TW202209068A - 觸控結構、電子裝置及觸控結構的驅動方法 - Google Patents

Abstract

本發明實施例提供一種觸控結構，其包括基板、感應層以及觸控芯片。該感應層包括自電容式觸控電極及環境電極。該觸控芯片用於分別藉由第一走線和第二走線向該觸控電極和該環境電極施加相同的驅動訊號，以使其分別產生第一感測訊號和第二感測訊號，並根據該第一感測訊號和該第二感測訊號的差值的變化判斷觸控位置。垂直於該基板的厚度方向，該環境電極與該觸控電極的最小距離小於5mm。該環境電極在該基板上的投影面積與該觸控電極在該基板上的投影面積的比值小於0.2。還提供一種電子裝置及觸控結構的驅動方法。

Description

觸控結構、電子裝置及觸控結構的驅動方法

本發明涉及觸控技術領域，尤其涉及一種觸控結構、應用該觸控結構的電子裝置及該觸控結構的驅動方法。

自容式觸控結構中，當導電物體（如手指）接近觸控電極時，觸控電極的自電容為手指對地的電容及觸控電極對地的電容並聯的結果。然，當位於觸控電極上方的蓋板厚度較厚（如，大於10mm）時，觸控電極感應到的手指的觸摸所產生的電容改變量很小。另，觸控電極對地的電容還常常受到環境的影響。例如，觸控走線會受到其附近走線上的其他訊號的干擾、觸控芯片會受到電源的雜訊、地的雜訊的干擾等。

故，習知的自容式觸控結構中，一方面，觸控芯片感測到的手指的觸摸所產生的電容改變量本身很小，另一方面，觸控芯片接收到的訊號存在較大噪聲，導致觸控芯片最終收到的訊號的信噪比很低，不易穩定判斷正常的觸摸行為。

本發明一實施例提供一種觸控結構，其包括： 一基板，該基板具有一第一表面； 一感應層，位於該第一表面上，該感應層包括自電容式的一觸控電極及與該觸控電極間隔且絕緣設置的一環境電極；以及 一觸控芯片，該觸控芯片分別藉由一第一走線和一第二走線與該觸控電極和該環境電極電性連接； 該觸控芯片用於分別藉由該第一走線和該第二走線向該觸控電極和該環境電極施加相同的驅動訊號，以使該觸控電極和該環境電極分別產生一第一感測訊號和一第二感測訊號；該觸控芯片還被配置為分別藉由該第一走線和該第二走線接收該第一感測訊號和該第二感測訊號，並根據該第一感測訊號和該第二感測訊號的差值的變化判斷觸控位置； 其中，垂直於該基板的厚度方向，該環境電極與該觸控電極的最小距離小於5mm； 沿該基板的厚度方向，該環境電極在該基板上的投影面積與該觸控電極在該基板上的投影面積的比值小於0.2； 該第二走線緊鄰該第一走線。

該觸控結構中，由於觸控電極的面積遠大於環境電極的面積，第一感測訊號的值遠大於第二感測訊號的值，且第二感測訊號的值中，手指的感測訊號所占的比例較低，而噪聲占的比例較大。另，由於第一走線緊鄰第二走線，環境電極緊鄰觸控電極，使得第一走線和第二走線具有接近的環境雜訊以及相同的電源雜訊和地雜訊，進而第一感測訊號和第二感測訊號中，環境雜訊相當。即，該第一感測訊號和該第二感測訊號的差值的變化更能反映導電物體（例如，手指）的觸摸行為。第一感測訊號減去第二感測訊號的值可保留較多的手指觸摸行為導致的自電容的變化，提高了觸控芯片最終檢測到的訊號的信噪比（訊號值與噪聲值的比），觸控結構具有高的靈敏度。

本發明一實施例還提供一種電子裝置，包括一本體以及安裝於該本體上的一觸控結構，其中，該觸控結構為上述的觸控結構。

該電子裝置包括上述的觸控結構，故，其亦具有高的信噪比，高的觸控靈敏度。

本發明一實施例還提供一種上述的觸控結構的驅動方法，其包括： 該觸控芯片分別藉由該第一走線和該第二走線向該觸控電極和該環境電極施加相同的驅動訊號，以使該觸控電極和該環境電極分別產生一第一感測訊號和一第二感測訊號；以及 該觸控芯片分別藉由該第一走線和該第二走線接收該第一感測訊號和該第二感測訊號，並根據該第一感測訊號和該第二感測訊號的差值的變化判斷觸控位置。

該驅動方法中，該觸控芯片接收到的第一感測訊號大部分為噪聲訊號，該第一感測訊號和該第二感測訊號的差值的變化更能反映導電物體（例如，手指）的觸摸行為。該驅動方法，提高了觸控芯片最終檢測到的訊號的信噪比（訊號值與噪聲值的比），靈敏度高。

為了便於理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施方式。然，本發明可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所描述的實施方式。相反地，提供這些實施方式的目的是使對本發明的公開內容理解的更加透徹全面。需要說明的是，當元件被稱為“ 固定於”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者亦可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，並不表示是唯一的實施方式。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在於限制本發明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或複數相關的所列項目的任意的和所有的組合。

圖1為本發明一實施例的觸控結構10的平面示意圖。圖2為圖1所示的觸控結構10沿線A-A的剖面示意圖。請結合參閱圖1和圖2，觸控結構10包括基板11、感應層12、觸控芯片13。該基板11具有相對的第一表面111和第二表面112。感應層12位於該第一表面111上。該感應層12包括自電容式的觸控電極121及與該觸控電極121間隔且絕緣設置的環境電極122。該觸控芯片13分別藉由第一走線141和第二走線142與該觸控電極121和該環境電極122電性連接。

該觸控芯片13用於分別藉由該第一走線141和該第二走線142向該觸控電極121和該環境電極122施加相同的驅動訊號，以使該觸控電極121和該環境電極122分別產生第一感測訊號和第二感測訊號。該觸控芯片13還被配置為分別藉由該第一走線141和該第二走線142接收該第一感測訊號和該第二感測訊號，並根據該第一感測訊號和該第二感測訊號的差值的變化判斷觸控位置。

垂直於該基板11的厚度方向，該環境電極122與該觸控電極121的最小距離小於5mm。沿該基板11的厚度方向，該環境電極122在該基板11上的投影面積與該觸控電極121在該基板11上的投影面積的比值小於0.2。每一該第二走線142緊鄰一條該第一走線141。

該觸控結構10中，由於觸控電極121的面積遠大於環境電極122的面積，即觸控電極121和導電物體（如，手指）之間的正對面積遠大於環境電極122和導電物體（如，手指）之間的正對面積。根據電容計算公式，C=εA/d（C為電容，ε為常數，A為兩導電物體之間的正對面積，d為兩導電物體之間的距離），第一感測訊號（如，電容C1）的值遠大於第二感測訊號（如，電容C2）的值，且由於環境電極122的面積較小導致環境電極122和導電物體（如，手指）之間的正對面積亦較小，使得第二感測訊號（如，電容C2）的值中，手指的感測訊號所占的比例較低，而噪聲占的比例較大。

另，由於第一走線141緊鄰第二走線142，環境電極122緊鄰觸控電極121，使得第一走線141和第二走線142具有接近的環境雜訊以及相同的電源雜訊和地雜訊。即，第一感測訊號和第二感測訊號中，環境雜訊相當。該第一感測訊號和該第二感測訊號的差值的變化更能反映導電物體（例如，手指）的觸摸行為。當對應觸控結構10的一觸控電極121的位置處有導電物體（例如，手指）觸摸時，該區域的觸控電極121和緊鄰其的環境電極122的自電容感應訊號均出現差異。其中，由於環境電極122的面積較小，其因手指的觸摸行為產生的自電容變化亦較小，使得第二感測訊號大部分為環境雜訊產生的噪聲。而由於觸控電極121面積較大，其因手指的觸摸行為產生的自電容變化較大。且由於觸控電極121面積遠遠大於環境電極122的面積（5倍以上），故，觸控電極121由於手指的觸摸操作產生的自電容的變化亦遠遠大於環境電極122由於手指的觸摸操作產生的的自電容變化，以至於環境電極122由於手指的觸摸操作產生的的自電容變化可以忽略不計。

另，由於環境電極122和觸控電極121緊鄰，第一走線141和第二走線142緊鄰，第一感測訊號和第二感測訊號中包含的噪聲基本相等。故，第一感測訊號減去第二感測訊號的值可保留較多的手指觸摸行為導致的自電容的變化，提高了觸控芯片13檢測的信噪比（訊號值與噪聲值的比），觸控結構10具有高的靈敏度。

於一實施例中，觸控電極121及環境電極122的數量均為複數。如圖1所示，觸控電極121和環境電極122為一一對應的。第一走線141和第二走線142亦是一一對應的。每一觸控電極121藉由一條第一走線141電性連接至觸控芯片13。每一環境電極122藉由一條第二走線142電性連接至觸控芯片13。第一走線141和第二走線142延伸方向相同，且二者之間大致等距平行。

於一實施例中，該第二走線142和該第一走線141之間的垂直距離小於10mm。該第二走線142和其對應的一條第一走線141的長度差小於10mm。藉此，藉由在每一觸控電極121的周邊設置一個環境電極122，並在連接該觸控電極121的第一走線141的周邊設置一條第二走線142，且保證第二走線142與第一走線141長度相等或相差很小，使得觸控芯片13上檢測到的環境電極122的第二感測訊號基本為其對應的觸控電極121的環境噪聲。

圖1中，示出了四對觸控電極121和環境電極122。可以理解，觸控電極121和環境電極122的對數可以為1，2，3或更多。另，圖1中，觸控電極121為圓形，環境電極122為矩形。於其他實施例中，觸控電極121和環境電極122的形狀可以相同或不同，且亦可以為其他形狀，例如，菱形、三角形等。

於一實施例中，雖不限定觸控電極121和環境電極122的形狀，但二者的面積相差越大，第一感測訊號和第二感測訊號的差越能反映觸摸行為導致的自電容值的變化。

圖1中，觸控芯片13位於一電路板19上，電路板19搭接在基板11上。電路板19可以為軟性電路板。

於一實施例中，觸控芯片13上設置有驅動電路和檢測電路。驅動電路可以一一向觸控電極121和環境電極122施加相同的驅動訊號（例如，驅動電壓），並一一接收每一觸控電極121和環境電極122在驅動訊號作用下反饋的第一感測訊號（例如，電容值）和第二感測訊號（例如，電容值）。當用戶的手指靠近或觸摸觸控結構10時，該觸摸位置對應的觸控電極121處自電容值發生變化，該變化可藉由第一感測訊號和第二感測訊號的差值反應。檢測電路處理第一感測訊號（例如，電容值）和第二感測訊號（例如，電容值），得到二者的差值，以把大部分環境的雜訊去除，進而判斷觸控位置。

於一實施例中，觸控電極121和環境電極122可以為同一個導電材料層圖案化形成。觸控電極121和環境電極122的材料可以為氧化銦錫、金屬網格、奈米銀、石墨烯、銅或鋁等金屬單質、金屬合金、透明導電高分子等導電材料。

如圖2所示，該觸控結構10還包括蓋板16。該蓋板16位於該感應層12遠離該基板11的一側。該蓋板16包括主體部161以及由該主體部161向遠離該感應層12的方向凸伸的按壓部162。每一該按壓部162對準一個該觸控電極121設置。即，按壓部162和觸控電極121為一一對應的。

如圖1所示，主體部161大致呈矩形平板狀。每一按壓部162大致呈圓形。沿該基板11的厚度方向，每一該按壓部162的投影落入其對應的一個該觸控電極121的投影範圍內，而該按壓部162的投影和任意一個該環境電極122的投影均不重疊。

如圖3所示，環境電極122到按壓部162的上表面（即，按壓部162遠離感應層12的表面，亦即觸摸面）的距離大於觸控電極121到按壓部162的上表面的距離。故，當導電物體（如，手指）觸摸到按壓部162時，手指和觸控電極121之間的距離小於手指和觸控電極121周邊的環境電極122之間的距離。由電容計算公式，C=εA/d（C為電容，ε為常數，A為兩導電物體之間的正對面積，d為兩導電物體之間的距離）可知，第一感測訊號（如，電容C1）的值更大於第二感測訊號（如，電容C2）的值，使得第二感測訊號（如，電容C2）的值中，手指的感測訊號所占的比例相較於第一感測訊號中手指的感測訊號所占的比例可以忽略不計。故，第一感測訊號減去第二感測訊號的值可保留較多的手指觸摸行為導致的自電容的變化，提高了觸控芯片13檢測的信噪比（訊號值與噪聲值的比），觸控結構10具有高的靈敏度。

於一實施例中，該蓋板16為透明的，該觸控結構10還包括遮光層17。

如圖2和圖3所示，該遮光層17位於該蓋板16靠近該感應層12的表面，該遮光層17對應該按壓部162開設有通光孔171。通光孔171大致呈圓形，通光孔171的大小與按壓部162相當。蓋板16的材質例如為透明的玻璃或透明的塑料。

於一實施例中，遮光層17完全覆蓋蓋板16的除去通光孔171以外的區域，以使其遮擋通光孔171以外的部分的光線，進而對觸控結構10的內部線路（如環境電極122、第一走線141和第二走線142）其遮蔽作用。遮光層17的材料可以為遮光油墨。

如圖2和圖3所示，觸控結構10還包括絕緣膠層151。絕緣膠層151位於蓋板16和基板11之間，以黏接二者。絕緣膠層151填充觸控電極121、環境電極122、第一走線141及第二走線142兩兩之間的間隙，以使基板11上的觸控電極121、環境電極122、第一走線141及第二走線142之間藉由絕緣膠層151實現絕緣設置。於一實施例中，絕緣膠層151可以為透明光學膠。

如圖2和圖3所示，觸控結構10還包括顯示模組18。該顯示模組18位於該基板11遠離該感應層12的一側並藉由黏合層152與基板11的第二表面112黏接。

於一實施例中，黏合層152為透明光學膠，該基板11及該感應層12為透光的，以使得顯示模組18顯示的畫面可以在按壓部162處進行顯示。

於一實施例中，基板11為透明的，其材質為聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯或透明聚醯亞胺等。感應層12的材質例如為，氧化銦錫、金屬網格、透明導電高分子等。

於一實施例中，觸控結構10還包括一處理器（圖未示）。觸控芯片13及顯示模組18分別電性連接處理器。每一按壓部162可對應一個功能。當觸控芯片13檢測到某一按壓部162對應的位置處的觸摸行為時，可向處理器發送訊號，處理器接收該訊號後，使顯示模組18顯示該按壓部162對應功能的按鍵標識。由於對應按壓部162處，蓋板16、絕緣膠層151、觸控電極121、基板11以及黏合層152均為透光的，使得該按鍵標識可被用戶觀看到。

於一實施例中，顯示模組18可以為液晶顯示模組、微型發光二極管顯示模組或者有機發光二極管顯示模組等，在此不作限定。

圖4為本發明另一實施例的觸控結構20的剖面示意圖。如圖4所示，該觸控結構20和觸控結構10的區別在於，觸控結構20中，蓋板16呈平板狀而不包括按壓部162，蓋板16的遠離感應層12的一面（即，觸控面）為一平面，觸控結構20可以為自容式觸控面板。

圖5為本發明一實施例的電子裝置100的結構示意圖。如圖5所示，電子裝置100包括本體30以及安裝於該本體30上的觸控結構10（20）。

於一實施例中，電子裝置100可以為電子遊戲機的操作手柄，按壓部162為操作手柄上的按鈕，用戶可藉由操縱其按鈕，實現對遊戲虛擬角色的控制。按壓部162可以用作功能鍵、暫停鍵或主頁鍵等。相較於傳統的物理按鍵，觸控式的按壓部162具有反應靈敏、易於操作、外觀簡潔、使用壽命長等優點。在遊戲過程中，用戶的視線主要集中於遊戲畫面，設計者將觸控按鈕凸出主體部161的上表面，用戶僅憑藉觸感即可完成相應操作。

於其他實施例中，上述觸控結構10（20）還可以應用於家用電器例如洗衣機、電飯煲、熱水器等。其中觸控結構10中，按壓部162可作為家用電器上的觸控按鈕，以實現觸控操作。

圖6為本發明一實施例的觸控結構10（20）的驅動方法的流程圖。如圖6所示，該觸控結構10（20）的驅動方法包括如下步驟。

步驟S1：該觸控芯片13分別藉由該第一走線141和該第二走線142向該觸控電極121和該環境電極122施加相同的驅動訊號，以使該觸控電極121和該環境電極122分別產生第一感測訊號和第二感測訊號。

步驟S2：該觸控芯片13分別藉由該第一走線141和該第二走線142接收該第一感測訊號和該第二感測訊號，並根據該第一感測訊號和該第二感測訊號的差值判斷觸控位置。

該驅動方法中，觸控芯片13檢測到的第二感測訊號的大部分為環境噪聲，而由於環境電極122和觸控電極121緊鄰，第一走線141和第二走線142緊鄰，使得第一感測訊號和第二感測訊號中包含的噪聲基本相等。故，第一感測訊號減去第二感測訊號的值可保留較多的手指觸摸行為導致的自電容的變化，提高了觸控芯片13檢測的信噪比（訊號值與噪聲值的比），進而使得觸控結構10（20）具有更高的靈敏度。

以上實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施方式對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神及範圍。

10、20:觸控結構 11:基板 111:第一表面 112:第二表面 12:感應層 121:觸控電極 122:環境電極 13:觸控芯片 141:第一走線 142:第二走線 151:絕緣膠層 152:黏合層 16:蓋板 161:主體部 162:按壓部 17:遮光層 171:通光孔 18:顯示模組 19:電路板 30:本體 100:電子裝置

圖1為本發明一實施例的觸控結構的平面示意圖。

圖2為圖1所示的觸控結構沿線A-A的剖面示意圖。

圖3為圖1所示的觸控結構沿線B-B的剖面示意圖。

圖4為本發明另一實施例的觸控結構的剖面示意圖。

圖5為本發明一實施例的電子裝置的結構示意圖。

圖6為本發明一實施例的觸控結構的驅動方法的流程圖。

10:觸控結構

12:感應層

121:觸控電極

122:環境電極

13:觸控芯片

141:第一走線

142:第二走線

16:蓋板

161:主體部

162:按壓部

19:電路板

Claims (10)

1. 一種觸控結構，其改良在於，包括： 一基板，該基板具有一第一表面； 一感應層，位於該第一表面上，該感應層包括自電容式的一觸控電極及與該觸控電極間隔且絕緣設置的一環境電極；以及 一觸控芯片，該觸控芯片分別藉由一第一走線和一第二走線與該觸控電極和該環境電極電性連接； 該觸控芯片用於分別藉由該第一走線和該第二走線向該觸控電極和該環境電極施加相同的驅動訊號，以使該觸控電極和該環境電極分別產生一第一感測訊號和一第二感測訊號；該觸控芯片還被配置為分別藉由該第一走線和該第二走線接收該第一感測訊號和該第二感測訊號，並根據該第一感測訊號和該第二感測訊號的差值的變化判斷觸控位置； 其中，垂直於該基板的厚度方向，該環境電極與該觸控電極的最小距離小於5mm； 沿該基板的厚度方向，該環境電極在該基板上的投影面積與該觸控電極在該基板上的投影面積的比值小於0.2； 該第二走線緊鄰該第一走線。
2. 如請求項1所述的觸控結構，其中，該第二走線和該第一走線的長度差小於10mm。
3. 如請求項1所述的觸控結構，其中，該第二走線和該第一走線之間等距平行，且該第二走線和該第一走線之間的垂直距離小於10mm。
4. 如請求項1所述的觸控結構，其中，該觸控結構還包括一蓋板，該蓋板位於該感應層遠離該基板的一側。
5. 如請求項4所述的觸控結構，其中，該蓋板包括一主體部以及由該主體部向遠離該感應層的方向凸伸的至少一個按壓部，且該按壓部對準該觸控電極設置；沿該基板的厚度方向，該按壓部的投影完全落入該觸控電極的投影範圍內。
6. 如請求項5所述的觸控結構，其中，沿該基板的厚度方向，該按壓部的投影和該環境電極的投影不重疊。
7. 如請求項5所述的觸控結構，其中，該蓋板為透明的，該觸控結構還包括一遮光層，該遮光層位於該蓋板靠近該感應層的表面，該遮光層對應該按壓部開設有通光孔。
8. 如請求項1所述的觸控結構，其中，該觸控結構還包括一顯示模組，該顯示模組位於該基板遠離該感應層的一側，該基板及該感應層為透光的。
9. 一種電子裝置，包括一本體以及安裝於該本體上的一觸控結構，其中，該觸控結構為如請求項1至8中任意一項所述的觸控結構。
10. 一種如請求項1至8中任意一項所述的觸控結構的驅動方法，其中，包括： 該觸控芯片分別藉由該第一走線和該第二走線向該觸控電極和該環境電極施加相同的驅動訊號，以使該觸控電極和該環境電極分別產生一第一感測訊號和一第二感測訊號；以及 該觸控芯片分別藉由該第一走線和該第二走線接收該第一感測訊號和該第二感測訊號，並根據該第一感測訊號和該第二感測訊號的差值的變化判斷觸控位置。

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