TWI412986B - 具近接感應功能之面板 - Google Patents

Description

具近接感應功能之面板

本發明係關於為一種面板，特別是關於一種具近接感應功能之面板。

隨著光電科技的發展，近接切換裝置已被大量運用在不同的機器上，例如：智慧性手機、運輸工具之購票系統、數位照像機、遙控器與液晶螢幕等。常見的近接切換裝置(Proximity Device)包括如近接感測器(Proximity sensor)與觸摸面板(touch panel)等，主要用以切換系統狀態。近接感測器之運作方式為：當一物體靠近感測器之感應範圍內，近接感測器在觸及該物體或不觸及物體的狀況下，經由近接感應之方式得知該物體所在之位置，近接感測器將感應所得之信號轉變為一電子訊號，系統或機器會依據該電子訊號做出適當的反應，達成控制系統狀態之目的。

近接感測器又稱近接開關(Proximity Switch)，應用在許多液晶電視、電源開關、家電開關、門禁系統、手持式遙控器與手機等，近年來，更是這些裝置與設備不可或缺的角色之一。它負責偵測物體是否靠近，以便讓控制器了解目前物體所在之位置。以家電應用來說，近接感測器被大量用在燈源的控制上，只要靠近近接感測器或碰觸近接感測器，依據感測訊號燈源就可進行開或關之動作。而近接感測器之種類及外型琳琅滿目，係為長方型、四方型、圓柱型、圓孔型、溝型、多點型等。依其原理可分成以下4種類型：電感式、電容式、光電式與磁氣式。

請參考第1圖，其為一般電容式近接感應系統100功能方塊圖，其包括：物件10、近接感應單元101、感測電路105與微控制器106。當物件10靠近接感應單元101時，近接感應單元101所感應之電容量會隨著物件之距離而產生變動，此時，由振盪器102產生之振盪頻率/波幅之大小會依據物件之距離而改變並產生一振盪訊號。而檢波電路103轉換振盪訊號為固定直流電壓並傳送至輸出電路104，輸出電路104用以接受固定直流電壓並增強驅動力為輸出訊號，並傳送至微控制器106或受控之負載端。

現今各式各樣的顯示面板已經大幅地應用於不同之裝置，為了實現觸控面板互動式之概念，先前技術於面板之周邊增設一具近接感應功能之面板，包括：電路板(PCB)、近接感應單元、感測電路與微控制器。如第2圖所示者，其為先前技術觸控面板之上視圖，其包括：觸控面板130、近接感應單元140與電路板(PCB)150第3圖則為先前技術電容式觸控面板之結構圖。

參考第2圖與第3圖可得知，先前技術之作法，須於觸控面板之外部另增設至少一個電路板(PCB)，並將個別之近接感應單元放置於個別之電路板(PCB)之上。此種作法將使得成本變高，且增加系統繞線之複雜度而使得系統難於整合。因此，在面板的應用上，如何使得近接感應單元製作於面板上的成本能夠降低並簡化系統繞線之複雜度，成為未來互動式面板開發的重要議題。

本發明係提出一種具近接感應功能之面板，包含基板與至少一個近接感應單元。先前技術必需額外增設至少一個電路板(PCB)並放置至少一個互容式近接感應單元，本發明提出於製作面板之過程，同時，將互容式近接感應單元形成於面板之基板，使得成本降低並減少系統繞線之複雜度。

本發明更提出一種具近接感應功能之面板，包括：基板、至少一個互容式近接感應單元與至少一個感測電路。互容式近接感應單元形成於基板周邊，互容式近接感應單元感應物件之靠近而產生所對應之一感應訊號。感測電路，連接互容式近接感應單元，用以接收感應訊號而產生一控制訊號。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本發明提出一種具近接感應功能之面板，包含基板與至少一個近接感應單元。藉由將近接感應單元直接形成於各種不同面板之基板周邊，使得整體製作成本降低並降低系統繞線之複雜度，使得所應用的基板具有近接感應功能，而使得採用此面板的機器能達到更佳的人機互動效果。形成於面板之周邊，可在不影響原面板製作的流程上，利用面板之周邊窄邊來製作近接感應單元，並設法將近接感應單元的製作整合入面板的製作流程，如此，即可大幅降低近接感應單元所需的成本。

請參考第4圖，其為本發明具近接感應功能之面板200之具近接感應功能之面板130之功能方塊圖，其中，具近接感應功能之面板200包含：面板130、至少一個近接感應單元140與至少一個感測電路160。近接感應單元140形成於基板130周邊，其可依據物件10之靠近而產生所對應之近接感應訊號，且近接感應訊號之大小係依據物件10之距離遠近來改變。感測電路160用以接收近接感應訊號而產生控制訊號。微控制器170連接感測電路160，用以接收控制訊號並進行計算而產生座標資訊(X,Y)。微控制器170可利用此座標資訊(X,Y)進行手勢方向之判斷，例如：物件由左至右、由右至左、由左斜至右斜、由右斜至左斜、由上至下、由下至上、兩物件放大、兩物件縮小等等。如此，即可實現使用者與各種面板的互動手勢。

其中，近接感應單元140係為以下之任意組合：電容式近接感應單元、電感式近接感應單元、光電式近接感應單元與磁氣式近接感應單元。亦即，在實做上，可以採取一種近接感應單元製作在面板上，或者，採取多種近接感應單元製作在面板上。

電容式近接感應單元係利用該物件10之距離遠近而改變感應訊號之大小，其中，感應訊號之大小係為電容量之變化。感測電路160內之振盪電路依據電容量之變化而改變振盪頻率/振幅之大小，並依據此振盪頻率/振幅之大小產生控制訊號而輸出至微控制器170。

其中，電容式近接感應單元包含了自容式近接感應單元與互容式近接感應單元。自容式近接感應單元係運用至少一電極進行驅動(Driving)與偵測(Sensing)。而互電容式近接感應單元係運用至少兩電極的排列分別來進行驅動與偵測。

電感式近接感應單元係利用物件之距離而改變感應訊號之大小，其中，感應訊號之大小係為電感量之變化。感測電路160內之振盪電路係藉由電感量之變化而改變振盪頻率/振幅之大小，並依據此振盪頻率/振幅之大小產生控制訊號而輸出至微控制器170。

其中電容式與電感式之近接感應單元之形狀可選自：圓形、方形、橢圓形、星形、心形、螺旋形、空心狀或任意形狀。

光電式近接感應單元包含：光發射器與光接收器，其運作之原理係利用光發射器發射一光源，該光源係為紅外線。光電式近接感應單元接收藉由物體表面反射回來之光量強度並產生近一光源訊號，且感測電路160係依據光源訊號之光量強度來產生電子訊號並輸出至微控制器170。

磁氣式近接感應單元係為磁性感應元件，其運作之原理係利用外部之磁性物件靠磁氣式近接感應單元，磁氣式近接感應單元之磁性感應元件是由二片鐵性簧片所形成之接點。當磁性物件接近時，磁氣式近接感應單元之鐵性簧片感應大量之磁性，而使得接點因此而導通。感測電路160依據該接點來產生電子訊號並輸出至微控制器170。

其中，近接感應單元140係形成於：基板之上表面、基板之下表面、基板之側面或基板上下表面。其中，具近接感應功能之面板之基板係選自：投射電容式觸控面板之基板、表面電容式觸控面板之基板、電阻式觸控面板之基板、超音波觸控面板之基板、紅外線觸控面板之基板、有機發光二極體面板(OLED)之基板、液晶面板之基板、電子紙之基板、玻璃基板、塑膠基板(PET)基板與壓克力基板。

以下，第5圖、第6圖與第7圖之實施例，將分別列舉三個採用電容式與電感式近接感應單元之面板實施例。

接著，請參考第5圖，其說明具近接感應功能之面板之第一實施例上視圖，近接感應單元141係採用方形之設計。

接著，請參考第6圖，其說明具近接感應功能之面板之第二實施例上視圖，近接感應單元142係採用螺旋形之設計。

接著，請參考第7圖，其說明具近接感應功能之面板之第三實施例上視圖，其中，近接感應單元143係採用圓形之設計。

接著，第8圖~第13圖將分別列舉六個具近接感應功能形成於觸控面板之位置之實施例。其餘形成於OLED面板之基板、液晶面板之基板或電子紙之基板等，由於其原理皆相同，不再贅述。

接著，請參考第8圖，其說明具近接感應功能之電容式觸控面板之剖面圖，其中，具近接感應功能之電容式觸控面板201包括：第一電極層210、基板220、第二電極層230與近接感應單元140。由於第一電極層210與第二電極層230分別位於基板220的上下表面，因此，近接感應單元140可形成於第一電極層210與第二電極層230之上表面或者下表面，或者上下表面均形成。

接著，請參考第9圖，其說明具近接感應功能之電阻式觸控面板之剖面圖，其中，具近接感應功能之電阻式面板301包括：第一基板310、隔離點320(spacer)、第二基板330與近接感應單元140。由於第一基板310與第二基板330的表面具有電極層，因此，近接感應單元140可形成於第一基板220表面或第二基板230表面。

接著，請參考第10圖，其說明具近接感應功能之全平面電容式觸控面板之剖面圖，其中，具近接感應功能之全平面電容式觸控面板400包括：近接感應單元140、覆蓋層402、外殼404、保護層406與液晶面板408。其中，近接感應單元140可形成於覆蓋層402之下表面，覆蓋層402可以是玻璃層或塑膠層(PET)或壓克力層。

接著，請參考第11圖，其說明具近接感應功能之全平面電阻式觸控面板之結構圖，其中，具近接感應功能之全平面電阻式面板410包括：近接感應單元140、第一基板310、隔離點320(spacer)、第二基板330、覆蓋層402、外殼404與液晶面板408。其中，近接感應單元140可形成於覆蓋層402之下表面。

接著，請參考第12圖，其說明具近接感應功能之光學式面板之剖面圖之結構圖，其中，具近接感應功能之光學式面板420包括：近接感應單元140、覆蓋層402、外殼404、液晶面板408、光源發射器422、光源接收器424與隔離物426。其中，近接感應單元140可形成於覆蓋層402之上表面或下表面，第12圖的實施例係為形成於覆蓋層402的下表面。

接著，請參考第13圖，其說明具近接感應功能之音波式面板之剖面圖，其中，具近接感應功能之音波式面板440包括：近接感應單元140、覆蓋層402與外殼404、液晶面板408、音波發射器442與音波接收器444。其中，近接感應單元140可形成於覆蓋層402之下表面。

其中，至少一個互容式近接感應單元145，形成於該基板周邊，該互容式近接感應單元145用以感應一物件之靠近而產生一感應訊號，且該互容式近接感應單元之形狀係選自同心圓、半月形同心圓、同心方塊與同心迴字形方塊。其中，第14圖中同心圓之結構為二圓形電極具有相同圓心，而第15圖中半月形同心圓之結構為一弧形電極圍繞一圓型電極，且第16圖中同心方塊之結構為一矩形電極圍繞一U形電極，矩形電極具有朝內延伸的末端，此末端指向U形電極之開口，最後，第17圖中同心迴字形方塊之結構為一電極圍繞成具有開口的外矩形以及一較小的內矩形，另一電極形成於該外矩形與該內矩形的間隙之間。

接著，將說明第14圖至第17圖為互容式近接感應單元之應用電路，其中，感測電路160包含驅動電路161與偵測電路162。其中，互容式近接感應單元145中至少包括兩個電極，如第14圖所示者。而運用互容式近接感應單元145來進行物件近接偵測的動作原理為：由驅動電路161驅動一信號於與其相連的第一電極，而第二電極會產生相應的互電容感應。當物件10靠近互容式近接感應單元145時，互容式近接感應單元145的電容量將受到擾動而改變，此時，偵測電路162即可依據與其所連接的第二電極偵測到電容的變化，並藉由電壓或電流的大小的改變，進而得知互容式近接感應單元145電容量變化。如此，即可計算物件接近面板的相對距離。其中，運用互容式近接感應單元145，可達到反應速度較快，且穩定性較高的功效。

雖然本發明之較佳實施例揭露如上所述，然其並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．物件

100．．．電容式近接感應系統

101．．．近接感應單元

102．．．振盪電路

103．．．檢波電路

104．．．輸出電路

105．．．感測電路

106．．．微控制器

130．．．觸控面板

140．．．近接感應單元

141．．．方形近接感應單元

142．．．螺旋形近接感應單元

143．．．圓形近接感應單元

145．．．互容式近接感應單元

150．．．電路板

160．．．感測電路

161．．．驅動電路

162．．．偵測電路

170．．．微控制器

200．．．具近接感應功能之面板

201．．．電容式觸控面板201

210．．．第一電極層

220．．．基板

230．．．第二電極層

301．．．電阻式面板201

310．．．第一基板

320．．．隔離點

330．．．第二基板

400．．．全平面電容式觸控面板

402．．．覆蓋層

404‧‧‧外殼

406‧‧‧保護層

408‧‧‧液晶面板

410‧‧‧全平面電阻式面板

420‧‧‧光學式面板

422‧‧‧光源發射器

424‧‧‧光源接收器

426‧‧‧隔離物

440‧‧‧音波式面板

442‧‧‧音波發射器

444‧‧‧音波接收器

第1圖係為電容式近接感應系統功能方塊圖(先前技術)；

第2圖係為先前技術觸控面板之上視圖(先前技術)；

第3圖係為先前技術觸控面板之結構圖(先前技術)；

第4圖係為具近接感應功能之面板之系統功能方塊圖；

第5圖係為具近接感應功能之面板之第一實施例上視圖；

第6圖係為具近接感應功能之面板之第二實施例上視圖；

第7圖係為具近接感應功能之面板之第三實施例上視圖；

第8圖係為具近接感應功能之電容式觸控面板之剖面圖；

第9圖係為具近接感應功能之電阻式觸控面板之部面圖；

第10圖係為具近接感應功能之全平面電容式觸控面板之剖面圖；

第11圖係為具近接感應功能之全平面電阻式觸控面板之剖面圖；

第12圖係為具近接感應功能之光學式面板之剖面圖；

第13圖係為具近接感應功能之音波式面板之剖面圖；

第14圖係為具近接感應功能之電容式面板之第一實施例圖；

第15圖係為具近接感應功能之電容式面板之第二實施例圖；

第16圖係為具近接感應功能之電容式面板之第三實施例圖；及

第17圖係為具近接感應功能之電容式面板之第四實施例圖。

10．．．物件

130．．．面板

140．．．近接感應單元

160．．．感測電路

170．．．微控制器

200．．．具近接感應功能之面板

Claims (8)

1. 一種具近接感應功能之面板，包含：一基板；至少一個互容式近接感應單元，形成於該基板周邊，該互容式近接感應單元用以感應一物件之靠近而產生一感應訊號，且該互容式近接感應單元之形狀係選自一同心圓、一半月形同心圓、一同心方塊與一同心迴字形方塊；至少一個感測電路，連接該互容式近接感應單元，用以接收該感應訊號而產生一控制訊號；及一微控制器，連接至少一個該感測電路，用以接收至少一個該控制信號並進行計算而產生至少一個該座標資訊，微控制器可利用此至少一個座標資訊進行手勢方向之判斷，物件由左至右、由右至左、由左斜至右斜、由右斜至左斜、由上至下、由下至上、兩物件放大、兩物件縮小。
2. 如請求項1之面板，其中每個該互容式近接感應單元包含至少兩電極。
3. 如請求項1之面板，其中該基板係選自：一投射電容式觸控面板之基板、一表面電容式觸控面板之基板、一電阻式觸控面板之基板、一超音波觸控面板之基板、紅外線觸控面板之基板、一有機發光二極體面板之基板、一液晶面板之基板、一電子紙之基板、一玻璃基板、一塑膠基板與一壓克力基板。
4. 如請求項1之面板，其中該互容式近接感應單元係形成於該基板之上表面、該基板之下表面、該基板之側面或該基板上下表面。
5. 如請求項1之面板，其中該同心圓之結構係為二圓形電極具有相同圓 心。
6. 如請求項1之面板，其中該半月形同心圓之結構係為一弧形電極圍繞一圓型電極。
7. 如請求項1之面板，其中該同心方塊之結構係為一矩形電極圍繞一U形電極，該矩形電極具有朝內延伸的末端，此末端指向該U形電極之開口。
8. 如請求項1之面板，其中該同心迴字形方塊之結構係為一電極圍繞成具有一開口的外矩形以及一較小的內矩形，另一電極形成於一外矩形與一內矩形的間隙之間。