TWI412982B - 影像顯示系統與輸入位置判斷方法 - Google Patents

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TWI412982B TW098114387A TW98114387A TWI412982B TW I412982 B TWI412982 B TW I412982B TW 098114387 A TW098114387 A TW 098114387A TW 98114387 A TW98114387 A TW 98114387A TW I412982 B TWI412982 B TW I412982B
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Description

影像顯示系統與輸入位置判斷方法
本發明係為一種影像顯示系統；特別的是，本發明影像顯示系統含有觸控面板，而利用兩階段的掃描方式，產生與觸控面板上位置相關的輸入訊號。
習知技術中，鮮少將電容式的觸控面板直接設置在螢幕或是顯示裝置上，特別是用在薄型化顯示裝置上，例如液晶螢幕等。其原因在於，習知的電容式觸控面板會有解析度不足的問題，換言之，若接觸面積過小的物體，例如觸控筆之筆尖，電容式觸控面板可能無法判別。
此外，將電容式觸控面板設置在薄型化顯示裝置上時，在觸控面板與顯示裝置之間會產生寄生電容與雜訊，且存有因頻率限制所導致無法使用線對線(line-by-line)掃描的問題。
本發明之一目的在於提供一種影像顯示系統，其具有設置在顯示裝置上的電容式觸控面板，而利用兩階段的方式掃描觸控面板，前一階段先針對面板上較大的範圍進行掃瞄，後一階段再針對面板上較小的範圍進行掃瞄。
於一實施例中，影像顯示系統包含一電容式觸控面板，觸控面板包含複數個電容器組，每一電容器組包含複數個電容器模組。觸控面板另外包含處理電路、第一掃描電路、與第二掃描電路。處理電路選擇性地電性連結每一電容器組以及每一電容器組之電容器模組。第一掃描電路與每一電容器組連結，依序掃描訊號每一電容器組，藉此處理電路依序與每一電容器組導通以量測每一電容器組的電容值，並根據所量測的電容值，辨識電容器組中一特定電容器組。第二掃描電路與處理電路以及特定電容器組之電容器模組連結，第二掃描電路依序掃描特定電容器組之電容器模組，藉此處理電路依序與特定電容器組之每一電容器模組導通以量測每一電容器組模組的電容值，並根據所量測的電容值，辨識特定電容器組中至少一特定電容器模組，藉此產生與觸控面板上一位置相關之輸入訊號。而選擇性地，特定電容器組被使用者所觸碰而導致處理電路所量測到特定電容器組之電容值大於一預定值。
在一方法實施例，包含：(a)依序導通處理電路與每一電容器組，以量測每一電容器組的電容值；(b)根據步驟(a)所量測的電容值，辨識複數個電容器組中至少一特定電容器組；(c)依序導通處理電路與特定電容器組之每一電容器模組，以量測每一電容器組模組的電容值；(d)根據步驟(c)所量測的電容值，辨識至少一特定電容器模組；以及(e)根據特定電容器模組的位置，判斷觸控面板上一輸入位置。
根據本發明揭露一種應用於影像顯示系統之顯示裝置上的電容式觸控面板，特別的是，觸控面板分別利用兩階段以上的掃描方式，決定觸控面板上使用者的輸入位置。為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照下列描述並配合第1圖至第2d圖之圖式。
參考第1圖，係根據本發明一實施例之顯示系統1，包含具有顯示裝置100(例如液晶顯示裝置或是OLED顯示裝置)之電子裝置10，特別是電容式觸控面板200乃裝設於顯示裝置100上，顯示裝置100更包含一電源供應(圖未示)供觸控面板200運作，而使用者可透過電容式觸控面板200觀看到顯示裝置100所提供的影像。
於本實施例中，具有顯示裝置100的電子裝置10可實施為行動電話、數位相機、個人數位助理(PDA)、筆記型電腦、桌上型電腦、電視、車用顯示器、航空用顯示器、全球定位系統(GPS)或可攜式數位影音光碟(DVD)播放器。
第2a圖顯示根據本發明一實施例之電容式觸控面板200之電路。於本實施例中，電容式觸控面板200包含複數個電容器組202、第一掃描電路204、第二掃描電路206以及處理電路208。其中，每一電容器組202更包含複數個電容器模組2022，且每一個電容器模組2022分別包含一可變感測電容器Cs，而可變感測電容器Cs之電極可實施為透明電極，其材料可為銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，簡稱ITO)。當電容器模組2022被例如手指或觸控筆觸碰時，感測電容器Cs中的電容值產生變化。此部分為習此技藝者所熟知，不再贅述。
但須注意的是，電容器模組2022的電極與顯示裝置100之共同電極PV或者鄰近電容器模組2022的電極間，存在有寄生電容器Cp，而寄生電容器Cp係於觸控面板200製作及設置於顯示裝置100時所產生的，其中寄生電容器Cp之電容值大約是固定的。第2b圖係根據電容器模組2022被待測物體TOB接觸到的面積，所造成之電容值變化的關係示意圖，其中X軸係表示電容值，Y軸係表示電容器模組2022被接觸的面積。隨著電容器模組2022被接觸到的面積變化增加，其感測電容器Cs之電容值亦隨之增加，而可儲存之電量也隨之改變。
處理電路208更包含充放電電路2082。充放電電路2082對電容器模組2022進行充電與放電。值得一提的是，前述之寄生電容器Cp亦會對感測電容器Cs造成影響，但如第2b圖所示，寄生電容器Cp之電容值大約是定值，不會隨著電容器模組2022是否有被觸碰而改變。
充放電電路2082將提供充電電壓V，用以對電容器模組2022進行充電，以及提供固定電流I對電容器模組2022進行放電，此外充放電電路2082充放電的時間為一定值。而當處理電路208與電容器模組2022導通時，可於節點A測量到電容器模組2022的等效電壓，而當電容器模組2022被待測物體TOB觸碰時，感測電容器Cs之電容值的變化將影響節點A的等效電壓。
在另一實施例中，處理電路208更包含雜訊抑制電路2084，而雜訊抑制電路2084主要包含一取樣電容器Cx，當電容器模組2022(或者電容器組202)與充放電電路2082導通而放電時，用來儲存電容器模組2022所流出的電量，並藉此測量電容器模組2022的電容值或是電容值變化。如前所述，電容器模組2022不可避免地會含有寄生電容器Cp，而寄生電容器Cp乃相對於顯示裝置100之共同電極PV所形成，而當共同電極PV帶有雜訊時，將會使得電容器模組2022與取樣電容器Cx儲存的電量都受到雜訊的影響，而無法準確地測量電容器模組2022的電容值。因此，在本實施例中，取樣電容器Cx一端與電容器模組2022連結，取樣電容器Cx另一端則與顯示裝置100之共同電極PV連結。如圖所示，取樣電容器Cx兩端同時都會受到共同電極PV的影響而互相抵銷，因此當共同電極PV帶有雜訊時，取樣電容器Cx還是能夠準確地測量到電容器模組2022的電容值或是電容值變化。
第2c圖顯示根據本發明於一實施例之電容式觸控面板200之詳細電路。每一電容器組(例如EA)包含多個電容器模組，例如三個電容器模組(EA1-EA3)。於本實施例中，每一電容器模組包含一透明電極，寬度係介於0.1mm-0.5mm，而透明電極除了長條形狀外，亦可為任意形狀。
觸控面板200採用兩階段式掃描。第一階段掃描乃針對電容器組EA-EG，而第二階段乃針對其中特定電容器組中的電容器模組。將進一步說明如下。
第一階段掃描
參考第2c圖，第一掃描電路204提供複數條區域掃描線(L1-L7)，分別連結電容器組(EA-EG)，而電容器組的數目乃對應第一掃描電路204掃描線的數目。第一掃描電路204之掃瞄訊號依序發給電容器組EA、電容器組EB，一直到電容器組EG。當收到第一掃描電路204的掃瞄訊號時，電容器組EA-EG依序與處理電路208導通。在此實施例中，所稱電容器組與處理電路208導通，乃指此電容器組中之電容器模組一起與處理電路208導通。而處理電路208可根據電容器組中電容器模組整體所儲存的電量，來量測電容器組的電容值。
如第2c圖所示，當待測物體TOB接觸到電容器組EC、ED和EE，其電容器模組之電容值會產生變化，例如大於一預定值，進而被處理電路208以先前所述的方式所偵測到，處理電路208則記錄電容器組EC、ED和EE為“特定電容器組”，以進行下一階段的掃瞄。在另一實施例中，除了被偵測到電容值發生變化的“特定電容器組”之外，處理電路208額外記錄“特定電容器組”(EC、ED和EE)的前一電容器組(電容器組EB)與後一電容器組(電容器組EF)，以進行下一階段的掃瞄。
第二階段掃描
對應每一電容器組中之電容器模組數目，第二掃描電路206提供三條區塊掃描線(S1-S3)，其依序分別與電容器組(EA-EG)中之電容器模組(EA1-EG3)連接。以電容器組EA為例，區塊掃描線S1連接電容器模組EA1，區塊掃描線S2連接電容器模組EA2，區塊掃描線S3連接電容器模組EA3，並且根據上述的連接方式，將區塊掃描線S1-S3依序連接至電容器組(EB-EG)中之電容器模組(EB1-EG3)。
在“第二階段掃描”中，第二掃描電路206並不會對所有的電容器模組(EA1-EG3)進行掃描，相對地，第二掃描電路206僅發出掃瞄訊號給在前階段掃瞄中處理電路208所記錄的特定電容器組EC、ED和EE的電容器模組，或是加上前後電容器組EB和EF的電容器模組。當收到第二掃描電路206的掃瞄訊號時，上述電容器組的電容器模組與處理電路208導通，而處理電路208可根據電容模組(EB1-EF3)所儲存的電量，來量測其電容值。如第2c圖所示，而當待測物體TOB接觸到電容器模組EC2、EC3、ED1、ED2、ED3、EE1和EE2，其電容值會產生變化，例如大於一預定值，進而被處理電路208所偵測到，處理電路208則記錄電容器模組EC2、EC3、ED1、ED2、ED3、EE1和EE2為“特定電容器模組”，藉此決定在觸控面板200上被觸碰的位置，以產生一輸入訊號。
在一實施例中，可計算出電容器模組EC2、EC3、ED1、ED2、ED3、EE1和EE2之平均位置，或是從電容器模組EC2、EC3、ED1、ED2、ED3、EE1和EE2進一步選出二個相距最遠之電容器模組(即電容器模組EC2與電容器模組EE2)，再計算出兩電容器模組EC2與EE2之中心點O，藉此決定在觸控面板200上被觸碰的位置。
從上述實施例中亦可以了解到，面板200可允許至少有兩個電容器模組被觸碰或者兩個電容器組被觸碰，以第2c圖為例，電容器組EC具有被觸碰之電容器模組EC2及EC3、電容器組ED具有被觸碰之電容器模組ED1-ED3、電容器組EE具有被觸碰之電容器模組EE1及EE2。然而，熟悉該項技術領域者應當可以了解到，上述實施例係用以示範說明，而非用來侷限本發明中所被觸碰之電容器組或電容器模組的數目；即一個以上之電容器模組被觸碰，或者在兩個電容器組(可相鄰或不相鄰)中皆具有被觸碰之電容器模組的實施例，都在本發明所欲涵蓋的範圍中。
值得注意的是，在其他實施例中，可將第一掃描電路204與第二掃描電路206整合至顯示裝置100中的訊號/控制電路(圖上未顯示)中，並且節省觸控面板200原本因需要區域掃描線(L1-L7)與區塊掃描線(S1-S3)而所增加的接腳(Pin)數目，例如區域掃描線(L1-L7)與區塊掃描線(S1-S3)可直接利用顯示裝置100中原有訊號/控制的接腳，而不需再額外增加接腳以提供掃描。
另外，參考第2d圖，於本實施例中，電容式觸控面板200設置有切換開關單元，包含複數個切換開關TX，每一切換開關TX分別受一條切換掃描線SWX控制，且分別對應一個電容器模組，就可使得訊號/控制信號(例如額外的掃描訊號)透過切換開關TX，掃描沿著X方向(或者Y方向)排列的電容器組。這種將對X方向以及Y方向分別進行掃描的方式，將可獲得更精準的判斷結果。
以下進一步說明第2d圖的實施例。切換開關單元對應電容器組(EA-EN)的電容器模組EA1至ENm都分別設置有電晶體開關TX與RTX。電晶體開關TX與RTX為反相，例如電晶體開關TX為n型電晶體，而電晶體開關RTX為p型電晶體。電晶體開關TX與RTX與X方向相關，且受到X方向掃描線SWX的控制。在此實施例中，電容器組(EA-EN)皆乃沿著X方向排列，因此當收到X方向掃描線SWX的掃瞄訊號時，電容器組(EA-EN)中所有的開關TX皆開啟，而所有的開關RTX皆關閉。
以電容器組EA為例，第一掃描電路204更設有複數個電晶體開關T1與RT1，每一電晶體開關T1與RT1都分別對應電容器組EA中的電容器模組EA1-EAm，並都受區域掃描線L1控制。第二掃描電路206更包含複數個電晶體開關T11-T1m與RT11-RT1m，其中，電晶體開關T11-T1m分別對應電容器模組EA1-EAm設置，電晶體開關RT11-RT1m也分別對應電容器模組EA1-EAm設置，而電晶體開關T11與RT11受區塊掃描線S1控制，電晶體開關T1m與RT1m則受區塊掃描線Sm控制。另外，電晶體開關T1與RT1為反相，例如電晶體開關T1為n型電晶體，而電晶體開關RT1為p型電晶體；電晶體開關T11-T1m與RT11-RT1m為反相，例如電晶體開關T11-T1m為n型電晶體，而電晶體開關RT11-RT1m為p型電晶體。以電容器模組EA1為例，電晶體開關T1及T11與電晶體開關TX串聯，因此當電晶體開關T1、T11、與TX皆開啟時，電容器模組EA1才會與處理電路208導通，而電晶體開關RT1、RT11、與RTX彼此並聯，而當只要有其中之一開啟，則電容器模組EA1接地。其他電容器模組可參考電容器模組EA1，以圖示之方式而設置，在此不加以贅述。
參考圖2d並以電容器組EA為例，控制電容器組EA的電晶體開關包含電晶體開關T1(第一開關)、電晶體開關T11(第二開關)、電晶體開關RT1(第三開關)、電晶體開關RT11(第四開關)、電晶體開關TX(第五開關)，與電晶體開關RTX(第六開關)。如前文所述，第一掃描電路204係設有電晶體開關T1與RT1，且電晶體開關T1與RT1為反相，第二掃描電路206則設有電晶體開關T11與RT11，且電晶體開關T11與RT11也為反相。電容式觸控面板200設置有切換開關單元，其中對應電容器模組EA1的切換開關單元係設置有電晶體開關TX與RTX。電晶體開關T1、T11與TX串聯，電晶體開關RT1、RT11、與RTX則彼此並聯。
於第一階段掃描時，所有開關TX與T11-TNm皆開啟，而所有開關RTX與RT11-RTNm皆關閉。此時第一掃描電路204的區域掃描線L1-Ln，依序開啟電晶體開關T1-TN，以導通處理電路208與電容器組(EA-EN)，而處理電路208量測電容器組(EA-EN)的電容值，而在此範例中，處理電路208根據所量測的電容值或電容值變化，判定電容器組EA的電容值大於一預定值，因此進一步選定電容器組EA，以進行下一階段的掃瞄。
第二階段掃描僅針對電容器組EA，其中電容器組EA所有的開關TX與T1皆開啟，而所有的開關RTX與RT1皆關閉。此時第二掃描電路206的區塊掃描線S1-Sm，依序開啟電容器組EA中電晶體開關T11-T1m，導通處理電路208與電容器模組EA1至EAm，而處理電路208量測電容器模組EA1至EAm的電容值或電容值變化，選定電容器模組EA1至EAm至少其中之一，而產生輸入訊號。
根據以上的設置，本發明實施例提供了一種整合在顯示裝置上的電容式觸控面板，其具有相對於電阻式觸控面板的優點，例如，根據本發明實施例不會增加顯示裝置的厚度，也解決了寄生電容與雜訊干擾的問題，甚者，藉由兩階段的掃描，亦解決了習知電容式觸控面板解析度不足的問題。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
1‧‧‧顯示系統
10‧‧‧電子裝置
100‧‧‧顯示裝置
200‧‧‧電容式觸控面板
202,EA-EG‧‧‧電容器組
2022,EA1-EG3‧‧‧電容器模組
204‧‧‧第一掃描電路
206‧‧‧第二掃描電路
208‧‧‧處理電路
2082‧‧‧充放電電路
2084‧‧‧雜訊抑制電路
Cs‧‧‧感測電容器
Cp‧‧‧寄生電容器
Cx‧‧‧取樣電容器
L1-LN,S1-Sm,SWX‧‧‧掃描線
TOB‧‧‧待測物體
T1-TN,T11-TNm,TX,RT1-RTN,RT11-RTNm,RTX‧‧‧電晶體開關
第1圖顯示根據本發明一實施例之顯示系統；第2a圖顯示根據本發明一實施例之觸控面板電路；第2b圖說明根據本發明一實施例觸控面板感測電容器與寄生電容器之特性；第2c圖顯示根據本發明一實施例之觸控面板電路；以及第2d圖顯示根據本發明一實施例之觸控面板電路。
200．．．電容式觸控面板
202．．．電容器組
2022．．．電容器模組
204．．．第一掃描電路
206．．．第二掃描電路
208．．．處理電路
2082．．．充放電電路
2084．．．雜訊抑制電路
Cs．．．感測電容器
Cp．．．寄生電容器
Cx．．．取樣電容器

Claims (17)

  1. 一種影像顯示系統，包含一電容式觸控面板，該觸控面板包含：複數個電容器組，每一電容器組更包含複數個電容器模組；一處理電路，選擇性地電性連結每一電容器組以及每一電容器組之電容器模組；一第一掃描電路，與每一電容器組連結，依序掃描每一電容器組，藉此該處理電路依序與每一電容器組導通以量測每一電容器組的電容值，並根據所量測的電容值，辨識該複數個電容器組中至少一特定電容器組；以及一第二掃描電路，與該處理電路以及該特定電容器組之電容器模組連結，該第二掃描電路依序掃描該特定電容器組之電容器模組，藉此該處理電路依序與該特定電容器組之每一電容器模組導通以量測每一電容器組模組的電容值，並根據所量測的電容值，辨識該特定電容器組中至少一特定電容器模組，以產生與該觸控面板上一位置相關之輸入訊號；一顯示裝置，該顯示裝置包含該觸控面板與一電源供應，其中該顯示裝置具有一共同電極電性連接每一電容器模組，而該處理電路更包含一取樣電容器，該取樣電容一端選擇性地電性連結每一電容器組以及每一電容器模組，另一端電性連結該共同電極。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該處理電路所量測到該特定電容器組之電容值大於一預定值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該第一掃描電路更連結每一電容器組的電容器模組，而該第一掃描電路包含複數條第一掃描線； 其中，不同電容器組的電容器模組係連結不同的第一掃描線，而同一電容器組的電容器模組係連結同一第一掃描線。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該第二掃描電路包含複數條第二掃描線，而同一電容器組中不同電容器模組係連結不同的第二掃描線。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之系統，其中同一第二掃描線連結不同電容器組的電容器模組。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中每一電容器模組包含一電極，而對應每一電容器模組，該第一掃描電路包含一第一開關，該第一開關連結該電極與該處理電路；其中，當該第一掃描電路進行掃描時，對應同一電容器組中之電容器模組之第一開關係一同開啟(ON)。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之系統，其中，而對應該特定電容器組之每一電容器模組，該第二掃描電路包含一第二開關，用以連結該電極與該處理電路，且該第二開關係與該第一開關串聯；其中，當該第二掃描電路進行掃描時，對應該特定電容器組之電容器模組之第二開關每次只有一個為開啟(ON)。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中對應該特定電容器組之每一電容器模組，該第一掃描電路更包含一第三開關，而該第二掃描電路更包含一第四開關，該第三開關與該第四開關並聯，該第三開關分別接地與連結該電極，該第四開關分別接地與連結 該電極；其中該第三開關與該第一開關反相，而該第四開關與該第二開關反相。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中該複數個電容器組係沿一預定方向排列；其中，對應每一電容器模組，該觸控面板更包含一第五開關連結該電極與該處理電路，該第五開關係與該第一開關以及該第二開關串聯，每一電容器模組之第五開關與該預定方向相關，且係一同開啟(ON)或關閉(OFF)。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中對應每一電容器模組，該觸控面板更包含一第六開關與該第三開關與該第四開關並聯，該第六開關分別接地與連結該電極，而該第六開關與該第五開關反相。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該顯示裝置為液晶顯示裝置。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更包含一電子裝置，該電子裝置包含該顯示裝置，其中該電子裝置係為一手機、一數位相機、一個人數位助理、一筆記型電腦、一桌上型電腦、一電視、一全球定位系統、一車用顯示器、一航空用顯示器、一數位相框或一可攜式DVD放影機。
  13. 一種輸入位置判斷方法，應用於一電容式觸控面板，該觸控面 板包含複數個電容器組，每一電容器組包含複數個電容器模組，該觸控面板更包含一處理電路選擇性地電性連結每一電容器組以及每一電容器組之電容器模組，該方法包含：(a)依序導通該處理電路與每一電容器組，以量測每一電容器組的電容值；(b)根據步驟(a)所量測的電容值，辨識該複數個電容器組中至少一特定電容器組；(c)依序導通該處理電路與該特定電容器組之每一電容器模組，以量測每一電容器組模組的電容值，其中每一該電容器模組電性連結一共同電極，該處理電路包含一取樣電容器電性連結該共同電極，該方法更包含選擇性地電性連結該取樣電容器與每一電容器組以及每一電容器模組，以抑制雜訊；(d)根據步驟(c)所量測的電容值，辨識至少一特定電容器模組；以及(e)根據該特定電容器模組的位置，判斷該觸控面板上一輸入位置。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該複數個電容器組係沿一預定方向排列。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中在步驟(d)中，辨識兩個以上之特定電容器模組。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中步驟(e)更包含：根據兩個距離最遠之特定電容器模組之位置，計算出該兩個距離最遠之特定電容器模組之中心點，以判斷該輸入位置。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中步驟(b)更包含：根據步驟(a)之順序，辨識該特定電容器組之一前電容器組與一後電容器組，而步驟(c)更包含：依序導通該處理電路與該特定電容器組、該前電容器組、與該後電容器組之每一電容器模組。
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