TWI417777B - 具有高感度的電容式觸控面板 - Google Patents

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Description

具有高感度的電容式觸控面板
本發明係關於觸控面板之技術領域，尤指一種具有高感度的電容式觸控面板。
現代消費性電子裝置多配備觸控板做為其輸入裝置之一。為符合輕、薄、短、小，觸控板亦多與面板整合成為觸控面板，以方便使用者輸入。觸控板根據感測原理的不同可分為電阻式、電容式、音波式、及光學式等四種。
觸控面板的技術原理是當手指或其他介質接觸到螢幕時，依據不同感應方式，偵測電壓、電流、聲波或紅外線等，以此測出觸壓點的座標位置。例如電阻式即為利用上、下電極間的電位差，計算施壓點位置檢測出觸控點所在。電容式觸控面板是利用排列之透明電極與人體之間的靜電結合所產生之電容變化，從所產生之電流或電壓來檢測其座標。
圖1係美國第4,550,221號專利公告之電容式觸控面板的結構之示意圖。導電板(conductive plate)30係以細金屬佈置於一基板28上，並以蝕刻方式形成一特定形狀(如鑽石形狀)。如圖1所示，導電板30在水平方向形成一第一陣列並分別具有導體線X1,X2,X3,...,X12，在垂直方向形成一第二陣列並分別具有導體線Y1-Y12。每一導體線X1-X12,Y1,Y2,Y3,...,Y12具有多數個電極板，該等電極板係以交錯地、沒有重疊地佈置於基板上。每一導體線Y1-Y12鑽石形狀金屬板具有至少二個邊緣與導體線X1-X12金屬板相鄰近，至多有四個邊緣與導體線X1-X12金屬板相鄰近。同時，每一導體線X1-X12鑽石形狀金屬板具有至少二個邊緣與導體線Y1-Y12金屬板相鄰近，至多有四個邊緣與導體線Y1-Y12金屬板相鄰近。當一驅動電路(圖未示)產生一驅動訊號時，一偵測電路(圖未示)藉由偵測導體線Y1-Y12及導體線X1-X12之間的側邊感應電容之電場變化量，用以檢測座標。
圖2係另一習知電容式觸控面板的結構之示意圖，導電板(conductive plate)係以金屬佈置於一基板的上下方。如圖2所示，導電板在該基板的下方以水平方向形成一第一陣列並分別具有導體線X1,X2,X3,...，導電板並在基板的上方以垂直方向形成一第二陣列並分別具有導體線Y1,Y2,Y3,...。每一導體線X1,X2,X3,...,Y1,Y2,Y3,...係以交錯地且重疊地佈置。當一驅動電路140產生一驅動訊號時，一偵測電路150藉由偵測電極板120及電極板130之間的週邊感應電容之電場變化量，用以檢測座標。
圖3係美國第2009/0002337號專利公開之電容式觸控面板的結構之示意圖。電容式觸控面板包含一透明基版3、多條第一導體41係依一第一方向佈值於該基版3上，多條第二導體42係依一第二方向佈值於該基版3上，該等多條第二導體42與該等多條第一導體41絕緣地相交。每一的第一導體41與第二導體42相交，並被第二導體42分割成一序列的第一電極區411。每一的第二導體42與第一導體41相交，並被第一導體41分割成一序列的第二電極區412。當電流施加於第一導體41及第二導體42時，第二導體42與該等多條第一導體41形成一電容區域的矩陣。一控制器70經由導電性連接線61,62分別電氣連接至該第一導體41及第二導體42，用以偵測電容區域的電容。
圖4係圖2習知電容式觸控面板的驅動之示意圖。該驅動電路140依序在導體線X1,X2,X3,...上產生一驅動訊號，經由導體線X1,X2,X3,...及導體線Y1,Y2,Y3,...之間的互感電容Cm，耦合電荷進入導體線Y1,Y2,Y3,...。偵測電路150藉由多數個感測電路151透過量測電荷量來推算互感電容Cm大小，其中，假設無接觸時大小為Cm0。
當有接地導體或手指靠近觸控面板時，會干擾導體線X1,X2,X3,...及導體線Y1,Y2,Y3,...之間的電力線，所以會影響互感電容Cm的大小，進而透過互感電容Cm的變化比例(Cm0-Cm1)/Cm0，可以判斷出接觸的位置。
圖5A及圖5B係圖2習知電容式觸控面板的電力線變化之示意圖。如圖5A所示，當該驅動電路140在導體線X1上產生一驅動訊號時，在導體線X1及導體線Y1重疊處(A,A’)產生電力線，此時互感電容Cm大小為Cm0。如圖5B所示，當有接地導體或手指靠近導體線X1及導體線Y1重疊處時，手指可視為一接地導體，因此沒被重疊處A屏蔽(shielding)的電力線受手指靠近而影響，此時互感電容Cm大小為Cm1，當中，Cm1小於Cm0，因此互感電容Cm的變化比例為(Cm0-Cm1)/Cm0，感測電路151藉著互感電容Cm的變化，可以判斷出接觸的位置。然而由於有許多電力線被被重疊處A所屏蔽(shielding)，因此互感電容Cm的變化比例並不是很大，需提高感測電路151的靈敏度，並增加偵測時間以累積足夠電荷用以供感測電路151偵測。因此，習知電容式觸控面板感測感測電容變化之技術，仍有改善的空間。
本發明之目的主要係在提供高感度電容式觸控面板，以改善訊號雜訊比(SNR)，同時，可屏蔽雜訊並提供較佳的等效阻抗。
依據本發明之一特色，本發明提出一種具有高感度的電容式觸控面板，包含多數個第一導體線、及多數個第二導體線。該多數個第一導體線分佈於第一方向，用以感測一物體之接觸。該多數個第二導體線分佈於第二方向與該多數個第一導體線絕緣地與交錯地佈置，使得該多數個第一導體線與該多數個第二導體線之間分別形成一相疊處，前述相疊處形成一第一互感電容，其中，該多數個第二導體線係用以週期性地接收一驅動訊號，以及；其中，該多數個第一導體線分別於該相疊處上形成有至少一個空洞。
圖6係本發明一種具有高感度的電容式觸控面板之側視圖，圖7係本發明一種具有高感度的電容式觸控面板的示意圖。請一併參閱圖6及圖7，該電容式觸控面板包含一透光基板510、多數個第一導體線520、多數個第二導體線530、及一控制器540。
該透光基板510具有一第一表面511及相對於第一表面之第二表面513，於該第一表面511上係佈置有該多數個第一導體線520，於該第二表面513上係佈置有該多數個第二導體線530。
該透光基板510係為下列群族其中之一：玻璃(glass)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)、聚丙烯(polypropylene)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)、聚碳酸酩(polycarbonate)、粘合劑(adhesive)、樹脂(resin)、光致抗蝕劑(photoresist)、二氧化硅(silicon dioxide)、二氧化鈦(titanium dioxide)、氧化鋅(zinc oxide)、氮化矽(silicon nitride)、氮化鋁(aluminum nitride)、氧化鉭(tantalum oxide)、或其組合。
該多數個第一導體線520係分佈於第一方向，用以感測一物體之接觸。該多數個第二導體線530係分佈於第二方向，其絕緣地與該多數個第一導體線520相交，而使每一第一導體線520與每一第二導體線530之間形成一相疊處580，其相疊處580形成一電容，其中，每一第一導體線520於每一相疊處580上形成有至少一個空洞550。
該至少一個空洞550係為圓形、長方形、正方形、六角形、八角形、多邊形、或是其組合，於本較佳實施例中，該至少一個空洞550為正方形。
於前述實施例中，前述的該第一方向係垂直於該第二方向。且於每一第一導體線520與每一第二導體線530之間的相疊處580所形成的電容係為第一互感電容。前述第一互感電容係與一孔徑比值成反比關係，該孔徑比值係為該空洞550之邊長與該第一導體線520之線寬的比值。
該控制器540經由一第一組導線560及一第二組導線570係分別連接至該多數個第一導體線520及該多數個第二導體線530，該控制器540用以產生該驅動訊號訊號，並偵測每一第二導體線530與每一第一導體線520之間的相疊處所產生之電容的大小。
該控制器540包含一偵測電路541及一驅動電路543。該驅動電路543經由該第二組導線570連接至每一第二導體線530，並週期性地產生一驅動訊號。該偵測電路541經由該第一組導線560連接至每一第一導體線520，用以偵測每一第二導體線530與每一第一導體線520之間的相疊處580所產生之第一互感電容的大小。由於第二導體線530係當作驅動線使用，因此在佈線時，其線徑都比較粗，故第二導體線530可幾乎完整覆蓋該透光基板510下方達到屏蔽雜訊的效果。
在本發明之電容式觸控面板中，每一第一導體線520於每一相疊處580上形成有至少一個空洞550，藉此鏤空第一導體線520。
圖8及圖9係本發明電容式觸控面板的電力線變化之示意圖。如圖8所示，當該驅動電路543在一第二導體線530上產生一驅動訊號時，在一第二導體線530及第一導體線520相疊處580產生電力線。由於第一導體線520於相疊處580之部分面積已被空洞550所鏤空，故第二導體線530及第一導體線520之重疊面積縮小，將會使的本發明的第一互感電容(Cm0)相較習知技術的互感電容(Cm0)為小，同時裸露在第一導體線520覆蓋外的電力線會增加(如圖8中A,B所示)。
當手指或接地導體碰觸面板時，其所處碰之相疊處產生一第二互感電容(Cm1)，該偵測電路541藉由前述第一互感電容(Cm0)及前述第二互感電容(Cm1)之變化量，用以判斷該手指或接地導體觸碰該電容式觸控面板之座標。前述第一互感電容(Cm0)及前述第二互感電容(Cm1)之變化量與一孔徑比值成正比關係，該孔徑比值係為該空洞550之邊長與該第一導體線520之線寬的比值。由於第一導體線520於相疊處580之部分面積係被空洞550所鏤空之緣故，原先裸露在第一導體線520覆蓋外的電力線，較易受到手指碰觸的接地效應干擾，如圖9所示，因此互感電容的變化量(Cm0-Cm1)會較圖5來的大。由於互感電容下降、而互感電容的變化量(Cm0-Cm1)上升，因此 互感電容的變化比例(Cm0-Cm1)/Cm0會有大幅提升，進而獲得較高的訊號雜訊比(SNR)。
圖1的習知電容式觸控面板的導電板(conductive plate)的線寬時大時小，因此其阻抗很大。而本發明與圖1習知電容式觸控面板相比，第二導體線530的拉線從頭到尾等寬度，故其等效阻抗較低。
圖10係本發明一種具有高感度的電容式觸控面板另一實施例之側視圖，其與圖6所示之實施例的主要區別在於：該透光基板510具有一表面511，該表面511佈置有該多數個第二導體線530，而該多數個第一導體線520係佈置於該多數個第二導體線530之上，且該多數個第一導體線520與該多數個第二導體線530之間具有一絕緣層910。該多數個第二導體線530具有雜訊屏蔽功能。
圖11係本發明一種具有高感度的電容式觸控面板又一實施例的示意圖。其與圖7主要區別在位於該第一方向的第一導體線520與在該第二方向的第二導體線530形成一角度θ，且0°θ<90°。同時，空洞為圓形。
圖12係圖7中相疊處580之放大示意圖，其中，A/B為一孔徑比(aperture ratio)，其係該空洞550之邊長A與該第一導體線520之線寬B之比。圖13係本發明互感電容Cm的模擬示意圖，圖14係本發明訊號位準的模擬示意圖，其係使用Laker軟體進行佈局，再使用Star-RC軟體進行電阻電容萃取(RC-extract)。於圖13中，Cm0表示無接觸時互感電容Cm的大小，Cm1表示接觸時互感電容Cm的大小。 由圖13中可明顯看到，Cm0及Cm1隨著孔徑比增加而減少，而Cm0-Cm1則隨著孔徑比增加而增加。由圖14中可知，而對應於訊號位準(Signal Level)的(Cm0-Cm1)/Cm0易隨著孔徑比增加而增加。亦即，隨著空洞550的邊長之增加，訊號位準(Signal Level)的(Cm0-Cm1)/Cm0也會增加，使的互感電容的變化更明顯，該控制器540因而更容易偵測每一第二導體線530與每一第一導體線520之間的相疊處所產生之電容的大小。
由前述說明可知，本發明鏤空第一導體線520與第二導體線530相疊處580的第一導體線520，因此可大幅增加接地導體或手指觸控時對互感電容的影響幅度，使得互感電容的變化更明顯，進而達到增強訊號而改善訊號雜訊比(SNR)的目的。同時，第二導體線530可幾乎完整覆蓋該透光基板510達到屏蔽雜訊的效果。本發明的優點可羅列如下：
1.改善訊號雜訊比(SNR)。
2.第二導體線530具接地效果，可屏蔽透光基板510下方來的雜訊。
3.第二導體線530佈線時，其線徑從頭到尾等寬，等效阻抗較低。
由上述可知，本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，極具實用價值。惟應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
120,130．．．電極板
140．．．驅動電路
150．．．偵測電路
151．．．感測電路
510．．．透光基板
520．．．第一導體線
530．．．第二導體線
540．．．控制器
550．．．空洞
560．．．第一組導線
570．．．第二組導線
580．．．相疊處
511．．．第一表面
513．．．第二表面
541．．．偵測電路
543．．．驅動電路
圖1係一習知電容式觸控面板的結構之示意圖。
圖2係另一習知電容式觸控面板的結構之示意圖。
圖3係又一習知電容式觸控面板的結構之示意圖。
圖4係圖2習知電容式觸控面板的驅動之示意圖。
圖5A及圖5B係圖2習知電容式觸控面板的電力線變化之示意圖。。
圖6係本發明一種具有高感度的電容式觸控面板之側視圖。
圖7係本發明一種具有高感度的電容式觸控面板的示意圖。
圖8及圖9係本發明電容式觸控面板的電力線變化之示意圖。
圖10係本發明一種具有高感度的電容式觸控面板另一實施例之側視圖。
圖11係本發明一種具有高感度的電容式觸控面板又一實施例的示意圖。
圖12係本發明相疊處580之放大示意圖。
圖13係本發明互感電容Cm的模擬示意圖。
圖14係本發明訊號位準的模擬示意圖。
520‧‧‧第一導體線
530‧‧‧第二導體線
540‧‧‧控制器
550‧‧‧空洞
560‧‧‧第一組導線
570‧‧‧第二組導線
580‧‧‧相疊處
541‧‧‧偵測電路
543‧‧‧驅動電路

Claims (15)

  1. 一種具有高感度的電容式觸控面板，包含：多數個第一導體線，其分佈於第一方向，用以感測一接地導體之接觸；以及多數個第二導體線，其分佈於第二方向與該多數個第一導體線絕緣地與交錯地佈置，使得該多數個第一導體線與該多數個第二導體線之間分別形成一相疊處，其中，該多數個第二導體線係用以週期性地接收一驅動訊號；其中，前述相疊處形成互感電容，當沒有該接地導體觸碰該電容式觸控面板時，前述相疊處之互感電容為一第一互感電容，當有該接地導體觸碰該電容式觸控面板時，其所觸碰之相疊處產生一第二互感電容，該多數個第一導體線分別於該相疊處上形成有至少一個空洞。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板，其更包含一控制器，該控制器包含：一驅動電路，連接至該多數個第二導體線，用以產生該驅動訊號；以及一偵測電路，連接至該多數個第一導體線，用以偵測前述互感電容的大小，其中，該偵測電路藉由前述第一互感電容及前述第二互感電容之變化量，用以判斷該接地導體觸碰該電容式觸控面板之座標。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板，其中，該至少一個空洞係為正方形。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板，其中，該至少一個空洞係為長方形。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板，其中，該至少一個空洞係為圓形。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板，其中，該至少一個空洞係為六角形。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板，其中，該至少一個空洞係為八角形。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板，其中，該至少一個空洞係為多邊形。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之電容式觸控面板，其中，該第一方向係垂直於該第二方向。
  10. 如申請專利範圍第2項所述之電容式觸控面板，其中，該第一方向與該第二方向形成一角度，該角度位於0度至90度之間。
  11. 如申請專利範圍第3項所述之電容式觸控面板，其中，前述第一互感電容係與一孔徑比值成反比關係，該孔徑比值係為該空洞之邊長與該第一導體線之線寬的比值。
  12. 如申請專利範圍第2項所述之電容式觸控面板，其更包含：一透光基板，具有一第一表面及相對於該第一表面之一第二表面，於該第一表面上係佈置有該多數個第一導體線，該第二表面上係佈置有該多數個第二導體線。
  13. 如申請專利範圍第2項所述之電容式觸控面板，其更包含：一透光基板，具有一表面，該表面上佈置有該多數個第二導體線，其中，該多數個第一導體線係佈置於該多數個第二導體線之上，且該多數個第一導體線與該多數個第二導體線之間具有一絕緣層。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之電容式觸控面板，其中，該多數個第二導體線對該多數個第一導體線形成雜訊屏蔽。
  15. 如申請專利範圍第2項所述之電容式觸控面板，其中，前述第一互感電容及前述第二互感電容之變化量與一孔徑比值成正比關係，該孔徑比值係為該空洞之邊長與該第一導體線之線寬的比值。
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