TW201928644A - 具有分支電極之電容式觸控感測器及系統 - Google Patents

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Abstract

一種電容式觸控感測器，包含在一基板上的複數個電極，以及一觸控該感測器的手指之位置，其係藉由監測因該些電極上方或附近的手指的存在之電容變化所引起的輸出訊號變化而決定。本發明提供一種電容式觸控感測器裝置，包含一基板與設置在該基板上的複數個觸控感測器電極。該些電極的每一個包含一個別的主電極條以及從該主電極條延伸的一或多條個別的電極條分支。

Description

具有分支電極之電容式觸控感測器及系統
[相關申請案的對照]
本發明申請案係以2017年12月22日提出之美國專利臨時申請案第62/609,851號一案主張優先權，在此並完整引用做為參考。
本發明係關於電容式觸控感測技術，特別是包含至少複數個電極之電容式觸控感測器。
電容式觸控感測器（例如用於觸控螢幕）通常包括設置在基板層上的實質透明的導電電極的二維十字交叉陣列。 每個電極通常從螢幕的一個邊緣延伸到相對側，並且通常由氧化銦錫（indium-tin-oxide, ITO）製成。 電極可以是條帶的形式。 每個條帶可以是簡單地直的，窄的軌道或由一系列互連的墊(pad)（例如菱形墊）整體在給定的軸向方向上形成一軌道。 玻璃或塑料的保護性頂層通常會覆蓋基板層和導電條。
具有頻率（例如，在500kHz至30MHz）範圍內的電子訊號可被輸入到電極（共同地或單獨地），同時會監測電極阻抗對該訊號的影響。 當人的手指（或具有一些導電材料的另一個組件）在一或多個電極上施加壓力時，會引起電容的變化，而這種電容變化是可檢測和可測量的。 因此，藉由監測來自每個電極的輸出，可以確定感測器被觸控的位置。 對於二維感測來說，可以監視垂直方向上的二組重疊的電極，藉此二維平面上確定觸控的位置。
傳統的電容式觸控感測器可以使用自電容或互電容配置。單一電極對地的電容通常稱為其自電容。在自電容觸控感測器中，每一電極相對於地的電容會被分別檢測。藉由感測哪些電極具有增加的自電容，就可以確定手指觸控的位置。
在互電容觸控感測器中，垂直電極對之間的互電容會被檢測。 例如，在垂直和水平（X和Y）電極的網格中，垂直的X和Y電極對之間的互電容會被監測。在典型的二維電極網格中，每個X電極被設置成具有與每個Y電極非常接近的區域（因此在每個XY電極對之間產生互電容。藉由感測哪個X電極耦合到哪個Y電極， 一或多個手指觸控的地點就可以二個維度上確定。
典型的互連菱形墊圖案化觸控螢幕在手指滑過電極時，於一些區域中具有快速自電容和互電容變化，而在其他區域中具有最小的電容變化。這種「不一致性(unevenness)」會使得在解析手指位置的精度比二個平行電極之間的間隔更精細的要求上變得困難以及／或者不可靠。 然而，使電極圖案更精細或許不會改善整體功能，因為這樣做會減少想要的電容變化，同時增加不想要的固定電容，像是感測器區域周圍的多重電極跡線之間的交叉電容和交擾電容。減小電極的尺寸和間隔還可能大幅增加給定感測器區域所需的感測通道的量，並且由於要驅動和感測的電極數量較多，可能會降低感測速度。
因此，根據本發明的一個型態，一種電容式觸控感測器裝置包含：一基板；複數個被設置在該基板上的觸控感測器電極，其中每一該電極包含：一個別的主電極條；以及從該主電極條延伸的一或多條個別的電極條分支。
根據本發明的另一個型態，一種電容式觸控感測器系統包含：一觸控感測器控制器；一可操作地耦合至該控制器的電容式觸控感測器裝置，該電容式觸控感測器裝置包含：一基板；複數個被設置在該基板上的觸控感測器電極，其中每一該電極包含：一個別的主電極條；以及從該主電極條延伸的一或多條個別的電極條分支。
根據本發明的另一個型態，一種用於一電容式觸控感測器的電極陣列包含：複數個觸控感測器電極，其中每一該電極包含：一個別的一階電極分支；以及一或多條個別的高階電極分支，該一或多條個別的高階電極分支包含從該一階電極分支延伸的一或多條二階電極分支。
在一些實施例中，該一或多條電極條分支中的每一條包含從該個別的主電極條延伸的一個別的一階分支部分。
在一些實施例中，對於每一該電極，該個別的一階分支部分與該個別的主電極條實質正交。
在一些實施例中，該一或多條電極條分支中的每一條更包含從該一階分支部分延伸的一或多條二階分支部分。
在一些實施例中，該一或多條電極條分支中的每一條更包含從該一或多條二階電極分支部分中的至少一個延伸的一或多條三階分支部分。
在一些實施例中，對於每一該電極，該電極的該個別的一或多條電極條分支與該複數個電極中的至少另一個的一或多條電極條分支交錯。
在一些實施例中，該複數個觸控感測器電極包含第一和第二組電極，該第一組電極的主電極條實質上彼此平行，以及該第二組電極的主電極條實質上彼此平行並且實質上與該第一組電極的主電極條正交。
在一些實施例中，對於該第一組電極中的每一個，該個別的主電極條與該個別的一或多條電極條分支定義一第一圖案，以及對於該第二組電極中的每一個，該個別的主電極條與該個別的一或多條電極條分支定義一第二圖案。
在一些實施例中，該複數個電極的該些電極條分支不會彼此交叉。
在一些實施例中，每一該電極包含複數個互連墊。
在一些實施例中，該些墊具有可變尺寸。
在一些實施例中，對於每一該電極，該電極的該些墊的每一個的尺寸是該墊相對於該電極的該主電極條的一位置之一函數。
在一些實施例中，該些電極條分支的該些墊小於該主電極條的該些墊。
在一些實施例中，該複數個電極的墊數目是電極交叉的數目的至少四倍。
熟悉此技藝者在閱讀過本說明書的特定實施例之詳細說明後，將更可了解本發明的其他型態與特徵。
本發明說明書提供了一種電容式觸控感測裝置和方法，其可用於能夠與手指或其他任何導電物體（例如觸控筆）接合的觸控感測器面板（例如觸控螢幕）。 觸控感測器可實現一維或二維感測。
雖然在圖中所示並於底下敘述的實施例是可以在0.5至30MHz範圍內操作的電容式觸控感測器，但是本發明的型態也可以在使用其他訊號頻率的觸控感測器中實現。
實施例不限於用於電極的ITO，也可以使用其他導電材料。此種導電材料可以是透明的、半透明的或不透明的。在一些實施例中，不透明電極可以非常精細，使得肉眼不能太注意到。可以使用化學製程沉積或印刷電極，或者以其他方式將電極印刷到基板上。典型的ITO條可具有約100歐姆／平方(Ohms/square)的電阻。電極條較佳為具有相對低的電阻，用以減少電子音調訊號的衰減。由細金屬網形成的電極可以提供比傳統ITO條更低的電阻，因此更適用於更大的觸控面板。實施例不限於任何特定類型的電極。電極的形狀也可有變化，並且電極不一定是簡單地直的（均勻寬度）條帶。舉例來說，一些實施例可包括一種或多種其他形狀的電極，像是矩形或圓形。這裡使用的術語「條帶(strip)」包括具有均勻寬度的直線路徑或軌道，以及具有不均勻寬度的路徑或軌道。舉例來說，電極「條帶」可包括一系列互連的墊(pad)（例如菱形墊）。
在以下的敘述中，二個通常正交的電極組可以稱為「垂直」和「水平」電極，或者替代地稱為「X」和「Y」電極，因為它們係用來分別沿X軸和Y軸決定位置。然而，應可理解的是，術語「垂直」和「水平」（或「X」和「Y」）僅用於簡化敘述和說明，並且實施例不限於電極的特定方向，或觸控感測器裝置。
觸控感測器裝置可包括觸控感測器面板，並且還可以包括連接到面板的控制器。在一些實施例中，電容式觸控感測器裝置是除了觸控感測器能力之外還具有顯示能力的觸控螢幕。電容式觸控螢幕可以是「自電容(self-capacitance)」型的投射電容式(projected capacitive, PCAP)觸控螢幕和顯示器（不過在此敘述的電路和方法也同樣適用於不作為螢幕或顯示器的觸控面板）。自電容型觸控感測器裝置通常包括一組行電極（通道）和分佈在面板基板上的一組列電極（通道）。每一電極被單獨地感測訊號，該訊號是由與觸控或靠近部分的屏幕的手指或其他物體所耦合的電容產生的，以有助於識別。每一個來自至少一個X電極和至少一個Y電極（但通常更多個）的訊號被解譯為聲明觸控區域上的一個或多個觸點的位置。每一X和Y電極名義上是獨立的感測器電極。
常見類型的PCAP觸控螢幕被稱為「互電容(mutual-capacitance)」型。同樣地，有X和Y感測器電極，但通常一個軸（例如X軸）中的電極依次被驅動，而來自另一組電極（例如Y軸）的訊號會以更快的速率取樣，使得它們都可以在每一個對一個單獨的發射電極進行驅動的步驟中被取樣。使用此方案，每個訊號是一已知行／列對的結果。這可以管理更多的觸控行為而減少模稜兩可的狀況。而且，通常可根據從多個附近的X/Y電極組合所接收的訊號電平來計算每個觸控位置。
在一些實施例中，電容式觸控面板裝置具有由X電極和Y電極組成的觸控區域（儘管也可以使用任何二組電極，每組電極以像是縱橫交叉(criss-cross)的一些其他幾何形狀來覆蓋觸控區域）。 如果它們是正交的，則可以更容易解譯電極組，但是實施例不限於正交的電極組。
在一些實施例中，電容式觸控面板裝置的觸控感測器具有二組用於電容感測的大致為條狀的電極。每一單獨的感測電極被依次激發和感測，以訊號的形式測量其響應，該訊號與電極經歷的電容耦合程度有關。電容耦合可能是由於在附近或觸控到的手指或物體造成的。由於接觸重疊面積的變化、接觸牢固性，以及物體／手指的特性和其他因素的影響，存在不同程度的接近／耦合。
二組電極中的每一組（例如X和Y電極）可以在整個觸控感測區域上延伸，使得當觸控（或接近）觸摸區域時會獲得來自每一組的一或多個電極的訊號。
圖1所示為示範的電容式觸控感測器裝置(capacitive touch sensor apparatus)100（其為觸控感測器面板的形式）的俯視圖。裝置100可以連接到或更包括連接到裝置100的控制器200（像是圖2的控制器200或圖17的控制器1700）。電容式觸控感測器裝置100包括以下討論的以印刷、沉積或蝕刻於基板(substrate)102的導體元件。 舉例來說，基板102可以是印刷電路板（PCB）基板材料，其包括頂部PCB層與位於頂部PCB層之下的底部PCB層（未示出）。 然而，在此也可以使用其他基板材料（像是包括玻璃或塑膠的透明材料）。在一些實施例中，基板層可包括不同的材料。
本實施例中的電容式觸控感測器裝置100包括設置在基板102上的水平(Y)電極104和垂直(X)電極106。Y電極104與X電極106電氣分離（絕緣）。舉例來說，絕緣層可以位於電極以及／或者電極的重疊區域之間。Y電極104可以設置在基板102的頂部PCB層的底表面上，並且X電極106可以設置在基板102的底部PCB層的頂表面上，其間具有絕緣層。絕緣層設置在Y和X電極104和106之間。絕緣層可以是使電極電絕緣的任何合適的材料。在其他實施例中，單一基板層（例如PCB或一透明基板）可以與基板層的一個面上的Y通道與相對面上的Y通道一起使用。實施例不限於多層通道以及／或者基板層的任何特定配置。
Y電極104以白色示出，具有黑色輪廓，而X電極106在圖1中示出為實心黑色。這種視覺區別並不意味著Y電極104係以與X電極106不同的材料製成。視覺區別僅僅是協助在視覺上區分X電極和Y電極。Y電極104和X電極106可包括相同的材料。舉例來說，電極104/106可以包含金屬導體，例如但不限於銅。在其他實施例中，電極可以由基本上透明的導體製成，例如但不限於ITO或金屬網。
在此範例中的觸控感測器裝置100是單一平面圖案，意味著電極係被設置在實質相同的平面中（僅具有小的間隔）。
在此示範實施例中的每個Y電極104連接到個別的電容108和個別的電感109，以形成個別的諧振電路。在此示範實施例中的每個X電極106連接到個別的電容118和個別的電感119，以形成個別的諧振電路。包括Y電極104的諧振電路可以被稱為Y（水平）「通道」112，而包括X電極106的諧振電路可以被稱為X「通道」114。每個通道112/114係被連接到控制器（未顯示），該控制器將電子音調訊號輸入至通道（包括Y電極104和X電極106）並接收來自通道的輸出。控制器處理輸出以檢測觸控事件。更特別地，處理器檢測來自一或多個通道112/114的輸出的變化。輸出的變化是因為由手指或其他物體接觸裝置100引起的電容變化，所造成一或多個通道112/114的共振頻率的變化。
連接到Y電極104的電容108分別由圖1的第一圖例部分130中所示的個別垂直設置的電容圖像108標示。連接到Y電極104的電感109分別由個別的水平設置的電感圖樣109標示。連接到X電極106的電容118分別由圖1的第二圖例部分132中所示的個別水平設置的電容圖樣118標示。連接到X電極106的電感119分別由第二圖例部分132中所示的個別垂直設置的電感圖樣119標示。
Y通道112（包括Y電極104）共同連接到第一輸入／輸出連結140並且共同連接到接地142（對應的電容108和電感109串聯連接在第一輸入／輸出連結140和接地142之間）。 X通道114（包括X電極106）共同連接到第二輸入／輸出連結144，並且還共同連接到接地142（對應的電容118和電感119串聯連接在第二輸入／輸出連結144和接地142之間）。
在此範例中，電容式觸控裝置100被配置用於頻率多工(frequency multiplexing)，其中每一Y通道112具有唯一的共振頻率（在Y通道112中），並且每個X通道114具有唯一的共振頻率（在X通道114中）。因此，為了掃描Y通道112，一系列輸入訊號被共同輸入至所有Y電極104，並循環通過Y通道112的共振頻率。在頻率多工中，一組通道中的每個通道具有唯一的頻率。如果以與其共振頻帶不匹配的頻率激勵，通道不會受到訊號影響，並且不產生與觸控／接觸相關的響應。如此一來，藉由選擇輸入訊號的頻率，就可以選擇輸入訊號的頻率，一次一個地經由相同導線尋址／查詢來連接該組通道，並且僅對來自當前查詢的通道的觸控訊息進行取樣。在圖1中，Y通道112是一組通道（共享輸入／輸出連結140），X通道114是另一組通道（共享輸入／輸出連結144）。
控制器處理循環頻率的輸出以檢測由觸控事件引起的變化。在X通道114，類似循環的共振頻率輸入訊號被輸入至X通道。控制器可以包括可調電子音調訊號產生器，以產生Y與X通道112/114的一系列輸入訊號。以這種方式的頻率多工允許多個通道連接至單一輸入／輸出連結，藉以減少控制器和裝置100之間所需的連結數。然而，實施例不限於頻率多工觸控面板。本說明書敘述的各種形態也可以應用於其他配置中。例如，電容式觸控螢幕可以包括單獨連接至控制器的通道，以被選擇性地驅動（以相同的頻率或者使用傳統的投射電容式（PCAP）觸控螢幕使用的脈衝序列），而不是採用頻率多工。
頻率多工觸控螢幕配置的範例已於國際專利合作條約(PCT)專利申請公開號WO 2017/219124一案中公開，在此並完整引用作為參考。
電容108和118以及電感109和119可以全部位於基板102的頂表面上，並且根據需要經由基板102和底部PCB層（未顯示）連接至電極104與106、個別的第一與第二輸入／輸出連結140和144以及接地142。在此也可能有其他配置。可以使用任何合適的配置，將電路元件連接在一起形成圖1所示的佈局。
電容式觸控感測器裝置100上的觸控事件可以記錄至少一個Y電極104與至少一個X電極106的電容變化，藉此在二維中確定觸控事件的位置。
如圖1所示，Y和X電極104和106中的每一個都是細長電極條的形式，由幾個間隔開並互連的菱形墊115形成。這些墊115不重疊。而是，在電極104和106的相鄰墊115之間的狹窄部分152處，Y電極104與X電極106重疊或交叉（但不接觸）。形成電極條的互連墊不限於菱形墊。也可以使用其他形狀（例如圓形）。電容式觸控感測器的電極可以設計成在交叉處盡可能窄，以將它們形成的X / Y互電容最小化。最小化是為了限制許多交叉造成的總電容，以減少它「稀釋」要測量的觸控事件而引起的小電容變化，並允許更準確的觸控測量。圖1中的每個墊115可以具有例如約在4mm到8mm範圍內的寬度（沿著X軸）和大致相等的高度（在Y軸上），不過實施例並不限於這個尺寸範圍。
電極104和106不直接連接到接地平面，而電容108和118以及電感109和119不在接地平面上重疊。 因此，電極104和106將「浮動」在基板102上（在電壓感測中）。Y和X電極104和106經由接地142連接至物理接地。手指的觸控透過身體提供虛擬的接地。因此，當人的手指被施加至觸控感測器裝置100時，儘管沒有接地平面，但是由於電容的變化，所測量的振幅響應將增加。在實驗配置中，上述佈局提供了觸控事件5％至6％的響應振幅變化。
作為非限制性範例，圖2是可以連接以控制圖1中所示的觸控感測器裝置100的控制器200的方塊圖。控制器200包括控制電路，其包含處理器202和記憶體204。如上所述，也可以使用其他控制電路裝置。控制器200還包含可調電子音調訊號產生器(tuneable electronic tone signal generator)206，檢測器208以及開關210。記憶體204儲存電腦可執行程式碼，用於使處理器202執行下述功能。在其他實施例中，記憶體204可以作為處理器202的一部分，而不是如圖2所示在處理器202外部。處理器202係連線與可調電子音調訊號產生器206、檢測器208，以及開關210通信。通訊可以包括向可調電子音調訊號產生器206、檢測器208，以及開關210提供控制訊號，以及接收從檢測器208輸出的數據作為輸入。
控制器200的第一輸出端子212可以連接至用於圖1的觸控感測器裝置100的Y通道112的第一輸入／輸出連結140，以激勵Y通道112。控制器200的第二輸出端子214可以連接至圖1的觸控感測器裝置100的X通道114的第二輸入／輸出連結144，以激勵X通道114。
由可調電子音調訊號產生器206產生的電子音調訊號會根據處理器202的指示經過開關210選擇性地輸出至第一輸出端子212或第二輸出端子214。在此範例中的可調電子音調訊號產生器206是能夠在Y和X通道112和114（如圖1所示）的每個共振頻率（或附近）選擇性地產生訊號（用於輸入至觸控感測器裝置100）。處理器202控制開關210與可調電子音調訊號產生器206以掃描每一個Y和X通道112和114中。舉例來說，可以先設置開關210以將電子音調訊號引導至第一輸出端子212，而可調電子音調訊號發生器206循環通過Y通道112的所有共振頻率。然後可以設置開關210以將電子音調訊號引導至第二輸出端子214，而可調電子音調訊號產生器206循環通過X通道114的所有共振頻率。在此也可以使用其他掃描序列（包括跳躍序列）。
在此範例中的檢測器208包括類比數位轉換器(ADC)216與比較器218。檢測器208連接至控制器輸入端子220，以接收來自觸控感測器裝置100（圖1中所示）的響應輸出作為輸入。控制器輸入端子220還可以連接到觸控感測器裝置100的第一和第二輸出連結140和144，以測量Y和X通道112和114（圖1中所示）的響應。檢測器208接收來自觸控感測器裝置100的類比輸出，並且先使用ADC 216將類比訊號轉換為數位值。比較器218比較數位值與預期的響應電平（例如，無觸控事件的預期響應）。來自比較器218的比較資料被傳遞到處理器202。基於來自檢測器208的輸出、開關210的目前狀態以及目前選擇的諧振頻率，處理器決定哪個Y通道112與哪個X通道114（如圖1所示）在目前被觸控。
可調電子音調訊號產生器206可包括合成器晶片或電路。控制器200的開關210可以包括PIN二極體（未顯示），其可以將電子音調訊號從可調電子音調訊號產生器206轉移至第一或第二輸出端子212和214。處理器202（或可能是開關210）可以包括控制PIN二極體的開關驅動器控制電路。開關驅動器控制電路可以例如經由施加正向或反向偏壓來導通與斷開PIN二極體。開關驅動器控制電路可以使用電子音調訊號產生器和開關之間的低通濾波器。
在此所述的電容式觸控電路的控制器可以包括用於編程或配置控制器的功能。此種軟體可以在PC上提供圖形介面。例如，可以使用Borland visual C ++ Builder創建此種軟體。軟體可以包括各種功能和組件，包括但不限於：程式庫區塊；變數的敘述；開放式通訊埠的USB區塊；讀取文件的ADC區塊；解決方案的決定區塊；創建圖形介面的可視區塊。圖形介面可以顯示表示由通道覆蓋的區域的圖像。圖形介面還可以包括像是「開始按鈕」之類的控制元件，選擇服務訊息，並且可以在顯示區域中顯示圖形指標以表示檢測到的觸控。如果檢測到多個觸控，則可以顯示表示觸控的二或更多個圖形指標。由於順序掃描，將在不同時間檢測到觸控。然而，用於掃描的所施加的電子音調訊號的變化速度非常高，並且觸控感測器面板指示器顯示為同時單一觸控或多重觸控。
用於觸控感測器的控制器（像是圖2中所示的控制器200）可與觸控感測器面板分開提供。由於僅需要單一輸入與單一輸出就可以處理各種尺寸，因此單一控制器可以被設定以配合具有各種尺寸和感測器解析度的觸控感測器面板工作。
圖3所示為用於電容式觸控感測器裝置的典型電極陣列300的佈局。與圖1的觸控感測器裝置100類似，陣列300包括一組水平(Y)電極302a至302d和一組垂直(X)電極304a至304d，它們呈簡單的十字交叉配置。電極302a至302d與304a至304d中的每一個具有類似於圖1中的實施例的菱形圖案。具體地，每一電極包括多個菱形墊306，它們以串聯配置並藉由細連接條308互連。
在圖3中，以及在附圖中所示的其他電極佈局中，僅使用不同的陰影類型或顏色來在視覺上區分X電極和Y電極。不同的陰影或著色並不意味使用不同的導體組成。 相反地，實施例不限於具有相同或相似導體組成的所有電極。
圖3中的陣列300的圖案可以被認為是多個「單元(Cell)」，其中每個單元包含Y電極302a，302b，302c或302d的一個菱形電極墊306和X電極304a、304b、304c或304d的一個相鄰菱形電極墊306。陣列300的此種示範單元用點線邊界表示單元320。用於自電容觸控螢幕時，一個單元的一對菱形電極墊306其中之一用於檢測手指在X軸上的存在，而另一個用於檢測手指在Y軸上的存在。當手指在二個電極之間移動時，手指耦合電容會迅速變化。相反地，當手指在單一電極上移動時，電容可以保持相當恆定。因此，如果僅手指的尖端接觸到並且其在一個Y電極（302a、302b、302c或302d）上居中，則在相鄰的X電極（302a、302b、302c或302d）上的手指存在感很低，反之亦然。結果是，檢測和內插推導手指的精確X軸和Y軸位置可能非常困難。
對於圖3中的每一單元，存在有：每一單元的X和Y電極之間的一個交叉電容；由於手指存在引起的相互X至Y電極電容變化；由於手指存在引起的一個自電容對地變化，以及一個單元間因手指移動距離引起的電容轉移。單元之間的變遷是相當突然的。相鄰電極之間的變遷分佈在電極之間的間距的大約25％。
在用於電容式感測器的簡單十字交叉電極網格中（如圖1和圖3所示），每個X與Y電極以個別的直線行進，並且每個X電極與每個Y電極重疊（在交叉點或「交叉」處），反之亦然。墊的總數（對於互連墊型條帶來說）可以近似於交叉的數量。
每當一個電極越過另一個電極時，會形成與交叉區域相關的固定互電容。 因此，交叉會引進交叉電容，該交叉電容隨著交叉的數量而增加。 該交叉電容可能不受手指存在的影響，並且可能稀釋用於檢測互電容和自電容變化的訊號，因而使得訊噪比下降。
特別是對於自電容配置，典型的十字交叉電極網格圖案中的大量交叉可能由於屏蔽(shielding)而導致不想要的影響。在每一交叉，上電極與下電極交叉（即重疊）。由於上電極屏蔽了一些，在電極交叉處或附近觸控感測器面板的手指或物體與下電極的電容耦合較少。因此，在較低的訊噪比下，可能會降低檢測到的訊號變化。被屏蔽的下電極所接收的訊號中也可能存在可變性／不可預測性。因此，訊號電平實質上取決於手指／物體是否接近交叉。由於簡單網格圖案中的大量交叉，這種可變性可能導致要在觸摸板上一致可靠地確定觸摸位置明顯有困難。
因此，利用減少X和Y電極的交叉之圖案可以增加訊噪比與觸控感測計算的可靠性。相對於傳統的十字交叉網格，減少交叉的圖案可以減少電極屏蔽問題並降低基礎電容位準。因此，這樣的圖案可以改善觸控感測器輸出的訊噪比，藉此達到更佳的檢測。
對於互電容配置，較佳是增加在每對X和Y電極之間共享的總體並排鄰近距離(close-side-by-side-proximity distance)。增加X-Y電極對並排的距離可以增加由於觸控引起的互電容變化（其中手指或其他物體將空氣替換為電介質）。反過來說，與固定（非觸控）電容相比，這可能會產生更大的觸控電容擺動。較大的電容擺動會使得在互電容設計中得到較清晰（較少稀釋）的觸控訊號。然而，對於包括互連菱形墊的傳統直電極條來說，X-Y電極對中彼此接近的距離限制在一對的鄰近菱形墊（每個電極一個），如圖3中的範例「單元」320所示。
根據一些實施例，觸控感測器圖案的行和列可以包括跨螢幕的非簡單線性條帶。在一些實施例中，電極各自包含分支圖案，該分支圖案可以允許電極與相鄰電極更好地配合。整體來說，與觸控區域電容感測器電極的其他配置（或圖案）相比，圖案化電極可以允許觸控區域提供具有更多資訊和更高訊噪比的訊號。根據一些實施例，電極的分支圖案可以被設計為：減小或最小化電極的交叉（交會）；相鄰電極的交錯部分；增加電極的覆蓋範圍；以及／或者管理電極之間的接近度。由於手指沿著螢幕滑動，分支以及／或者交錯電極設計還可以在相鄰電極之間提供更平順的變遷，這有益於自電容和互電容觸控螢幕。這樣的設計還可以提供額外的優點，像是：基於更多和更好的觸控訊息可提供更高的感測器解析能力；以及／或者允許使用「更粗糙」（更低成本和零件數量）的觸控螢幕而不會損失感測器解析度。
在一些實施例中，電容式觸控感測器裝置包括設置在基板上的複數個觸控感測器電極，其中每一電極具有分支圖案。更特別地，每一電極包含主電極條與從主電極條延伸的一或多條電極條分支。電極條分支可包含從個別的主電極條延伸的個別的一階分支部分。一階分支部分可以與主電極條正交。分支還可以包括二階、三階以及四階分支部分等。高於一階的階數的任何分支部分在本文中可以統稱為「高階」部分。每一高階分支部分從下一個最低階的分支部分延伸。每一高階分支部分也可以與下一個最低階的分支部分正交。每一電極的電極分支（包括一階和可能更高階的部分）可以與其他電極的電極分支交錯。與簡單的十字交叉網格圖案相比，這種類型的分支圖案可以減少手指接觸的給定區域的電極交叉的數量。分支圖案還可具有額外的優點，以下將更詳細地解釋。
分支電極和基板可以是觸控感測器面板的形式（其可進一步包括其他元件，例如每個電極的諧振電路組件）。 該裝置還可包括連接到觸控感測器面板的控制器。
圖4是根據一些實施例的包含分支圖案的示範觸控感測器電極400的佈局圖。 在此範例中的電極400包含間隔開並互連以形成電極條的菱形墊402，類似於圖1和3中的實施例。然而，實施例不限於互連電極墊或菱形墊。電極400通常會被沉積在基板（未顯示）上，類似於本說明書所述的其他實施例。 每個墊402可以，舉例來說，具有在大約4mm至8mm範圍內的寬度以及／或者高度，但是實施例不限於該尺寸範圍。
示範電極400包含主電極條406，其與圖1和3中的電極類似。然而，電極400還包括從主電極條406延伸的複數個電極條分支408、410和412。在此範例中，電極條分支被大致分組為具有第一配置的分支408，具有第二配置的分支410，具有第三配置的分支412。 然而，在其他實施例中，電極條分支可以全部具有相同的配置。
第一配置的分支408包含垂直地遠離主電極條406而延伸的一階分支414。一階分支414僅包括一個菱形墊402。
第二配置的分支410也包含從主電極條406垂直延伸的一階分支416。然而，一階分支416包括二個菱形墊402。
第三配置的分支412包括從主電極條406垂直延伸的一階分支418，從一階分支418垂直延伸的二階分支420，以及從二階分支420垂直延伸的三階分支。在此範例中，一階、二階，以及三階分支418、420和422均包括一個菱形墊402（儘管在其他實施例中每一個可包括多於一個墊，並且各個分支部分的長度可以變化）。電極的分支不限於圖4中所示的特定配置。
電極條分支408、410和412以循環順序設置，主電極條406的一側421上的電極條分支408、410和412（在主電極條帶406的軸向方向上） 相對於主電極條406的另一側423上的電極條分支408、410和412被鏡像與偏移。這種設置允許多個相鄰電極400與電極條分支408、410和412組合交錯在一起，如圖6所示。
示範電極400的相鄰菱形墊402被水平地和垂直地隔開一個離散間隔，使得墊402符合網格間距。
電極400可以比所示的更長或更短，因此具有更多或更少的電極條分支408、410和412。
圖5是根據一些實施例的包含另一分支圖案的另一示範觸控感測器電極500的佈局圖。在此範例中的電極500還包含菱形墊502，其間隔開並互連以形成電極條，類似於圖4的電極400。圖5中的電極500通常將沉積在基板（未顯示）上， 類似於此處描述的其他實施例。
示範電極500還包含主電極條506與複數條電極條分支508。電極條分支508各自具有實質相同的配置。 每一電極條分支508包括從主墊極條506延伸並垂直於主電極條506的一階分支510（包括一個墊502）。一階分支510延伸的二個二階分支512和514（分別包括二個墊502和一個墊502）。每一電極條分支508更包含二個三階分支516和518（每一包括一個墊502），每一分支從個別的二階分支延伸。二階分支512和514以及三階分支516和518共同形成一個F形。
主電極條506的一側520上的電極條分支508相對於主電極條506的另一側522上的電極條分支508再次被鏡像（在主軸方向上）並且偏移。這種設置允許多個相鄰的電極500與電極條分支508可互相配合，如圖7所示的交錯。
示範電極500的相鄰菱形墊502以離散的間隔水平和垂直地間隔開，使得墊502符合網格型間隔。電極500可以比所示的更長或更短，因此具有額外的或更少的電極條分支508。電極500的墊502可以具有與圖4中的電極400的墊402基本相同的尺寸和形狀，不過在其他實施例中，一個電極圖案的墊可以與另一電極圖案的墊不同。
圖4和5中的電極400和500被設計成一起設置在觸控感測器區域中。
圖6所示為圖4的電極400形式之三個垂直(「X」)電極400a至400c。「X」電極400a至400c中的每一個與其相鄰電極400a、400b以及／或者400c部分重疊。更特別地，相鄰電極400a至400c的電極條分支408、410和412彼此交錯。電極400a至400c的墊402共同形成網格，在墊402之間具有菱形空隙403。
圖7所示為圖5的電極500形式的三個水平(「Y」)電極500a至500c。「Y」電極500a至500c中的每一個也與其相鄰的電極500a，500b以及／或者500c部分重疊。更特別地，相鄰電極500a至500c的電極條分支508彼此交錯。電極500a至500c的墊502共同形成網格，在墊502之間具有菱形空隙503。
圖8所示為包括基板801的觸控感測器裝置800（以面板的形式），其中X電極400a至400c和Y電極500a至500c被設置於其上。如圖所示，X電極400a至400c的墊402位於Y電極500a至500c之間的空隙503（圖7）中。類似地，Y電極500a至500c的墊502位於X電極400a至400c之間的空隙403（圖6）中。
圖8中的裝置800的電極佈局包括三個X電極400a至400c，產生大約12行802完整的X電極墊402，以及三個Y電極500a至500c，產生12列804完整的Y電極墊502。使用圖1的簡單十字交叉網格來產生相同數量的墊列和行，需要12個X電極和12個Y電極，會產生144個交叉。相形之下，圖8中的裝置800的電極佈局僅具有9個交叉，由圖8中的小圓圈（例如，圓圈806）表示。在此範例中，僅電極400a至400c（和電極500a到500c）的主電極條406（和506）交叉。從主電極條406/506延伸的電極條分支（圖4和5中標記的408、410、412、508）不形成交叉（即，彼此重疊）。反之，電極條分支交錯或類似於拼圖彼此配合。在其他實施例中，與簡單的十字網格配置相比，從主電極條延伸的電極條分支可以形成一或多個交叉，同時仍然增加墊與交叉的比率。舉例來說，墊與交叉的比率可以是至少4比1。在圖8中，對於每組電極，該比率是大約16個墊到1個交叉。因此，同時考慮X和Y電極，該比率約為32比1。
可以選擇性地驅動X電極400a至400c與Y電極500a至500c，並且監視對應的輸出響應以檢測由觸控事件引起的輸出電平的變化，如上所述。X電極400a至400c與Y電極500a至500c可以分別連接到控制器，用於基於時間多工(time multiplexing)的掃描（舉例來說，在不同時間由相同的電子音調頻率驅動的電極）。替代地，X電極400a至400c與Y電極500a至500c可以使用本文所述的頻率多工方法（例如藉由循環通過諧振頻率的輸入訊號同時驅動的電極組）來驅動。 控制器可以像是圖2或17中所示的形式，但是實施例並不限於那些控制器配置。
在圖4至8的範例中，每一電極400a至400c與500a至500c分支或扇出以部分地填充多個墊行或墊列位置。 儘管各個電極具有多向分支圖案，但是根據電極400a至400c與500a至500c的主電極條406（圖4）和506（圖6）的方向性，電極在本說明書中仍被稱為X（垂直）或Y（水平）電極。
圖8中所示的這種類型的分支電極圖案可以稱為「進階矩陣」。分支電極圖案可以軟化相鄰X和Y電極之間的變遷，藉此更能內插推導觸控事件的位置。分支電極圖案可以改善訊噪比，因為手指電容相對於固定交叉電容的變化更大。
同樣如上所述，這樣的圖案可以最小化或減少電容式觸控感測器所需的交叉的數量。 術語「最小化」並不意味著重疊／交叉的數量是可能的最小量或零，而是與簡單的十字交叉模式（例如圖1）相比減少了數量。通常仍會包括一些重疊／交叉點。舉例來說，可以用長窄電極的實施方式完全消除重疊／交叉，但是這種電極會具有高電阻訊號路徑，從而降低訊噪比。藉由最小化電極之間的屏蔽和基礎電容，而不會因為高電阻訊號路徑而降低觸控訊號，可以實現平衡。
實施例不限於圖4至8中所示的特定分支電極圖案，也可以使用各種分支圖案。其他圖案可以包括更大或更小的分支部分，其間提供更多或更少的交錯空間。 作為一個範例，每個分支部分可以僅包括垂直於主電極條延伸的一階分支。
圖8的電極圖案可以沿X軸以及／或者Y軸擴展，也可以使用更多以及／或更長的電極。圖9所示為圖8的觸控感測器裝置800的修改版本，包括與其他X電極400a至400c類似的附加側電極901a和901b，但僅包括面向內的電極條分支408、410和412（也就是電極條僅在主電極條406的一側分支）。側電極901a和901b提供靠近裝置800的相對側902和904的附加X電極位置。在此也可以包括類似改進的頂部和底部Y電極，以填充X電極的墊之間的額外空隙，並使得由Y電極覆蓋的區域更靠近面板的頂部和底部。
對於電容式觸控感測器的一組電極，給定X電極的區域由相鄰的X電極限制，給定的Y電極由相鄰的Y電極限制（也就是相鄰的電氣分離的X電極之間的寬度，以及也就是相鄰的電氣分離的Y電極之間的高度），其所形成的區域可以稱為「單元(Cell)」。每個單元被分成二個電氣分離的電極部分（一個X電極部分和一個Y電極部分）。單元的X電極用於檢測手指的水平位置，單元的Y電極用於檢測手指的垂直位置。
每個「單元」內的二個電極的形狀可能對X和Y平面中的觸控效能具有顯著影響，理想的是在以下特徵之間取得最佳化或平衡：a)如果有手指存在則增加耦合至手指的電容，b)減少對其他相鄰並越過電氣分離的跡線之固定電容，c)使電容的變化與相鄰的電氣隔離的「單元」隨著手指的移動而變得盡可能線性，因此軟體可以內插推導手指在二個單元之間的位置，以及d)最小化面積，其中水平分辨單元電極會妨礙垂直分辨的單元電極耦合到手指（或其他觸摸對象），反之亦然。
圖10所示為圖8的示範觸控感測器裝置800的示範「單元」1000。示範單元包括一個X電極400的一部分1002和Y電極500的一部分1004。電極400和500之間的交會或交叉806（由小圓圈標識）可以被稱為「交叉耦合」，儘管電極實際上不彼此接觸並且被絕緣層（未顯示）分開。在圖10中，單元變遷遍布整個單元。相對於圖3中所示的單元320，圖10中的單元1000可以具有以下特徵中的一或多個：每一單元一個交叉電容（在X和Y電極400和500之間）；由於手指的存在，X到Y的互電容變化大約8倍；由於手指的存在，自電容到接地變化大約2倍；以及大約是單元間電容傳送手指移動距離的5.7倍（即較平滑的邊緣變遷）。相鄰電極之間的變遷分佈在電極之間間距的大約66％。
如圖所示，單元1000具有大約16個X電極墊402和16個Y電極墊502（總共32個墊），但只有一個交叉806。相比之下，採用簡單的十字交叉設計（例如圖3）的傳統單元，每個X電極墊和Y電極墊對都有一個交叉。在其他實施例中，單元可以具有一個以上的交叉（例如由於電極的交錯分支部分中的一或多個交叉），同時與圖3的十字交叉設計相比，仍然增加了墊與交叉的比率。舉例來說，單元可以總共具有二個或三個交叉，但是與圖10中的單一交叉單元設計相比，多於一個交叉可能降低效能。
在圖4至10的範例中，電極的各種菱形墊402/502具有實質均勻的尺寸。 然而，在一些實施例中，電極的墊（例如，菱形墊）的尺寸是不均一的。
圖11是類似於圖4中的電極400的另一示範電極1100的佈局。然而，電極1100具有可變的墊尺寸，以下將更詳細地說明。
電極1100具有主電極條部分1106和電極條分支1108、1110和1112。主電極條部分1106類似於圖4中的電極400的主電極條部分406。電極條分支1108、1110和1112也與圖4的電極400的電極條分支408、410和412的佈局類似。但是，菱形墊1102a、1102b和1102c的尺寸是可變的而不是一致的。主電極條部分1106的菱形墊1102a的尺寸都相同。在與主電極條部分1106相鄰的列1120a和1120b中對準的所有墊1102b具有相同、相對於主電極條部分1106減小的尺寸（大約是主電極條的墊1102a的尺寸的2/3，雖然尺寸比例可能不同）。接下來最相鄰列1122a和1122b中的所有墊1102c具有相同且相對於墊1102a和1102b又更減小的尺寸（大約是主電極條部分1106的墊1102a之尺寸的1/2，儘管尺寸比可以變化）。因此，對於給定的墊（1102a、1102b和1102c），墊的尺寸取決於其相對於主電極條部分1106的位置，墊的尺寸隨著距主電極條部分1106的距離的增加而減小。
圖12是類似於圖5中的電極500的另一示範電極1200的佈局。然而，電極1200具有可變的墊尺寸。 電極1200具有主電極條部分1206和電極條分支1208，其具有與圖5中的電極500類似的分支圖案。然而，墊的尺寸取決於它們相對於主電極條部分1206的位置，隨著與主電極條部分1206的距離增加，墊的尺寸減小。 更特別地，在行1220a和1220b中對準的墊1202b大約是主電極條的墊1202a的尺寸的2/3。 在下一個相鄰行1222a和1222b中對齊的墊1202c具有相對於墊1202a和1202b相同的進一步減小的尺寸（大約是主電極條部分1206的墊1202a的尺寸的1/2），不過尺寸比可以變化。
圖13所示為示範觸控感測器裝置1300，其包括基板1301，與組合在基板1301上的三個X電極1100a至1100c（每一個類似於圖11中的電極1100）和三個Y電極1200a至1200c（每個類似於圖12中的電極1200）。觸控感測器裝置1300類似於圖8中的裝置800，但具有上述可變（減小）的墊尺寸。
圖14所示為圖13的示範觸控感測器裝置1300的示範「單元(Cell)」1400。示範單元1400包括一個X電極1100的一部分1402和Y電極1200的一部分1404。此一電極圖案可以在行和列之間提供更平順的變遷，藉此實現更好的內插推導。該圖案還可以提供良好的訊噪比，因為手指電容相對於固定的交叉電容的變化更大，類似於圖8中的圖案。圖11至圖14中所示的可變墊尺寸針對基於自電容晶體諧振器的電路(self-capacitance crystal-resonator based circuit)特別有利。另一方面，如圖6至10所示，一致的墊尺寸可能特別適合於互電容設計。相鄰電極之間的變遷再次分佈在電極之間的大約66％的間隔上。
可以選擇性地驅動X電極1100a至1100c與Y電極1200a至1200c，並且監視對應的輸出響應以檢測由觸控事件引起的輸出電平的變化，如上所述。X電極1100a至1100c與Y電極1200a至1200c可以分別連接到控制器，用於基於時間多工的掃描（例如在不同時間由相同的電子音調頻率驅動的電極）。 替代的，X電極1100a至1100c與Y電極1200a至1200c可以使用本說明書所述的頻率多工方法（例如藉由循環通過諧振頻率的輸入訊號同時驅動的電極組）來驅動。控制器可以像是圖2或17中所示的形式，但是實施例不限於那些控制器配置。
作為另一個例子，對於至少一些分支，當分支從主電極條延伸時，菱形墊的尺寸可以減小。主電極條（或主幹）可以包括最大的墊，並且電極條分支可以具有逐漸變小的墊，其尺寸為從主電極條到給定墊的電極分支的長度之函數。
圖4至14中所示的分支電極圖案係以範例的方式表示，並且實施例不限於所示電極的特定數量或圖案。這些圖中所示的電極可以稱為「交錯(interleaving)」電極，或具有交錯圖案的電極。
上面討論的分支和交錯圖案（包括圖4至14的示範電極設計）可以為電容式觸控螢幕提供各種優點。如上所述，具有分支圖案的電極分支可以與相鄰或鄰近電極的分支交錯（也就是「交織(feathered)」），藉此讓相鄰電極之間的變遷變得平順。交錯設計意味著相鄰電極的部分在一個維度（例如X或Y維度）上部分重疊。換句話說，電極沿其軸線維度佔據的「寬度」與另一電極佔據的「寬度」重疊。當基於更多訊息時，用於決定手指／物體位置的計算可以更準確，並且如果用於決定位置的輸出訊號不基於接觸感測器區域的手指或其他物體的輕微移動而做出急劇變化，則決定的位置可以更穩定。如此一來，當手指／物體從一個電極移動到下一個電極時，可以存在更平滑的變遷。
可變尺寸的電極墊（如圖12至14所示），其尺寸隨著與主電極條的垂直距離的增加而減小，可以進一步改善變遷的平滑度。因此，圖4至圖14中所示的電極圖案的重疊或交錯設計可以提供更好的精度以及／或者穩定性，以確定用於自電容和互電容配置的觸控事件的X-Y位置。該配置還可以提供整體上更好的訊號，以該訊號作為決定位置的基礎。舉例來說，對於自電容配置，在觸控事件最中心的電極（通道）可能會經歷略微減小的觸控訊號，因為自電容感測器中的訊號大小取決於手指和電極之間的重疊區域，還有一些分支圖案可能延伸超出手指。然而，相鄰通道（其通常產生較小且噪聲容限較小的訊號）可能察覺它們的觸控訊號增加，因為相鄰電極的分支將比在非分支設計中更為延伸至手指下方。整體來說，這樣能提供更多資訊以決定觸控位置。
分支和交錯電極設計的另一個可能的優點是能夠用更少的單獨電極更有效地覆蓋感測器區域。 換句話說，與簡單的十字交叉圖案相比，每一電極的總面積覆蓋率可以增加。應該沒有未被X或Y覆蓋的實質「空白區域」（也就是面板未被電極佔據的區域）。由於訊號大小取決於接觸或重疊區域與觸控／附近的手指／物體，增加或者最大化電極的覆蓋區域可以提升由控制器處理的輸出訊號的訊噪比（藉此提高系統決定位置的能力）。此外，使用較少的電極來覆蓋給定區域可以減少電極之間的「串擾(crosstalk)」量。
用於取樣一個軸的電極組可以選擇性地具有，廣義來說，與用於取樣另一個軸的電極組相同或相似的圖案。這可以允許兩組電極相匹配，最大化面積，最小化重疊並且可以提供指示手指／物體位置的一致的、可預測的訊號。這樣的圖案可能對電極有利，否則電極傾向於提供較低品質的訊號。
選擇性地，下導體層中的電極的一些或全部的墊可以相對於上導體層的電極的一些或所有墊略微擴大。其原因在於系統決定位置及其最弱訊號，這些訊號可能來自下層，其可能與手指的電容耦合較弱（而上層可能具有比所需更好的訊噪比））。 因此，可以犧牲由上層電極覆蓋的一些區域以改善下層的接觸／重疊區域，進而可以改善下層的訊噪比。
在一些實施例中，另一種改善訊噪比的可能方法是在相鄰電極之間提供足夠的距離（即減小電極之間的接近度），這可以減小電極的基礎電容。降低接近度可能限制電極面積的最大化。因此，可以決定權衡或平衡的方式以最佳化訊噪比。此外，可以定位用於對一個軸進行取樣的電極組中的導體，以避免與用於取樣另一個軸的電極組中的導體過於接近。 在適當的程度上，這可以減少任何一個電極與其他電極之間的電容量，藉此減小基礎電容。通過利用上面討論的各種圖案設計特性中的一或多個，可以改善觸控面板裝置的效能。
圖15是示範觸控感測器裝置1500（以觸控感測器面板的形式）的局部俯視圖。裝置1500包含基板1501與設置於其上的電極。電極的圖案類似於圖13和14的圖案。圖中僅顯示裝置1500的一部分，包括X電極1502a至1502c和Y電極1504a至1504d。 每一電極具有個別的輸入／輸出連結，其可以連接至觸控感測器控制器（未顯示）。如上所述，觸控感測器控制器可掃描每個電極／通道以決定觸控事件的位置。
圖16是示範觸控感測器裝置1600（以觸控感測器面板的形式）的局部俯視圖。裝置1600包括基板1601與設置於其上的電極。電極的圖案類似於圖13和14的圖案。圖中僅顯示裝置1600的一部分，包括X電極（1602a、1602b等）和Y電極（1604a、1604b等）。在此範例中，X電極（1602a、1602b等）中的每一個連接到個別的電容元件（CXa、CXb等）、諧振元件（YXa、YXb等），以及電阻元件（RXa等），以形成諧振電路。用於X電極（1602a、1602b等）的每一諧振電路在X電極之間具有唯一的諧振頻率，因此可以使用頻率多工來掃描電極。X電極共同連接至第一輸入／輸出連結1608，其可用諧振頻率的訊號驅動以掃描X電極。
類似地，每一Y電極（1604a、1604b等）連接至個別的電容元件（CYa、CYb等）、諧振元件（YYa、YYb等），以及電阻元件（RYa，RYb等），以形成諧振電路。用於Y電極（1604a、1604b等）的每一諧振電路在Y電極之間具有唯一的諧振頻率，因此可以使用頻率多工來掃描電極。Y電極共同連接到第二輸入／輸出連結1610，其可以用諧振頻率的訊號驅動以掃描Y電極。
如上所述，上述和圖中所示的分支、交錯電極實施例不限用於使用頻率多工的電容式觸控螢幕（即具有多個不同諧振頻率的諧振電路）。 使用單一諧振頻率的系統也可以利用此種交錯電極圖案。
圖17是根據另一實施例的控制器1700的方塊圖。控制器1700可被連接以控制頻率多工的觸控感測器面板（例如圖16中部分顯示的觸控面板）。 如上所述，也可以使用其他控制電路配置。
在此範例中的控制器1700包括控制電路，其包含處理器1702和記憶體1704。控制器1700更包含可編程電子音調訊號產生器1706、阻抗1708、開關1710，以及類比數位轉換器(ADC) 1716，以及功率檢測器1717。記憶體1704於其上儲存電腦可執行程式碼，用以使處理器1702執行以下描述的功能。在其他實施例中，記憶體1704可以作為處理器1702的一部分而被併入，而不是如圖17所示在處理器1702的外部。
處理器1702並連接以與可編程電子音調訊號產生器1706、功率檢測器1717（經由ADC 1716），以及開關1710通訊。通訊可包括向可編程電子音調訊號產生器1706、功率 檢測器1717，以及開關1710提供控制訊號，並接收從功率檢測器1717輸出的數據（經由ADC）作為輸入。圖中還顯示了接地連結1720。
控制器1700的第一輸出端子1712可以，舉例來說，連接至第一輸入／輸出連結（例如圖1中的140）以激勵水平(Y)通道。 控制器1700的第二輸出端子1714可以，舉例來說，連接到第二輸入／輸出連結（例如圖1中的144）以激勵垂直(X)通道。 控制器可以類似地連接到圖8、9、13、15或16的示範觸控感測器裝置800、1300、1500或1600的電極。控制器可以是觸控感測器裝置的一部分。
由可調電子音調訊號產生器1706產生的電子音調訊號根據處理器1702的指示經由開關1710選擇性地輸出至第一輸出端子1712或第二輸出端子1714。在此範例中的可調電子音調訊號產生器1706是 能夠在行和列通道的每個諧振頻率處選擇性地產生訊號。處理器1702可以控制開關1710和可調電子音調訊號產生器1706以掃描每一個通道。
在此範例中的功率檢測器1717連接至ADC 1716，ADC 1716又連接至處理器1702。功率檢測器1717連接至開關1710，以接收來自觸控感測器面板的響應輸出作為輸入（例如，圖16中的觸控感測器裝置1600）。功率檢測器1717測量行和列通道的響應振幅。功率檢測器1717接收來自觸控感測器面板的類比輸出，其使用ADC 1716將類比值轉換為數位值。數位值與處理器1702的預期響應電平（例如，無觸控事件的預期響應）進行比較。根據輸出、開關1710的目前狀態和目前選擇的諧振頻率下，處理器1702決定目前正在取樣哪個行和列通道，以及它被觸控的程度。
圖18是根據又另一實施例的示範觸控感測器電極陣列1800的佈局。電極陣列1800可被設置在基板（未顯示）上並連接至一驅動陣列1800的控制器，如本文其他實施例所述。該陣列包括4個X電極1802a至1802d與4個Y電極1804a至1804d。X電極1802a至1802d彼此平行並且相間隔（沿著X軸）。Y電極1804a至1804d平行且相間隔（沿Y軸）並垂直於X電極1802a至1802d。在本範例中，每一電極（1802a至1802d與1804a至1804d）包括一系列互連的菱形墊，並且包括從主電極條延伸的一階分支。每個一階分支包括單一墊。舉例來說，第一X電極1802包括從其主要電極條1808延伸的相間隔電極條分支1806。這種簡單的分支模式會產生每組電極每次交叉大約有4個墊。也就是說，對於X電極1802a至1802d，墊數為Y電極1804a至1804d的交叉的墊數目的4倍。類似地，Y電極1804a至1804d的墊數為交叉的墊數的4倍。同時考慮X和Y電極，配比約為一個交叉對8個墊。
對於圖18中的佈局1800，每個單元存在一個交叉，並且相鄰電極之間的變遷分佈在電極之間的間距的大約50％。 與圖3的單元300相比，佈局1800的單元可具有相對手指可修改互電容的大約2倍的電容。
應可了解的是，上述一種以上方法的組合是可實現的。實施例不限於在此揭示的任何特定的一或多種途徑、方法或裝置。熟悉此技藝者將可理解，在不悖離申請專利範圍的情況下，可利用各種實施方式針對在此提出的實施例進行變化或改變。
100‧‧‧電容式觸控感測器裝置
102‧‧‧基板
104‧‧‧Y電極
106‧‧‧X電極
108‧‧‧電容
109‧‧‧電感
112‧‧‧Y通道
114‧‧‧X通道
115‧‧‧墊
118‧‧‧電容
119‧‧‧電感
130‧‧‧第一圖例部分
132‧‧‧第二圖例部分
140‧‧‧第一輸入／輸出連結
142‧‧‧接地
144‧‧‧第二輸入／輸出連結
152‧‧‧狹窄部分
200‧‧‧控制器
202‧‧‧處理器
204‧‧‧記憶體
206‧‧‧可調電子音調訊號產生器
208‧‧‧檢測器
210‧‧‧開關
212‧‧‧第一輸出端子
214‧‧‧第二輸出端子
216‧‧‧類比數位轉換器(ADC)
218‧‧‧比較器
220‧‧‧控制器輸入端子
300‧‧‧電極陣列
302a至302d‧‧‧水平(Y)電極
304a至304d‧‧‧垂直(X)電極
306‧‧‧菱形墊
308‧‧‧連接條
320‧‧‧單元
400‧‧‧電極
400a至400c‧‧‧垂直X電極
402‧‧‧菱形墊
403‧‧‧菱形空隙
406‧‧‧主電極條
408‧‧‧電極條分支
410‧‧‧電極條分支
412‧‧‧電極條分支
414‧‧‧一階分支
416‧‧‧一階分支
418‧‧‧一階分支
420‧‧‧二階分支
421‧‧‧一側
422‧‧‧三階分支
423‧‧‧另一側
500‧‧‧電極
500a至500c‧‧‧水平Y電極
502‧‧‧菱形墊
503‧‧‧菱形空隙
506‧‧‧主電極條
508‧‧‧電極條分支
510‧‧‧一階分支
512‧‧‧二階分支
514‧‧‧二階分支
516‧‧‧三階分支
518‧‧‧三階分支
520‧‧‧側邊
522‧‧‧側邊
800‧‧‧裝置
801‧‧‧基板
802‧‧‧行
804‧‧‧列
806‧‧‧交叉
901a‧‧‧側電極
901b‧‧‧側電極
902‧‧‧相對側
904‧‧‧相對側
1000‧‧‧單元
1002‧‧‧電極部分
1004‧‧‧電極部分
1100‧‧‧電極
1100a至1100c‧‧‧X電極
1102a‧‧‧菱形墊
1102b‧‧‧菱形墊
1102c‧‧‧菱形墊
1106‧‧‧主電極條部分
1108‧‧‧電極條分支
1110‧‧‧電極條分支
1112‧‧‧電極條分支
1120a、1120b‧‧‧列
1122a、1122b‧‧‧列
1200‧‧‧電極
1200a至1200c‧‧‧Y電極
1202a‧‧‧墊
1202b‧‧‧墊
1202c‧‧‧墊
1206‧‧‧主電極條部分
1208‧‧‧電極條分支
1220a、1220b‧‧‧行
1222a、1222b‧‧‧行
1300‧‧‧觸控感測器裝置
1301‧‧‧基板
1400‧‧‧單元
1402‧‧‧X電極部分
1404‧‧‧Y電極部分
1500‧‧‧觸控感測器裝置
1501‧‧‧基板
1502a至1502c‧‧‧X電極
1504a至1504d‧‧‧Y電極
1600‧‧‧觸控感測器裝置
1601‧‧‧基板
1602a、1602b‧‧‧X電極
1604a、1604b‧‧‧Y電極
1608‧‧‧第一輸入／輸出連結
1610‧‧‧第二輸入／輸出連結
1700‧‧‧控制器
1702‧‧‧處理器
1704‧‧‧記憶體
1706‧‧‧可編程電子音調訊號產生器
1708‧‧‧阻抗
1710‧‧‧開關
1712‧‧‧第一輸出端子
1714‧‧‧第二輸出端子
1716‧‧‧類比數位轉換器(ADC)
1717‧‧‧功率檢測器
1720‧‧‧接地連結
1800‧‧‧觸控感測器電極陣列
1802‧‧‧第一X電極
1802a至1802d‧‧‧X電極
1804a至1804d‧‧‧Y電極
1806‧‧‧電極條分支
1808‧‧‧主要電極條
Top‧‧‧頂部
Bottom‧‧‧底部
CXa、CXb‧‧‧電容元件
CYa、CYb‧‧‧電容元件
YXa、YXb‧‧‧諧振元件
YYa、YYb‧‧‧諧振元件
RXa‧‧‧電阻元件
RYa、RYb‧‧‧電阻元件
以下配合所附圖表說明將更能了解本發明，其中：
圖1所示為示範的電容式觸控感測器面板的俯視圖；
圖2所示為根據一些實施例的一控制器之方塊圖；
圖3所示為用於一電容式觸控感測器的示範電極陣列的佈局圖；
圖4所示為根據一些實施例的包含一分支圖案的示範觸控感測器電極的佈局圖；
圖5所示為根據一些實施例的包含另一分支圖案的示範觸控感測器電極的佈局圖；
圖6所示為三個垂直(「X」)電極，每一電極都是圖4的電極的形式；
圖7所示為三個水平(「Y」)電極，每一電極都是圖5的電極的形式；
圖8所示為根據一些實施例的觸控感測器裝置800之俯視圖，該觸控感測器裝置800包括基板與組合在基板上的圖6及7的X和Y電極；
圖9所示為圖8的觸控感測器裝置的修改版本之俯視圖；
圖10所示為圖8的示範觸控感測器裝置的一個「單元(Cell)」的視圖；
圖11所示為根據一些實施例的另一示範電極的佈局圖；
圖12所示為根據一些實施例的另一示範電極的佈局圖；
圖13所示為根據一些實施例的包括圖11和12所示的電極形式的觸控感測器裝置的俯視圖；
圖14所示為圖13的示範觸控感測器裝置的一個「單元(Cell)」的視圖；
圖15所示為根據一些實施例的另一示範觸控感測器裝置的局部俯視圖；
圖16所示為根據一些實施例的另一示範觸控感測器裝置的局部俯視圖；
圖17所示為根據一些實施例的示範自電容控制器的方塊圖；以及
圖18所示為根據一些實施例的示範觸控感測器電極陣列的佈局。

Claims (23)

  1. 一種電容式觸控感測器裝置包含： 一基板； 複數個被設置在該基板上的觸控感測器電極，其中每一該電極包含： 一個別的主電極條；以及 從該主電極條延伸的一或多條個別的電極條分支。
  2. 如請求項1所述之電容式觸控感測器裝置，其中該一或多條電極條分支中的每一條包含從該個別的主電極條延伸的一個別的一階分支部分。
  3. 如請求項2所述之電容式觸控感測器裝置，其中對於每一該電極，該個別的一階分支部分與該個別的主電極條實質正交。
  4. 如請求項2或3所述之電容式觸控感測器裝置，其中該一或多條電極條分支中的每一條更包含從該一階分支部分延伸的一或多條二階分支部分。
  5. 如請求項4所述之電容式觸控感測器裝置，其中該一或多條電極條分支中的每一條更包含從該一或多條二階電極分支部分中的至少一個延伸的一或多條三階分支部分。
  6. 如請求項1所述之電容式觸控感測器裝置，其中對於每一該電極，該電極的該個別的一或多條電極條分支與該複數個電極中的至少另一個的一或多條電極條分支交錯。
  7. 如請求項1所述之電容式觸控感測器裝置，其中該複數個觸控感測器電極包含第一和第二組電極，該第一組電極的主電極條實質上彼此平行，以及該第二組電極的主電極條實質上彼此平行並且實質上與該第一組電極的主電極條正交。
  8. 如請求項7所述之電容式觸控感測器裝置，其中： 對於該第一組電極中的每一個，該個別的主電極條與該個別的一或多條電極條分支定義一第一圖案，以及 對於該第二組電極中的每一個，該個別的主電極條與該個別的一或多條電極條分支定義一第二圖案。
  9. 如請求項6所述之電容式觸控感測器裝置，其中該些交錯的電極條分支不會彼此交叉。
  10. 如請求項1所述之電容式觸控感測器裝置，其中每一該電極包含複數個互相連接的墊。
  11. 如請求項10所述之電容式觸控感測器裝置，其中該些墊具有可變尺寸。
  12. 如請求項11所述之電容式觸控感測器裝置，其中對於每一該電極，該電極的該些墊的每一個的尺寸是該墊相對於該電極的該主電極條的一位置之一函數。
  13. 如請求項12所述之電容式觸控感測器裝置，其中該些電極條分支的該些墊小於該主電極條的該些墊。
  14. 如請求項10所述之電容式觸控感測器裝置，其中該複數個電極的墊數目是電極交叉的數目的至少四倍。
  15. 一種電容式觸控感測器系統包含： 一觸控感測器控制器； 一可操作地耦合至該控制器的電容式觸控感測器裝置，該電容式觸控感測器裝置包含： 一基板； 複數個被設置在該基板上的觸控感測器電極，其中每一該電極包含： 一個別的主電極條；以及 從該主電極條延伸的一或多條個別的電極條分支。
  16. 如請求項15所述之電容式觸控感測器系統，其中該一或多條電極條分支中的每一條包含從該個別的主電極條延伸的一個別的一階分支部分。
  17. 如請求項16所述之電容式觸控感測器系統，其中對於每一該電極，該個別的一階分支部分與該個別的主電極條實質正交。
  18. 如請求項16或17所述之電容式觸控感測器系統，其中該一或多條電極條分支中的每一條更包含從該一階分支部分延伸的一或多條二階分支部分。
  19. 如請求項15所述之電容式觸控感測器系統，其中該複數個觸控感測器電極包含第一和第二組電極，該第一組電極的主電極條實質上彼此平行，以及該第二組電極的主電極條實質上彼此平行並且實質上與該第一組電極的主電極條正交。
  20. 如請求項15所述之電容式觸控感測器系統，其中對於每一該電極，該電極的該個別的一或多條電極條分支與該複數個電極中的至少另一個的一或多條電極條分支交錯。
  21. 如請求項15所述之電容式觸控感測器系統，其中每一該電極包含複數個互相連接的墊。
  22. 如請求項21所述之電容式觸控感測器系統，其中該複數個電極的墊數目是電極交叉的數目的至少四倍。
  23. 一種用於一電容式觸控感測器的電極陣列包含： 複數個觸控感測器電極，其中每一該電極包含： 一個別的一階電極分支；以及 一或多條個別的高階電極分支，該一或多條個別的高階電極分支包含從該一階電極分支延伸的一或多條二階電極分支。
TW107146379A 2017-12-22 2018-12-21 具有分支電極之電容式觸控感測器、系統及用於其的電極陣列 TWI790335B (zh)

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