TWI525518B - 電容式觸控板及其觸控位置計算方法 - Google Patents

Description

電容式觸控板及其觸控位置計算方法

本發明係關於一種觸控板之結構設計，特别是關於一種具有觸控圖形結構的電容式觸控板及其觸控位置計算方法。觸控面板(Touch Panel)已大量運用於家電、通訊、電子資訊等產品應用上。如目前廣泛商用之個人數位助理(PDA)、各種家電設備、遊戲輸入介面等。藉由觸控板與顯示器之整合，可供使用者以手指或觸控筆依照顯示畫面上之功能選項點選輸入所欲執行之動作如個人數位助理(PDA)、各種家電設備、遊戲輸入介面，並且被利用到大眾系統查詢工具等，以提供便民效果之作業系統。

習知之觸控面板係在一基板表面佈設感應區域，其感應區域係用以感應人體之手指或感應筆之信號來達到觸控的目的。該感應區域所使用之材料大都採用透明導電薄膜(例如氧化銦錫ITO)，使得使用者在操作時，藉由觸壓該透明導電薄膜對該顯示器上相對應畫面，達到觸控之功能。

目前所常採用之觸控原理概可分為電阻式、電容感應式、紅外線感應式、電磁感應式、音波感應式等不同的技術原理。其中該電容感應式觸控板之工作原理係利用排列之透明電極與人體之間的靜電結合所產生之電容變化，從所產生之誘導電流來檢測其觸控位置之座標。由於電容感應式觸控面板在透光度、硬度、準確率、反應時間、觸控打點壽命、操作溫度、和起始力量各方面都具有較佳優勢，故目前已被大量採用。

為了要偵測出使用者以手指或感應筆觸碰於觸控面板上之位置，業者研發出各種不同之電容式感應觸碰感測技術。例如在美國專利第2012/0256642號發明專利申請案中，揭露了一種單層觸控感應系統，其可應用於偵測在一觸控感應面之觸控位置。該單層觸控感應系統包括兩個軸向的導電群組，而且該兩個軸向彼此垂直。第一軸向導電群組由複數個由互相連接之第一導電單元組成，第二軸向導電群組由複數個以導線連接之第二軸向導電單元組成，不同軸向且相鄰的導電單元之間保留適當之距離。每一導電群組係電連接至對應導線，再連接至一控制電路，該控制電路透過導線提供訊號至兩組不同軸向之導電群組，使不同軸向且相鄰的導電單元之相鄰範圍產生感應電場。如果使用者觸摸到該相鄰範圍，就會改變感應電場的等效電容值，並依據該電容值的變化量推算使用者之 觸控位置。其中導電單元的形狀為E字形或環形。

台灣專利第I457813號發明專利案中，揭露了一種單層電容式觸控板，和美國專利第2012/0256642號發明專利申請案相比，都是利用不同軸向導電單元之間的相鄰區域產生感應電場，並依據感應電容值的變化量推算觸控位置。不同之處在於此專利案之不同軸向導電單元之間的相鄰區域採用齒狀結構。

美國專利第8502796號發明專利案中，揭露了一種電容式觸控板，該電容感應層的特徵是第二軸向導電單元係由不同長度之長條狀圖形組成，使感應電場有不同強度的分布，電場分布的中心區域採用較長之長條形，電場較強，電場分布的周圍區域採用較短之長條形，電場較弱。由於電場有強弱的區別，使用者觸摸到電場中心和電場周圍時的感應電容值變化量也不同，因此可以加大電場感應範圍，並推算觸控位置。此架構具有改善電場分布與增加感應靈敏度的效果，並且節省導線的數量，也降低控制電路的複雜度。

台灣專利第M447541號新型專利案中，揭露了一種電容式觸控板，該電容感應層的特徵是導電單元與導線係由非直線之幾何圖形組成，改善觸控面板上導電單元與導線的透光度，改善顯示面板的顯示效果。

綜觀上述專利，美國專利第2012/0256642號發 明專利申請案、台灣專利第I457813號發明專利案以及台灣專利第M447541號新型專利案揭露各種導電單元之幾何形狀，但是感應電場沒有做強弱區別，因此導電單元的大小受限於使用者之觸控面積。美國專利第8502796號發明專利案中的導電單元，係由不同長度之長條狀圖形組成，使感應電場有不同強度的分布，因此可以加大導電單元的面積以及電場感應範圍，並推算觸控位置。但是電場的分布並不對稱，如果採用一般的方式計算觸控位置會有誤差，又如果採用特殊的計算方式又會增加控制電路的複雜度與運算時間。

因此觸控面板之感應層需要加大電場感應範圍並使電場分布具有對稱性的技術，不僅增加導電單元的感應範圍，也減少導線的數量，同時避免增加控制電路的複雜度與運算時間。

本段文字提取和編譯本發明的部分特色；其他特色將被描述於後續段落裏。它的目的是涵蓋包含於其後專利範圍的精神與範圍中，不同的潤飾與相似的安排方式。

本發明之主要目的是提供一種讓感應電場均勻分布之單層電容式觸控板。該單層電容式觸控板包括兩個軸向的導電群組，而且該兩個軸向彼此垂直。第一軸向 導電群組由複數個由互相連接之第一導電單元組成，第二軸向導電群組由複數個以導線連接之第二軸向導電單元組成，不同軸向且相鄰的導電單元之間保留適當之距離。每一導電群組係電連接至對應導線，再連接至一控制電路，該控制電路透過導線提供訊號至兩組不同軸向之導電群組，使不同軸向且相鄰的導電單元之相鄰範圍產生感應電場。其中導電單元係由不同長度之長條狀圖形組成，導電單元之邊緣以曲折或波浪狀處理，使感應電場有不同強度的分布，增加感應範圍，同時讓感應電場分布更均勻，降低感應電場之非對稱性造成的計算誤差，使控制電路推算出精確的觸控位置。

本發明亦揭露調整感應電場分布的導電單元圖形。其中導電單元基本上由不同長度之長條狀圖形組成，並且在導電單元之幾何中心的邊緣以曲折或波浪狀處理，使感應電場的中心位於導電單元之幾何中心，使感應電場有不同強度的分布，同時讓感應電場分布具有對稱性，降低感應電場之非對稱性造成的計算誤差，使控制電路推算出精確的觸控位置。

本發明亦揭露依據前述之導電單元所對應之計算觸控位置的方法。其方法包含依據導電單元之圖形推算電場中心之平面座標；再依據每個感應電場之感應電容值的變化量以及電場中心之平面座標之加權結果計算正 確之觸控位置。

根據本案構想，本發明之電容式觸控板，包含：一基板，具有一曲折式觸控圖形結構形成於該基板的一表面上；複數個第一軸向導電群組，並以第一軸向設置在該基板之表面；複數個第二軸向導電群組，每一個第二軸向導電群組包含複數個第二軸向導電單元，並以第二軸向設置在該基板之表面，其中第二軸向導電單元由複數個長條狀圖形連接而成，其邊緣為折線狀或波浪狀；以及複數個第二軸向導線，各別從每一個第二軸向導電單元連接至該基板表面之邊緣。

根據本案構想，本發明之電容式觸控板，包含：一基板，具有一曲折式觸控圖形結構形成於該基板的一表面上；複數個第一軸向導電群組，並以第一軸向設置在該基板之表面；複數個第二軸向導電群組，每一個第二軸向導電群組包含複數個第二軸向導電單元，並以第二軸向設置在該基板之表面，其中第二軸向導電單元由複數個長條狀圖形連接而成，其部分區域有曲折式線條分布，以增加與第一軸向導電群組相鄰的區域；以及複數個第二軸向導線，各別從每一個第二軸向導電單元連接至該基板表面之邊緣。

根據本案構想，本發明之電容式觸控板，包含：一基板，具有一曲折式觸控圖形結構形成於該基板的一 表面上；複數個第一軸向導電群組，並以第一軸向設置在該基板之表面；複數個第二軸向導電群組，每一個第二軸向導電群組包含複數個第二軸向導電單元，並以第二軸向設置在該基板之表面，其中第二軸向導電單元由複數個長條狀圖形連接而成，其部分區域與第一軸向導電群組保留不同之距離，調整與第一軸向導電群組之間的感應電場大小；以及複數個第二軸向導線，各別從每一個第二軸向導電單元連接至該基板表面之邊緣。

根據本案構想，第二軸向導電單元之邊緣加上折線狀或波浪狀線條、部分區域加上曲折式線條分布以及與第一軸向導電群組保留不同距離之特徵，可以互相組合搭配。

根據本案構想，電容式觸控板進一步包含複數個懸浮感應單元，每一個懸浮感應單元設置於第一軸向導電群組以及第二軸向導電單元之間。

根據本案構想，相鄰之第一軸向導電群組之形狀完全相同或者呈線對稱關係；屬於同一第二軸向導電群組且相鄰之第二軸向導電單元，其形狀完全相同或者呈線對稱關係。

根據本案構想，第一軸向導電群組與相鄰之第二軸向導電單元之間的距離為0.3~0.5mm。

根據本案構想，第一軸向導電群組以及第二軸 向導電單元之寬度為0.2~0.6mm。

根據本案構想，第一軸向導電群組以及第二軸向導電單元之曲折狀邊緣之曲折度為15~25度。

根據本案構想，第二軸向導線之寬度與間距為0.02~0.05mm。

根據本案構想，第二軸向導線之走線區寬度為1.5~2.2mm。

根據本案構想，本發明亦提供一種電容式觸控板之觸控位置計算方法，其包括下列步驟：等間距分布複數個基本觸控座標，並測量每個基本觸控座標的感應結果，再將該測量結果紀錄成一感應值對照表；以及比對感應結果與該感應值對照表之數值，推算出一個以上接近觸控位置之基本觸控座標，再根據感應結果與該感應值對照表之數值，計算精確的觸控位置，以偵測使用者之觸控位置。

101‧‧‧第一軸向導電群組

201‧‧‧第二軸向導電群組

202‧‧‧第二軸向導電單元

203‧‧‧第二軸向導線

30‧‧‧懸浮感應單元

第1圖繪示一習知電容式觸控板之觸控圖形結構。

第2圖繪示依據本發明第一實施例之單層電容式觸控板之觸控圖形結構，其中第二軸向導電單元由複數個長條狀圖形連接而成，其邊緣為折線狀或波浪狀。

第3圖繪示依據本發明第二實施例之單層電容式觸控板之 觸控圖形結構，其中第二軸向導電單元由複數個長條狀圖形連接而成，其邊緣為折線狀或波浪狀，並且部分區域有曲折式線條分布，以增加與第一軸向導電群組相鄰的區域。

本發明將參照下述實施例而更明確地描述。請注意本發明的實施例的以下描述，僅止於描述用途；這不意味為本發明已詳盡的描述或限制於該揭露之形式。

本發明之電容式觸控板包含一基板，並具有一曲折式觸控圖形結構形成於該基板的一表面上；複數個第一軸向導電群組101，並以第一軸向設置在該基板之表面；複數個第二軸向導電群組201，每一個第二軸向導電群組201包含複數個第二軸向導電單元202，並以第二軸向設置在該基板之表面；以及複數個第二軸向導線203，各別從每一個第二軸向導電單元202連接至該基板表面之邊緣。其中第二軸向導電單元202由複數個長條狀圖形連接而成，其邊緣為折線狀或波浪狀。其中第二軸向導電單元202之部分區域可有曲折式線條分布，以增加與第一軸向導電群組101相鄰的區域。亦或，第二軸向導電單元202之部分區域可與第一軸向導電群組保留不同之距離。接下來，請參閱第2圖，其顯示一依據本發明一第一實施例之單層電 容式觸控板之觸控圖形結構。如第2圖所示，該觸控圖形結構包含6個橫向之第一軸向導電群組101，以及10個直向之第二軸向導電群組201。每一個第二軸向導電群組201包含6個第二軸向導電單元202以及第二軸向導線203，其中最左邊和最右邊的第二軸向導電單元202由四個不同長度的直向長條狀圖形連接而成，位於最外側的長條狀圖形之長度最長，其餘的長條狀圖形之長度依序往內側遞減；其餘的第二軸向導電單元202則由七個不同長度的直向長條狀圖形連接而成，位於中間的長條狀圖形之長度最長，其餘的長條狀圖形之長度依序往兩側遞減。第二軸向導電單元202之邊緣為折線狀。屬於同一第二軸向導電群組201之第二軸向導電單元202各別用導線連接至該觸控板表面之邊緣，再互相連接。第一軸向導電群組101橫向分布於第二軸向導電單元202之間的間隙，其邊緣為折線狀，並與第二軸向導電單元202保留適當之間距。當使用者接觸到較長的長條狀圖形時，感應電場的感應量較大，等效電容值的變化量也較大，當使用者接觸到較短的長條狀圖形時，感應電場的感應量較小，等效電容值的變化量也較小，依此推算使用者的觸控位置。

在本實施例中，相鄰之第一軸向導電群組101之形狀會完全相同或者呈線對稱關係。而同屬於第二軸向導電群組201且相鄰之第二軸向導電單元202，其形狀亦完 全相同或者呈線對稱關係。

此實施例與前案相比，主要區別在於導電單元之邊緣加上折線狀線條。前案的第二軸向導電單元202由於圖形上下不對稱，導致感應電場的分布也不對稱，依此推算的觸控位置會有誤差。在導電單元之邊緣加上折線狀線條後，電場分布比較均勻，提升感應電場的對稱性，因此可以正確推算觸控位置。

此外，此實施例之電容式觸控板亦可進一步包括複數個懸浮感應單元30(以黃色線條標示)，每一個懸浮感應單元30設置於第一軸向導電群組101以及第二軸向導電單元202之間。

本發明之第二實施例請參閱第3圖，其顯示一單層感應電容式觸控板之觸控圖形結構。該觸控圖形包含3個橫向之第一軸向導電群組101，以及3個直向之第二軸向導電群組201。每一個第二軸向導電群組201包含3個第二軸向導電單元202，其中第二軸向導電單元202基本上採用E字形之圖形，並且在幾何中心增加曲折狀之圖形，因此加強電場分布，並且在兩側增加少量曲折狀之圖形，調整電場分布。屬於同一第二軸向導電群組201之第二軸向導電單元202各別用導線連接至該觸控板表面之邊緣，再互相連接。第一軸向導電群組101橫向分布於第二軸向導電單元202之間的間隙，其邊緣加上折線狀線條，並與第 二軸向導電單元202保留適當之間距。當使用者接觸到曲折狀較多的圖形時，感應電場的感應量較大，等效電容值的變化量也較大，當使用者接觸到曲折狀較少的圖形時，感應電場的感應量較小，等效電容值的變化量也較小，依此推算使用者的觸控位置。

在本實施例中，相鄰之第一軸向導電群組101之形狀會完全相同或者呈線對稱關係。而同屬於第二軸向導電群組201且相鄰之第二軸向導電單元202，其形狀亦完全相同或者呈線對稱關係。

此實施例與前案相比，主要區別在於第二軸向導電單元202之中心加上折線狀線條，使感應電場的中心調整到導電單元的中心，並且使感應電場的分布具有對稱性，因此可以正確推算觸控位置。

此外，此實施例之電容式觸控板亦可進一步包括複數個懸浮感應單元30，每一個懸浮感應單元30設置於第一軸向導電群組101以及第二軸向導電單元202之間。

本發明之實施例中，第一軸向導電群組101與第二軸向導電單元202之寬度為0.2~0.6mm；第一軸向導電群組101與第二軸向導電單元202之間距為0.3~0.5mm；每一第二軸向導線203走線區之寬度為1.5~2.2mm；第一軸向導電群組101、第二軸向導電單元202以及第二軸向導線203邊緣之折角彎度為15~25度；第二軸向導線203之寬度 與間距為0.02~0.05mm。

本發明亦揭露一種電容式觸控板之觸控位置計算方法，以第2圖之觸控圖形為例，由於第二軸向導電單元202之圖形並不對稱，產生的4x6個感應電場之分布亦不對稱，若根據感應結果直接計算觸控位置會有誤差。因此，在偵測使用者之觸控位置前，等間距分布8x12個基本觸控座標，並測量每個基本觸控座標的感應結果，該測量結果紀錄成為一感應值對照表；偵測使用者之觸控位置時，比對感應結果與該感應值對照表之數值，即可推算出最接近觸控位置之基本觸控座標。也可以推算出複數個接近觸控位置之基本觸控座標，再根據感應結果與該感應值對照表之數值，加權計算精確的觸控位置。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

101‧‧‧第一軸向導電群組

201‧‧‧第二軸向導電群組

202‧‧‧第二軸向導電單元

203‧‧‧第二軸向導線

30‧‧‧懸浮感應單元

Claims (13)

1. 一種電容式觸控板，包括：一基板，具有一曲折式觸控圖形結構形成於該基板的一表面上；複數個第一軸向導電群組，並以第一軸向設置在該基板之表面；複數個第二軸向導電群組，每一個第二軸向導電群組包含複數個第二軸向導電單元，並以第二軸向設置在該基板之表面，其中第二軸向導電單元由複數個長條狀圖形連接而成，其邊緣為折線狀或波浪狀；以及複數個第二軸向導線，各別從每一個第二軸向導電單元連接至該基板表面之邊緣。
2. 一種電容式觸控板，包括：一基板，具有一曲折式觸控圖形結構形成於該基板的一表面上；複數個第一軸向導電群組，並以第一軸向設置在該基板之表面；複數個第二軸向導電群組，每一個第二軸向導電群組包含複數個第二軸向導電單元，並以第二軸向設置在該基板之表面，其中第二軸向導電單元由複數個長條狀圖形連接而成，其部分區域有曲折式線條分布，以增加與第一軸向導電群組相鄰的區域；以及 複數個第二軸向導線，各別從每一個第二軸向導電單元連接至該基板表面之邊緣。
3. 一種電容式觸控板，包括：一基板，具有一觸控圖形結構形成於該基板的一表面上；複數個第一軸向導電群組，並以第一軸向設置在該基板之表面；複數個第二軸向導電群組，每一個第二軸向導電群組包含複數個第二軸向導電單元，並以第二軸向設置在該基板之表面，其中第二軸向導電單元由複數個長條狀圖形連接而成，其部分區域與第一軸向導電群組保留不同之距離；以及複數個第二軸向導線，各别從每一個第二軸向導電單元連接至該基板表面之邊緣。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控板，其中第二軸向導電單元之部分區域有曲折式線條分布，以增加與第一軸向導電群組相鄰的區域。
5. 如申請專利範圍第1項、第2項或第4項所述之電容式觸控板，其中第二軸向導電單元之部分區域與第一軸向導電群組保留不同之距離。
6. 如申請專利範圍第1項、第2項或第3項所述之電容式觸控板，進一步包括複數個懸浮感應單元，每一個懸 浮感應單元設置於第一軸向導電群組以及第二軸向導電單元之間。
7. 如申請專利範圍第1項、第2項或第3項所述之電容式觸控板，其中相鄰之第一軸向導電群組之形狀完全相同或者呈線對稱關係；屬於同一第二軸向導電群組且相鄰之第二軸向導電單元，其形狀完全相同或者呈線對稱關係。
8. 如申請專利範圍第1項、第2項或第3項所述之電容式觸控板，其中第一軸向導電群組與相鄰之第二軸向導電單元間的距離為0.3mm~0.5mm。
9. 如申請專利範圍第1項、第2項或第3項所述之電容式觸控板，其中第一軸向導電群組以及第二軸向導電單元之寬度為0.2mm~0.6mm。
10. 如申請專利範圍第1項或第3項所述之電容式觸控板，其中第一軸向導電群組以及第二軸向導電單元之曲折狀邊緣之曲折度為15度~25度。
11. 如申請專利範圍第1項、第2項或第3項所述之電容式觸控板，其中第二軸向導線之寬度與間距為0.02~0.05mm。
12. 如申請專利範圍第1項、第2項或第3項所述之電容式觸控板，其中第二軸向導線之走線區寬度為1.5~2.2mm。
13. 一種電容式觸控板之觸控位置計算方法，其包括下列步驟：等間距分布複數個基本觸控座標，並測量每個基本觸控座標的感應結果，再將該測量結果紀錄成一感應值對照表；以及比對感應結果與該感應值對照表之數值，推算出一個以上接近觸控位置之基本觸控座標，再根據感應結果與該感應值對照表之數值，計算精確的觸控位置，以偵測使用者之觸控位置。