TWI484395B - 自容式觸控面板 - Google Patents

Description

自容式觸控面板

本發明與觸控系統相關，並且尤其與用以提升觸控面板邊緣區域之感應結果正確性的技術相關。

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。

現有的電容式觸控技術可分為自容式(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，具有成本較低的優點，因此被廣泛應用在低階電子產品中。

圖一為一自容式觸控面板範例。以虛線框表示的感應區域100內設有多個等寬且各自近似於一直角三角形的電極(例如電極11、12、14、15、17)。由於用以偵測各電極之電容變化量的感應器相當昂貴，為了節省成本，現行的觸控面板大多被設計為多個電極共用一感應器。如圖一所示，電極11、12被連接至第一上感 應器13，電極14、15被連接至第一下感應器16。易言之，第一上感應器13偵測到的電容變化量是發生在電極11、12的電容變化量之總和，而非電極11、12各自對應的電容變化量。圖一中的2^＊ N個感應器(N個上感應器和N個下感應器，其各自具有一編號，作為第i 個感應器，i =1~2N)測得之電容變化量會被傳送至一控制器(未繪示)，供該控制器據以判斷發生使用者碰觸的位置。控制器可根據下列計算式計算使用者碰觸位置在X方向上的座標x ： 其中i 為範圍在1到2N之間的整數指標，C _i 代表第i 個感應器測得的電容變化量，X _i 則是代表第i 個感應器所連接之電極的共同重心座標。以第一上感應器13為例，其所對應的重心座標X _i 便是兩電極11、12的共同重心位置(落在電極11、12之間)。

另一方面，控制器可根據下列計算式計算使用者碰觸位置在Y方向上的座標y ： 其中r代表與電極尺寸相關的一個特定數值，C_U 代表N個上感應器測得的電容變化量總和，C_D 代表代表N個下感應器測得的電容變化量總和，C_T 為C_U 和C_D 的總和，L代表電極在Y方向上 的高度。實際上，該等電極各自為如圖二所示之瘦高的梯形，其上邊界長度為dxs ，下邊界長度為dxl 。數值r的定義如下： 其中dxx 代表兩相鄰電極間的間隙寬度。

圖一所示之觸控面板遭遇的難題是，左右兩側邊緣區域的感應結果誤差極大。以下將圖一中的電極11、12、14、15、17重繪於圖三(A)~圖三(C)，說明此問題發生的原因。

若使用者碰觸發生在如圖三(A)中以虛線圓框21表示的位置，僅電極14受到影響，也就是只有第一下感應器16會偵測到電容變化量。然而，根據第一下感應器16偵測到的電容變化量所計算出之座標x 和座標y 都會出現不小的誤差。首先，由式二可看出，決定座標y 的主要依據是兩電容變化量C_U 和C_D 之相對關係。只有電極14受到影響時，無論使用者碰觸位置的Y座標為何，電容變化量C_U 都為零，導致根據式二得出的座標y 會是負值。這樣的計算結果顯然無法正確表示碰觸發生位置的Y座標。

另一方面，雖然第一下感應器16所偵測到的電容變化量主要是由電極14貢獻，但控制器是以電極14、15的共同重心位置(標示為P1)而非電極14的重心來代表第一下感應器16所偵測到的電容變化量出現之位置。如此計算得出的座標x 顯然會較圓框21所在的實際位置偏右。如圖三(B)所示，若圓框21並非位於感應區域 100的邊緣位置，圓框21之左半部理論上會觸動另一個電極31(實際上不存在，以虛線表示)，進而提供一個使根據式一計算出之座標x 向左偏移(也就是令座標x 較接近圓框21之真實X座標)的電容變化量。易言之，在邊緣區域中，由於缺少虛擬電極31可能貢獻的平衡數值，前述重心P1又距離圓框21的真實X座標甚遠，控制器計算出的座標x 因此存在相當大的誤差。

相似地，若使用者碰觸發生在如圖三(C)中以虛線圓框22表示的位置(也就是感應區域100的最右側)，僅電極17受到影響。在這個情況下，只有第N上感應器18會偵測到電容變化量，據此計算出的碰觸位置座標同樣會出現重大誤差。由式二可看出，在只有電極17受到影響時，無論使用者碰觸位置的Y座標為何，電容變化量C_D 都為零，導致根據式二得出的座標y 為接近L的固定值。這樣的計算結果顯然亦無法正確表示發生使用者碰觸的位置。

上述在邊緣區域發生偵測誤差的情況極可能會導致控制器誤判使用者的觸碰意圖，進而引發錯誤的操作結果。倘若為了避免這種錯誤而捨棄感應區域100的左右兩側邊緣區域不用，又會造成硬體成本的浪費。

為解決上述問題，本發明提出新的自容式觸控面板，藉由提高使用者按壓觸控面板之邊緣區域時可能觸動的感應器數量來產生較先前技術準確的偵測結果。

根據本發明之一具體實施例為一種自容式觸控面板，其中包含P個第一感應器、Q個第二感應器、一邊緣區域及一中央區域。該邊緣區域具有一第一面積且係對應於該P個第一感應器。該P個第一感應器用於偵測對應該邊緣區域之一電容變化量。該中央區域具有一第二面積且係對應於該Q個第二感應器。該Q個第二感應器用於偵測對應該中央區域之一電容變化量。P與該第一面積之比值高於Q與該第二面積之比值。

根據本發明之另一具體實施例為一種自容式觸控面板，其中包含複數個感應器、一邊緣區域及一中央區域。每一單位面積之該邊緣區域包含R個電極且對應該複數個感應器中之P個第一感應器。每一該單位面積之該中央區域包含M個電極分枝且對應該複數個感應器中之Q個第二感應器。R與P之比值高於M與Q之比值。

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自容式觸控面板，其功能方塊圖如圖四所示。以虛線框表示的感應區域400內設有多個各自近似於直角三角形的電極；實務上，該等電極的形狀可能為如圖二所示之瘦高的梯形。由圖四可看出，位在感應區域400最左端的邊緣電極41、42和最右端的邊緣電極43、44較其他位於中央區域 的電極(例如電極51、52、53、54)窄。易言之，不同於圖一所示之先前技術，此實施例中的所有電極並非等寬。邊緣電極41、42、43、44近似一第一直角三角形，其他電極則是近似一第二直角三角形。第一直角三角形的最短邊(平行於圖中的X方向)短於第二直角三角形的最短邊；第一直角三角形的次短邊(平行於圖中的Y方向)與第二直角三角形的次短邊等長。

由圖四亦可看出，第一上感應器45專用以偵測邊緣電極41的電容變化量，第一下感應器46專用以偵測邊緣電極42的電容變化量，第N上感應器47專用以偵測邊緣電極43的電容變化量，第N下感應器48專用以偵測邊緣電極44的電容變化量。其他位於中央區域的電極則是每兩個電極共用一個感應器。此自容式觸控面板還可包含用以根據各感應器之偵測結果判斷觸碰發生位置的控制器(未繪示)。

以下根據重繪於圖五的電極41、42、51~54說明何以此實施例在邊緣區域之偵測結果的正確性優於先前技術。若欲求便於比較，可假設電極51和圖一中的電極11在X方向之寬度大致相同，但實務上不以此為限。

當使用者碰觸發生在如圖五中以虛線圓框61表示的位置(相當於圓框21在圖三(A)中的位置)，由於電極41、42較窄，不同於在圖三(A)中僅電極14受到影響的情況，圖五中的電極41、42都受到影響。因此，第一上感應器45和第一下感應器46產生的偵 測結果都會在計算圓框61之Y座標時提供貢獻；易言之，電容變化量C_U 和C_D 皆不為零。由此可知，相較於圖一之電極/感應器配置，當使用者碰觸發生在類似於圓框61所在的邊緣位置時，圖四的電極/感應器配置能得出較正確的座標y 。

另一方面，在根據式一判斷圓框61的X座標時，控制器是以電極41的重心位置(標示為P3)來代表第一上感應器45所偵測到的電容變化量出現之位置，並以電極42的重心位置(標示為P4)來代表第一下感應器46所偵測到的電容變化量出現之位置。在X方向上，重心位置P3、P4都相當接近圓框61。因此，相較於圖三(A)所繪示的情況，此實施例中之控制器計算出的座標x 較接近圓框61的實際X座標。更明確地說，採用圖四的電極/感應器配置之所以能夠得出較正確的座標x ，是因為每一邊緣電極之重心到該電極中所有可能受觸點的平均距離較小。比較圖五中的重心P4和圖三(A)中的重心P1，平均而言，以重心P4的X座標代表第一下感應器46所偵測到的電容變化量會比以重心P1的X座標代表第一下感應器16所偵測到的電容變化量更能反映實際發生觸碰的位置。

值得注意的是，圖四中的感應器總數量可被設計為與圖一中的感應器總數量相同。實務上，只需稍微增加中央區域的電極(例如電極51、52、53、54)在X方向之寬度，即可令感應區域400的尺寸維持在與感應區域100相同的大小。從另一個角度來看，透過預先設定感應區域400的大小和感應器總數量，只要決定中 央區域和邊緣區域中的電極寬度之相對比例，便可估算出兩區域中的各個電極寬度。

此外，須說明的是，根據本發明之自容式觸控面板所包含或所配合的控制器於推算觸碰發生位置時，不一定要採用前述式一、式二、式三計算座標x 、y 。易言之，本發明的概念並不限定應用於根據式一、式二、式三決定觸碰發生位置的自容式觸控面板。

根據本發明之另一實施例亦為一自容式觸控面板，其功能方塊圖如圖六所示。位在感應區域600最左端的四個邊緣電極41A、41B、42A、42B和最右端的四個邊緣電極43A、43B、44A、44B較其他位於中央區域的電極(例如電極51、52、53、54)窄。由圖六可看出，於此實施例中，第一上感應器45為電極41A、41B所共用，第一下感應器46為電極42A、42B所共用，第N上感應器47為電極43A、43B所共用，第N下感應器48為電極44A、44B所共用。其他位於中央區域較寬的電極同樣是每兩個電極共用一個感應器。此自容式觸控面板亦可包含用以根據各感應器之偵測結果判斷觸碰發生位置的控制器(未繪示)。

以下根據重繪於圖七中的電極41A、41B、42A、42B、51、53說明此實施例在邊緣區域之偵測結果正確性優於先前技術的原因。若使用者碰觸發生在如圖七中以虛線圓框71表示的位置(相當於圓框21在圖三(A)中的位置)，類似於圖五的情況，第一上感應 器45和第一下感應器46產生的偵測結果都會在計算圓框62之Y座標時提供貢獻，因此，亦能得出較正確的座標y 。

根據本發明之另一實施例亦為一自容式觸控面板，其功能方塊圖如圖八所示。位在感應區域800最左端的四個邊緣電極和最右端的四個邊緣電極較其他位於中央區域的電極窄。由圖九可看出，於此實施例中，第一上感應器45為左端的四個邊緣電極所共用，第一下感應器46為左端的另外四個邊緣電極所共用，第N上感應器47為右端的四個邊緣電極所共用，第N下感應器48為右端的另外四個邊緣電極所共用。其他位於中央區域較寬的電極同樣是每兩個電極共用一個感應器。類似於圖六所繪示之實施例，圖八中較窄的邊緣電極可增加兩電容變化量C_U 和C_D 皆不為零的機率，因此能得出較正確的座標y 。

由以上幾個實施例可看出，只要使用者的觸動能同時引發兩電容變化量C_U 和C_D 都不為零，就能找出比只有一個電容變化量(C_U 或C_D 其中一個)時更準確的座標y 。因此，本發明的主要精神為提高使用者按壓觸控面板之邊緣區域時可能觸動的感應器數量。實務上，在使用者觸碰之面積不變的情況下，提高使用者可能觸動的感應器數量可藉由增加單位面積所對應之感應器數量，或是增加單位面積中涵蓋的電極分枝數量來達成。

圖四和圖六為增加單位面積所對應之感應器數量的實施例。就圖四而言，若電極41的寬度為電極51的一半，邊緣區域內單 位面積所對應之感應器數量即為中央區域內單位面積所對應之感應器數量的四倍。就圖六而言，若電極41A、41B的寬度各自為電極51的一半，邊緣區域內單位面積所對應之感應器數量即為中央區域內單位面積所對應之感應器數量的兩倍。值得注意的是，在先前技術(例如圖一)中，邊緣區域和中央區域的單位面積所對應之感應器數量相等。綜上所述，假設觸控面板之邊緣區域具有第一面積且對應於P個感應器，而中央區域具有第二面積且對應於Q個感應器，本發明提出的技術方案之一為藉由令P與第一面積的比值高於Q與第二面積的比值達到提升座標y 之正確性的效果。

圖八為增加單位面積中涵蓋的電極數量的實施例。就圖八而言，邊緣區域和中央區域的單位面積所對應之感應器數量相等，但邊緣區域內每個感應器對應的電極數量(四個)較中央區域每個感應器對應的電極數量(兩個)多。也就是說，假設觸控面板之邊緣區域中的單位面積包含R個電極且對應於P個感應器，而中央區域中之單位面積包含M個電極且對應Q個感應器，本發明提出的技術方案之二為藉由令R與P之比值高於M與Q之比值達到提升座標y 之正確性的效果。須說明的是，連接同一感應器的電極可以在實體上直接相連，亦可在連接至感應器的接線端相連。

由以上實施例亦可看出，本發明的另一主要精神為藉由改變邊緣區域之感應器所對應的重心位置來產生較先前技術準確的座標x 。就圖四而言，邊緣電極41之重心到邊緣電極41中所有可能 受觸點之平均距離便被設計為小於中央電極51、52之共同重心到中央電極51、52中所有可能受觸點之平均距離。就圖六而言，邊緣電極41A、41B之共同重心到邊緣電極41A、41B中所有可能受觸點之平均距離同樣被設計為小於中央電極51、52之共同重心到中央電極51、52中所有可能受觸點之平均距離。

可理解的是，上述幾個技術概念的應用範圍皆不限於前述電極形狀和電極配置方式。舉例而言，無論電極形狀是否為三角形，只要使用者的觸動能同時引發愈多感應器產生不為零的輸出信號，便愈有機會能夠準確定位出使用者的觸碰位置。

如上所述，本發明提出新的自容式觸控面板，藉由提高使用者按壓觸控面板之邊緣區域時可能觸動的感應器數量改善座標y 的正確性，並藉由改變邊緣區域之感應器所對應的重心位置來產生較先前技術準確的座標x 。

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。

100、400、600、800‧‧‧感應區域

11、12、14、15、17‧‧‧電極

13、16、18‧‧‧感應器

P1、P3、P4‧‧‧電極重心位置

21、22、61、71‧‧‧使用者碰觸位置

31‧‧‧虛擬電極

41、42、43、44‧‧‧邊緣電極

41A、41B、42A、42B、43A、43B、44A、44B‧‧‧邊緣電極

45、46、47、48、49‧‧‧感應器

51、52、53、54‧‧‧中央電極

圖一係繪示一現行自容式觸控面板範例。

圖二為一梯形電極圖樣範例。

圖三(A)~圖三(C)係用以說明現行自容式觸控面板之邊緣區域會發生大感應誤差的原因。

圖四為根據本發明之一實施例中的電極/感應器配置範例；圖五係用以說明本實施例能提升定位正確性的原因。

圖六為根據本發明之另一實施例中的電極/感應器配置範例；圖七係用以說明本實施例能提升定位正確性的原因。

圖八為根據本發明之另一實施例中的電極/感應器配置範例。

400‧‧‧感應區域

41、42、43、44‧‧‧邊緣電極

51、52、53、54‧‧‧中央電極

45、46、47、48、49‧‧‧感應器

Claims (7)

1. 一種自容式觸控面板，包含：P個第一感應器，P為一正整數；Q個第二感應器，Q為一正整數；以及一感應區域包含：一邊緣區域，具有一第一面積，該P個第一感應器係用於偵測對應該邊緣區域之一電容變化量；以及一中央區域，具有一第二面積，該Q個第二感應器係用於偵測對應該中央區域之一電容變化量；其中P與該第一面積之比值高於Q與該第二面積之比值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自容式觸控面板，其中該邊緣區域包含一邊緣電極，該邊緣電極具有一第一重心，該中央區域包含一中央電極，該中央電極具有一第二重心；該第一重心到該邊緣電極中所有可能受觸點之一第一平均距離小於該第二重心到該中央電極中所有可能受觸點之一第二平均距離；其中，該第一重心代表該P個第一感應器之一所偵測之該電容變化量之位置，該第二重心代表該Q個第二感應器之一所偵測之該電容變化量之位置。
3. 如申請專利範圍第2項所述之自容式觸控面板，其中該邊緣電極之平面形狀近似一第一直角三角形，該中央電極包含複數中央子電極，各該複數中央子電極之平面形狀近似一第二直角三角形，該第一直角三角形之最短邊短於該第二直角三角形之最短邊，該第一直角三角形之次短邊與該第二直角三角形之次短邊等長。
4. 如申請專利範圍第2項所述之自容式觸控面板，其中該邊緣電 極包含複數邊緣子電極，該中央電極包含複數中央子電極，各該複數邊緣子電極之平面形狀近似一第一直角三角形，各該複數中央子電極之平面形狀近似一第二直角三角形，該第一直角三角形之最短邊短於該第二直角三角形之最短邊，該第一直角三角形之次短邊與該第二直角三角形之次短邊等長。
5. 一種自容式觸控面板，包含：複數個感應器；一邊緣區域，每一單位面積之該邊緣區域包含R個電極且對應該複數個感應器中之P個第一感應器；以及一中央區域，每一該單位面積之該中央區域包含M個電極且對應該複數個感應器中之Q個第二感應器；其中R、P、M和Q皆為一正整數，且R與P之比值高於M與Q之比值。
6. 如申請專利範圍第5項所述之自容式觸控面板，其中R與M為大於1之整數，各該P個第一感應器對應於該R個電極中之複數個第一電極，該複數個第一電極具有一第一重心，各該Q個第二感應器對應於該M個電極中之複數個第二電極，該複數個第二電極具有一第二重心；該第一重心到該複數個第一電極中所有可能受觸點之一第一平均距離小於該第二重心到該複數個第二電極分枝中所有可能受觸點之一第二平均距離。
7. 如申請專利範圍第5項所述之自容式觸控面板，其中各該複數個第一電極之平面形狀近似一第一直角三角形，各該複數個第二電極之平面形狀近似一第二直角三角形，該第一直角三角形之最短邊短於該第二直角三角形之最短邊，該第一直角 三角形之次短邊與該第二直角三角形之次短邊等長。