TWI470518B - 互容式觸控面板及觸控系統 - Google Patents

Description

互容式觸控面板及觸控系統

本發明與觸控系統相關，並且尤其與利用單層電極實現觸控功能的技術相關。

隨著科技日益進步，近年來各種電子產品的操作介面都愈來愈人性化。舉例而言，透過觸控螢幕，使用者可直接以手指或觸控筆在螢幕上操作程式、輸入訊息/文字/圖樣，省去使用鍵盤或按鍵等輸入裝置的麻煩。實際上，觸控螢幕通常係由一感應面板及設置於感應面板後方的顯示器組成。電子裝置係根據使用者在感應面板上所觸碰的位置，以及當時顯示器所呈現的畫面，來判斷該次觸碰的意涵，並執行相對應的操作結果。

現有的觸控技術大致分為電阻式、電容式、電磁感應式、超音波式以及光學式幾類。電容式觸控技術又可進一步分為自容式(self-capacitance)和互容式(mutual-capacitance)兩類。相對於互容式觸控面板，自容式觸控面板能藉由製程較單純的單層電極結構實現，卻存在難以達成多點觸控功能的問題。因此，互容式觸控面板的應用範圍遠高於自容式觸控面板。

圖一為一互容式觸控面板範例。如圖一所示，感應面板後方設有構成矩陣圖樣的透明電極。此例中平行於X方向者為驅動電極，平行於Y方向者為接收電極。每條驅動 電極各自連接至一驅動器12，每條接收電極各自連接至一接收器14。一般而言，該等驅動器12會依序送出驅動信號，該等接收器14則持續接收感應信號。當觸碰發生時，對應於觸碰點的驅動電極和接收電極間會出現電容耦合現象，導致與互容量相關的感應信號發生變化。根據觸碰發生時送出驅動信號之驅動器12的位置，以及偵測到感應信號發生變化之接收器14的位置，後續電路即可判斷觸碰點在X/Y方向上的座標。

傳統上，驅動電極和接收電極是分別設置在不同平面的透明電極。圖二(A)為目前最為廣泛使用的菱形電極圖樣。Y座標相同的深色菱形電極16彼此串接，構成平行於X方向的驅動電極；X座標相同的淺色菱形電極18彼此串接，構成平行於Y方向的驅動電極。由於深色菱形電極16及淺色菱形電極18是位於不同平面，所以兩種電極在圖面中重疊的部份實體上並未相連。

為了降低材料成本，許多製造商將前述雙層電極結構壓縮為單層電極結構。在現行單層電極結構中，深色菱形電極16及淺色菱形電極18的各菱形主體是設置在同一平面，兩種電極在圖二(A)中重疊的部份則是以如圖二(B)所示之立體跨橋結構實現。於此範例中，兩個深色菱形電極16之間的連接線與菱形主體位於同一平面，但兩個淺色菱形電極18間的連接線被設計為曲起狀(高於該平面)，以便跨越圖中標示為深色的連接線。由此可看出，現行的單層電極結構實際上並非真正的單層結構。由於立體跨橋結構 製作不易且良率低，整體而言，為互容式觸控面板採用現行單層電極結構可能反而增加製造程序的困難度與成本。

另一方面，實際上，驅動器12和接收器14通常係設置於與感應面板以印刷電路板相連的電路晶片中。耦接於感應面板和電路晶片間的驅動/接收通道(channel)愈多，電路晶片的腳位數量也必須隨之增加，意味著更高的生產成本。

為了兼顧採用單層電極結構、實現多點觸控、減少面板與電路晶片間之腳位數量等需求，本發明提出一種新的互容式觸控面板及互容式觸控系統，採用不需要立體跨橋結構的單層電極，並且藉由適當配置驅動電極和接收電極，使電極可共用面板與電路晶片間的通道。相較於先前技術，根據本發明之面板及系統能有效降低製程難度、節省生產成本，並提供多點觸控的功能。

根據本發明之一具體實施例為一種單層結構互容式觸控面板，受一控制器之控制以運作，該觸控面板包含一第一驅動電極、一第二驅動電極、N個第一接收電極、M個第二接收電極、一驅動通道及(N+M)個接收通道。N個第一接收電極環繞該第一驅動電極。M個第二接收電極環繞該第二驅動電極。該控制器透過該驅動通道對該第一驅動電極和該第二驅動電極同時發送一驅動信號。該(N+M)個接收通道各自對應於該N個第一接收電極之一、該M 個第二接收電極之一，該N個第一接收電極與該M個第二接收電極各對應不同的接收通道。該控制器於發送該驅動信號時透過該(N+M)個接收通道接收(N+M)個感應結果。N和M為正整數。

根據本發明之另一具體實施例為一種與一控制器協同運作的單層結構互容式觸控面板，其中包含一第一驅動電極、一第二驅動電極、複數個第一接收電極、複數個第二接收電極、兩驅動通道及一接收通道。複數個第一接收電極環繞該第一驅動電極。複數個第二接收電極環繞該第二驅動電極。兩驅動通道分別對應於該第一驅動電極和該第二驅動電極。該控制器以時間交錯的方式透過該兩驅動通道對該第一驅動電極和該第二驅動電極各自發送一驅動信號。該接收通道，供連接至該複數個第一接收電極之一與該複數個第二接收電極之一，該控制器透過該接收通道接收一感應結果。

根據本發明之另一具體實施例為一種單層結構互容式觸控系統，其中包含一第一驅動電極、一第二驅動電極、N個第一接收電極、M個第二接收電極、一驅動通道、(N+M)個接收通道及一控制器。N個第一接收電極環繞該第一驅動電極。M個第二接收電極環繞該第二驅動電極。(N+M)個接收通道各自對應於該N個第一接收電極之一、該M個第二接收電極之一，該N個第一接收電極與該M個第二接收電極各對應不同的接收通道。該控制器透過該驅動通道對該第一驅動電極和該第二驅動電極同時發送 一驅動信號。該控制器於發送該驅動信號時透過該(N+M)個接收通道接收(N+M)個感應結果。N和M為正整數。

根據本發明之另一具體實施例為一種單層結構互容式觸控系統，包含一第一驅動電極、一第二驅動電極、複數個第一接收電極、複數個第二接收電極、兩驅動通道、一接收通道及一控制器。複數個第一接收電極環繞該第一驅動電極。複數個第二接收電極環繞該第二驅動電極。兩驅動通道分別對應於該第一驅動電極和該第二驅動電極。該複數個第一接收電極之一與該複數個第二接收電極之一連接至該接收通道。該控制器以時間交錯的方式透過該兩驅動通道對該第一驅動電極和該第二驅動電極各自發送一驅動信號。該控制器透過該接收通道接收至少一感應結果。

關於本發明的優點與精神可以藉由以下發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

根據本發明之一實施例為一互容式觸控面板，其中之驅動電極和接收電極各自的平面輪廓為菱形；圖三(A)為該等電極的配置範例。為便於說明，圖三(A)僅呈現該互容式觸控面板中的三個驅動電極(D1~D3)及其鄰近的接收電極(R1~R8)。

會受到使用者觸碰影響的電力線主要分布在驅動電極及其鄰近接收電極相互平行的邊線間。舉例而言，驅動 電極D1和接收電極R1之間定義有一感應區域，驅動電極D1和接收電極R2之間定義有另一感應區域。依此類推，驅動電極D1~D3各自對應於四個不同的感應區域。當與此互容式觸控面板協同運作之控制器(未繪示)對驅動電極D1發送驅動信號時，該控制器可同時令接收電極R1、R2、R5、R6接收感應結果，並根據這四個感應結果判斷使用者是否碰觸驅動電極D1周圍的四個感應區域。同理，當控制器對驅動電極D3發送驅動信號時，該控制器可同時令接收電極R3、R4、R7、R8接收感應結果，並根據這四個感應結果判斷使用者是否碰觸驅動電極D3周圍的四個感應區域。

於此實施例中，控制器同時對驅動電極D1、D3發送一驅動信號，並且於發送該驅動信號時接收來自接收電極R1~R8的感應結果。由於驅動電極D1以及D3相對應的八個感應區域R1~R8各自獨立，即便使用者同時觸碰其中的多個感應區域，控制器亦可明確辨認，不致混淆，因此能實現多點觸控的功能。舉例而言，若控制器發現接收電極R5、R4、R8提供的感應信號同時出現變化，即可判定使用者同時觸碰如圖三(B)中以虛線標示的三個區域。

由上述運作邏輯可看出，既然控制器係同時對驅動電極D1、D3發送同樣的驅動信號，驅動電極D1、D3可共用連接至控制、器的驅動通道。相較於令驅動電極D1、D3透過不同的驅動通道連接至控制器，共用驅動通道可節省控制器所在晶片的腳位。即使不共用驅動通道，控制器亦 可同時對驅動電極D1、D3發送驅動信號，以節省掃描整個互容式觸控面板的時間。簡言之，共用同一通道之兩電極必為同時受到驅動/接收感應，而未共用同一通道的兩電極亦可能同時受到驅動/接收感應。

另一方面，為避免控制器混淆感應結果，當驅動電極D1、D3共用連接至控制器的驅動通道，或控制器同時對驅動電極D1、D3發送驅動信號時，接收電極R1~R8中的任兩個接收電極必定不能共用連接至控制器的接收通道。易言之，接收電極R1~R8和控制器之間必須設有八個不同的接收通道，分別對應於接收電極R1~R8。實務上，控制器可同時接收來自接收電極R1~R8的感應結果，亦可於發送驅動信號的期間依序接收這八個感應結果。

相對地，在此實施例中，由於驅動電極D1、D2共同對應於接收電極R2、R6，控制器不會同時對驅動電極D1、D2發送驅動信號。若控制器同時對驅動電極D1、D2發送驅動信號，當控制器發現接收電極R2提供的感應信號出現變化，控制器將無法分辨是圖三(C)中的哪一個以虛線標示之感應區域被使用者碰觸。

圖四(A)進一步呈現根據本發明一實施例之互容式觸控面板中的更多個驅動電極及其鄰近之接收電極。於此實施例中，共用通道的電極被標以相同的名稱。以圖四(A)中的兩個驅動電極D1為例，對應於左側之驅動電極D1的四個接收電極(R1、R2、R5、R6)和對應於右側之驅動電極D1的四個接收電極(R3、R4、R7、R8)完全未重複，且 這八個接收電極的接收通道亦各不相同。換句話說，只要兩驅動電極所對應之接收電極本身以及所連接的接收通道皆不重複，這兩個驅動電極便可共用同一驅動通道。

換個角度來說，在不同時間點受控制器驅動的兩驅動電極便可在實體上共用至少一接收電極(例如最左側的驅動電極D1、D3共用接收電極R5、R6)，更精確地說，可共用連接至同一接收通道的接收電極(例如最左側的驅動電極D1、D5共用實體不同但連接至相同接收通道的接收電極R1、R2、R5、R6)。

須說明的是，設計者可依實務需求(例如成本或繞線需求)選擇性地讓驅動電極/接收電極共用驅動通道/接收通道。圖四(A)所示之實施例中同時包含有共用驅動通道的驅動電極和共用接收通道的接收電極，並極大化共用驅動通道以及共用接收通道之數量。在完全未共用通道的情況下，原本需要12個不同的驅動通道及20個不同的接收通道；採用根據本發明的共用概念極大化共用驅動通道以及共用接收通道之數量後，僅僅需要6個驅動通道及8個接收通道。於另一實施例中，設計者可僅令驅動電極共用驅動通道，或者是僅令接收電極共用接收通道。於另一實施例中，設計者亦可僅令部分驅動電極共用驅動通道，或者是僅令部分接收電極共用接收通道，自不待言。

圖四(B)進一步呈現了該等電極間的驅動通道/接收通道佈線之一實施例。值得注意的是，該等驅動電極(D1~D6)、接收電極(R1~R8)及通道都可被設置於同一平 面，且所有的驅動通道和接收通道之佈線不會互相重疊，因此不需要先前技術中的立體跨橋結構。實務上，電極元件的數量、形狀和排列方式皆不以圖四(B)所示之實施例為限，且該等佈線可被更密集地配置，以縮短相鄰電極元件的間距。須說明的是，通道的相連可以在觸控面板和控制器之間的印刷電路板上實現，不限定在觸控面板本身的電路走線便相連。

由以上說明可知，根據本發明之互容式觸控面板可兼顧採用單層電極結構、實現多點觸控、減少面板與電路晶片間之腳位數量等需求。

根據本發明之另一實施例為一互容式觸控面板，其中之驅動電極和接收電極各自的平面輪廓為一三角形；圖五(A)顯示一實施例中電極的配置。為保持圖面清晰，連接電極和控制器的通道未繪示於圖五(A)中；編號相同的電極係連接至同一通道。編號a~i的電極為固定的接收電極，編號A~F的電極為固定的驅動電極，編號1~8的電極則為可變電極(有時被切換為接收電極、有時被切換為驅動電極)。圖五(B)係用以說明控制器將可變電極1~8設定為接收電極且透過同一驅動通道驅動左半平面的六個驅動電極A之運作。圖五(B)中於各電極間所標示的黑色實心圓點即為此狀況下能偵測使用者碰觸的感應區域之中心位置。圖五(C)係用以說明控制器將可變電極1、5設定為驅動電極且將可變電極3、7設定為接收電極時之運作，圖中所標示的黑色實心圓點即為此狀況下能偵測使用者碰 觸的感應區域之中心位置。透過輪流分時驅動驅動電極A~F及可變電極1~8，即可完整感測整個互容式觸控面板。其他電極的控制邏輯可依此類推，不再贅述。

如先前所述，只要兩驅動電極所對應之接收電極本身或所連接的接收通道皆不重複，這兩個驅動電極便可共用同一驅動通道。此外，只要兩接收電極所對應之驅動電極不會被同時驅動，這兩個接收電極便可共用同一接收通道。由圖五(A)可看出，上述實施例總共需要6個驅動通道、9個接收通道和8個可變通道；該等通道的數量顯然少於電極的數量。與前一個實施例相同的是，該等電極和通道皆可被設置於同一平面，不需要跨橋結構。

根據本發明之另一實施例是除了前述互容式觸控面板(圖樣可為如圖四(A)或圖五(A)所示)之外進一步包含一控制器的互容式觸控系統。舉例而言，根據本發明之互容式觸控面板可被整合於包含觸控面板控制器的行動通訊設備、平板電腦、個人電腦或是互動式資訊顯示看板等電子系統中。

如上所述，為了兼顧採用單層電極結構、實現多點觸控、減少面板與電路晶片間之腳位數量等需求，本發明提出一種新的互容式觸控面板及互容式觸控系統，採用不需要立體跨橋結構的單層電極，並且藉由適當配置驅動電極和接收電極，使電極可共用面板與電路晶片間的通道。相較於先前技術，根據本發明之面板及系統能有效降低製程難度、節省生產成本，並提供多點觸控的功能。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

12‧‧‧驅動器

14‧‧‧接收器

16、18‧‧‧電極

D1~D6、A~F‧‧‧驅動電極

R1~R8、a~i‧‧‧接收電極

1~8‧‧‧可變電極

圖一係繪示一互容式觸控面板範例。

圖二(A)為菱形電極圖樣示意圖。圖二(B)係用以說明現行單層電極結構中的立體跨橋結構。

圖三(A)為根據本發明之一實施例中的電極配置範例。圖三(B)及圖三(C)係用以說明電極間的感應區域。

圖四(A)為根據本發明之一實施例中的電極配置範例，圖四(B)係繪示該等電極的通道佈線範例。

圖五(A)為根據本發明之另一實施例中的電極配置範例。

圖五(B)及圖五(C)係用以說明該等電極之運作邏輯。

D1~D6‧‧‧驅動電極

R1~R8‧‧‧接收電極

Claims (20)

1. 一種單層結構互容式觸控面板，受一控制器之控制以運作，該觸控面板包含：一第一驅動電極；一第二驅動電極；N個第一接收電極，環繞該第一驅動電極；M個第二接收電極，環繞該第二驅動電極；一驅動通道，該控制器透過該驅動通道對該第一驅動電極和該第二驅動電極同時發送一驅動信號；以及(N+M)個接收通道，各自對應於該N個第一接收電極之一或該M個第二接收電極之一，該N個第一接收電極與該M個第二接收電極各對應不同的接收通道，該控制器於發送該驅動信號時透過該(N+M)個接收通道接收(N+M)個感應結果，N和M為正整數。
2. 如申請專利範圍第1項所述之互容式觸控面板，其中該第一驅動電極與該第二驅動電極連接至該驅動通道。
3. 如申請專利範圍第1項所述之互容式觸控面板，其中該控制器同時透過該(N+M)個接收通道接收該(N+M)個感應結果。
4. 如申請專利範圍第1項所述之互容式觸控面板，其中該第一驅動電極、該第二驅動電極、該N個第一接收電極與該M個第二接收電極之平面輪廓為一菱形或一三角形。
5. 如申請專利範圍第1項所述之互容式觸控面板，進一步包含：一第三驅動電極，該控制器以時間交錯的方式驅動該第三驅動電極與該第一驅動電極；以及P個第三接收電極，各自對應於該第三驅動電極，P為一正整數，且該P個第三接收電極之一連接至該N個第一接收電極之一對應之該接收通道。
6. 如申請專利範圍第5項所述之互容式觸控面板，其中該第一驅動電極、該第二驅動電極、該第三驅動電極、該N個第一接收電極、該M個第二接收電極與該P個第三接收電極之平面輪廓為一菱形。
7. 如申請專利範圍第6項所述之互容式觸控面板，其中N、M、P分別等於4，該第一驅動電極、該第三驅動電極和該第二驅動電極以頂點相鄰排為一列，該四個第一接收電極環繞該第一驅動電極之四個邊線排列，該四個第二接收電極環繞該第二驅動電極之四個邊線排列，該四個 第三接收電極環繞該第三驅動電極之四個邊線排列；該四個第一接收電極中有兩個第一接收電極同時為該四個第三接收電極中之兩個第三接收電極，且該四個第二接收電極中有兩個第二接收電極同時為該四個第三接收電極中之另外兩個第三接收電極。
8. 一種單層結構互容式觸控面板，與一控制器協同運作，該觸控面板包含：一第一驅動電極；一第二驅動電極；複數個第一接收電極，環繞該第一驅動電極；複數個第二接收電極，環繞該第二驅動電極；兩驅動通道，分別對應於該第一驅動電極和該第二驅動電極，該控制器以時間交錯的方式透過該兩驅動通道對該第一驅動電極和該第二驅動電極各自發送一驅動信號；以及一接收通道，供連接至該複數個第一接收電極之一與該複數個第二接收電極之一，該控制器透過該接收通道接收一感應結果。
9. 如申請專利範圍第8項所述之互容式觸控面板，其中連接至該接收通道之該第一接收電極與該第二接收電極為同一接收電極。
10. 如申請專利範圍第8項所述之互容式觸控面板，其中該第一驅動電極、該第二驅動電極、該複數個第一接收電極與該複數個第二接收電極各自之平面輪廓為一菱形或一三角形。
11. 一種單層結構互容式觸控系統，包含：一第一驅動電極；一第二驅動電極；N個第一接收電極，環繞該第一驅動電極；M個第二接收電極，環繞該第二驅動電極；一驅動通道；(N+M)個接收通道，各自對應於該N個第一接收電極之一或該M個第二接收電極之一，該N個第一接收電極與該M個第二接收電極各對應不同的接收通道；以及一控制器，透過該驅動通道對該第一驅動電極和該第二驅動電極同時發送一驅動信號，且該控制器於發送該驅動信號時透過該(N+M)個接收通道接收(N+M)個感應結果，N和M為正整數。
12. 如申請專利範圍第11項所述之互容式觸控系統，其中該第一驅動電極與該第二驅動電極連接至該驅動通道。
13. 如申請專利範圍第11項所述之互容式觸控系統，其中該控制器同時透過該(N+M)個接收通道接收該(N+M)個感應結果。
14. 如申請專利範圍第11項所述之互容式觸控系統，其中該第一驅動電極、該第二驅動電極、該N個第一接收電極與該M個第二接收電極之平面輪廓為一菱形或一三角形。
15. 如申請專利範圍第11項所述之互容式觸控系統，進一步包含：一第三驅動電極，該控制器不同時驅動該第三驅動電極與該第一驅動電極；以及P個第三接收電極，各自對應於該第三驅動電極，P為一正整數，且該P個第三接收電極之一連接至該N個第一接收電極之一對應之該接收通道。
16. 如申請專利範圍第15項所述之互容式觸控系統，其中該第一驅動電極、該第二驅動電極、該第三驅動電極、該N個第一接收電極、該M個第二接收電極與該P個第三接收電極之平面輪廓為一菱形。
17. 如申請專利範圍第16項所述之互容式觸控系統，其中N、M、P分別等於4，該第一驅動電極、該第三驅動電極和該第二驅動電極以頂點相鄰排為一列，該四個第一接收電極環繞該第一驅動電極之四個邊線排列，該四個第二接收電極環繞該第二驅動電極之四個邊線排列，該四個第三接收電極環繞該第三驅動電極之四個邊線排列；該四個第一接收電極中有兩個第一接收電極同時為該四個第三接收電極中之兩個第三接收電極，且該四個第二接收電極中有兩個第二接收電極同時為該四個第三接收電極中之另外兩個第三接收電極。
18. 一種單層結構互容式觸控系統，包含：一第一驅動電極；一第二驅動電極；複數個第一接收電極，環繞該第一驅動電極；複數個第二接收電極，環繞該第二驅動電極；兩驅動通道，分別對應於該第一驅動電極和該第二驅動電極；一接收通道，供連接至該複數個第一接收電極之一與該複數個第二接收電極之一；以及一控制器，該控制器以時間交錯的方式透過該兩驅動通道對該第一驅動電極和該第二驅動電極各自發送一驅動信號，且該控制器透過該接收通道接收一感應結果。
19. 如申請專利範圍第18項所述之互容式觸控系統，其中連接至該接收通道之該第一接收電極與該第二接收電極為同一接收電極。
20. 如申請專利範圍第18項所述之互容式觸控系統，其中該第一驅動電極、該第二驅動電極、該複數個第一接收電極與該複數個第二接收電極各自之平面輪廓為一菱形或一三角形。