TWI517012B - A Single Layer Self - Capacitive Touch Screen for Multi - Touch Recognition and Its Data Processing - Google Patents

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TWI517012B
TWI517012B TW102142631A TW102142631A TWI517012B TW I517012 B TWI517012 B TW I517012B TW 102142631 A TW102142631 A TW 102142631A TW 102142631 A TW102142631 A TW 102142631A TW I517012 B TWI517012 B TW I517012B
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Description

實現多點觸控識別的單層自電容觸控螢幕及其資料處理方法
本發明涉及用於資料登錄的觸控螢幕及其資料處理方法，特別是涉及基於自電容原理的觸控螢幕及其資料處理方法。
現有技術普通的兩層互電容觸控螢幕可以實現真實的多點觸控，但是需要兩層佈設電極極板，該電極極板大多用透明導電材料氧化銦錫(indium tin oxide，簡稱ITO)製成，導致製造成本較高。另外，現有技術觸控螢幕大多採用的結構包括玻璃/玻璃(glass/glass，簡稱GG)結構，玻璃/膜/膜(glass/film/film，簡稱GFF)結構，以及單層玻璃(one glass solution，簡稱OGS)結構。使用這些技術結構，都需要兩層ITO，或者在用作驅動電極的ITO和用作傳感電極的ITO中間架橋。這些做法的生產流程都比較複雜，因而成本較高。
現有技術還有單層互電容觸控螢幕的的技術手段，可以使用單層ITO來做互電容的電極，如第7圖所示，一種電極板設置在另一種電極板之間的間隙中，同一行的電極通過透明的ITO引線連接到螢幕體外面，然後在觸控有效區的外面把對應同一行的電極連接到一起。單層互電容觸控螢幕的技術和成本比傳統兩層互電容的要精簡，但其電極圖形比較複雜，在觸控螢幕有效區外連接的線非常多，通常要150條以上，對生產技術的精密度要求較高，同時生產良率也會打折扣。
電極圖案最簡單的是一種單層自電容觸控螢幕的技術手段，如 第8圖所示，使用互電極圖案最簡單的是一種單層自電容觸控螢幕的技術手段，如第8圖所示，使用互補的類三角形電極構成。電極圖形比較簡單，佈線也相對不多，一個四寸左右的觸控螢幕需要30條左右的佈線。但是採用這種類三角形互補圖案的自電容觸控螢幕由於對觸控點座標資料的計算方法在水平方向採用觸控變化率計算座標，在垂直方向採用觸控變化重心計算座標，在一些情況下不能實現多點觸控。例如，當多點觸控點發生在同一水平線時，所有檢測到的觸控點在垂直方向的座標用觸控變化重心計算出的座標都一樣，在水平方向無法通過觸控變化來區分檢測到的各點，也就不能計算水平方向座標，因而無法在同一水平電極上實現多點觸控。同樣道理，在同一垂直線上也不能實現多點觸控。所以該單層自電容的技術手段在多點觸控功能上有明顯缺陷。
本發明要解決的技術問題在於避免現有技術的不足之處而提出實現多點觸控識別的單層自電容觸控螢幕及其資料處理方法，在單層自電容觸控螢幕上實現多點觸控功能。
本發明可以透過採用以下技術手段來解決上述之技術問題：
設計、製造一種實現多點觸控識別的單層自電容觸控螢幕，包括資料處理模組。尤其是，還包括至少兩個互相獨立的自電容電極組，所有自電容電極組位於同一層平面內，並且互不重疊地佈滿整個觸控螢幕的觸控區域。該自電容電極組包括至少一對自電容耦合電極對，該自電容耦合電極對包括位於同一平面內的兩電極板。該兩電極板都包括各自的直線段狀極板耦合邊和直線段狀極板底邊，該極板耦合邊與極板底邊具有銳角夾角。同屬一自電容 耦合電極對的兩電極板各自的極板底邊互相平行地設置在它們所在的自電容耦合電極對的兩側，該兩電極板各自的極板耦合邊也互相平行地設置在它們所在的自電容耦合電極對的中部。在自電容電極組內，各自電容耦合電極對的中心線互相平行設置，並且分屬不同自電容電極組的任意兩自電容耦合電極對的中心線也都互相平行設置。該自電容耦合電極對的中心線是平行於該自電容耦合電極對的兩極板底邊的中心線。所有電極板都直接或者間接地電連接該資料處理模組。
一種電極板之形狀的技術手段是同屬一對自電容耦合電極對的兩電極板還各自包括兩平行設置的極板側邊，從而電極板是以兩極板側邊為底，極板耦合邊和極板底邊為腰的梯形電極板。
另一種電極板之形狀的技術手段是同屬一對自電容耦合電極對的兩電極板還各自包括一極板側邊，並且該電極板的極板耦合邊與極板底邊相交於一點，從而該電極板是由極板側邊、極板耦合邊和極板底邊圍成的三角形電極板。
另外，沿垂直於電極板的極板底邊的方向，分屬兩相鄰自電容耦合電極對的兩相鄰電極板的極板底邊連接而成一塊臨接電極板。
本發明還可以透過採用以下技術手段來解決上述之技術問題：
實施基於上述之單層自電容觸控螢幕的座標資料處理方法，包括步驟如下：A.檢測出所有自電容變化資料，並統計出所有自電容變化資料是從Q套自電容電極組中檢測而得；也就是，檢測到Q套自電容變化資料組，一套自電容變化資料組中包括至少一組自電容變化資料； B.如果Q大於1，執行步驟C；如果Q等於1，執行步驟F；C.依次分別對Q套自電容變化資料組執行步驟D；D.將一套自電容變化資料組中的各自電容變化資料分別處理成一套座標資料組；E.在所有Q套自電容變化資料組都經過步驟D處理之後，整合處理獲取的Q套座標資料組，以獲取各觸控點的實際座標資料，執行步驟H；F.將一套自電容變化資料組中的各自電容變化資料分別處理成一套座標資料組；G.執行步驟H；H.得出最終的觸控點座標資料。
具體而言，對於步驟E所述之整合處理資料可採用的技術手段如下，該步驟E包括分步驟如下：E1.根據Q套座標資料組辨別是否存在觸控點同時位於至少兩個相鄰自電容電極組內的情況；E2.如果存在步驟E1所述之情況，將反應觸控點同時位於至少兩個相鄰自電容電極組內的座標資料合併為一個座標資料；E3.如果不存在步驟E1所述之情況，就採用Q套座標資料組；E4.執行步驟H。
更具體地，該分步驟E1還包括如下分步驟如下：E11.設定座標最小距離臨界值，E12.依次分別對各座標資料都執行步驟E13；E13.計算本座標資料確定的座標點分別與其他座標資料確定的座標點 之間的座標距離，並且判斷是否存在座標距離小於該座標最小距離臨界值的近距座標點；如果存在近距座標點，記錄一組重合座標資料組，該重合座標資料包括所有近距座標點對應的座標資料，以及本座標資料；E14.依次分別對各座標資料都執行步驟E13後，獲取至少一組重合座標資料組，執行分步驟E2；E15.依次分別對各座標資料都執行步驟E13後，沒有獲取重合座標資料組，執行分步驟E3。
關於步驟E2資料合併的具體的技術手段，該分步驟E2還包括如下分步驟如下：E21.根據重合座標資料組內的座標資料，計算重合座標資料組內所有座標資料確定的所有座標點所圍成區域的形心座標資料，該形心座標資料就是同時位於至少兩個相鄰自電容電極組內的觸控點的座標資料。
相較於先前技術，本發明之“實現多點觸控識別的單層自電容觸控螢幕及其資料處理方法”的技術效果在於：本發明改進單層自電容觸控螢幕，通過多個獨立的自電容電極組克服現有技術單塊自電容觸控螢幕的缺陷，充分發揮單層自電容觸控螢幕所具有的技術結構簡單的特點，儘量用低的製造成本實現多點觸控功能。
1‧‧‧觸控螢幕
11‧‧‧自電容電極組
94‧‧‧觸控點
110‧‧‧自電容耦合電極對
111‧‧‧電極板
941‧‧‧觸控點
942‧‧‧觸控點
1111‧‧‧極板耦合邊
1112‧‧‧極板底邊
1113‧‧‧極板側邊
1114‧‧‧極板側邊
M‧‧‧座標點
N‧‧‧座標點
O‧‧‧座標點
UV‧‧‧中心線
X1‧‧‧橫坐標
Y1~Y4‧‧‧縱坐標
第1圖係本發明之“實現多點觸控識別的單層自電容觸控螢幕及其資料處理方法”第一實施例的結構示意圖。
第2圖係第一實施例的一個自電容電極組11的電極結構示意圖。
第3圖係本發明第二實施例的一個自電容電極組11的電極結構示意圖。
第4圖係本發明第三實施例的一個自電容電極組11的電極結構示意圖。
第5圖係第一實施例的多點觸控示意圖。
第6圖係第5圖所示觸控點94的局部放大示意圖。
第7圖係是現有技術單層互電容觸控螢幕的實現原理示意圖。
第8圖係現有技術單層自電容觸控螢幕的電極結構示意圖。
以下結合附圖所示實施例作進一步詳述。
本發明提出一種實現多點觸控識別的單層自電容觸控螢幕1，如第1圖至第3圖所示，包括資料處理模組。尤其是，還包括至少兩個互相獨立的自電容電極組11，所有自電容電極組11位於同一層平面內，並且互不重疊地佈滿整個觸控螢幕1的觸控區域。該自電容電極組11包括至少一對自電容耦合電極對110，該自電容耦合電極對110包括位於同一平面內的兩電極板111。該兩電極板111都包括各自的直線段狀極板耦合邊1111和直線段狀極板底邊1112，該極板耦合邊1111與極板底邊1112具有銳角夾角。同屬一自電容耦合電極對110的兩電極板111各自的極板底邊1112互相平行地設置在它們所在的自電容耦合電極對110的兩側，該兩電極板111各自的極板耦合邊1111也互相平行地設置在它們所在的自電容耦合電極對110的中部。在自電容電極組11內，各自電容耦合電極對110的中心線UV互相平行設置，並且分屬不同自電容電極組11的任意兩自電容耦合電極對110的中心線UV也都互相平行設置。該自電容耦合電極對110的中心線UV是平行於該自電容耦合電極對110的兩 極板底邊1112的中心線。所有電極板111都直接或者間接地電連接該資料處理模組。
顯然，如果有N個自電容電極組，就能夠實現識別N點觸控，當自電容電極組的面積小到接近手指接觸面的程度，將會真實實現識別多點觸控。
本發明之第一實施例，如第2圖所示，同屬一對自電容耦合電極對110的兩電極板111還各自包括一極板側邊1114，並且該電極板111的極板耦合邊1111與極板底邊1112相交於一點，從而該電極板111是由極板側邊1114、極板耦合邊1111和極板底邊1112圍成的三角形電極板。
本發明之第二實施例，如第3圖所示，一種電極板之形狀的技術手段是同屬一對自電容耦合電極對110的兩電極板111還各自包括兩平行設置的極板側邊1113，從而電極板111是以兩極板側邊1113為底，極板耦合邊1111和極板底邊1112為腰的梯形電極板。
另外，分屬兩相鄰自電容耦合電極對110的兩相鄰電極板111可以合併成一塊電極板，本發明之第三實施例，如第4所示，沿垂直於電極板111的極板底邊1112的方向，分屬兩相鄰自電容耦合電極對110的兩相鄰電極板111的極板底邊1112連接而成一塊臨接電極板112。本發明基於該單層自電容觸控螢幕1的座標資料處理方法，包括步驟如下：A.檢測出所有自電容變化資料，並統計出所有自電容變化資料是從Q套自電容電極組中檢測而得；也就是，檢測到Q套自電容變化資料組，一套自電容變化資料組中包括至少一組自電容變化資料；本發明第一實施例，如第5圖所示，以該單層自電容觸控螢幕1發生四點觸控為例，由觸控點91至94四點 同時觸控單層自電容觸控螢幕1，將會檢測到五個自電容變化資料，也就是分別涉及觸控點91至93的自電容變化資料，以及觸控點941和942的自電容變化資料；涉及觸控點941和942的自電容變化資料是由於觸控點94同時觸控到兩個自電容電極組內而形成的兩個自電容變化資料；那麼就是5個自電容變化資料是從4套自電容電極組中檢測而得，一套自電容變化資料組僅涉及觸控點91引發的自電容變化資料，一套自電容變化資料組涉及觸控點92引發的自電容變化資料和觸控點93引發的自電容變化資料，一套自電容變化資料組僅涉及觸控點941引發的自電容變化資料，一套自電容變化資料組僅涉及觸控點942引發的自電容變化資料；顯然，在一套自電容變化資料組中包括一個以上的自電容容變化資料；B.如果Q大於1，執行步驟C；如果Q等於1，執行步驟F；顯然，如第5圖所示情況將會執行步驟C；C.依次分別對Q套自電容變化資料組執行步驟D；D.將一套自電容變化資料組中的各自電容變化資料分別處理成一套座標資料組；如第5圖所示情況將會有4套座標資料組，共5個座標資料，即涉及觸控點91的座標資料(X91，Y91)，涉及觸控點92的座標資料(X92，Y92)，涉及觸控點93的座標資料(X93，Y93)，涉及觸控點941的座標資料(X941，Y941)，涉及觸控點942的座標資料(X942，Y942)；其中涉及觸控點92的座標資料(X92，Y92)和涉及觸控點93的座標資料(X93，Y93)屬於同一套座標資料組；E.在所有Q套自電容變化資料組都經過步驟D處理之後，整合處理獲取的Q套座標資料組，以獲取各觸控點的實際座標資料，執行步驟H；如第5 圖所示情況，所述之整合就是將涉及觸控點941的座標資料(X941，Y941)和涉及觸控點942的座標資料(X942，Y942)合併成涉及觸控點94的座標資料(X94，Y94)；F.將一套自電容變化資料組中的各自電容變化資料分別處理成一套座標資料組；當Q等於1時，說明只有一塊自電容電極組內發生觸控，並且這種觸控不一定是單點觸控，在自電容電極組面積足夠大的情況下，有可能發生多點觸控，因此這裏一套自電容變化資料組會有至少一個自電容變化資料；G.執行步驟H；H.得出最終的觸控點座標資料。對於如第5圖所示情況，最終的觸控點座標資料就是涉及觸控點91的座標資料(X91，Y91)，涉及觸控點92的座標資料(X92，Y92)，涉及觸控點93的座標資料(X93，Y93)，以及涉及觸控點94的座標資料(X94，Y94)；本發明，對於步驟E所述之整合處理資料可採用具體的技術手段如下，該步驟E包括分步驟如下，E1.根據Q套座標資料組辨別是否存在觸控點同時位於至少兩個相鄰自電容電極組內的情況；E2.如果存在步驟E1所述之情況，即如第5圖所示之觸控點941和觸控點942的情況，將反應觸控點同時位於至少兩個相鄰自電容電極組內的座標資料合併為一個座標資料；即將如第5圖所示觸控點941和觸控點942的合併為觸控點94；E3.如果不存在步驟E1所述之情況，就採用Q套座標資料組；E4.執行步驟H。
本發明提出更為具體地實現資料整合的的技術手段，該分步驟E1還包括如下分步驟如下：E11.設定座標最小距離臨界值，E12.依次分別對各座標資料都執行步驟E13；E13.計算本座標資料確定的座標點分別與其他座標資料確定的座標點之間的座標距離，並且判斷是否存在座標距離小於該座標最小距離臨界值的近距座標點；如果存在近距座標點，記錄一組重合座標資料組，該重合座標資料包括所有近距座標點對應的座標資料，以及本座標資料；如第5圖和第6圖所示，在對座標資料(X941，Y941)確定的座標點M實施分步驟E13時，就會找到近距座標點N，也就是座標資料(X942，Y942)確定的座標點，那麼座標資料(X941，Y941)和近距座標點對應的座標資料(X942，Y942)就組成重合座標資料；當重合座標資料不止一個時，通過分步驟E13就獲取了重合座標資料組；E14.依次分別對各座標資料都執行步驟E13後，獲取至少一組重合座標資料組，執行分步驟E2；E15.依次分別對各座標資料都執行步驟E13後，沒有獲取重合座標資料組，執行分步驟E3。
關於步驟E2資料合併的具體的技術手段，該分步驟E2還包括分步驟如下：E21.根據重合座標資料組內的座標資料，計算重合座標資料組內所有座標資料確定的所有座標點所圍成區域的形心座標資料，該形心座標資料就是同時位於至少兩個相鄰自電容電極組內的觸控點的座標資料。如第6圖所示， 由於重合座標資料，即座標資料(X941，Y941)和座標資料(X942，Y942)各自確定的座標點M、N只能構成直線段，因此用分步驟E21得出的形心座標資料就是MN之間O點對應的座標資料，即(X94，Y94)
以下舉例說明步驟D和步驟F中涉及的計算座標資料的方法。以第一實施例的電極結構為例，假設自電容電極組內的三角形電極板的電容值為T11，T12，T21，T22，T31，T32，...，TZ1，TZ2。T11、T12就是分別對應編號為1的自電容耦合電極對的兩電極板的電容值，TZ1，TZ2就是分別對應編號為Z的對自電容耦合電極對兩電極板的電容值。顯然T11，T21，...，TZ1對應位於同側的電極板電容值，T12，T22，...，TZ2對應另一組同側的電極板電容值。當某觸點觸控在該自電容電極組區域內的時候，會影響Tii的電容，從而在對應電極產生觸控變化量。假定觸控點的位置影響的是TL21，TL22，TL31，TL32，TL41，TL42，每個電極對應的電容變化量分別為ΔT21，ΔT22，ΔT31，ΔT32，ΔT41，ΔT42。則觸控點的縱坐標可以通過其改變的電極的電容變化量進行空間平均，亦即“重心”演算法，具體如下：該縱坐標垂直於該自電容耦合電極對110的中心線UV；Y=((ΔTL21+ΔTL22)*2+(ΔTL31+ΔTL32)*3+(ΔTL41+ΔTL42)*4)/(ΔTL21+ΔTL22+ΔTL31+ΔTL32+ΔTL41+ΔTL42)
觸控點改變的電極板的電容值包括一側的三角形電極板電容值TL21，TL31和TL41，及另一側的三角形電極TL22，TL32和TL42。透過兩側電極板的電容改變量的比例，可以得到觸控點的橫坐標X方向的座標資訊，該橫坐標平行於該自電容耦合電極對110的中心線UV；X=(ΔTL21+ΔTL31+ΔTL41)/(ΔTL22+ΔTL32+ΔTL42)* K，其中K是X座標的比例係數。
從而透過上述方法將一自電容變化資料轉換為座標資料。
1‧‧‧觸控螢幕
11‧‧‧自電容電極組

Claims (7)

  1. 一種實現多點觸控識別的單層自電容觸控螢幕，包括資料處理模組；其特徵在於：還包括至少兩個互相獨立的自電容電極組(11)，所有自電容電極組(11)位於同一層平面內，並且互不重疊地佈滿整個觸控螢幕(1)的觸控區域；該自電容電極組(11)包括至少一對自電容耦合電極對(110)，該自電容耦合電極對(110)包括位於同一平面內的兩電極板(111)；該兩電極板(111)都包括各自的直線段狀極板耦合邊(1111)和直線段狀極板底邊(1112)，該極板耦合邊(1111)與極板底邊(1112)具有銳角夾角；同屬一自電容耦合電極對(110)的兩電極板(111)各自的極板底邊(1112)互相平行地設置在它們所在的自電容耦合電極對(110)的兩側，該兩電極板(111)各自的極板耦合邊(1111)也互相平行地設置在它們所在的自電容耦合電極對(110)的中部；在自電容電極組(11)內，各自電容耦合電極對(110)的中心線互相平行設置，並且分屬不同自電容電極組(11)的任意兩自電容耦合電極對(110)的中心線也都互相平行設置；該自電容耦合電極對(110)的中心線是平行於該自電容耦合電極對(110)的兩極板底邊(1112)的中心線；所有電極板(111)都直接或者間接地電連接該資料處理模組；沿垂直於電極板(111)的極板底邊(1112)的方向，分屬兩相鄰自電容耦合電極對(110)的兩相鄰電極板(111)的極板底邊(1112)連接而成一塊臨接電極板(112)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之實現多點觸控識別的單層自電容觸控螢幕，其中：同屬一對自電容耦合電極對(110)的兩電極板(111)還各自包括兩平行設置的極板側邊(1113)，從而電極板(111)是以兩極板側邊(1113)為底，極板耦合邊(1111)和極板底邊(1112)為腰的梯形電極板。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之實現多點觸控識別的單層自電容觸控螢幕，其中：同屬一對自電容耦合電極對(110)的兩電極板(111)還各自包括一極板側邊(1114)，並且該電極板(111)的極板耦合邊(1111)與極板底邊(1112)相交於一點，從而該電極板(111)是由極板側邊(1114)、極板耦合邊(1111)和極板底邊(1112)圍成的三角形電極板。
  4. 一種使用申請專利範圍第1項所述之單層自電容觸控螢幕的座標資料處理方法，包括步驟如下：A.檢測出所有自電容變化資料，並統計出所有自電容變化資料是從Q套自電容電極組中檢測而得；也就是，檢測到Q套自電容變化資料組，一套自電容變化資料組中包括至少一組自電容變化資料；B.如果Q大於1，執行步驟C；如果Q等於1，執行步驟F；C.依次分別對Q套自電容變化資料組執行步驟D；D.將一套自電容變化資料組中的各自電容變化資料分別處理成一套座標資料組；E.在所有Q套自電容變化資料組都經過步驟D處理之後，整合處理獲取的Q套座標資料組，以獲取各觸控點的實際座標資料，執行步驟H； F.將一套自電容變化資料組中的各自電容變化資料分別處理成一套座標資料組；G.執行步驟H；H.得出最終的觸控點座標資料。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之座標資料處理方法，該步驟E包括分步驟如下，E1.根據Q套座標資料組辨別是否存在觸控點同時位於至少兩個相鄰自電容電極組內的情況；E2.如果存在步驟E1所述之情況，將反應觸控點同時位於至少兩個相鄰自電容電極組內的座標資料合併為一個座標資料；E3.如果不存在步驟E1所述之情況，就採用Q套座標資料組；E4.執行步驟H。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之座標資料處理方法，其中：該分步驟E1還包括分步驟如下，E11.設定座標最小距離臨界值，E12.依次分別對各座標資料都執行步驟E13；E13.計算本座標資料確定的座標點分別與其他座標資料確定的座標點之間的座標距離，並且判斷是否存在座標距離小於該座標最小距離臨界值的近距座標點；如果存在近距座標點，記錄一組重合座標資料組，該重合座標資料包括所有近距座標點對應的座標資料，以及本座標資料；E14.依次分別對各座標資料都執行步驟E13後，獲取至少一組重合座標資料組，執行分步驟E2； E15.依次分別對各座標資料都執行步驟E13後，沒有獲取重合座標資料組，執行分步驟E3。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之座標資料處理方法，其中：該分步驟E2還包括分步驟如下，E21.根據重合座標資料組內的座標資料，計算重合座標資料組內所有座標資料確定的所有座標點所圍成區域的形心座標資料，該形心座標資料就是同時位於至少兩個相鄰自電容電極組內的觸控點的座標資料。
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