TWI442288B - 觸控系統及其辨識方式 - Google Patents

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Description

觸控系統及其辨識方式
本發明係有關於一種觸控系統及方法，特別是有關於一種適用於一光學輸入型式觸控面板的觸控系統及方法。
隨著科技的進步，電子產品的人機介面功能也不斷地推陳出新。具有人機介面的顯示器除了具有顯示功能外，更提供觸控功能的選擇。使用者可與顯示器進行互動，並可利用手指或是筆具，如仿筆(dummy pen)、靜電筆(static pen)或是光學筆(optical pen)，控制下列群組中至少之一輸入型式的顯示器，如電容式、電阻式、紅外線式、電磁式、光學式以及表面聲波式觸控面板。觸控面板可做為各種設備的一種輸入裝置，然而不論何種型式的觸控面板，都易受溼氣、溫度、紫外線輻射等等因素的影響進而衰退老化，尤其是光學輸入型式觸控面板。由於光學輻射係直接照射觸控面板的表面，故其受此光學輸入訊號的影響甚鉅。
光學輸入型式觸控面板的常見問題就是無法監控其有限壽命所導致的老化現象，同時目前的技術亦未解決此問題。當觸控面板老化造成光感測器產生非預期的感測信號時，由於此非預期的感測信號低於正常面板所偵測到的感測信號，因而使得系統將其視為無效的觸控信號。特而言之，設置在觸控面板中的複數個光感測器，可將環境光轉換成電信號以做為背景電流。然而，隨著光感測器的逐漸老化，此背景電流亦會隨著時間而下降。請參考第8圖，係為一光感測器的特性示意圖，其繪示出顯示器內的光感測器所偵測到的光信號與顯示器操作時間之間的關係。藉由維持一穩定輸出電壓的背景光，使得輸入信號的光強度無論是高或低於此背景光，皆可被靈敏地辨識到。曲線81是由一連串在固定環境光條件下所測得的感測信號所組成，可知隨著顯示裝置操作時間的增加，顯示裝置內的光感測器陣列所產生的感測信號係逐漸下降。當觸控面板發生老化時，含有背景光資訊之位置座標感測信號可能發生異常，進而使得有效的輸入信號反而被忽略。
因此，系統將無法正確地辨識觸碰信號，使得問題將隨著顯示裝置的老化而逐漸惡化。是故，光學輸入型式觸控面板需要一種辨識機制，以校正在一般操作期間內所發生的老化情形。
本發明提供一種觸控系統，包括一觸控面板以及一讀出電路。觸控面板具有複數光感測單元。光感測單元設置在複數個畫素單元中。觸控面板可根據至少一光學輸入，顯示至少一觸碰位置。當觸控面板被觸碰時，觸控面板提供一信號資料。讀出電路用以接收信號資料，並包括一轉換單元以及一處理單元。轉換單元根據信號資料以及一轉換參數，產生一信號值。當信號值小於一預設值時，處理單元執行一特定動作。
本發明另提供一種辨識方法，適用於一光學輸入型式觸控面板。光學輸入型式觸控面板包括複數個光感測單元，用以偵測一使用者所執行的一光學輸入。本發明之辨識方法包括：提供一信號值，其中信號值表示光學輸入型式觸控面板的一光位準；將信號值與一預設值作比較；以及當信號值小於預設值時，執行一特定動作。
為讓本發明之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本發明之光學輸入型式觸控面板係為複數個光感測單元所組成之顯示裝置，其包括複數光感測單元。每一光感測單元具有光-電特性材料，其可根據本身的充電狀況，呈現出兩種操作模式。首先，第一種操作模式係透過光源(一般稱為光觸碰)進行輸入光源偵測，第二種操作模式係藉由一物體(一般稱為手指觸碰)中斷輸入光源。可藉由驅動電路，選擇性地令光學輸入型式觸控面板操作於不同的操作模式。為方便說明，以下將以光感測單元係操作於光觸碰模式下為例示。
熟習本技術領域之人士均深知，非晶矽薄膜電晶體(a-Si TFT)可偵測光線，故非晶矽薄膜電晶體經常作為光感測器，如光二極體、電晶體…等。光感測器以陣列方式排列，並具有複數條彼此相互平行之第一傳導線及複數條彼此相互平行且與第一傳導線正交之第二傳導線。每一光感測器設置於接近複數條第一傳導線之一者與複數條第二傳導線之一者的交會處。光感測器包括一光感測電晶體，其可偵測包括影像成分以及背景成分的光學信號。光感測器將光學信號轉換成影像電流以及對應於背景成分之背景電流。
第1圖為依據本發明一範例之光感測電晶體陣列之示意圖。如圖所示，光感測電晶體陣列14可包括形成為列與行之複數個光感測電晶體14-1。一例示性的光感測電晶體14-1係設置於接近複數條閘極線14-G之一者與其正交之複數條資料線14-D之一者的交會處。
第2圖為依據本發明另一範例之光感測電晶體陣列之示意圖。如圖所示，光感測電晶體陣列24可包括形成為列與行之複數個光感測電晶體24-1以及複數個開關電晶體24-2。一例示性的光感測電晶體24-1與一例示性的開關電晶體24-2係設置於接近複數條閘極線24-G之一者與其正交之複數條資料線24-D之一者的交會處。光感測電晶體24-1可包括一閘極(未圖示)、一耦接至閘極之汲極以及一源極(未圖示)。熟習本技術領域之人士均深知，電晶體的汲極與源極可互換，因其定義係與本身所連接的電壓位準有關。開關電晶體24-2可包括耦接至光感測電晶體24-1源極之汲極(未圖示)，耦接至一資料線24-D之源極(未圖示)，以及耦接至一閘極線24-G之閘極(未圖示)。
第3圖為依據本發明又一範例之光感測電晶體陣列之示意圖。如圖所示，光感測電晶體陣列34可包括形成為列與行之複數個光感測電晶體34-1以及複數個開關電晶體34-2。一例示性的感測電晶體34-1與一例示性的開關電晶體34-2係以行、列方式排列。一例示性的光感測電晶體34-1與一例示性的開關電晶體34-2係設置於接近複數條閘極線34-G之一者與其正交之複數條資料線34-D之一者的交會處。開關電晶體34-2可包括耦接至一閘極線34-G之一閘極(未圖示)、耦接至電源VDD 之一汲極(未圖示)以及一源極(未圖示)。光感測電晶體34-1可包括耦接至開關電晶體34-2源極之汲極(未圖示)，耦接至一資料線34-D之源極(未圖示)，以及耦接至其汲極之閘極(未圖示)。
另外，在沒有一輸入光學信號、一光源(如一光學筆)、一壓力源(藉由一仿筆或是指尖所施加的力量)或是一物體投影的情況下，光感測電晶體只會偵測到背景光(即背景成分)。背景光會被轉換成一光電流(Ib)，其通常係為一相對小電流。當提供一輸入光學信號時，光感測電晶體會產生一電流I，其包括來自該輸入光學信號的一影像電流(Im)以及來自該背景光的光電流(Ib)。
第4圖係為本發明之一例示性實施例之觸控系統之示意圖。如圖所示，觸控系統40包括一顯示裝置41以及一主機裝置42。觸控系統40可為一桌上型電腦、一筆記型電腦、或一可攜式裝置等，但並非用以限制本發明。顯示裝置41包括一觸控面板43以及一控制模組45。觸控面板43具有排列為第一矩陣之複數個畫素單元，以及複數個光感測單元(如光感測電晶體陣列14、24或34)其排列為內嵌於第一矩陣中之第二矩陣。換句話說，觸控面板43使具有光學輸入功能的光感測單元係整合在一顯示裝置中，而不會使製造過程變複雜，也不會增加製造成本。在本發明之實施例，在讀取一輸入資訊前，觸控面板可先將該輸入資訊儲存在一電容之中。在本發明之其它實施例中，有些觸控面板可感測並輸出觸碰位置的資訊，而無需透過電容進行儲存的動作。
本發明之例示性光感測單元可包括一光感測薄膜電晶體，其耦接至一讀出薄膜電晶體，但並非用以限制本發明。無論觸控面板43內的光感測單元為何種架構，光感測單元可能包括耦接至一相對應閘極線之閘極端，以及耦接至一相對應資料線之一終端(terminal)。當一閘極線上的位準致能光感測單元時，流過光感測單元的電流係表示光感測單元所偵測到的亮度位準(illumination level)，並作為一感測信號。在一實施例中，每一資料線上的所有感測信號會被整合成單一信號資料S，並被輸出至控制模組45，但並非用以限制本發明。當一物體(如手指或一光學筆)觸碰觸控面板43時，包含於信號資料S之觸碰位置的資訊，其藉由比較顯示裝置表面上該觸碰位置及其它非觸碰位置的電流差而得知。
在一實施例中，控制模組45耦接於觸控面板43以接收信號資料S，且此控制模組45係包括一轉換單元47以及一處理單元49。本發明之轉換單元47處理信號資料S以產生一信號值V。在其它實施例中，若觸控面板43提供信號資料S1 ~Sn 時，轉換單元47處理信號資料S1 ~Sn 以產生信號值V1 ~Vn 。轉換單元47可為一類比數位轉換器(Analog to Digital Converter；ADC)，其可將信號資料S由類比格式轉換成數位格式，其中具有數位格式的信號即為信號值V。
處理單元49係用以判斷信號值V。在一實施例中，若信號值V小於一預設值時，處理單元49可調整下一信號值，或是調整目前的信號值V。在其它實施例中，當信號值V無法滿足處理單元49內部所預定的一預設值時，轉換單元47具有位移(shift)信號資料S大小的能力。此位移幅度(shift level)可根據處理單元49的內部設定，為一固定值或是一動態值。
舉例而言，當一信號資料S明顯地偏離一預設值時，轉換單元47可對下一信號資料進行大幅度位移。相反地，當一信號資料S接近一預設值時，轉換單元47可對下一信號資料進行小幅度位移。這也就表示說，轉換單元47可整合於觸控面板43之中，而使觸控面板可輸出數位格式的信號值V。
本發明之處理單元49係接收數位格式的信號值V，並將信號值V與一內部值之間的差值作為一預設值P。由於光感測單元係根據觸控面板43的畫面更新率(frame rate)，週期性地被驅動，故在每一畫面中，可獲得個別的信號值V。舉例而言，在第一畫面期間的第一信號值V1，在第二畫面期間的第二信號值V2，其餘依此類推。因此，轉換單元47於每一畫面期間所提供之信號值V，係由設置在觸控面板43內的內嵌式光感測單元所偵測到的所有感測信號轉換而來。另外，處理單元49能夠分析數位信號，並判斷第一信號值V1有無落於一內部所預定的預設值範圍內。該第一信號值係由複數個信號值中所擇出，其代表每一畫面期間的信號值V。同時，接下來的信號值(如V2,V3,...,Vn)亦可根據個別狀況作為代表性信號值V。因此，第一信號值或是代表性信號值可視為信號值V。
第5圖為依據本發明另一範例之觸控系統之示意圖。觸控系統50包括一光感測電晶體陣列51、複數個電流至電壓轉換器52-1~52-N(N為一自然數)以及一讀出電路53。若光感測電晶體陣列51具有電流至電壓轉換功能，則可省略電流至電壓轉換器52-1~52-N。讀出電路53可包括一功能單元54、一放大單元55、一轉換單元56、一處理單元57以及一時序產生器58。功能單元54可將電流至電壓轉換器52-1~52-N所產生的電壓信號依序地提供予放大單元55。此電壓信號可於放大單元55進行放大後，然後在轉換單元56進行取樣。處理單元57可根據轉換單元56所提供的資訊，以決定造成一光電流之光學輸入的座標。時序產生器58能夠根據為了閘極同步化(gate synchronization)之光感測電晶體陣列51所使用的同步信號，使功能單元54、轉換單元56及處理單元57的運作同步化。在一實施例中，讀出電路53可形成於積體電路中，以助於觸控系統50的製程。
第6圖為依據本發明一例示性範例之辨識方法之流程圖。本發明之辨識方法可確認觸控面板是否存在老化現象。舉一簡單的實施例，確認時間點通常是固定的，也就是說，每隔一固定時間，便進行一次確認動作。步驟62中接收一信號值(如V)，此信號值V可為一初始數位值或是一經調整之數位值。在本實施例中，執行一判斷迴路，用以比較信號值V與一預設值P。在一實施例中，預設值可為一固定值。舉例而言，觸控面板43所提供的一最小信號值可作為一預設值P。無論觸控面板43有無接收到光學輸入，光感測器所偵測到的感測信號S絕不可能小於感測信號資料的最小值。由於環境光的存在，當沒有觸碰動作時，信號資料S仍為一正值。意即在一暗條件(如陰暗室內)下，沒有觸碰動作發生時，觸控面板43所提供的信號值可作為一預設值P。換句話說，預設值P係以一暗條件下的背景成分為基礎。
在其它實施例中，預設值P可為所欲目的而為一動態值。舉例而言，為了校正顯示裝置的老化現象，預設值P可逐漸地增加，但並非用以限制本發明。在另一可能實施例中，為了其它目的，預設值P亦可逐漸地減少。預設值P的固定或調整方法係為本領域人士所深知，故不再贅述。
如上所述，預設值P可為一最小信號值，也就是在一畫面裡的環境光。接著，在第6圖的步驟64中，判斷信號值V是否小於預設值P。在觸控面板生命周期裡的最初階段，觸控面板43並不會有老化問題。觸控面板43所偵測到的感測信號都是有效值，並不需經過任何校正。然而，若信號值小於預設值(V<P)時，便執行一特定動作，如步驟66。稍後將說明信號值的調整方法。在一實施例中，步驟66所執行的特定動作係增加接下來的信號值(如V2~Vn)，以預防漏掉觸控面板43所偵測到的有效輸入。在另一實施例中，步驟66所執行的特定動作係增加目前的信號值V。在其它實施例中，步驟66所執行的特定動作係調整一轉換單元47的轉換參數。舉例而言，步驟66所執行的特定動作係輸出一回授(feedback)予轉換單元47，此回授可能為一偏移量(offset)或是一增益值(gain)。此回授可落於觸控面板有限的生命周期範圍內。舉例而言，此回授係介於觸控面板壽命的一限制範圍內。在本實施例中，轉換單元47可根據該回授，提供一經增強之信號值。
請參考第4圖，為了儲存觸控系統40的資源，處理單元49可設定一內部計時器，以週期性地確認轉換單元47所產生的信號值V。另外，可根據觸控面板43的老化程度，動態地調整內部計時器的周期時間(period time)。請參考第5圖，一內部計時器(未顯示)可設置在處理單元57之中，且內部計時器的功能不同於時序產生器58。整合於處理單元57中的內部計時器所進行的確認間隔時間(checking duration time)為連續地，例如每一畫面，較佳為不連續地，例如每隔幾秒或幾分。在其它實施例中，在觸控面板壽命終止前，處理單元57每隔一段固定時間，便確認一次信號值。在另一實施例中，進行確認的間隔時間與信號值位移幅度成反比。舉例而言，當信號值V明顯地偏離一預設值時，處理單元57會自動地縮短進行確認的間隔時間。
第7圖為依據本發明之另一例示性範例之辨識方法之示意圖。本發明之辨識方法可校正一光學輸入型態觸控面板的老化情形。觸控面板包括複數個光感測單元，以偵測一使用者所執行的一光學輸入。在步驟71中，初始化一轉換單元的參數。以第4圖為例，控制模組45包括處理類比信號之轉換單元47以及可辨識出不正常的信號值V之處理單元49。一般而言，轉換單元47所輸出的信號值V係為數位格式，而轉換單元47的參數已經過初始化，如步驟71所示。接著步驟72中，將類比格式的信號資料S轉換成數位格式的信號值V。在一實施例中，藉由轉換單元47所設定的參數，便可調整信號值V。然後，利用一處理單元49，比較信號值V與一預設值P，如步驟73所示。若信號值V未小於預設值P，則回到步驟71，在轉換單元具有初始化參數或是以目前的信號值V的情況下，處理下一信號值。
當信號值V小於預設值P時，便執行一調整迴路。在本步驟74中，儲存信號值V與預設值P間的差值。以第4圖為例，在操作光學輸入型式觸控面板時，處理單元49儲存一校正值(P-V)，也就是信號值V與預設值P間的差值，並將此校正值告知轉換單元47，如步驟74所示。同時，轉換單元47判斷此校正值是否介於一臨界範圍內(步驟75)。一旦轉換單元47的參數，超出臨界範圍，表示觸控面板43的壽命已盡，如步驟76所示。一般而言，觸控面板的顯示畫素單元的壽命短於光感測元件的壽命。在步驟77中，根據校正值(P-V)，調整轉換單元47的參數，此根據校正值所調整之轉換單元47的參數可位移接下來畫面的信號值。一般情形下，當校正值(P-V)介於一預設位準範圍內時，轉換單元47的參數會以加上位移量的方式進行微調。另外，當發生嚴重的老化現象，例如一連串的信號值V都小於預設值P時，則可根據一增益值來調整轉換單元47的參數。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，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，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
14、24、34、51．．．光感測電晶體陣列
14-1、24-1、34-1．．．光感測電晶體
14-G、24-G、34-G．．．閘極線
14-D、24-D、34-D．．．資料線
24-2、34-2．．．開關電晶體
40、50．．．觸控系統
41．．．顯示裝置
42．．．主機裝置
43．．．觸控面板
45．．．控制模組
47、56．．．轉換單元
49、57．．．處理單元
52-1~52-N．．．電流至電壓轉換器
53．．．讀出電路
54．．．功能單元
55．．．放大單元
58．．．時序產生器
62、64、66、71~77．．．步驟
81．．．曲線
S．．．信號資料
V．．．信號值
I1 ~IN ．．．電流
第1圖為依據本發明一範例之光感測電晶體陣列之示意圖。
第2圖為依據本發明另一範例之光感測電晶體陣列之示意圖。
第3圖為依據本發明又一範例之光感測電晶體陣列之示意圖。
第4圖為本發明之一例示性實施例之觸控系統之示意圖。
第5圖為依據本發明另一範例之觸控系統之示意圖。
第6圖為依據本發明一例示性範例之辨識方法之流程圖。
第7圖為依據本發明之另一例示性範例之辨識方法之示意圖。
第8圖為一光感測器的特性示意圖。
40．．．觸控系統
41．．．顯示裝置
42．．．主機裝置
43．．．觸控面板
45．．．控制模組
47．．．轉換單元
49．．．處理單元
S．．．信號資料
V．．．信號值

Claims (16)

  1. 一種觸控系統，包括：一觸控面板，具有複數個光感測單元，該等光感測單元設置在複數個畫素單元中，該觸控面板可根據至少一光學輸入，顯示至少一觸碰位置，其中當該觸控面板被觸碰時，該觸控面板提供一信號資料；以及一讀出電路，用以接收該信號資料，並包括：一轉換單元，根據該信號資料以及一轉換參數，產生一信號值；以及一處理單元，當該信號值小於一預設值時，該處理單元根據該信號值與該預設值之間的差值，產生一命令予該轉換單元，用以調整下一信號值，直到該轉換單元接收到下一命令。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控系統，其中該信號資料具有一類比格式，該信號值具有一數位格式。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控系統，其中該處理單元產生該命令，用以調整該轉換參數。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控系統，其中該命令係為一偏移量或是一增益值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之觸控系統，其中該命令係為一回授，該回授係介於該觸控面板壽命的一限制範圍內。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之觸控系統，其中該預設值係以一暗條件下的背景成分為基礎。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之觸控系統，更包括複數 個轉換器，設置在該觸控面板與該讀出電路之間，該等轉換器可將該光學輸入的一電流轉換成該信號資料的一部分。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之觸控系統，其中該信號資料包括一環境光的一背景成分以及該光學輸入的一光成分。
  9. 一種辨識方法，適用於一光學輸入型式觸控面板，該光學輸入型式觸控面板包括複數個光感測單元，用以偵測一使用者所執行的一光學輸入，該辨識方法包括：提供一信號值，該信號值表示該光學輸入型式觸控面板的一光位準；比較該信號值與一預設值；以及當該信號值小於該預設值時，根據該信號值與該預設值之間的差值，產生一命令，用以調整下一信號值，直到接收到下一命令。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之辨識方法，其中該預設值係為一固定值。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之辨識方法，其中該信號值包括一光成分，該光成分係由被設置在該光學輸入型式觸控面板內的一內嵌元件所偵測得知。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之辨識方法，其中該命令介於該光學輸入型式觸控面板壽命的一限制範圍內。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之辨識方法，其中該光位準係源自一未具有該光學輸入之環境光。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之辨識方法，更包括： 根據一暗條件，定義該預設值。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之辨識方法，更包括：當該預設值大於該信號值時，摒棄該信號值，並根據該預設值與該信號值之間的差值來調整下一信號值。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之辨識方法，更包括：輸出該信號值予一主機裝置。
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