TW201907280A - 壓力觸控感應裝置及其檢測方法 - Google Patents

Abstract

一種壓力觸控感應裝置，包含一控制晶片、一觸控檢測單元及一壓力檢測單元。該觸控檢測單元包括一觸摸板，及一觸控電極層，該觸控電極層具有多個陣列設置於該觸摸板上的觸控感應電極及觸控驅動電極，該等觸控感應電極及該等觸控驅動電極與該控制晶片電連接。該壓力檢測單元與該觸控檢測單元間隔設置，並包括一基板及一壓力電極層，該壓力電極層具有多個陣列設置於該基板上並與該控制晶片電連接的壓力驅動電極。此外，本發明還提供一種使用該壓力觸控感應裝置的壓力觸控感應檢測方法。

Description

壓力觸控感應裝置及其檢測方法

本發明是有關於一種觸控裝置及觸控檢測方法，特別是指一種壓力觸控感應裝置及其檢測方法。

隨著觸控技術的日趨進步，使用者希望顯示面板區域除了能實現二維平面觸控功能外，還希望能在其上施加壓力（垂直於顯示面板的第三維方向）進行感應，以形成壓力感應操作體驗和效果，讓使用者可通過對顯示面板施加不同的壓力進行不同操作，進而滿足使用者對觸控效果的高要求。

然而，現有觸控裝置的輔助按鍵主要分為實體機械按鍵和虛擬電容按鍵，其中，實體機械式按鍵不僅沒有觸控感應功能，更沒有壓力感應功能，且在反覆的使用實體機械式案鍵的過程中，容易造成其按鍵的損壞，進而影響整體裝置的使用；而一般常見的輔助按鍵中的虛擬電容按鍵即是例如手機行動裝置中的返回按鍵或首頁(HOME)按鍵，也僅有觸控功能而沒有壓力感應功能，此外，無論實體機械按鍵或虛擬電容按鍵，均是放置在顯示面板區域外，都會影響手機螢幕占比。

再者，現有實現壓力感應的觸控裝置中，均須使用兩個控制器分別控制觸控感應與壓力感應兩種不同機制，不僅耗費成本且占據電子裝置內部的組裝空間。

因此，本發明的目的，即在提供一種壓力觸控感應裝置。

於是，本發明壓力觸控感應裝置包含一控制晶片、一觸控檢測單元，及一壓力檢測單元，且適用於將一顯示面板安裝在該觸控檢測單元與該壓力檢測單元之間。

該觸控檢測單元包括一觸摸板，及一觸控電極層，該觸控電極層具有多個陣列設置於該觸摸板上的觸控感應電極及觸控驅動電極，該等觸控感應電極及該等觸控驅動電極與該控制晶片電連接。

該壓力檢測單元與該觸控檢測單元間隔設置，並包括一基板，及一壓力電極層，該壓力電極層具有多個陣列設置於該基板上並與該控制晶片電連接的壓力驅動電極。

此外，本發明之另一目的，即在提供一種壓力觸控感應檢測方法。

於是，本發明壓力觸控感應檢測方法包含一準備步驟、一信號發出步驟、一按壓步驟、一感測步驟、一計算處理步驟，及一實現步驟。

該準備步驟是準備如前述的壓力觸控感應裝置。該信號發出步驟是讓該控制晶片同時或分時地向該等觸控驅動電極及該等壓力驅動電極發出一激勵信號。該按壓步驟是讓一使用者按壓該壓力觸控感應裝置的該觸摸板。該感測步驟是以該控制晶片接收該等觸控感應電極與該等觸控驅動電極之間的一第一電容變化，及接收該等觸控感應電極上的該激勵信號所產生的變化。該計算處理步驟是以該控制晶片計算處理該第一電容變化，並計算處理該等觸控感應電極上的該激勵信號的改變值，將該改變值換算成一壓力值，以判斷該壓力值是否大於一預定臨界值。該實現步驟是依據經計算處理的該第一電容變化來確認按壓位置，且依據該激勵信號的該改變值計算出的該壓力值大於該預定臨界值時，以確認按壓力度並觸發該等壓力驅動電極，實現壓力感應。

又，本發明之又一目的，即在提供另一種壓力觸控感應檢測方法。

於是，本發明另一種壓力觸控感應檢測方法包含一準備步驟、一信號發出步驟、一按壓步驟、一感測步驟、一計算處理步驟，及一實現步驟。

該準備步驟是準備具有壓力感應電極的壓力觸控感應裝置。該信號發出步驟是讓該控制晶片同時向該等觸控驅動電極及該等壓力驅動電極發出一激勵信號。該按壓步驟是讓一使用者按壓該壓力觸控感應裝置的該觸摸板。該感測步驟是以該控制晶片接收該等觸控感應電極與該等觸控驅動電極之間的一第一電容變化，及接收該等壓力驅動電極與該等壓力感應電極之間的一第二電容變化。該計算處理步驟是以該控制晶片計算處理該第一電容變化與該第二電容變化，並將該第二電容變化換算成一壓力值，以判斷該壓力值是否大於一預定臨界值。該實現步驟是依據經計算處理的該第一電容變化來確認按壓位置，且依據該第二電容變化計算出的該壓力值大於該預定臨界值時，以確認按壓力度並觸發該等壓力驅動電極，實現壓力感應。

本發明的功效在於，將觸控感應與壓力感應整合於顯示面板的顯示區域中，能將觸控裝置的輔助按鍵集成在顯示區域中，並以單一個控制晶片控制該觸控檢測單元與該壓力檢測單元，且該觸控檢測單元與該壓力檢測單元分別獨立運作而彼此不影響，使得裝配與拆卸簡易，使用者可視需求選擇是否裝配該壓力檢測單元。此外，其壓力觸控感應的檢測方法可透過該觸控檢測單元確認按壓位置，並藉由該控制晶片檢測該壓力值大於該預定臨界值時，結合按壓位置和按壓力度，透過該壓力檢測單元觸發壓力感應。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1與圖2，本發明壓力觸控感應裝置的一第一實施例，包含一控制晶片20、一與該控制晶片20電連接的觸控檢測單元2，及一與該觸控檢測單元2相間隔設置且電聯接於該控制晶片20的壓力檢測單元3，適用於將一顯示面板100安裝在該觸控檢測單元2與該壓力檢測單元3之間。

該控制晶片20包括一感應信號輸入端201及一驅動信號輸出端202，於本發明中，該控制晶片20設置的位置可以設置在該觸控檢測單元2上、該壓力檢測單元3上，或是設置於所應用的產品上，其設置位置並無特別限制，可根據產品的結構來設置，只要能讓該控制晶片20與該觸控檢測單元2及該壓力檢測單元3電連接即可。

具體地說，該觸控檢測單元2設置於該顯示面板100上，並包含一觸摸板21及一觸控電極層22。該觸控電極層22具有多個陣列設置於該觸摸板21之鄰近該顯示面板100的表面的觸控感應電極221與觸控驅動電極222，該等觸控感應電極221與該感應信號輸入端201電連接，該等觸控驅動電極222與該驅動信號輸出端202電連接。

該壓力檢測單元3與該觸控檢測單元2間隔設置且可移除地連接該控制晶片20，並包括一基板31，及一壓力電極層32。該壓力電極層32具有多個陣列設置於該基板31之鄰近該顯示面板100的表面的壓力驅動電極321，且該等壓力驅動電極321以引線電連接至該控制晶片20的該驅動信號輸出端202。此處要特別說明的是，可視情況讓該壓力電極層32還具有一設置於該基板31上且也以引線電連接該控制晶片20的接地電極300，藉由將該接地電極300設置於該機板31外圍而圍繞該等壓力驅動電極321，能避免外界干擾並有效提高靜電放電(electrostatic discharge，ESD)性能。

另外要特別說明的是，該觸摸板21與該觸控電極層22的設置順序可相互交換，且該基板31與該壓力電極層32的設置順序也可相互交換。詳細地說，該觸控電極層22也可設置在該觸摸板21之遠離顯示面板100的表面，只要多加一片保護層(圖未示)覆蓋保護該觸控電極層22即可；同樣地，該壓力電極層32也可設置在該基板31之遠離顯示面板100的表面，只要多加一片保護層(圖未示)覆蓋保護該壓力電極層32即可。

配合參閱圖3與圖4，詳細地說，該等壓力驅動電極321設置於該基板31的分布態樣並無特別限定，可如圖3呈N列排列，也可以如圖4呈M行排列，還可以是M行×N列的態樣排列，其中，M與N為自然數，M、N≧1，其圖3與圖4的態樣僅是示意圖，其電極圖案可為任何如三角形、菱形、梯形，或挖空處理等條形圖案均適用。適用於該壓力檢測單元3的該基板31可選自印刷電路板(PCB)、玻璃基板，或聚對苯甲酸乙二酯(PET)基板。

此處要進一步說明，該壓力檢測單元3與該顯示面板100設置順序可以視需求互換，也就是讓該壓力檢測單元3位於該顯示面板100與該觸控檢測單元2之間，讓整體組裝自由度更高。

本發明壓力觸控感應裝置的一第二實施例大致相同於該第一實施例，不同處在於，該壓力電極層32還具有多個壓力感應電極322。

參閱圖5，具體地說，該等壓力感應電極322陣列地設置於該基板31的其中一表面並以引線電連接至該控制晶片20(見圖2)。詳細地說，該等壓力感應電極322可與該等壓力驅動電極321共同設置於該基板31的相同表面，也可以分別設置於該基板31的相反表面，且該等壓力驅動電極321與該等壓力感應電極322的分布態樣也無特別限定，可以是分別形成於該基板31的相反表面而呈N列排列或呈M行排列，更可以是形成於該基板31的相同表面而分別呈N列排列交替排列或呈M行排列交替排列，於該第二實施例中，是以如圖5所示之該等壓力驅動電極321與該等壓力感應電極322共同設置於該基板31的相同表面而呈M行×N列的態樣排列為例作說明，其中，M與N為自然數，M、N≧1。

此處要說明的是，於該第一實施例與該第二實施例中，適用於該等觸控感應電極221、該等壓力驅動電極321、該等壓力感應電極322，及該接地電極300的材料可選自氧化銦錫、奈米銀、石墨烯、金屬，及導電複合物。

此處值得一提的是，由前述壓力觸控感應裝置可知，除了將該觸控檢測單元2的該等觸控感應電極221電連接於該控制晶片20外，該壓力檢測單元3的該等壓力驅動電極321與該等壓力感應電極322也是電連接於該控制晶片20，從而能以單一個控制晶片20來控制該觸控檢測單元2與該壓力檢測單元3，能減省生產成本及整體裝置內部的組裝空間。此外，該壓力觸控感應裝置還可根據使用者的需求，選擇是否是否加裝該壓力檢測單元3，其裝配與拆卸都很簡單而能滿足不同消費者的需求。

參閱圖6與圖7，以下分別說明本發明利用前述該第一實施例與該第二實施例的壓力觸控感應裝置進行的壓力觸控感應檢測方法。

當使用該第一實施例的壓力觸控感應裝置時，其壓力觸控感應檢測方法包含以下步驟一準備步驟501、一信號發出步驟502、一按壓步驟503、一感測步驟504、一計算處理步驟505，及一實現步驟506。

首先，該準備步驟501是準備前述該第一實施例的壓力觸控感應裝置。再以該信號發出步驟502讓該控制晶片20向該觸控電極層22的該等觸控驅動電極222及該壓力驅動電極層32的該等壓力驅動電極321發出一激勵信號。

接著，讓使用者進行該按壓步驟503，以手指直接按壓該觸摸板21，即進入該感測步驟504，當按壓力度小時，僅會觸發觸控感應而不會觸發壓力感應。具體地說，此時，該控制晶片20會對該觸控檢測單元2進行感測並先執行該感測步驟504、該計算處理步驟505與該實現步驟506，以接收該等觸控感應電極221與該等觸控驅動電極222之間的一第一電容變化，並透過該控制晶片20計算處理該第一電容變化，而依據經計算處理的該第一電容變化即可確認按壓位置。

最後，當按壓力度逐漸變大而使該觸摸板21及該觸控檢測單元2產生微弱形變時(如圖7所示)，輸入至該等觸控感應電極221的該激勵信號產生改變，因此，該控制晶片20接收該等觸控感應電極221上的該激勵信號所產生的變化，而透過該計算處理步驟505以該控制晶片20計算處理該等觸控感應電極221上的該激勵信號的改變值，將該改變值換算成一壓力值，以判斷該壓力值是否大於先行設定的一預定臨界值，在該實現步驟506中，依據該激勵信號的該改變值計算出的該壓力值大於該預定臨界值時，則可經由該控制晶片20判斷出按壓力度並觸發該等壓力驅動電極321，進而結合按壓位置與按壓力度來實現壓力感應。

配合參閱圖8，更詳細地來說，以圖8整合並簡要的細分前述以該第一實施例的壓力觸控感應裝置進行檢測的該等步驟，區塊S1是指該觸控檢測單元2的感應過程，該區塊S2則是指該壓力檢測單元3的感應過程。

參閱圖6與圖9，當該準備步驟501是準備前述該第二實施例的壓力觸控感應裝置時，其壓力觸控感應檢測方法大致相同於使用該第一施力的壓力觸控感應裝置時的檢測方法，不同處主要在於該感測步驟504及該計算處理步驟505。

詳細地說，以該第二實施例的壓力觸控感應裝置進行檢測方法中，該感測步驟504接收該第一電容變化之外，並接收該等壓力驅動電極321與該等壓力感應電極322之間的一第二電容變化，而該計算處理步驟505則是計算處理該第二電容變化，以將該第二電容變化換算成一壓力值，判斷該壓力值是否大於先行設定的該預定臨界值。

更詳細地說，以圖9整合並簡要細分以該第二實施例的壓力觸控感應裝置的檢測方法，區塊S1與區塊S2分別是指該觸控檢測單元2的感應過程與該壓力檢測單元3的感應過程，由圖9可知，與以該第一實施例的壓力觸控感應裝置的檢測方法不同之處在於區塊S2。

綜上所述，本發明壓力觸控感應裝置及其檢測方法將觸控感應與壓力感應整合於顯示面板的顯示區域中，能將觸控裝置的輔助按鍵集成在顯示區域中，且能以單一個控制晶片20控制該觸控檢測單元2與該壓力檢測單元3，並可讓使用者視需求選擇是否裝配該壓力檢測單元3；此外，其壓力觸控感應的檢測方法可透過該觸控檢測單元2確認按壓位置，並藉由該控制晶片20檢測該壓力值大於該預定臨界值時，結合按壓位置和按壓力度，透過該壓力檢測單元觸發壓力感應，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

100‧‧‧顯示面板

32‧‧‧壓力電極層

2‧‧‧觸控檢測單元

321‧‧‧壓力驅動電極

20‧‧‧控制晶片

322‧‧‧壓力感應電極

201‧‧‧感應信號輸入端

501‧‧‧準備步驟

202‧‧‧驅動信號輸出端

502‧‧‧信號發出步驟

21‧‧‧觸摸板

503‧‧‧按壓步驟

22‧‧‧觸控電極層

504‧‧‧感測步驟

221‧‧‧觸控感應電極

505‧‧‧計算處理步驟

222‧‧‧觸控驅動電極

506‧‧‧實現步驟

3‧‧‧壓力檢測單元

S1‧‧‧區塊

300‧‧‧接地電極

S2‧‧‧區塊

31‧‧‧基板

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一側視示意圖，說明本發明壓力觸控感應裝置的一第一實施例； 圖2是一示意圖，輔助圖1說明該第一實施例的一觸控檢測單元、一壓力檢測單元，及一控制晶片 圖3是一示意圖，說明該第一實施例的多個壓力驅動電極的其中一種排列方式； 圖4是一示意圖，說明該第一實施例的該等壓力驅動電極的另一種排列方式； 圖5是一示意圖，說明本發明壓力觸控感應裝置的一第二實施例的多個感應電極與多個壓力驅動電極的其中一種排列方式； 圖6是一流程示意圖，說明本發明以該第一實施例及該第二實施例進行壓力觸控感應檢測方法的流程示意圖； 圖7是一側視示意圖，說明該第一實施例經一使用者按壓的態樣； 圖8是一流程示意圖，說明以該第一實施例進行壓力觸控感應檢測方法的詳細流程；及 圖9是一流程示意圖，說明以該第二實施例進行壓力觸控感應檢測方法的詳細流程。

Claims (12)

1. 一種壓力觸控感應裝置，包含： 一控制晶片； 一觸控檢測單元，包括一觸摸板，及一觸控電極層，該觸控電極層具有多個陣列設置於該觸摸板上的觸控感應電極及觸控驅動電極，該等觸控感應電極及該等觸控驅動電極與該控制晶片電連接；及 一壓力檢測單元，與該觸控檢測單元間隔設置，並包括一基板及一壓力電極層，該壓力電極層具有多個陣列設置於該基板上並與該控制晶片電連接的壓力驅動電極。
2. 如請求項1所述的壓力觸控感應裝置，其中，該控制晶片包括一感應信號輸入端及一驅動信號輸出端，該等觸控感應電極及該等觸控驅動電極與該感應信號輸入端電連接，該等壓力驅動電極與該驅動信號輸出端電連接。
3. 如請求項1所述的壓力觸控感應裝置，其中，該壓力電極層還具有一與該等壓力驅動電極位於同一表面的接地電極，該接地電極電連接至該控制晶片。
4. 如請求項1所述的壓力觸控感應裝置，其中，該等壓力驅動電極呈M行排列，或呈N列排列，且M與N為自然數，M、N≧1。
5. 如請求項1所述的壓力觸控感應裝置，其中，該等壓力驅動電極呈M行×N列排列，且M與N為自然數，M、N≧1。
6. 如請求項1所述的壓力觸控感應裝置，其中，該壓力電極層還具有多個陣列地設置於該基板的其中一表面的壓力感應電極，該等壓力感應電極電連接至該控制晶片。
7. 如請求項6所述的壓力觸控感應裝置，其中，該等壓力驅動電極與該等壓力感應電極呈M行彼此交替排列，或呈N列彼此交替排列，且M與N為自然數，M、N≧1。
8. 如請求項6所述的壓力觸控感應裝置，其中，該等壓力驅動電極與該等壓力感應電極設置於相同的表面並呈M行×N列排列，且M與N為自然數，M、N≧1。
9. 如請求項1所述的壓力觸控感應裝置，其中，該壓力檢測單元的該基板選自印刷電路板、玻璃基板，或聚對苯甲酸乙二酯基板。
10. 如請求項1所述的壓力觸控感應裝置，其中，該等觸控感應電極及該等壓力驅動電極選自下列構成之群組的材料所製成：氧化銦錫、奈米銀、石墨烯、金屬，及導電複合物。
11. 一種壓力觸控感應檢測方法，包含以下步驟： 一準備步驟，準備如請求項1至5所述的壓力觸控感應裝置； 一信號發出步驟，讓該控制晶片同時或分時地向該等觸控驅動電極及該等壓力驅動電極發出一激勵信號； 一按壓步驟，讓一使用者按壓該壓力觸控感應裝置的該觸摸板； 一感測步驟，以該控制晶片接收該等觸控感應電極與該等觸控驅動電極之間的一第一電容變化，及接收該等觸控感應電極上的該激勵信號所產生的變化； 一計算處理步驟，以該控制晶片計算處理該第一電容變化，並計算處理該等觸控感應電極上的該激勵信號的改變值，將該改變值換算成一壓力值，以判斷該壓力值是否大於一預定臨界值；及 一實現步驟，依據經計算處理的該第一電容變化來確認按壓位置，且依據該激勵信號的該改變值計算出的該壓力值大於該預定臨界值時，以確認按壓力度並觸發該等壓力驅動電極，實現壓力感應。
12. 一種壓力觸控感應檢測方法，包含以下步驟： 一準備步驟，準備如請求項6至8所述的壓力觸控感應裝置； 一信號發出步驟，讓該控制晶片同時向該等觸控驅動電極及該等壓力驅動電極發出一激勵信號； 一按壓步驟，讓一使用者按壓該壓力觸控感應裝置的該觸摸板； 一感測步驟，以該控制晶片接收該等觸控感應電極與該等觸控驅動電極之間的一第一電容變化，及接收該等壓力驅動電極與該等壓力感應電極之間的一第二電容變化； 一計算處理步驟，以該控制晶片計算處理該第一電容變化與該第二電容變化，並將該第二電容變化換算成一壓力值，以判斷該壓力值是否大於一預定臨界值；及 一實現步驟，依據經計算處理的該第一電容變化來確認按壓位置，且依據該第二電容變化計算出的該壓力值大於該預定臨界值時，以確認按壓力度並觸發該等壓力驅動電極，實現壓力感應。