TWI472973B - Touch electrode module and its touch device - Google Patents

Description

觸控電極模組及其觸控裝置

本發明為一種觸控電極模組及其觸控裝置，尤其是相關於一種提高觸控偵測靈敏度與視覺效果(亮度)均勻化之觸控電極模組及其觸控裝置。

投射電容式觸控技術不只使用在大尺寸面板，在中小尺寸面板如智慧型手機以及平板電腦的應用市場更是大勢所趨。投射式觸控的感應元件是利用兩層導電層(ITO)的矩陣排列貼合後構成，當手指或是導電筆接觸到電極的時候，會影響且改變電極上的電力線與電容值。藉由電子元件量測因觸控而產生的電容改變量，再轉換成為x y座標以回報至操作系統端。有兩種訊號量測的方式，一種是自感式(self capacitance)，另一種為互感式(mutual capacitance)。

在互感式的訊號掃描方式中，積體電路(Integrated Circuit，IC)會在每個獨立的電極中輸入電性訊號，以企圖在每個電極位置形成一固定量的感應電力線分佈狀態，此電力線會區域性的與電極本身周圍的電極相關聯。當手指觸控至電極附近時，原本電極周圍相互感應的電力線會因為手指觸控而改變，積體電路可以計算該電極相對應電容值的改變量而換算成為觸控點的位置。

請參閱第一圖，其為物件未靠近電極時的感應狀態示意圖。 如圖所示，觸控裝置13包含電極10及電極11，電極10及電極11之間具有一固定量的感應電力線12，此時的感應電力線12為物件未靠近電極時的狀態。請參閱第二圖，其為物件靠近電極時的感應狀態示意圖。如圖所示，當物件14靠近電極10、11時，物件14導致感應電力線12改變，觸控裝置13即依據感應電力線12的改變，而獲得物件14觸碰觸控裝置13之位置。因此，若感應電力線12改變的幅度不足，則觸控裝置13無法確認物件14所觸碰之位置，或產生誤判之現象。

再者，除了感應電力線的變化量之外，電容式觸控板的效能亦與一基本電容(C-base)有相關，當基本電容高時，感應電力線的變化量變得不明顯，感應不易，因此效能降低，換言之，電容式觸控面板的效能正比於△C/C-base，所以，除了可以增加感應電力線的變化量來提升效率之外，另可以降低基本電容來提升效率。

故，本發明之觸控電極模組及其觸控裝置，其改變電極結構，以降低電極的基本電容而提升電容式觸控板的效能，進而增加觸控裝置之觸控偵測靈敏度，並增加複數遮蔽電極而達到視覺效果均勻化的目的。

本發明之目的之一，在於提供一種觸控電極模組及其觸控裝置，其藉由在複數第一電極與複數第二電極的邊緣設置至少一電極缺口，以增進一觸控裝置之偵測靈敏度。

本發明之目的之一，在於提供一種觸控電極模組及其觸控裝置，其藉由複數遮蔽電極設置於該些第一電極之電極缺口與該些 第二電極之電極缺口，以達到視覺效果均勻化的目的。

為達以上目的，本發明改變觸控裝置之觸控電極模組的結構，該觸控電極模組包含複數第一電極、複數第二電極及複數遮蔽電極。該些第一電極相互串接，每一第一電極之邊緣包含至少一電極缺口；該些第二電極相互串接，每一第二電極之邊緣包含至少一電極缺口，且該些第二電極交錯於該些第一電極；及複數遮蔽電極位於該些第一電極之電極缺口及該些第二電極之電極缺口。如此，本發明藉由電極缺口之設置，以使該些第一電極及該些第二電極之間的電性狀態可以大幅變化，而提升觸控裝置之偵測靈敏度。此外，本發明藉由該些遮蔽電極設置於該些第一電極之電極缺口與該些第二電極之電極缺口，以達到視覺效果均勻化的目的。

10‧‧‧電極

11‧‧‧電極

12‧‧‧電容感應量

13‧‧‧觸控裝置

14‧‧‧物件

20‧‧‧第一電極

21‧‧‧第二電極

22‧‧‧電容感應量

23‧‧‧觸控電容感應量

24‧‧‧電容感應量的變化量

25‧‧‧電極間距

26‧‧‧遮蔽電極

27‧‧‧掃描電路

28‧‧‧偵測電路

29‧‧‧遮蔽電極

30‧‧‧遮蔽電極

A‧‧‧第一間距

B‧‧‧第二間距

C‧‧‧間距

D‧‧‧間距

V₂₇‧‧‧電性訊號

第一圖為物件未靠近電極時的感應狀態示意圖；第二圖為物件靠近電極時的感應狀態示意圖；第三圖為本發明之觸控電極模組之一實施例的示意圖；第四圖為本發明之物件靠近電極時的電性狀態示意圖；第五圖為為本發明之電極缺口之設置位置之另一實施例的示意圖；第六A圖為本發明之觸控電極模組之又一實施例的示意圖；第六B圖為本發明之觸控電極模組之其他實施例的示意圖；及第六C圖為本發明之觸控電極模組之其他實施例的示意圖。

茲為使貴審查委員對本發明之技術特徵及所達成之功效更有 進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例圖及配合詳細之說明，說明如後：請參閱第三圖，其為本發明之觸控電極模組之一實施例的示意圖。如圖所示，本發明之觸控電極模組包含複數第一電極20、複數第二電極21與複數遮蔽電極26。該些第一電極20相互串接，並該些第二電極21相互串接，該些第二電極21交錯於該些第一電極20，而呈現一矩陣排列。本發明為了使物件14(例如手指或觸控筆)觸碰觸控裝置13的該些第一電極20與該些第二電極21(如第四圖所示)時，而可以提升該些第一電極20與該些第二電極21之間的觸碰效能，所以，本發明之該些第一電極20的邊緣及該些第二電極21的邊緣分別包含至少一電極缺口25，於本實施例中，本實施例之該些第一電極20與該些第二電極21的形狀為一菱形，並該些第一電極20與該些第二電極21的四個邊緣各包含一個電極缺口25，該些電極缺口25用於改變該些第一電極20及該些第二電極21的電性狀態。電性狀態代表該些第一電極20及該些第二電極21的一基本電容(C-base)，該些電極缺口25即用以改變該些第一電極20及該些第二電極21的基本電容。依據電容儲存技術，兩金屬平行板之面積決定電容量，即兩金屬平行板之面積決定能量儲存的多寡，所以，該些第一電極20及該些第二電極21之面積即決定能量儲存(即基本電容)的多寡。如此，該些第一電極20及該些第二電極21藉由該些電極缺口25改變面積，而降低該些第一電極20及該些第二電極21的儲存能量，即本發明藉由設置該些電極缺口而降低該些第一電極20及該些第二電極21的基本電容，而對應使該些第一電極20及該些第二電極21之間的感應電力線相對大幅變化，而提升觸控裝置之偵測靈敏度。

再者，由於本發明的觸控電極模組係設置於一顯示面板的上方，使顯示面板透過觸控電極模組而顯示一影像畫面供使用者可以由影像畫面而對觸控電極模組進行觸碰，然而，本發明於該些第一電極20與該些第二電極21的邊緣設置電極缺口，所以，使顯示面板所提供的影像畫面經過觸控電極模組後，造成影像畫面會有視覺效果不均勻的現象，所以，本發明利用該些遮蔽電極26設置於該些第一電極20與該些第二電極21的電極缺口，則可以達到視覺效果均勻化的現象。

請一併參閱第四圖，其為本發明之物件靠近電極時的電性狀態示意圖。如圖所示，第四圖為第三圖之ZZ’方向的剖面圖。觸控裝置13包含該些第一電極20及該些第二電極21，該些第一電極極20及該些第二電極21具有電性狀態。物件14觸碰觸控裝置13時，物件14與第一電極20和第二電極21之間的部份感應電力線22被物件14所影響而降低產生一觸碰感應電力線23，由第四圖比較第二圖可知，本發明因為該些電極缺口25而降低了該些第一電極20與該些第二電極21的基本電容，而使物件14觸碰該些第一電極20與該些第二電極21時，其感應電力線22的變化量大於昔知技術之電極10與電極11之間感應電力線12的變化量，而提升觸控裝置之偵測靈敏度，因此，本發明藉由設置該些電極缺口25而降低該些第一電極20及該些第二電極21的基本電容，而對應使該些第一電極20及該些第二電極21之間的感應電力線相對大幅變化，而提升觸控裝置之偵測靈敏度。

承接上述，當第一電極20未包含電極缺口25時，第一電極20之面積為100%，然而，當第一電極20包含一個電極缺口25時，第一電極20之面積為未包含電極缺口25之第一電極20之面積的 90~95%，電極缺口25之面積為未包含電極缺口25之第一電極20之面積的5%至10%。同樣地，第二電極21之面積為未包含電極缺口25之第二電極21之面積的90~95%，電極缺口25之面積為未包含電極缺口25之第二電極21之面積的5%至10%。此外，若第一電極20包含四個電極缺口25時，第一電極20之面積為未包含電極缺口25之第一電極20之面積的60~80%，電極缺口25之面積為未包含電極缺口25之第一電極20之面積的20%至40%。

承接上述，依據第一電極20及第二電極21分別包含四個電極缺口25，且，第一電極20(第二電極21)之面積為未包含電極缺口25之第一電極20(第二電極21)之面積的60%，電極缺口25之面積為未包含電極缺口25之第一電極20(第二電極21)之面積的40%。故，第一電極20及第二電極21尚未包含該些電極缺口25時，第一電極20及第二電極21的面積分別為100%，並儲存100%之能量。但是，第一電極20及第二電極21包含該些電極缺口25時，第一電極20及第二電極21的面積分別為原本未包含該些電極缺口25的第一電極20與第二電極21的60%，所以，有電極缺口25的第一電極20與第二電極21儲存60%之能量。換言之，該些電極缺口25佔未包含該些電極缺口25之第一電極20之面積的40%，同樣地該些電極缺口25也佔未包含該些電極缺口25之第二電極21之面積的40%。如此，該些第一電極20及該些第二電極21分別被降低40%之儲存能量。故，若第一電極20及第二電極21尚未包含該些電極缺口25時，物件14與第一電極20之間的感應電力線的變化量24，假設其佔整體感應電力線22之比例為10%，換言之，物件14與第一電極20之間的感應電力線的變化量24固定佔整體感應電力線22之比例為10%，即物件14未觸碰觸控裝置13時感應電力線22為100% ，物件14觸碰觸控裝置13後感應電力線的變化量24為10%，而感應電力線22剩下90%，故感應電力線的變化量24佔整體感應電力線22為10/100=10%。然而，若第一電極20及第二電極21包含該些電極缺口25時，物件14與第一電極20之間的感應電力線的變化量24，其佔整體感應電力線22之比例則提升為16.7%，即物件14未觸碰觸控裝置13時感應電力線22為60%(此為相較於未包含電極缺口25之觸控電極模組的感應電力線22的權重)，物件14觸碰觸控裝置13後感應電力線的變化量24一樣為10%，而感應電力線22剩下50%，故感應電力線的變化量24佔整體感應電力線22提升為10/60=16.7%。換言之，物件14與第一電極20之間的感應電力線的變化量24固定佔整體感應電力線22之比例提升為16.7%。因此，藉由電極缺口25的設置而增加感應電力線之變化量24的權重，而增加觸控裝置13偵測觸碰位置之靈敏度。然而，上述之說明僅為本發明之一舉例，本發明並未限制觸控電極模組之設計範疇，即本發明未限制感應電力線的變化量24佔整體感應電力線22之權重。

復參閱第三圖，並請另參閱第五圖，其為本發明之電極缺口之設置位置之另一實施例的示意圖。如第三圖所示，本實施例之該些電極缺口25之設置為相互對應，即該些第一電極20的電極缺口25相對該些第二電極21的電極缺口25，除此之外，如第五圖所示，該些第一電極20的電極缺口25與該些第二電極21的電極缺口25之設置也可以不相互對應，也就是說，該些第一電極20的電極缺口25並不相對於該些第二電極21的電極缺口25，所以，本發明可設置該些電極缺口25於該些第一電極20之邊緣的任意位置，及本發明亦可設置該些電極缺口25於該些第二電極21之邊緣的任意 位置。此外，該些遮蔽電極29之形狀也隨著該些電極缺口25之形狀的改變而改變。

此外，本發明之該些第一電極20及該些第二電極21可以為一菱形、一四邊形或一多邊形等形狀，而本發明之第三圖是以一四邊形作為實施例的說明，但是，本發明並未限定觸控電極模組僅應用於四邊形之電極形狀。

再者，該些遮蔽電極26與該些第一電極20之間具有一第一間距A，及該些遮蔽電極26與該些第二電極21之間具有一第二間距B。本發明將第一間距A設計為30μm，及第二間距B也設計為30μm，然而，第一間距A及第二間距B之設計可以依據需求而變更，本實施例僅是一舉例，並未限定第一間距A及第二間距B僅為30μm。另外，遮蔽電極26之形狀是隨著該些電極缺口25之形狀而改變，如第三圖所示，該些電極缺口25為一直角三角形的缺口，所以，遮蔽電極26依據兩個直角三角形的形狀，而為一個四邊形的電極形狀。

此外，如第三圖所示，該些第一電極20為縱向排列，且該些第一電極20為包含四個電極缺口25，該些第一電極20之上側邊緣包含兩個電極缺口25，該些第一電極20之下側邊緣包含兩個電極缺口25，上側邊緣之兩個電極缺口25之間的間距大於上側邊緣之電極缺口25與下側邊緣之電極缺口25之間的間距。再者，該些第二電極21為橫向排列，且該些第二電極21為包含四個電極缺口25，該些第二電極21之上側邊緣包含兩個電極缺口25，該些第二電極21之下側邊緣包含兩個電極缺口25，上側邊緣之兩個電極缺口25之間的間距小於上側邊緣之電極缺口25與下側邊緣之電極缺口25之間的間距。

舉例來說，第一電極20之間距C大於第一電極20之間距D，而本實施例將間距C設計為大於間距D之一比例，此比例為2.5倍。但是，本實施例也可以將間距C設計為大於間距D之3倍，所以，間距C與間距D之間的比例，可以為2.5倍至3倍之間，但是，第二電極21之設計方向與第一電極20之設計方向互為相反，即第二電極21是將縱向之電極缺口25的間距，設計為大於橫向電極缺口25的間距。同樣地，於本實施例之其他第一電極20及其他第二電極21的間距設計方式與上述相同。然而，本發明僅以2.5倍至3倍為一舉例，並未限定間距C與間距D之間的設計範疇。

復參閱第三圖及第四圖，本發明之觸控裝置13更包含一掃描電路27及一偵測電路28。掃描電路27用於分別輸出一電性訊號V₂₇至該些第二電極21。偵測電路28用於偵測每一第一電極20及每一第二電極21之間的感應電力線22，即偵測電路28用於偵測該些第一電極20及該些第二電極21之間的複數感應電力線22。如此，當物件14觸碰觸控裝置13時，該些第二電極21之一與周遭該些第一電極20之間的整體電性狀態而大幅降低而改變為觸控感應電力線23。如此，偵測電路28偵測感應電力線22改變為觸控感應電力線23後，偵測電路28即可以依據改變後的觸控感應電力線23，而判斷物件14觸碰觸控裝置13之觸控位置。此外，本發明於上述雖以互感式之觸控裝置為一實施例的說明，但是，本發明之觸控電極模組亦可以應用在自感式之觸控裝置，而自感式之觸控裝置即為觸控電極模組之該些第一電極20及該些第二電極21分別耦接至偵測電路28，且觸控裝置不需設置掃描電路27，如此，自感式之觸控裝置亦可以應用本發明之觸控電極模組而提升觸控靈敏度，及達到視覺效果均勻化的目的。然而，上述僅針對自感式之觸控裝 置作一簡述，其餘之耦接關係及結構非本發明之重點因此不進行詳述。

請參閱第六A圖，其為本發明之觸控電極模組之又一實施例的示意圖。如圖所示，該些第一電極20及該些第二電極21之形狀更可以有第六A圖所示之變化。同樣地，該些電極缺口25也可以有第六A圖所示之變化。此外，該些遮蔽電極30也隨著該些電極缺口25而改變形狀，以達到透光均勻之需求。此外，請參閱第六B圖，其為本發明之觸控電極模組之其他實施例的示意圖，及請參閱第六C圖，其為為本發明之觸控電極模組之其他實施例的示意圖。如第六B圖及第六C圖所示，該些第一電極20及該些第二電極21之形狀更可以為一、一、一 、一、一及一等等的變化。再者，電 極缺口25及遮蔽電極30也隨著上述之電極形狀，而改變形狀。

綜上所述，本發明為一種觸控電極模組及其觸控裝置，該觸控電極模組包含複數第一電極、複數第二電極及複數遮蔽電極。該些第一電極相互串接，且每一第一電極之邊緣包含至少一電極缺口；該些第二電極相互串接，且每一第二電極之邊緣包含至少一電極缺口，又該些第二電極交錯於該些第一電極；及複數遮蔽電極位於該些第一電極之該至少一電極缺口及該些第二電極之該至少一電極缺口。如此，藉由電極缺口之設置，以使該些第一電極及該些第二電極之間的電性狀態可以大幅變化，而提升觸控裝 置之偵測靈敏度。

故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈鈞局早日賜准專利，至感為禱。

惟以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

13‧‧‧觸控裝置

20‧‧‧第一電極

21‧‧‧第二電極

25‧‧‧電極間距

26‧‧‧遮蔽電極

27‧‧‧掃描電路

28‧‧‧偵測電路

A‧‧‧第一間距

B‧‧‧第二間距

C‧‧‧間距

D‧‧‧間距

V₂₇‧‧‧電性訊號

Claims (10)

1. 一種觸控電極模組，其包含：複數第一電極，該些第一電極相互串接，每一第一電極之邊緣包含至少一電極缺口；複數第二電極，該些第二電極相互串接，每一第二電極之邊緣包含至少一電極缺口，且該些第二電極交錯於該些第一電極；及複數遮蔽電極，位於該些第一電極之該至少一電極缺口及該些第二電極之該至少一電極缺口；其中，該些第一電極之每一該電極缺口之面積為每一第一電極之面積的5%至7.5%，該些第二電極之每一該電極缺口之面積為每一第二電極之面積的5%至7.5%。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控電極模組，其中該些第一電極及該些第二電極，可以為一菱形、一四邊形或一多邊形。
3. 如申請專利範圍第2項所述之觸控電極模組，其中該多邊形可以 如圖、、、、 、或所示。
4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控電極模組，其中該第一電極之該至少一電極缺口與該第二電極之該至少一電極缺口相對。
5. 如申請專利範圍第1項所述之觸控電極模組，其中，該些遮蔽電極之形狀隨著該些第一電極之該至少一電極缺口及該些第二電極之該至少一電極缺口之形狀而改變。
6. 如申請專利範圍第1項所述之觸控電極模組，其中，該些遮蔽電極與該些第一電極之該至少一電極缺口之間具有一第一間距，該些遮蔽電極與該些第二電極之該至少一電極缺口之間具有一第二間距。
7. 如申請專利範圍第1項之觸控電極模組，其中，該些第一電極為縱向排列，且該些第一電極更包含四個電極缺口，該些第一電極之上側邊緣包含兩個電極缺口，該些第一電極之下側邊緣包含兩個電極缺口，上側邊緣之兩個電極缺口之間的間距大於上側邊緣之電極缺口與下側邊緣之電極缺口之間的間距。
8. 如申請專利範圍第1項之觸控電極模組，其中，該些第二電極為橫向排列，且該些第二電極更包含四個電極缺口，該些第二電極之上側邊緣包含兩個電極缺口，該些第二電極之下側邊緣包含兩個電極缺口，上側邊緣之兩個電極缺口之間的間距，小於上側邊緣之電極缺口與下側邊緣之電極缺口之間的間距。
9. 一種具有觸控電極模組之觸控裝置，其包含：複數第一電極，該些第一電極相互串接，每一第一電極之邊緣包含至少一電極缺口；複數第二電極，該些第二電極相互串接，每一第二電極之邊緣包含至少一電極缺口，且該些第二電極交錯於該些第一電極；複數遮蔽電極，位於該些第一電極之該至少一電極缺口及該至少一第二電極之該至少一電極缺口；及一偵測電路，偵測該些第一電極及該些第二電極之間的複數電性 狀態，以判斷該觸控裝置被觸碰之位置；其中，該些第一電極之每一該電極缺口之面積為每一第一電極之面積的5%至7.5%，該些第二電極之每一該電極缺口之面積為每一第二電極之面積的5%至7.5%。
10. 如申請專利範圍第9項所述之具有觸控電極模組之觸控裝置，其中，該些遮蔽電極之形狀隨著該些第一電極之該至少一電極缺口及該些第二電極之該至少一電極缺口之形狀而改變。