TWI514225B

TWI514225B - 電容式觸控模組

Info

Publication number: TWI514225B
Application number: TW102105449A
Authority: TW
Inventors: Yao Chin Tseng; chun lin Liu; Chih Chung Hung
Original assignee: Elan Microelectronics Corp
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2015-12-21
Also published as: CN103984451A; CN103984451B; TW201432535A

Description

電容式觸控模組

本創作係為一種電容觸控模組，尤指一種單層一維式電容觸控模組。

如圖6及7所示，目前一維式單層電容觸控面板係主要於一基板上形成有複數並排ITO電極組51，該電極組51各包含有一電極對，如圖6所示，該基板50一側連接一控制軟板60，以電性連接其上的複數電極組51的電極對，進行掃描並檢測基板50上的物件70位置。各電極對係包含二組形狀對稱的尖形狀單電極單元511、512。

至於該控制軟板60檢測基板50上物件的方法則如美國公告第8,121,283號「Tapered capacitive sensing structure(尖形狀電容感應結構)」專利所述，當基板50出現有觸碰物件70時，該物件70所及的複數單電極單元511、512會分別對地會產生一電容感應量，由於複數單電極單元511、512對應該物件70位置的區域面積不同，故所生成的電容感應量亦不同，如此即可藉由電容感應量的有無及大小，判斷該物件70位置的二維座標，該物件70位置會於電極對Y2具有電容感應量，故可決定Y座標為Y2，又二單電極單元511、512的電容感應量有大小之分，其中單電極512的電容感應量大於單電極511的電容感應量，故依據二電容感應量的大小，可反應物件對應二單電極區域大小，進而決定該物件位置的X座標X2，最後獲得物件位置的二維座標為(Y2,X2)。

為滿足特定應用，一維式單層電容觸控面板線性度必須提升，而最直覺的作法如圖7所示，倍數增加基板50’上的電極組51數量，然而如此即會使得控制軟板60’上用以連接電極組51的單電極單元511、512的訊號端子611必須加倍，而使得原圖6控制軟板60所使用的控制器61無法使用，必須更換接腳數加倍的控制器61’，不但製作成本相對提升，因為選用加倍接腳的控制器61’，該控制器61’較圖6的控制器61的體積變大，使得元件需求的空間增加，不利於縮小觸控裝置之整體體積或邊框尺寸。

因此另一種一維式單層電容觸控面板的改良被提出，如圖8所示，其較圖6的具有更高的線性度，且可不改變控制軟板其中該一維式單層電容觸控面板係於一基板50’上同樣形成有複數並排的電極組51，惟各電極組51的電極對係包含有複數尖形狀電極單元511、512a、512b，如圖中例示，各電極對係包含有四個尖形狀電極單元511、512a/512b，而且同一電極的複數尖形狀電極單元511、512a/512b的寬端係於同側相互連接，再與原本控制軟板60”的訊號端子611電性連接，如此該控制軟板60”的訊號端子數量611即可維持而不增加，由於增加了各電極組51的電極單元數量，故線性度提升，且成本及元件體積亦得以控制。

然而，圖8所示的一維式單層電容觸控面板雖具有較佳的線性度，但物件座標判斷上卻有誤差，深究其原因在於其為確保該控制軟板60”成本不因電極對的改良而大幅增加，故基板50’上遠離該控制軟板60”的一側的複數電極單元512a、512b的寬端相互連接，並以其中一電極單元512連接至訊號端子611，然而由於該基板50’上的各電極單元511、512a/512b均為ITO材質，因此對於未與訊號端子611直接連接的電極單元512a來說，其訊號傳輸路徑的等效電阻電容值(RC)會較同一電極的另一電極單元512b的等效電阻電容值為大，使得同一電極對的二組電極單元的總電阻電容值有顯著的差異。

請配合參閱圖9A所示，由於訊號端子輸出掃描訊號的期間係包含一充電時間T_CH 及一感應時間T_S ，其中充電時間T_CH 的設定係以各電極會進行充電開始至充電飽和時停止，接著進入感應時間T_S 才讀取其電容感應值S1、S2。雖然各電極對的二組電極單元511、512a/512b存在等效電阻電容值差異，但只要設定充電時間T_S 夠長，仍可順利讀取充電飽和時的電容感應值；如圖9B所示，但由於觸控面板易受雜訊干擾，若雜訊恰好出現在二組電極單元511、512a/512b充電時間時，則會影響到充電至飽和時間，而後續進入感應時間(t3)時，將讀取到二組均未充電飽合的電容電應量，且此二組均未充電飽合的電容電應量S1、S2不成比例關係，而容易造成物件座標的誤判。由於觸控面板最直接的雜訊來源來自於液晶面板的掃描訊號干擾，因此確實會容易有物件誤判的情況發生，有必要進一步提出解決的方案。

有鑑於上述一維式單層電容觸控面板的技術，瓶頸，本創作的主要目的係提出一種兼具低成本且高抗雜訊功能的電容式觸控模組。

欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該電容式觸控模組包含有：一基板，其一表面形成有複數平行排列的電極組，各電極組包含有一第一電極及一第二電極，其中該第一電極係包含有複數個第一電極單元，而該第二電極係包含複數個第二電極單元，各第一電極單元及各第二電極單元係包含有第一端及第二端，其中該第一電極單元係與該第二電極單元間隔交錯，各第一電極單元的第一端係與各第二電極單元的第二端同側，而各第一電極單元的第二端係與各第二電極單元的第一端同側；及一控制模組，係設置於該基板外側，並具有複數連接端子，以分別與各第一電極單元及各第二電極單元連接；又該複數連接端子中連接至相同第一電極之第一電極單元者係共同連接至一訊號接腳，而連接至相同第二電極之第二電極單元的連接端子係共同連接至另一訊號接腳。

上述本創作主要令該基板上各電極單元直接與該控制模組連接，再於控制模組上將相同電極的電極單元共同連接至對應的訊號接腳，如此本創作的控制模組的訊號接腳數量不必增加，而且由於各電極單元不必透過基板上的連接線而直接連接至該控制模組，使得各電極的等效電阻電容得以接近，縱使於充電時間出現雜訊干擾，所讀取到的二組電容感應訊號的比例關係變化較小，相對減少物件誤判的機率；是以，本創作的電容式觸控模組確實兼具有低成本且高抗雜訊功能。

10‧‧‧基板

11‧‧‧電極組

12a、12b‧‧‧第一電極單元

120‧‧‧尖形區

121‧‧‧延伸區

13a、13b‧‧‧第二電極單元

130‧‧‧尖形區

131‧‧‧延伸區

20‧‧‧控制模組

201‧‧‧軟性電路板

21a、21b‧‧‧連接端子

22a、22b‧‧‧連接線

23a、23b‧‧‧訊號接腳

30‧‧‧控制器

圖1：係本創作電容式觸控模組第一較佳實施例的立體分解圖。

圖2：係本創作圖1的俯視平面圖。

圖3：係本創作電容式觸控模組第二較佳實施例的俯視平面圖。

圖4：係本創作電容式觸控模組第三較佳實施例的俯視平面圖。

圖5A：係本創作電容式觸控模組未受雜訊干擾的充電曲線圖。

圖5B：係本創作電容式觸控模組受雜訊干擾的充電曲線圖。

圖6：係既有一維單層電容式觸控面板的俯視圖。

圖7：係既有另一維單層電容式觸控面板的俯視圖。

圖8：係既有又一維單層電容式觸控面板的俯視圖。

圖9A：係圖8一維單層電容式觸控面板未受雜訊干擾的充電曲線圖。

圖9B：係圖8一維單層電容式觸控面板受雜訊干擾的充電曲線圖。

本創作係關於一種電容式觸控模組，請參閱圖1所示，該電容式觸控模組係主要包含有一基板10及一控制模組20，其中該控制模組20係設置於該基板10的一側，以掃描並檢測該基板上的物件及其位置。

請配合參閱圖2所示，上述基板10的其中一表面形成有複數平行排列的電極組11，各電極組11包含有一第一電極及一第二電極，其中該第一電極係包含有複數個第一電極單元12a、12b，而該第二電極係包含複數個第二電極單元13a、13b，各第一電極單元12a、12b及各第二電極單元13a、13b係包含有第一端及第二端，其中該第一電極單元12a、12b係與該第二電極單元13a、13b間隔交錯，因此各第一電極單元12a、12b的第一端係與各第二電極單元的第二端位於同一側，而各第一電極單元12a、12b的第二端係與各第二電極單元13a、13b的第一端則位於同另一側。於本實施例中，各第一及第二電極單元12a/12b、13a/13b係為對稱的錐形、三角形等尖形狀，加上相同電極組11的第一及第二電極單元12a/12b、13a/13b係相互間隔交錯，故第一電極單元12a、12b的第一端為寬端，而第二電極單元13a、13b的第二端為窄端則與第一電極單元12a、12b的第一端為寬端位在同一側；而第一電極單元12a、12b的第二端為窄端，與第二電極單元13a、13b的第一端為寬端共同位在相對另一側。此外，各第一及第二電極單元12a/12b、13a/13b亦可為長矩形或其它幾何圖形。

至於上述控制模組20則主要包含有一軟性電路板201及至少一控制器30。該軟性電路板201係包含有複數連接端子21a、21b，具體而言，該軟性電路板201包含有與基板10上第一及第二電極單元12a/12b、13a/13b數量相同的連接端子21a、21b，令各第一及第二電極單元12a/12b、13a/13b可各自連接至該軟性電路板201所對應連接端子21a、21b。又該軟性電路板201上包含有複數連接線22a、22b，其中相同第一電極的第一電極單元12a、12b之連接端子21a係經由該連接線22a共同連接至該控制器30的相同訊號接腳23a，以及相同第二電極的第二極單元13a、13b之連接端子21b亦經由該連接線22b共同連接至該控制器30的相同訊號接腳23b。具體而言，該連接線22a、22b數量等於該控制器30的訊號接腳23a、23b數目，因此當各連接線22a、22b將連接至各第一或第二電極的第一或第二電極單元12a/12b、13a/13b的連接端子21a、21b相互連接後，即連接至該控制器30的訊號接腳21a、21b；是以，該控制器30的訊號端子21a、21b數量一樣對應基板10上複數電極對11的第一及第二電極數量。以圖2的例示來看，若基板10上形成有N個電極組，則第一及第二電極總數為2*N，本創作控制模組30的訊號接腳數量亦為2*N支，而為使各第一及第二電極單元12a/12b、13a/13b可分別地直接連接至該控制模組20的軟性電路板201，假設第一及第二電極單元12a/12b、13a/13b分別包含有k個第一電極單元12a、12b及k個第二電極單元13a、13b，則該軟性電路板201包含有2*k*N個連接端子21a、21b以及2*N條連接線22a、22b，以圖2所示，第一電極包含有二第一電極單元，故k=2，以圖4所示，第一電極包含有三第一電極單元，故k=3。

於本實施例中，該控制模組20係設置於近基板10上第一電極單元12a、12b第一端及第二電極單元13a、13b第二端的一側，因此各第一電極單元12a、12b第一端及第二電極單元13a、13b第二端即可直接與軟性電路板201的連接端子21a、21b電性連接。由於軟性電路板201會將連接至相同第一電極及第二電極的連接端子21a、21b分別共同連接，再與控制器30的對應訊號接腳23a、23b連接，因此如圖5A所示，當控制器30對第一電極及第二電極輸出訊號，因為該基板10上的第一電極及第二電極的第一及第二電極單元12a/12b、13a/13b各自連接至軟性電路板201的連接端子21a、21b，第一及第二電極的訊號傳送路徑的等效電阻電容即接近，而不會有太大的差異。

由於第一及第二電極的訊號傳送路徑的等效電阻電容接近，故其二充電曲線則如圖5A所示，在感應時間仍可讀取到幾乎接近的飽合電容感應量；再如圖5B所示，若於充電時間內出現雜訊，則第一及第二電極的電容感應量會於雜訊出現時下降，以LCM雜訊為例，LCM雜訊瞬間出現時會一同拉低第一及第二電極電容感應量，但於感應時間內乃會接近充電飽和，且保持比例關係。

再如圖3所示，當控制模20設置於近第一電極單元12、12b的第一端及第二電極單元13a、13b的第二端一側，若各第一及第二電極單元12a/12b、13a/13b為尖形形狀，則第一電極單元12a、12b的寬端會連接至該軟性電路板201的連接端子21a，而第二電極單元13a、13b的窄端會連接至該軟性電路板201的連接端子21b；又為使物件位在電容觸控模組的非可視區A仍可正確地反應出電容感應量，則第一電極單元12a、12b包含對應可視區A的尖形區120外，其該尖形區的寬端至連接端子21a的延伸區121雖對應非可視區B，但其寬度係與尖形區120較寬端寬度接近或相同；同理，第二電極單元13a、13b包含對應可視區A的尖形區130外，其尖形區130窄端至連接端子的延伸區131的寬度係與尖形區130較窄端寬度接近或相同，但較第一電極單元12a的延伸區121寬度為窄；是以，當物件觸碰到基板的非可視區B，仍保持第一及第二電極的電容感應量比例。再者，由於各第一及第二電極單元的延伸區121、131寬度不同，故軟性電路板201上與該延伸區121、131電性連接的連接端子21a、21b寬度亦依其延伸區121、131的寬窄而有寬窄設計。意即，連接第一電極單元12a、12b之延伸區121的連接端子21a較連接第二電極單元13a、13b之延伸區131的連接端子21b的寬度為寬。

綜上所述，本創作主要令該基板上各電極單元直接與該控制模組連接，再於控制模組上將相同電極的電極單元共同連接至對應的訊號接腳，如此本創作的控制模組的訊號接腳數量不必增加，而且由於各電極單元不必透過基板上的連接線而直接連接至該控制模組，使得各電極的等效電阻電容得以接近，縱使於充電時間出現雜訊干擾，所讀取到的二組電容感應訊號的比例關係變化較小，相對減少物件誤判的機率；是以，本創作的電容式觸控模組確實兼具有低成本且高抗雜訊功能。