TWI455001B - 觸控面板的驅動方法與裝置 - Google Patents

Description

觸控面板的驅動方法與裝置

本發明係關於一種觸控面板，尤其關於一種觸控面板的驅動方法與裝置。

為了達到更便利、體積更輕巧化以及更人性化的目的，許多資訊產品的輸入方式已由傳統之鍵盤或滑鼠等裝置，轉變為使用觸控面板作為輸入的方式。觸控面板可組裝在諸多種類的平面顯示器上，以使平面顯示器兼具顯示畫面以及輸入操作資訊的功能。傳統觸控面板主要包括電阻式、電容式、紅外線式以及表面聲波式。不同類型的觸控面板各自具有其優缺點，例如電容式觸控面板具有質感佳、觸控力道小等優點，但是價格較為昂貴。降低觸控面板的成本，以及對觸碰點進行精確定位，一直是本領域的課題。

本發明提供一種觸控面板的驅動方法與裝置，以實現觸控面板之觸碰點進行精確定位功能。

本發明實施例提出一種觸控面板的驅動方法。觸控面板包含在第一軸向具有導電異向性的導電層，而導電層沿第一軸向的二對向側邊分別為第一側與第二側。該導電層包含複數電極對，其中這些電極對各自包含第一電極與第二電極，這些第一電極配置於導電層的第一側，這些第二電極配置於導電層的第二側。該驅動方法包括於複數電極 對中逐一選擇一個電極對。當這些電極對的其中一個電極對被選擇時，逐一驅動被選擇電極對的第一電極與第二電極。

本發明實施例提出一種觸控面板的驅動裝置。觸控面板包含在第一軸向具有導電異向性的導電層，其中該導電層沿第一軸向的二個對向側邊分別為第一側與第二側。該驅動裝置包括複數電極對、選擇器以及感測電路。這些電極對各自包含第一電極與第二電極。這些第一電極配置於導電層的第一側。這些第二電極配置於導電層的第二側；選擇器連接至該導電層的這些電極對。選擇器於這些電極對中逐一選擇一個電極對。感測電路連接至選擇器。當這些電極對的其中一個電極對被選擇時，感測電路透過選擇器逐一驅動被選擇電極對的第一電極與第二電極。

在本發明之一實施例中，提供參考電壓至所述被選擇電極對以外之其他電極對的第一電極與第二電極。

在本發明之一實施例中，浮接被選擇電極對的鄰近電極對，以及提供參考電壓至所述被選擇電極對以及所述被選擇電極對的鄰近電極對以外之其他電極對的第一電極與第二電極。

在本發明之一實施例中，當驅動所述被選擇電極對的第一電極與第二電極其中一者時，另一者被浮接或被提供該參考電壓。

在本發明之一實施例中，逐一驅動所述被選擇電極對的第一電極與第二電極之步驟包括：提供驅動電壓至所述 被選擇電極對的第一電極；自所述被選擇電極對的第一電極移除驅動電壓後，感測所述被選擇電極對的第一電極；在所述被選擇電極對的第一電極完成感測後，提供驅動電壓至所述被選擇電極對的第二電極；以及自所述被選擇電極對的第二電極移除驅動電壓後，感測所述被選擇電極對的第二電極。

基於上述，本發明實施例在導電異向性的導電層配置複數電極對，每一個電極對的第一電極與第二電極分別配置於導電層的相對向之兩側邊。利用電極對的二感測值可以求出第一軸向的位置關係。因為先完成一個電極對的驅動操作後才進行下一個電極對的驅動操作，所以具有較佳的精準度並可實現觸控手勢(gesture)之功能。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A為依照本發明一實施例說明電容式觸控面板100與驅動裝置150的示意圖。圖1B為圖1A之觸控面板100沿剖線A-A’繪示的局部剖面示意圖。在圖1A與圖1B中引入笛卡兒座標系統(Cartesian Coordinate System)，其包括相互垂直的X軸方向、Y軸方向和Z軸方向。觸控面板100包含導電層110、保護層(cover lens)120以及基板102。導電層110配置於基板102上，而保護層120則配置於導電層110上。導電層110具有導電異向性(Anisotropic Conductivity)，亦即，導電薄膜110在兩個不同方向上具 有不同的阻抗性。例如，導電層110具有圖1A所示之低阻抗方向D以及高阻抗方向H，其中低阻抗方向D和高阻抗方向H可為垂直。於本實施例中，導電層110的低阻抗方向D為Y軸方向。

於本實施例中，基板102與/或保護層120可採用如：聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚對苯二甲酸二乙酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PolyMethyl MethAcrylate,PMMA)或薄化後的玻璃基板等透明材質。導電層110可以是平行排列的奈米碳管(Carbon Nano-Tube,CNT)所形成之導電薄膜。此奈米碳管薄膜是由超順垂直排列奈米碳管陣列(Super Vertical-Aligned Carbon Nanotube Array)透過拉伸方式製成，可應用於製作透明的導電薄膜。例如，採用化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition,CVD)或其他適當的方法於矽基板、石英基板或其他適當的基板上形成奈米碳管層。接著，沿著一拉伸方向從奈米碳管層的一側邊拉出奈米碳管薄膜，也就是導電層110。之後，將導電層110配置於基板102上，同時將保護層120覆蓋於導電層110上即初步地完成電容式觸控面板100。因拉伸製程中，長鍊狀奈米碳管約略沿著拉伸方向平行排列，使得奈米碳管薄膜在拉伸方向具有較低阻抗，在垂直拉伸方向阻抗約為拉伸方向阻抗的50至350倍之間。奈米碳管薄膜的表面電阻也因量測的位置不同、方向不同而介於1KΩ至800KΩ之間，因此導電層110具有導電異向性。

請參照圖1A，導電層110沿第一軸向(例如Y軸方向)的二對向側邊分別為第一側111與第二側112。在導電層110配置複數電極對，這些電極對各自包含一第一電極與一第二電極。每一電極對的第一電極與第二電極分別配置於導電層的相對向之兩側邊111與112。於本實施例中，每一電極對的第一電極至第二電極的連線方向同於第一軸向(即低阻抗方向D)，亦及第一電極與第二電極位於第一軸向(即低阻抗方向D)上。例如，第一電極對為第一電極S11與第二電極S21，第二電極對為第一電極S12與第二電極S22，第三電極對為第一電極S13與第二電極S23，第四電極對為第一電極S14與第二電極S24，第五電極對為第一電極S15與第二電極S25，第六電極對為第一電極S16與第二電極S26。每一電極對內的第一電極S11~S16配置於導電層110的第一側111。每一電極對內的第二電極S21~S26配置於導電層110的第二側112。

雖然圖1A之電容式觸控面板100僅以六個電極對作為實現範例，但實際應用時，電極對的數目可根據實際觸控面板的面積以及設計需求而定。

為了簡化說明，以下實施例以觸控面板100在操作時，僅以一個觸碰點TP為例。在實際操作時，本實施例所述定位方法亦可適用於多觸碰點的情形。

請參照圖1A，驅動裝置150包含選擇器151與感測電路152。本實施例將沿X軸方向掃描並驅動第一電極S11~S16與第二電極S21~S26。例如，前述掃描與驅動的 順序可以是S11、S12、S13、S14、S15、S16、S26、S25、S24、S23、S22、S21，或是以S11、S12、S13、S14、S15、S16、S21、S22、S23、S24、S25、S26順序驅動之。選擇器151連接至導電層110的電極S11~S16與S21~S26。選擇器151依據前述順序逐一選擇一個電極，以及提供參考電壓(例如接地電壓或是其他固定準位的參考電壓)至其他未被選擇的電極。感測電路152連接於選擇器151與微控制器153之間。當電極S11~S16與S21~S26的其中一個電極對被選擇時，感測電路152透過選擇器151驅動被選擇電極。前述驅動操作例如先對被選擇電極施加驅動電壓而對導電層110充電，然後感測被選擇電極的物理特徵值(即感測值，例如電壓值、電荷量或電容值等)，以及將被驅動電極的感測值傳送至微控制器153。微控制器153利用第一電極S11~S16的感測值與第二電極S21~S26的感測值可以求出X軸與Y軸的位置。

當手指觸碰觸控面板100時(即圖1A所示觸碰點TP)，對第一電極S11~S16及第二電極S21~S26進行感測後會獲得複數感測值。圖2A是依照本發明實施例說明圖1A中第二電極S21~S26的感測值示意圖。橫軸表示第二電極S21~S26的位置，縱軸表示感測值。由於觸碰點TP較靠近第二電極S23，因此圖2A於S23處出現相對極值(relative extreme)，例如第二電極S23的感測值大於鄰近第二電極的感測值。相類似地，圖2B是依照本發明實施例說明圖1A中第一電極S11~S16的感測值示意圖。橫軸表 示第一電極S11~S16的位置，縱軸表示感測值。圖2B於S13處亦出現相對極值。由於觸碰點TP與第一電極S11~S16的距離大於觸碰點TP與第二電極S21~S26的距離，因此第一電極S11~S16的感測值整體上小於第二電極S21~S26。

於本實施例中，微控制器153將第一電極S11~S16的感測值各自與第二電極中S21~S26對應電極的感測值相加，而獲得電極對S1、S2、S3、S4、S5、S6的感測值。例如，S1=S11+S21，S2=S12+S22，以此類推。圖2C是依照本發明實施例說明圖1A中第一電極S11~S16的感測值各自與第二電極中S21~S26對應電極的感測值相加示意圖。橫軸表示電極的位置(例如X軸的位置)，縱軸表示感測值。然後，以電極對S1~S6中相對極值的位置(在此為電極對S3的位置)做為觸碰點TP於觸控面板100上第二軸向(例如X軸方向)的位置。

於其他實施例中，觸碰點TP於X軸的位置可以由第一電極S11~S16出現相對極值的位置(在此為第一電極S13的位置)來決定，或由第二電極S21~S26出現相對極值的位置(在此為第二電極S23的位置)來決定。應用本實施例者亦可以依據設計需求，採用內插法或其他演算法計算出更精確的第二軸向位置。

當微控制器153發現於第一電極S13出現相對極值，便會依據第一電極S13與同一電極對的第二電極S23二者的感測值計算第一軸向(例如Y軸)的位置。依據第一電極 S13與第二電極S23二者的感測值之比值，微控制器153可以計算觸碰點TP於Y軸的位置。例如，若第一電極S13的感測值等於第二電極S23的感測值，則表示觸碰點TP於Y軸的(L/2)位置。

圖3是依照實施例說明觸碰點發生移動之情形。選擇器151以S11、S12、S13、S14、S15、S16、S21、S22、S23、S24、S25、S26順序選擇/掃描每一電極。假設觸碰點移動前的位置在圖3所示T1處。在完成第一電極S11~S16的驅動操作後，微控制器153可以於第一電極S14發現相對極值，也就表示觸碰點的X軸位置在第一電極S14附近。因此，等到完成第二電極S21~S26的驅動操作後，微控制器153會依據第一電極S14與第二電極S24二者的感測值之比值計算出觸碰點的Y軸位置。由於驅動電極S14之後，尚需依序驅動電極S14、S15、S16、S21、S22、S23，然後才會驅動電極S24，使得驅動第一電極S14的時間點與驅動第二電極S24的時間點之間存在一段時間差。假設單側邊電極數量為N，驅動單一電極所需時間為t，則此時間差約為N×t。然而，在這一段時間差N×t中，觸碰點恰巧沿著X軸由圖3所示T1處移動至T2處。前述觸碰點的移動導致相對極值原本應該出現在第二電極S24，卻錯誤地出現在第二電極S22。可想而知，如圖3所示，微控制器153依據第一電極S14與第二電極S24二者的感測值計算出的Y軸位置必然是錯誤的。

圖4是依照本發明另一實施例說明觸控面板100的驅 動方法。圖5是說明圖1A所示觸控面板100的電極驅動順序示意圖。電極對S1為第一電極S11與第二電極S21，電極對S2為第一電極S12與第二電極S22，電極對S3為第一電極S13與第二電極S23，電極對S4為第一電極S14與第二電極S24，電極對S5為第一電極S15與第二電極S25，電極對S6為第一電極S16與第二電極S26。每一個電極對內的第一電極S11~S16配置於導電層110的第一側111。每一個電極對內的第二電極S21~S26配置於導電層110的第二側112。於每一電極對S1~S6中，自第一電極至第二電極的方向為第一軸向(或低阻抗方向D)。

請參照圖1A、圖4與圖5，於步驟S410中，選擇器151於複數電極對S1~S6中逐一選擇一個電極對。於圖5所示實施例中，電極對S1~S6的選擇順序例如是S1、S2、S3、S4、S5、S6。在其他實施例中，電極對S1~S6的選擇順序可以是其他順序，例如隨機順序，但不以此為限。

當步驟S410選擇了電極對S1~S6的其中一個電極對時，選擇器151進行步驟S420以提供參考電壓(例如接地電壓或是其他固定準位的參考電壓)至其他未被選擇的電極對的第一電極與第二電極。例如，若選擇器151於步驟S410中選擇電極對S2，則選擇器151於步驟S420中提供接地電壓至其他未被選擇的電極對S1、S3~S6。

當步驟S410選擇了電極對S1~S6的其中一個電極對時，感測電路152進行步驟S430以透過選擇器151逐一驅動被選擇電極對的第一電極與第二電極。於本實施例 中，當感測電路152驅動被選擇電極對中第一與第二電極其中一者時，另一者被浮接(floating)。在其他實施例中，當感測電路152驅動被選擇電極對中第一與第二電極其中一者時，另一者被選擇器151提供參考電壓(例如接地電壓)。例如，若步驟S410選擇電極對S2，則感測電路152可以透過選擇器151先驅動第一電極S12，同時選擇器151使第二電極S22浮接。完成第一電極S12的驅動操作後，感測電路152再透過選擇器151驅動第二電極S22，同時選擇器151使第一電極S12浮接。本實施例所述觸控面板100的電極驅動順序如圖5所示。

上述對某一電極對的驅動操作(即步驟S430)說明如下。感測電路152提供驅動電壓(例如電源電壓VDD)至被選擇電極對的第一電極。在從被選擇電極對的第一電極移除該驅動電壓後，感測電路152感測被選擇電極對的第一電極。在被選擇電極對的第一電極完成感測後，感測電路152提供驅動電壓至被選擇電極對的第二電極。在從被選擇電極對的第二電極移除該驅動電壓後，感測電路152感測被選擇電極對的第二電極。

假設觸碰點位於第二電極S23的附近。圖5所示實施例在驅動第一電極S13的時間點與驅動第二電極S23的時間點之間存在一段極小的時間差。此時間差約為1×t。與圖3所示實施例的時間差N×t相比，圖5所示實施例的時間差1×t明顯小很多，因此具有較佳的精準度。尤其是觸控面板100上單側邊電極數量N越大時，圖5所示實施例 改善電極對的驅動時間差之效果越好。

對於被選擇電極對而言，第一電極與第二電極的驅動順序可以是「第一電極、第二電極」(如圖5所示)，或以其他順序，例如隨機順序，但不以此為限。例如，圖6是依據另一實施例說明圖1A所示觸控面板100的電極驅動順序示意圖。於圖6所示實施例中，對於被選擇電極對而言，第一電極與第二電極的驅動順序是「第一電極、第二電極」與「第二電極、第一電極」二種順序交替使用。圖6的其他實施方式可以參照圖4與圖5的相關說明。

上述諸實施例教示在驅動被選擇電極對時，其他的電極對被提供參考電壓(例如接地電壓)。然而，本發明的實現方式不應以此為限。在其他實施例中，當複數電極對的其中一個電極對被選擇時，選擇器151可以使被選擇電極對的鄰近電極對浮接，然後除了被選擇電極對以及其鄰近電極對外，提供參考電壓至其他電極對。例如，若電極對S3被選擇時，選擇器151可以使電極對S3的鄰近電極對S2與S4浮接，然後除了電極對S2、S3與S4外，提供參考電壓至其他電極對S1、S5與S6的第一電極與第二電極。

又例如，若電極對S3被選擇時，選擇器151可以使電極對S3的鄰近電極對S1、S2、S4與S5浮接，然後除了電極對S1、S2、S3、S4與S5外，提供參考電壓至其他電極對S6的第一電極與第二電極。上述浮接的電極對數量可以依據設計需求來決定。

再者，依據設計需求，於上述被選擇電極對的鄰近電 極對中的第一電極與第二電極可以都浮接，也可以將其中一個電極浮接而提供參考電壓至另一電極。例如，假設電極對S3被選擇。當第一電極S13被驅動時，選擇器151可以使電極對S2與S4中的第一電極S12與S14浮接，以及提供參考電壓至第二電極S22與S24。當第一電極S23被驅動時，選擇器151可以使電極對S2與S4中的第二電極S22與S24浮接，以及提供參考電壓至第一電極S12與S14。

在另一實施例中，假設電極對S3被選擇。當第一電極S13被驅動時，選擇器151可以使電極對S2與S4中的第二電極S22與S24浮接，以及提供參考電壓至第一電極S12與S14。當第一電極S23被驅動時，選擇器151可以使電極對S2與S4中的第一電極S12與S14浮接，以及提供參考電壓至第二電極S22與S24。

綜上所述，上述諸實施例在導電異向性的導電層110配置複數電極對S1~S6，每一個電極對的第一電極與第二電極分別配置於導電層110的相對向兩側邊111與112。利用電極對的二感測值可以求出第一軸向(例如Y軸)的位置。因為先完成一個電極對的驅動操作後才進行下一個電極對的驅動操作，所以具有較佳的精準度並可實現觸控手勢(Gesture)之功能。

雖然本發明已以實施例揭露如上，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，故本 發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧觸控面板

102‧‧‧基板

110‧‧‧導電層

111、112‧‧‧導電層的二個對向側邊

150‧‧‧驅動裝置

151‧‧‧選擇器

152‧‧‧感測電路

153‧‧‧微控制器

D‧‧‧低阻抗方向

H‧‧‧高阻抗方向

S1~S6‧‧‧電極對

S11~S16‧‧‧第一電極

S21~S26‧‧‧第二電極

S410~S430‧‧‧步驟

T1、T2、TP‧‧‧觸碰點

圖1A為依照本發明一實施例說明電容式觸控面板與驅動裝置的示意圖。

圖1B為圖1A之觸控面板沿剖線A-A’繪示的局部剖面示意圖。

圖2A是依照本發明實施例說明圖1A中第二電極S21~S26的感測值示意圖。

圖2B是依照本發明實施例說明圖1A中第一電極S11~S16的感測值示意圖。

圖2C是依照本發明實施例說明圖1A中第一電極S11~S16的感測值各自與第二電極中S21~S26對應電極的感測值相加示意圖。

圖3是依照實施例說明觸碰點發生移動之情形。

圖4是依照本發明另一實施例說明觸控面板的驅動方法。

圖5是說明圖1A所示觸控面板的電極驅動順序示意圖。

圖6是依據另一實施例說明圖1A所示觸控面板的電極驅動順序示意圖。

100‧‧‧觸控面板

110‧‧‧導電層

111、112‧‧‧導電層的二個對向側邊

S1~S6‧‧‧電極對

S11~S16‧‧‧第一電極

S21~S26‧‧‧第二電極

Claims (18)

1. 一種觸控面板的驅動方法，該觸控面板包含在一第一軸向具有導電異向性的一導電層以及複數電極對，該導電層沿該第一軸向的二個對向側邊分別為一第一側與一第二側，該導電層為均勻地形成在一基板上的連續層形式，其中該些電極對係設置於該導電層上且各自包含一第一電極與一第二電極，該些第一電極配置於該導電層的該第一側，該些第二電極配置於該導電層的第二側，該驅動方法包括：於該些電極對中逐一選擇一個電極對；以及當該些電極對的其中一個電極對被選擇時，逐一驅動所述被選擇電極對的第一電極與第二電極，其中逐一驅動所述被選擇電極對的第一電極與第二電極之步驟包括：提供一驅動電壓至所述被選擇電極對的第一電極；自所述被選擇電極對的第一電極移除該驅動電壓後，感測所述被選擇電極對的第一電極；在所述被選擇電極對的第一電極完成感測後，提供該驅動電壓至所述被選擇電極對的第二電極；以及自所述被選擇電極對的第二電極移除該驅動電壓後，感測所述被選擇電極對的第二電極。
2. 如申請專利範圍第1項所述觸控面板的驅動方法，更包括：提供一參考電壓至所述被選擇電極對以外之其他電 極對的第一電極與第二電極。
3. 如申請專利範圍第1項所述觸控面板的驅動方法，更包括：浮接所述被選擇電極對的鄰近電極對；以及提供一參考電壓至除所述被選擇電極對以及所述被選擇電極對的鄰近電極對以外之其他電極對的第一電極與第二電極。
4. 如申請專利範圍第3項所述觸控面板的驅動方法，其中該參考電壓為接地電壓。
5. 如申請專利範圍第1項所述觸控面板的驅動方法，其中當驅動所述被選擇電極對的第一電極與第二電極其中一者時，另一者被提供一參考電壓。
6. 如申請專利範圍第1項所述觸控面板的驅動方法，其中當驅動所述被選擇電極對的第一電極與第二電極其中一者時，另一者被浮接。
7. 如申請專利範圍第1項所述觸控面板的驅動方法，其中該導電層的低阻抗方向為該第一軸向。
8. 如申請專利範圍第1項所述觸控面板的驅動方法，其中該導電層為奈米碳管薄膜。
9. 如申請專利範圍第1項所述觸控面板的驅動方法，其中於該些電極對中，自所述第一電極至所述第二電極的方向為該第一軸向。
10. 一種觸控面板的驅動裝置，該觸控面板包含在一第一軸向具有導電異向性的一導電層，該導電層沿該第一軸 向的二個對向側邊分別為一第一側與一第二側，該導電層為均勻地形成在一基板上的連續層形式，該驅動裝置包括：複數電極對，其中該些電極對係設置於該導電層上且各自包含一第一電極與一第二電極，該些第一電極配置於該導電層的該第一側，該些第二電極配置於該導電層的該第二側；一選擇器，連接至該導電層的該些電極對，並於該些電極對中逐一選擇一個電極對；以及一感測電路，連接至該選擇器，其中當該些電極對的其中一個電極對被選擇時，該感測電路透過該選擇器逐一驅動所述被選擇電極對的第一電極與第二電極，其中該感測電路提供一驅動電壓至所述被選擇電極對的第一電極；自所述被選擇電極對的第一電極移除該驅動電壓後，該感測電路感測所述被選擇電極對的第一電極；在所述被選擇電極對的第一電極完成感測後，該感測電路提供該驅動電壓至所述被選擇電極對的第二電極；以及自所述被選擇電極對的第二電極移除該驅動電壓後，該感測電路感測所述被選擇電極對的第二電極。
11. 如申請專利範圍第10項所述觸控面板的驅動裝置，其中該選擇器提供一參考電壓至所述被選擇電極對以外之其他電極對。
12. 如申請專利範圍第10項所述觸控面板的驅動裝置，其中該選擇器使所述被選擇電極對的鄰近電極對浮接，並提供一參考電壓至除所述被選擇電極對以及所述被 選擇電極對的鄰近電極對以外之其他電極對。
13. 如申請專利範圍第12項所述觸控面板的驅動裝置，其中該參考電壓為接地電壓。
14. 如申請專利範圍第10項所述觸控面板的驅動裝置，其中當該感測電路驅動所述被選擇電極對的第一電極與第二電極其中一者時，另一者被該選擇器提供一參考電壓。
15. 如申請專利範圍第10項所述觸控面板的驅動裝置，其中當該感測電路驅動所述被選擇電極對的第一電極與第二電極其中一者時，另一者被浮接。
16. 如申請專利範圍第10項所述觸控面板的驅動裝置，其中該導電層的低阻抗方向為該第一軸向。
17. 如申請專利範圍第10項所述觸控面板的驅動裝置，其中該導電層為奈米碳管薄膜。
18. 如申請專利範圍第10項所述觸控面板的驅動裝置，其中於該些電極對中，自所述第一電極至所述第二電極的方向為該第一軸向。