸模式下的非接觸驅動電極。也就是說，用於二維觸控以及三維觸控的電極不是彼此獨立設置的而是共用的，因此，非接觸驅動電極以及接觸驅動電極需採用分時驅動。請參照圖4，用於觸控面板200的觸控控制單元20大致相同於用於觸控面板100的觸控控制單元10，且相同的元件以相同的標號表示，於此便不再贅述。觸控控制單元20與觸控控制單元10的主要差異在於，驅動控制單元22更包括選擇器24，其中選擇器24耦接於接觸驅動單元12a以及非接觸驅動單元12b，且驅動控制單元22依據選擇器24的選擇而輸出接觸驅動訊號TD或非接觸驅動訊號TLD。也就是說，在同一時序下，驅動控制單元22僅輸出接觸驅動訊號TD與非接觸驅動訊號TLD的其中一者。
在上述實施例中，電極陣列110與第三電極130皆設置在基板110的同一側，但本發明不限於此。圖5A是依照本發明的第三實施例的一種觸控面板的俯視示意圖。圖5B及圖5C分別是沿圖5A中的剖線E-E’及剖線F-F’的剖面示意圖。請參照圖5A至圖5C，本實施例的觸控面板300大致相同於圖3A至圖3C的觸控面板200，且相同的元件以相同的標號表示，於此便不再贅述。觸控面板300與觸控面板200的主要差異在於，本實施例的電極陣列120與第三電極130分別設置在基板110的相對兩側上。在本實施例中，第一電極122比第二電極124更靠近目標物U，因此，在接觸模式下，第一電極122例如作為接觸感測電極，且第二電極124接觸驅動電極。也就是說，第一電極122與圖4中的接觸 驅動單元12a電性連接，而第二電極124與訊號處理單元14電性連接。
在上述實施例中，各第一電極122以及各第二電極124皆繪示為條狀電極，但本發明不用以限定各第一電極122以及各第二電極124的形狀。圖6A是依照本發明的第四實施例的一種觸控面板的俯視示意圖。圖6B及圖6C分別是沿圖6A中的剖線G-G’及剖線H-H’的第一種剖面示意圖。請參照圖6A至圖6C，本實施例的觸控面板400大致相同於圖3A至圖3C的觸控面板200，且相同的元件以相同的標號表示，於此便不再贅述。觸控面板400與觸控面板200的主要差異在於，本實施例的各第一電極122A包括多個第一電極墊P1以及多個第一連接部C1，其中各第一連接部C1將相鄰兩個第一電極墊P1沿第二方向D2串接。此外，各第二電極124A包括多個第二電極墊P2以及多個第二連接部C2，其中各第二連接部C2將相鄰兩個第二電極墊P2沿第一方向D1串接。
第一電極122A與第二電極124A相交於第一連接部C1以及第二連接部C2，且第一電極122A與第二電極124A透過絕緣層140而彼此電性絕緣。在本實施例中，第一電極122A與第二電極124A分別設置在絕緣層140的相對兩側。具體地，第一電極122A設置在基板110上。絕緣層140覆蓋第一電極122A以及主動區A1中被第一電極122A所曝露出來的基板110，且提供第二電極124A一平坦的承載面。第二電極124A設置在絕緣層140上。 然而，絕緣層140的型態，或者絕緣層140、第一電極122A以及第二電極124A之間的相對設置關係不限於圖6B及圖6C所繪示者。以下以圖7A至圖8B說明絕緣層140、第一電極122A以及第二電極124A之間的其他種相對設置關係。
圖7A及圖7B分別是沿圖6A中的剖線G-G’及剖線H-H’的第二種剖面示意圖。請參照圖7A及圖7B，本實施例的絕緣層140A、第一電極122A以及第二電極124A之間的相對設置關係大致相同於圖6B及圖6C中的絕緣層140、第一電極122A以及第二電極124A之間的相對設置關係。主要差異在於，本實施例的第一電極墊P1與第二電極124A一起設置在基板110上。絕緣層140A覆蓋第一電極墊P1、第二電極124A以及主動區A1中被第一電極墊P1與第二電極124A所曝露出來的基板110。此外，絕緣層140A具有多個開口W，各開口W曝露出對應的第一電極墊P1的部分區域。第二連接部C2設置在絕緣層140A上，且透過開口W而與對應的第一電極墊P1接觸。
圖8A及圖8B分別是沿圖6A中的剖線G-G’及剖線H-H’的第三種剖面示意圖。請參照圖8A及圖8B，本實施例的絕緣層140B、第一電極122A以及第二電極124A之間的相對設置關係大致相同於圖7B及圖7C中的絕緣層140A、第一電極122A以及第二電極124A之間的相對設置關係。主要差異在於，本實施例的絕緣層140B是設置在第一電極122A與第二電極124A的相交處X的多個島狀的絕緣圖案。詳細而言，第一電極墊P1與第二電極 124A一起設置在基板110上。絕緣層140B覆蓋位於相交處X的第一電極122A，例如覆蓋第一連接部C1以及與第一連接部C1連接的第一電極墊P1的部分區域。第二連接部C2跨越絕緣層140B上，且將相鄰的第一電極墊P1串接。
綜上所述，本發明的上述實施例將用於三維觸控的第三電極整合於接觸式觸控面板中，且對應設計觸控面板的觸控控制單元。因此，本發明的上述實施例的觸控面板可兼具二維觸控及三維觸控的功能。
100‧‧‧觸控面板
110‧‧‧基板
120‧‧‧電極陣列
122‧‧‧第一電極
124‧‧‧第二電極
130‧‧‧第三電極
150‧‧‧第四電極
A1‧‧‧主動區
A2‧‧‧週邊區
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
A-A’、B-B’‧‧‧剖線

Claims (13)

  1. 一種觸控面板，包括：一基板，具有一主動區以及一週邊區；一電極陣列，位於該主動區且包括多個第一電極以及多個第二電極，其中該些第二電極與該些第一電極彼此電性絕緣且彼此相交；以及多個第三電極，分別位於該週邊區的不同側，且電性絕緣於該電極陣列。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的觸控面板，其中該觸控面板具有一接觸模式以及一非接觸模式，在該接觸模式下，該些第一電極以及該些第二電極的其中一者作為接觸驅動電極，且該些第一電極以及該些第二電極的其中另一者作為接觸感測電極，在該非接觸模式下，該電極陣列作為非接觸驅動電極，且該些第三電極作為非接觸感測電極。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的觸控面板，其中該電極陣列以及該些第三電極設置在該基板的同一側上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的觸控面板，其中該電極陣列與該些第三電極分別設置在該基板的相對兩側上。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的觸控面板，更包括一第四電極，至少位於該主動區，該第四電極電性絕緣於該電極陣列以及該些第三電極，且該第四電極與該電極陣列分別設置在該基板的相對兩側上，其中該觸控面板具有一接觸模式以及一非接觸模 式，在該接觸模式下，該些第一電極以及該些第二電極的其中一者作為接觸驅動電極，且該些第一電極以及該些第二電極的其中另一者作為接觸感測電極，在該非接觸模式下，該第四電極作為非接觸驅動電極，且該些第三電極作為非接觸感測電極。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的觸控面板，其中該第四電極設置在該基板上與該電極陣列以及該些第三電極相對的一側。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的觸控面板，其中該第四電極為網格狀電極，且該第四電極在該基板上的正投影重疊於該些第一電極、該些第二電極以及該些第三電極在該基板上的正投影。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的觸控面板，更包括一絕緣層，其中該些第一電極與該些第二電極透過該絕緣層而彼此電性絕緣。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的觸控面板，其中該絕緣層包括設置在該些第一電極與該些第二電極的相交處的多個島狀的絕緣圖案，或者該絕緣層是位於該些第一電極與該些第二電極之間的連續狀絕緣薄膜。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的觸控面板，其中各該第一電極以及各該第二電極分別為條狀電極。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的觸控面板，其中各該第一電極包括多個第一電極墊以及多個第一連接部，各該第一連接部將相鄰兩個第一電極墊串接，各該第二電極包括多個第二電極墊以及多個第二連接部，各該第二連接部將相鄰兩個第二電極墊串 接。
  12. 一種用於如申請專利範圍第2項所述的觸控面板的觸控控制單元，包括：一驅動控制單元，包括：一接觸驅動單元，用以提供一接觸驅動訊號至各該接觸驅動電極；一非接觸驅動單元，用以提供一非接觸驅動訊號至該非接觸驅動電極；以及一選擇器，耦接於該接觸驅動單元以及該非接觸驅動單元，該驅動控制單元依據該選擇器的選擇而輸出該接觸驅動訊號或該非接觸驅動訊號；以及一訊號處理單元，用以接收來自該些接觸感測電極以及該些非接觸感測電極的訊號，以判別一目標物的觸控資訊。
  13. 一種用於如申請專利範圍第5項所述的觸控面板的觸控控制單元，包括：一驅動控制單元，包括：一接觸驅動單元，用以提供一接觸驅動訊號至各該接觸驅動電極；以及一非接觸驅動單元，用以提供一非接觸驅動訊號至各該非接觸驅動電極；以及一訊號處理單元，用以接收來自該些接觸感測電極以及該些非接觸感測電極的訊號，以判別一目標物的觸控資訊。
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