TWI435254B - 電容式觸控面板的感測方法與其感測電路 - Google Patents

電容式觸控面板的感測方法與其感測電路 Download PDF

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電容式觸控面板的感測方法與其感測電路
本發明是有關於一種電容式觸控面板的感測方法,且特別是有關於一種電容式觸控面板的感測方法與其感測電路。
觸控面板的應用已經愈來愈廣泛,其中最具代表性的就是智慧型手機,大部分的智慧型手機都配備有觸控面板,可以方便使用者操作以及提供與鍵盤截然不同的操作感受,非常受到消費者歡迎。
觸控面板的技術主要分為電阻式觸控面板、電容式觸控面板、音波式觸控面板、光學式觸控面板與電磁式觸控面板,其中應用最廣泛的為電阻式觸控面板與電容式觸控面板。電容式觸控面板可以應用在多點感測,是目前手機應用上的主流技術。
以投射式電容(Projected Capacitive)觸控面板為例,其面板具有交錯設置的透明電極(ITO電極),其X、Y軸線的交叉點會形成矩陣式的感測點。由於人體為良導體,因此手指的觸摸會造成電極之間的電容變化,觸控面板可以藉由感測交叉點的電容變化來得到觸控點的位置。感測技術主要分為自電容感測與互電容感測兩種,其中自電容感測是藉由單一軸線上的電容是否改變來判斷觸摸事件的發生,而互電容感測則是經由感測兩個軸線(如X軸與Y軸)之間的互耦電容是否改變來判斷真實的觸控點。藉由比較觸摸事件前後的電容值,進而判斷是否有觸控事件發生。
隨著面板尺寸與解析度提高,感測電路(晶片)所需的的運算時間與運算能力會大幅提高,這會造成成本的上升。
本發明提供一種電容式觸控面板的感測方法與其感測電路,可以簡化互電容感測過程,進而降低資料運算需求與提升反應效能,同時具有降低晶片元件成本的功效。
本發明提出一種電容式觸控面板的感測方法,該電容式觸控面板包括交錯設置的N條驅動線與M條感測線,其中N、M為正整數且大於等於2,該感測方法包括下列步驟:感測各該驅動線與其相鄰驅動線之間所產生的互耦電容值並根據各該驅動線所對應的互耦電容值,判斷是否有一觸控事件發生;以及當偵測到該觸控事件發生時,再針對該觸控事件所對應的驅動線掃描該驅動線所對應之感測線以決定該觸控事件的位置。
本發明另提出一種電容式觸控面板的感測電路,該電容式觸控面板具有交錯設置的N條驅動線與M條感測線,其中N、M為正整數且大於等於2,其特徵在於該感測電路耦接於該電容式觸控面板,用以感測各該驅動線與其相鄰驅動線之間所產生的互耦電容值並根據各該驅動線所對應的互耦電容值,判斷是否有一觸控事件發生;以及當偵測到該觸控事件發生時,再針對該觸控事件所對應的驅動線掃描其所對應感測線以決定該觸控事件的位置。
綜合上述,本發明所提出的電容式觸控面板的感測方法與感測電路,利用相鄰驅動線(感測線)之間互耦電容變化來感測觸控事件的位置,並且配合電容差值的分布曲線來判斷實際的觸碰位置。藉此,本發明可以簡化感測流程、降低所需的運算資源與電路設計成本。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下。
在下文中,將藉由圖式說明本發明之實施例來詳細描述本發明,而圖式中的相同參考數字可用以表示類似的元件。
請同時參照圖1,圖1繪示本發明一實施例的觸控裝置的示意圖,觸控裝置100包括電容式觸控面板110與感測電路120,其中感測電路120耦接於觸控面板110,用以感測觸控點的位置。電容式觸控面板110具有交錯設置的X軸線XD1、X1~X8、XD2與Y軸線YD1、Y1~Y8、YD2,其中X軸線XD1、XD2與Y軸線YD1、YD2為虛擬軸線,其中,X軸線XD1、XD2(也可以稱為虛擬驅動線)的功能是用來做相鄰X軸線之間的互耦電容感測,而Y軸線YD1、YD2(也可以稱為虛擬感測線)的功能是用來做相鄰Y軸線之間的互耦電容感測。X軸線X1~X8與Y軸線Y1~Y8形成感測區域111,可以用來感測手指或導電物體的觸碰。電容式觸控面板110例如是投影電容觸控面板(projected capacitive touch panel,PCT),但本實施例不受限制。
X軸線X1~X8與Y軸線Y1~Y8分別位於不同的導電層(亦可位於同一層但交接處跨接而不相交),可以由ITO電極形成,兩軸線(如X軸線X1與Y軸線Y3、Y4)的交叉點會形成互耦電容,如C13、C14所示。相鄰的的兩軸線(如X軸線X1、X2)之間也會形成互耦電容(如CX 12、CY 23)。在進行感測時,X軸線X1~X8可以作為驅動線,也可以作為感測線,同理,Y軸線Y1~Y8可以作為驅動線,也可以作為感測線。在本實施例中,以X軸線X1~X8為驅動線,而Y軸線Y1~Y8作為感測線為例說明。值得注意的是,本實施例的電路架構與面板的軸線數目不限制於圖1。
接下來,進一步說明本實施例的感測方法,請同時參照圖1與圖2,圖2繪示本發明實施例的電容式觸控面板的感測方法的流程圖。在本實施例中,感測電路120會先感測X軸線X1~X8之間的互耦電容值以偵測是否有觸控事件發生(步驟S210)。當感測到有觸控事件發生時,再針對所偵測到的X軸線進行Y軸線Y1~Y8的互耦電容感測以確定觸控事件的真實座標(步驟S220、S230)。若是X軸線X1~X8上未發現有觸控事件的發生,則不需掃描Y軸線Y1~Y8(步驟S220),若未發現有觸控事件發生,則回到步驟S210,持續感測各該驅動線之間的互耦電容值。這樣的方式可以有效減少運算所需的資源與時間。上述觸控事件係指用手指或導電物體觸碰電容式觸控面板110的狀況,觸控事件可以是單點觸控、多點觸控、滑動等狀態,本實施例不受限制。
值得注意的是,感測電路120也可以在步驟S210中先針對感測線(Y軸線Y1~Y8)進行感測來確定是否有觸控事件發生,然後再掃描驅動線(X軸線X1~X8)以確定觸控事件的位置。在經由上述實施例之說明後,本技術領域具有通常知識者應可推知其實施方式,在此不加贅述。
接下來,進一步說明步驟S210中,感測電路120感測驅動線之間互耦電容值的方式。感測電路120會先以互耦感測方式,感測各該驅動線與其相鄰驅動線之間所產生的互耦電容值(mutual capacitance),也就是感測兩相鄰X軸線X1~X8之間的互耦電容值。舉例來說,感測電路120可以驅動X軸線X1,然後經由X軸線X2感測X軸線X1與X軸線X2之間的互耦電容值。由於此互耦電容值是經由X軸線X2感測,因此所感測到的電容值可以視為對應於X軸線X2的互耦電容值。
值得注意的是,在步驟S210中,感測電路120所感測的對象是X軸線X1~X8之間的互耦電容,而非X軸線X1~X8與Y軸線Y1~Y8之間的互耦電容。也就是說,感測電路120在執行步驟S210時,是將部份X軸線(如X1)當作驅動線,而將相鄰的X軸線(X2)暫時當作感測線來進行電容感測。
在本實施例中,是以四條X軸線為一組進行感測,如圖1所示。在第一次的感測動作中,X軸線XD1與X3被驅動,然後感測X軸線X1、X2所對應的互耦電容值。在第二次的感測動作中,向下移動一個軸線,X軸線X1與X4被驅動,然後感測X軸線X2、X3所對應的互耦電容值。依此類推,直到最後一組軸線(X6~XD2)感測完成。換句話說,感測電路120會同時驅動第i條驅動線與第i+3條驅動線,並經由第i+1與第i+2條驅動線分別感測兩個軸線的電容值,其中i為正整數且小於等於N-3,N表示X軸線的數目,在本實施例中,N等於8,但本實施例不限制Y軸線與X軸線的數目。
由於觸控事件發生時,不僅X軸線X1~X8與Y軸線Y1~Y8之間的互耦電容會變化,相鄰X軸線X1~X8之間的互耦電容也會產生變化,通常是增加電容值。因此,感測電路120可以藉由X軸線X1~X8的電容變化,推知觸控事件是發生在哪些軸線上。感測電路120會根據各該驅動線(X軸線X1~X8)所對應的互耦電容值,判斷是否有觸控事件發生,若有,則自該些驅動線(X軸線X1~X8)中選擇出對應於觸控事件的驅動線(步驟S210、S220)。
在運算時,感測電路120會利用每一次感測動作所產生兩個互耦電容值之間的差值產生一個電容差值。以第一次感測動作為例,將X軸線X1所對應的互耦電容值視為第一互耦電容值,X軸線X2所對應的互耦電容值則視為第二互耦電容值。第一互耦電容值減去第二互耦電容值就是對應於X軸線X1的電容差值。依此類推,對應於每一條X軸線X1~X8的電容差值可以形成一組數列,如圖3所示,其繪示本發明實施例的X軸線的電容差值數列與分布曲線圖。
在圖3中,△CX 表示電容差值,在第一次感測時,X軸線X1的互耦電容值為100,X軸線X2的互耦電容值為99,所以對應於X軸線X1的電容差值為1,即(100-99)。同理,在第二次感測時,X軸線X2的互耦電容值為150,X軸線X3的互耦電容值為145,所以對應於X軸線X2的電容差值為5。依此類推,將同一次感測所得的兩個互耦電容值相減即可得到相對應的電容差值。
由電容差值的數列與曲線圖可知,在X軸線X5的地方有明顯的變化,其前後數值由正到負變化,顯示出在X軸線X5上有觸控事件發生。這個變化量的有效性可以經由設定預設範圍,例如(20,-20),當曲線超出預設的範圍時,其曲線與0的交叉點就是觸控事件所發生的軸線。參照圖1,觸控點160的X座標為X5。經由圖3的分布曲線,X軸線X5會被選擇以確定X軸座標,然後再進行掃描Y軸線以確定觸控點160的Y軸座標。
在確定觸控點160的X軸座標後,感測電路120以偵測X軸線與Y軸線之間互耦電容的方式對X軸線X5上的感測點進行感測。如圖2步驟S230所述,感測電路120會驅動X軸線X5,然後對應掃描Y軸線Y1~Y8以感測相對應的互耦電容值,藉此決定上述觸控點的位置。
步驟S230中,掃描Y軸線Y1~Y8的方式有多種實施方式,第一種方式是使用與上述X軸線X1~X8相同的感測方式進行掃描。也就是感測相鄰Y軸線Y1~Y8之間的互耦電容值,然後根據Y軸線Y1~Y8所對應的互耦電容值,自Y軸線Y1~Y8中選擇出對應於觸控事件的軸線。判斷觸控事件位置的方式,可以經由其相鄰電容差值的分布曲線來判斷觸控事件的Y座標。
請參照圖4,其繪示本發明實施例的Y軸線的電容差值數列與分布曲線圖。△CY 表示Y軸線Y1~Y8上的電容差值,其計算方式與△Cx 相同,即同一次感測中兩相鄰的Y軸線Y1~Y8的互耦電容值的差值。由圖4可知,△CY 在Y軸線Y3的地方有明顯劇烈的變化,此表示觸控事件是發生在Y軸線Y3。判斷的方式可以由曲線的變化得知,當其曲線的變化幅度超過預設範圍時,即表示此為觸控事件所發生的位置。
在步驟S210與S220中感測出觸控點160的X軸座標是在X軸線X5,而在步驟S230中,感測出觸控點160的Y軸座標是在Y軸線Y3,因此觸控點160的位置位於X軸線X5與Y軸線Y3的交叉點。藉由上述感測方法,僅需分別對X軸線X1~X8與Y軸線Y1~Y8進行同側軸線的互耦電容感測即可偵測出觸控點160實際的座標。
本實施例的感測方法的感測次數明顯低於直接感測X軸線X1~X8與Y軸線Y1~Y8之間互耦電容所需的感測次數與運算數量,其感測次數為8×8=64次。再者,由於上述感測方式是比較相鄰軸線的電容差值,因此在運算時,感測電路120僅需要目前掃描所產生電容資料進行比較,而不需要比較觸控事件發生前後的電容資料。這樣的比較方式,可以降低感測電路120對資料儲存容量的需求,也降低了電路運算資源的需求。
在步驟S230中,掃描Y軸線Y1~Y8的第二種方式是針對所感測出來的X軸線X5,掃描Y軸線Y1~Y8與所感測出來的X軸線X5之間的互耦電容值變化以確定Y軸線Y1~Y8上的座標。掃描Y軸線Y1~Y8的方式就是驅動所感測到的X軸線X5,然後經由Y軸線Y1~Y8感測Y軸線Y1~Y8與X軸線X5之間的互耦電容值,藉此確定觸控事件的Y軸座標。取得Y軸線Y1~Y8與X軸線X5之間的互耦電容值的方式與電路可以利用習知的感測方式與電路來實現,其差異在於本實施例僅需針對所感測出來的X軸線X5掃描Y軸線Y1~Y8,而不需要掃描所有X軸線X1~X8與Y軸線Y1~Y8。
值得注意的是,在判斷觸控事件的Y軸座標時,可以將所取得的Y軸線Y1~Y8的互耦電容值與觸控事件發生前的數值進行比較。另外,本實施例也可以利用與上述第一種方式相同的電容差值變化方式來進行判斷。也就是將相鄰Y軸線所對應的互耦電容值相減以得到電容差值數列,然後藉由電容差值的變化曲線來判斷觸控事件的Y軸位置。這種比較方式可以直接用來感測多點觸控,如圖5所示,其繪示本實施例的多點感測示意圖。
在圖5中,假設步驟S210、S220中所感測出來的X軸線為X3與X6。在進行Y軸線的感測時,X軸線X3、X6會被逐一驅動並對應掃描Y軸線Y1~Y8。在驅動X軸線X3時,經由Y軸線Y1~Y8所感測到的互耦電容值以Cn 表示,其中n等於1~8。每一條Y軸線Y1~Y8的電容差值以△Cn 表示,其中△Cn 等於Cn -Cn+1 。由圖5中的兩個電容差值分布曲線可以看出,對應於X軸線X3的Y軸座標為Y7,而對應於X軸線X6的Y軸座標為Y2。藉此,可以得到觸控事件對應於兩個觸控點510、520,其座標分別為(X3,Y7)與(X6,Y2)。藉由上述感測方法,本實施例可以利用較少的感測次數與運算資源來實現多點感測,並且可以避免傳統自電容觸控感應容易產生的鬼點效應(ghost key),即觸控點530、540。
此外,值得注意的是,上述元件之間的耦接關係包括直接或間接的電性連接,只要可以達到所需的電信號傳遞功能即可,本發明並不受限。上述實施例中的技術手段可以合併或單獨使用,其元件可依照其功能與設計需求增加、去除、調整或替換,本發明並不受限。在經由上述實施例之說明後,本技術領域具有通常知識者應可推知其實施方式,在此不加贅述。
綜上所述,本發明利用將互耦電容的感測技術應用在同側的軸線上,並且配合電容差值運算方式來感測觸控事件的位置,可以簡化互耦電容感測技術中的感應流程,進而降低資料需求與提升觸控反應效能。此外,本發明將互耦電容的感測電路應用在單軸與雙軸的互耦電容感測上,可以降低晶片元件的與複雜度與設計成本。
雖然本發明之較佳實施例已揭露如上,然本發明並不受限於上述實施例,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明所揭露之範圍內,當可作些許之更動與調整,因此本發明之保護範圍應當以後附之申請專利範圍所界定者為準。
100...觸控裝置
110...電容式觸控面板
111...感測區域
120...感測電路
XD1、X1~X8、XD2...X軸線
YD1、Y1~Y8、YD2...Y軸線
C13、C14、CX 12、CY 23...互耦電容
510、520、530、540...觸控點
S210~S230...流程圖步驟
圖1繪示本發明一實施例的觸控裝置的示意圖。
圖2繪示本發明實施例的電容式觸控面板的感測方法的流程圖。
圖3繪示本發明實施例的X軸線的電容差值數列與分布曲線圖。
圖4繪示本發明實施例的Y軸線的電容差值數列與分布曲線圖。
圖5繪示本發明實施例的多點感測示意圖。
S210~S230...流程圖步驟

Claims (9)

  1. 一種電容式觸控面板的感測方法,該電容式觸控面板包括交錯設置的N條驅動線與M條感測線,其中N、M為正整數且大於等於2,該感測方法包括:感測各該驅動線與其相鄰驅動線之間所產生的互耦電容值並根據各該驅動線所對應的互耦電容值判斷是否有一觸控事件發生;以及當偵測到該觸控事件發生時,再針對該觸控事件所對應的驅動線掃描該些感測線以決定該觸控事件的位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電容式觸控面板的感測方法,其中在感測各該驅動線與其相鄰驅動線之間所產生的互耦電容值之步驟包括:驅動第i條驅動線與第i+3條驅動線,並經由第i+1與第i+2條驅動線分別感測一第一互耦電容值與一第二互耦電容值,其中i為正整數且小於等於N-3;根據該第一互耦電容值與該第二互耦電容值之間的差值產生對應於第i+1驅動線的一第一電容差值;以及根據各該驅動線所對應的該第一電容差值,自該些驅動線中選擇出對應於該觸控事件的驅動線。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電容式觸控面板的感測方法,其中在掃描該些感測線以決定該觸控事件的位置之步驟包括:感測各該感測線與其相鄰感測線之間所產生的互耦電容值,並根據各該感測線所對應的互耦電容值,自該些感測線中選擇出對應於該觸控事件的感測線;以及根據所選擇出的驅動線與感測線決定該觸控事件的位置。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的電容式觸控面板的感測方法,其中在感測各該感測線與其相鄰感測線之間所產生的互耦電容值之步驟包括:驅動第j條感測線與第j+3條感測線,並經由第j+1與第j+2條感測線分別感測一第一互耦電容值與一第二互耦電容值,其中j為正整數且小於等於M-3;根據該第一互耦電容值與該第二互耦電容值之間的差值產生對應於第j+1條驅動線的一第二電容差值;以及根據各該感測線所對應的該第二電容差值,自該些感測線中選擇出對應於該觸控事件的感測線。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電容式觸控面板的感測方法,其中在掃描該些感測線以決定該觸控事件的位置的步驟包括:驅動該觸控事件所對應的驅動線之一並對應掃描該些感測線以感測相對應的多個互耦電容值;以及根據第j個互耦電容值與第j+1個互耦電容值之間的差值產生對應於第j條感測線的一第二電容差值,其中j為正整數且小於等於M;以及根據各該感測線所對應的該第二電容差值決定該觸控事件對應的感測線,藉此決定該觸控事件的位置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的電容式觸控面板的感測方法,其中該些驅動線形成於一第一導電層,該些感測線形成於一第二導電層,且該第一導電層與該第二導電層為不同導電層。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的電容式觸控面板的感測方法,更包括:在該些驅動線的一第一側設置一第一虛擬驅動線以與該些驅動線中的第一條驅動線相鄰;以及在該些驅動線的一第二側設置一第二虛擬驅動線以與該些驅動線中的最後一條驅動線相鄰。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的電容式觸控面板的感測方法,更包括:在該些感測線的一第一側設置一第一虛擬感測線以與該些驅動線中的第一條驅動線相鄰;以及在該些感測線的一第二側設置一第二虛擬感測線以與該些感測線中的最後一條感測線相鄰。
  9. 一種電容式觸控面板的感測電路,該電容式觸控面板具有交錯設置的N條驅動線與M條感測線,其中N、M為正整數且大於等於2,其特徵在於該感測電路耦接於該電容式觸控面板,用以感測各該驅動線與其相鄰驅動線之間所產生的互耦電容值並根據各該驅動線所對應的互耦電容值,判斷是否有一觸控事件發生;以及當偵測到該觸控事件發生時,再針對該觸控事件所對應的驅動線掃描該些感測線以決定該觸控事件的位置。
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