TWI545486B - 觸摸感測裝置 - Google Patents

Description

觸摸感測裝置

本發明之實施例係與一種裝置有關。尤其，它們與包含分佈於感測區域的多個電容式感測器電極之裝置有關。

現存之觸摸感應顯示器可能使用分佈於感測區域的多個電容式感測器電極。該等電容式感測器電極感測近接的接地物件，諸如觸壓感測區域之使用者手指。

依據本發明許多但不必然為其全部的實施例，提供了一種裝置，其包含：包含分佈於一感測區域的多個個別電容式感測器電極之電容式感測器電極之一陣列；連接至該等多個個別電容式感測器電極中一些個別者之傳導跡線；以及在此感測區域內覆於傳導跡線上之一屏蔽電極。

依據本發明許多但不必然為全部的實施例，提供了一種裝置，其包含：包含分佈於一感測區域的多個電容式感測器電極和至少部份分佈於此感測區域的傳導跡線之一感測布置結構；以及在此感測區域內部份覆於感測布置結構上之一屏蔽電極。

2‧‧‧裝置

4‧‧‧陣列

5‧‧‧感測布置結構

6‧‧‧感測器電極

7‧‧‧觸摸表面

8‧‧‧感測區域

8C‧‧‧中心區域

8P‧‧‧周邊

10‧‧‧傳導跡線

12、20‧‧‧屏蔽電極

13‧‧‧保護部份

14‧‧‧區域

15‧‧‧長條

16‧‧‧共同平面

18‧‧‧開口

22‧‧‧節點

24‧‧‧電路

26‧‧‧檢測電路

27‧‧‧輸出/數位輸出

28‧‧‧多工器

30‧‧‧驅動電路

32‧‧‧使用者輸入裝置

34‧‧‧觸摸面板模組

36‧‧‧觸摸敏感顯示器模組

38‧‧‧電子裝置

39‧‧‧處理器

40‧‧‧顯示器

為了對本發明的實施例之諸多示例有較佳的了解，現在將藉由僅作示例用的方式參照附圖，其中：圖1繪示包含有一感測布置結構的一裝置，該結構包含分佈於一感測區域的多個電容式感測器電極；圖2繪示包含分佈於感測區域的多個電容式感測器電極之感測布置結構5的一示例；圖3繪示在感測區域內覆於傳導跡線上之一屏蔽電極；圖4繪示在圖3裡使用之屏蔽電極；圖5繪示一屏蔽電極之另一示例；圖6A與6B概要地繪示通過相同感測布置結構之橫截面；圖7A繪示一觸摸面板模組；圖7B繪示一觸摸感應顯示器模組；以及圖7C繪示一電子裝置。

本文之圖面繪示一裝置2，其包含有：包含分佈於一感測區域8的多個個別電容式感測器電極6之電容式感測器電極6之一陣列4；連接至該等多個個別電容式感測器電極6中一些個別者之傳導跡線10；以及在感測區域8內覆於傳導跡線10上之一屏蔽電極12。

圖1繪示一裝置2，其包含有：包含分佈於一感測區域8的多個電容式感測器電極6和至少部份分佈於感測區域8的傳導跡線10之一感測布置結構5；以及在感測區域8內部份覆於感測布置結構5上之一屏蔽電極12。

在此示例中，裝置2疊置於一顯示器40之上，且 運作為顯示器40之電容式觸摸面板。顯示器40與裝置2組合形成一觸摸敏感顯示器，其組配來檢測因一使用者輸入裝置32接近所述多個感測器電極6中的一或更多個電極而生之電容變化。

感測布置結構5係組配來感測因位於一觸摸表面7的感測區域8或其上之一使用者輸入裝置32的接近而起之電容變化。在此示例中，此使用者輸入裝置32係為一使用者之手指。

裝置2係組配來不僅感測當使用者之手指觸碰觸摸表面7的感測區域8時其在感測區域8內之(x,y)位置，而且也可以，在此示例中，額外地提供當使用者之手指靠近但未觸及觸摸表面7的感測區域8時其在感測區域8內之(z)位置、及/或提供使用者之手指於靠近但尚未觸及觸摸表面7的感測區域之(x,y)位置。因此裝置2不但提供二維感測亦提供三維感測。

選擇性地，裝置2亦可包含在感測區域8內位於傳導跡線10和感測器電極6之下的額外屏蔽電極20。此額外屏蔽電極20可為一連續不中斷電極。

屏蔽電極12、傳導跡線10、電容式感測器電極6、以及如果存在的額外屏蔽電極20，皆至少位於感測區域8內，且在此示例中，疊置於一顯示器40之上。如它們疊置於顯示器40之上，其最好為透光的。

屏蔽電極12、傳導跡線10、電容式感測器電極6、以及如果存在的額外屏蔽電極20，因而可由傳導與透光材 料形成。它們可由相同或相似的材料或是材料混合物形成。合適的傳導與透光材料之示例包括例如：氧化銦錫(ITO)、金屬網、奈米銀線與奈米碳管複合材料。

圖2繪示包含分佈於一感測區域8的多個電容式感測器電極6與部份分佈於感測區域8的傳導跡線10之一感測布置結構5的一種示例。此等多個電容式感測器電極6在此示例中係排列為一正規陣列4。電容式感測器電極6係排列為一N列x M行之正規陣列4，其行與行間有共同固定間距，列與列間有共同固定間距。

每個電容式感測器電極6皆有用來傳送由該感測器電極6產生之一信號離開感測區域8的相關聯之傳導跡線10。在此圖解示例中，每個感測器電極6與其相關聯之傳導跡線10係實體相連的。諸感測器電極6與傳導跡線10可以安排於一共同平面內。例如它們可以藉由把透光傳導材料的一平面層圖樣化來形成。

在此示例中，諸感測器電極6具有不同大小。感測器電極6朝感測區域8的一中心區域8C越大，且朝感測區域8的一周邊8P越小。此係因為被傳導跡線10佔據之區域14在傳導跡線由中心區域8C行進至周邊8P時會逐漸越變越大。

在此示例中，感測器電極6具有小於0.5平方公分之大小。例如其尺寸可能小於6毫米乘6毫米。

圖3繪示在感測區域8內覆於傳導跡線10上之一屏蔽電極12。

屏蔽電極12，在此示例中但不必然在所有示例中，覆於諸感測器電極6中至少一些者的至少部份上。

未被覆蓋的感測器電極6之部份，在此示例中界定了有同樣運作大小之運作性的感測器電極6。當感測器電極6有相似構造時，其每單位面積擁有相同電容。因此有同樣運作大小之運作性的感測器電極6即擁有等量電容。

在此圖解示例中，屏蔽電極12在感測區域8內覆蓋到所有傳導跡線10。在其他示例中，屏蔽電極12沒有在感測區域8內覆於所有傳導跡線10上，而是覆於超過八成被傳導跡線10佔據之區域14上。

所期望的是維持傳導跡線10的電阻小，以降低電阻電容(RC)延遲與提高量測速度。其可以透過使用擁有較高傳導率之材料，及/或透過將傳導跡線10製作得更寬來達成。惟，加寬傳導跡線10時，會令其所佔用區域14增大，且可能產生不合意的雜散電容效應；然而此效應會因為疊置的屏蔽電極12而降低或消除。

如圖4所示，屏蔽電極12可作為一長條15延伸越過整個感測區域8。在此示例中，有多個平行之長條15與在感測區域8的周邊附近延伸之一保護部份13。一長條可與每一列電容式感測器電極6相關聯(如圖3所示)。

如圖5所示，屏蔽電極12可除了在穿過屏蔽電極12而到達其下的電容式感測器電極6之開口18處外覆蓋住整個感測區域8。開口18皆為相同大小。開口18可以為任何形狀(例如矩形(如所附圖式顯示)、圓形、星形等)。

未被覆蓋的感測器電極6之部份界定了有同樣運作大小之運作性的感測器電極6。當感測器電極6有相似構造時其每單位面積擁有相同電容。因此有同樣運作大小之運作性的感測器電極6即擁有等量電容。

圖6A概要地繪示沿著與一‘運作性的’電容式感測器電極對應的一條線通過感測布置結構5之橫截面。這係指沿著此橫截面的屏蔽電極12並未覆蓋電容式感測器電極6。在圖4的示例裡，所繪示之屏蔽電極12的部份係保護部份13之局部。在圖5的示例裡，所繪示之屏蔽電極12的部份可為相鄰於感測區域8之一周邊的保護部份13之局部，或通往相鄰的電容式感測器電極6之兩個相鄰的開口18之間的部份之局部。

圖6B概要地繪示沿著與有屏蔽電極12在感測區域8內之處相對應的一條線通過感測布置結構5之一橫截面。此係指沿著此橫截面的屏蔽電極12的確覆於所有或一些傳導跡線10與可選擇地，電容式感測器電極6中一些者上。在圖4的示例裡，所繪示之屏蔽電極12的部份係長條15之局部。在圖5的示例裡，所繪示之屏蔽電極12的部份可為電容式感測器電極6之兩個相鄰的列(或行)之間的部份之局部。

在圖6A與6B中，感測器電極6與傳導跡線10可以安排於一共同平面16內。例如它們可以藉由把透光傳導材料的一平面層圖樣化來形成。

在圖6A與6B中，裝置2可以包含如下面所描述之 電路，不過其他電路亦屬可能。這樣的電路可以組配來提供一電壓給屏蔽電極12。如有另外的屏蔽電極20存在，可提供相同的電壓給此屏蔽電極12與此另外的屏蔽電極20。提供的電壓可以是一固定電壓或一時變電壓。時變電壓的許多範例之一為交流正弦電壓。

在圖6A與6B中，屏蔽電極12操作性地連接到一節點22。操作性地連接是指有一信號路徑，而它們可以或可以不直接實體連接。當裝置2運作時，節點22被保持在一恆定電位，諸如舉例來說為地電位。電路24組配來提供此恆定電位。這可以是對由例如一外殼、一接地面或一機架提供之接地點的一簡單電流性連接。

在此示例中，顯示存有一另外的屏蔽電極20。其亦操作性地連接到節點22。

檢測電路26操作性地連接於屏蔽電極12與電容式感測器電極6之陣列4之間。

一多工器28操作性地連接於檢測電路26與電容式感測器電極6之陣列4之間。多工器28係組配來隔離陣列4之多個電容式感測器電極6中之每一者以供用於檢測。

在此示例中，驅動電路30係組配來提供一時變電壓給屏蔽電極12，與如果有之另外的屏蔽電極20。這個時變電壓可以為例如一交流正弦電壓。

此驅動電路30於是組配來在感測器電極6之每一者處提供一時變電場。

檢測電路26係組配來檢測因一使用者輸入裝置 32接近至所述多個感測器電極6之一或更多者而引發的電容變化。此檢測電路26可以包含一低阻抗電荷放大器。

當使用者的手、或是一些其它接地使用者輸入裝置32被帶至裝置2的感測區域8附近時，一電容電流由屏蔽電極12通過檢測電路26流至一或更多的電容式感測器電極6。檢測電路26內之電荷放大器暫存一由於電流而產生之電荷位移。電荷放大器之輸出可被整流，例如接受同步整流，且被積分，其後將輸出傳送到一類比至數位轉換器，然後被提供作為數位輸出27，供在數位領域裡做處理。

驅動電壓與驅動頻率之範圍通常分別從1伏到10伏與從10到200千赫。

由於成本與尺寸的原因，一單一電荷放大器與一單一類比至數位轉換器可以對於多重電容式感測器電極6用在檢測電路26內，以及一多工器28可以用來隔離以供分別地感測每個電容式感測器電極6。

圖7A繪示包含此裝置2之一觸摸面板模組34。此觸摸面板模組可以與一顯示器組合使用，以形成一觸摸螢幕顯示器。

圖7B繪示包含此裝置2與一顯示器40之一觸摸敏感顯示器模組36。

圖7C繪示至少包含此裝置2之一電子裝置38。其可以例如額外包含處理檢測電路26之輸出27的一個處理器39。

當本文使用到時，“模組”指的是不包括會由終端 製造商或使用者增加之某些部件/組件的一種單元或裝置。

雖然本發明之實施例參照多個示例已描述於前面的段落中，應該理解的是，提供之示例可以在不脫離所請求之本發明的範疇下做出多種修改。

描寫於前面之描述中的特徵能以在已明確地描述之組合以外的組合來使用。

雖然多種功能已參照某些特徵予以描述，無論有否描述，這些功能可能可以透過其他特徵來執行。

雖然多種特徵已參照某些實施例予以描述，這些特徵無論是否有描述，亦可以於其他實施例中出現。

儘管在上述說明書中已努力著重於相信為特別重要之本發明的特徵，應該了解的是，申請人係就上文中提到及/或圖式中顯示之任何可專利的特徵或特徵之組合請求保護，無論是否有就其作特別的強調。

6‧‧‧電容式感測器電極

10‧‧‧傳導跡線

12‧‧‧屏蔽電極

14‧‧‧區域

Claims (30)

1. 一種觸摸感測裝置，其包含：具有電容式感測器電極之一陣列，其包含分佈於一感測區域的多個個別電容式感測器電極；傳導跡線，其連接至該等多個個別電容式感測電極中之個別者；以及一屏蔽電極，其在該感測區域內覆於傳導跡線上。
2. 如請求項1之裝置，其中該屏蔽電極在該感測區域內覆於超過八成被該等傳導跡線佔據之區域上。
3. 如請求項1之裝置，其中該屏蔽電極在該感測區域內覆於所有該等傳導跡線上。
4. 如請求項1之裝置，其中該等感測器電極具有不同大小。
5. 如請求項1之裝置，其中該等感測器電極朝該感測區域的一中心區域越大，且朝感測區域的一周邊越小。
6. 如請求項1之裝置，其中該等感測器電極具有小於0.5平方公分之大小。
7. 如請求項1之裝置，其中該等感測器電極與該等傳導跡線係配置於一共同平面內。
8. 如請求項1之裝置，其中該等感測器電極與該等傳導跡線係透光的。
9. 如請求項1之裝置，其中該屏蔽電極覆於該等感測器電極中至少一些者之至少部份上。
10. 如請求項1之裝置，其中該屏蔽電極覆於該等感測器電 極中至少一些者之至少部份上，以界定有同樣運作大小之運作性的感測器電極。
11. 如請求項1之裝置，其中該屏蔽電極覆於該等感測器電極中至少一些者之至少部份上，以界定有同樣運作電容之運作性的感測器電極。
12. 如請求項1之裝置，其中該屏蔽電極延伸越過該感測區域作為一長條。
13. 如請求項1之裝置，其中覆於該等感測器電極上之該屏蔽電極包含與該等感測器電極相同大小之開口。
14. 如請求項1之裝置，其進一步包含在該感測區域內位於該等傳導跡線和該等感測器電極之下的一第二額外屏蔽電極。
15. 如請求項14之裝置，其中該第二額外屏蔽電極係一連續不中斷電極。
16. 如請求項14之裝置，其中該第二額外屏蔽電極係操作性地連接至一節點，其中該裝置係組配來保持該節點於一恆定電位。
17. 如請求項14之裝置，其包含組配來提供一時變參考電壓信號給該第二額外屏蔽電極之電路。
18. 如請求項1之裝置，其中該屏蔽電極係操作性地連接至一節點，其中該裝置係組配來保持該節點於一恆定電位。
19. 如請求項1之裝置，其包含組配來提供一時變參考電壓信號給該屏蔽電極之電路。
20. 如請求項1之裝置，其包含連接於該屏蔽電極與具有電容式感測器電極之該陣列之間的檢測電路。
21. 如請求項20之裝置，其包含連接於該檢測電路與具有電容式感測器電極之該陣列之間的一多工器，其中該多工器係組配來隔離該陣列之該等多個電容式感測器電極中之每一者，以供檢測。
22. 如請求項20之裝置，其中該檢測電路包含一低阻抗電荷放大器。
23. 如請求項20之裝置，其包含組配來提供一交流電壓給該屏蔽電極之驅動電路。
24. 如請求項1之裝置，其包含組配來於該等感測器電極之每一者處提供一時變電場之驅動電路，以及組配來檢測因一使用者輸入裝置接近該等多個感測器電極之一或更多者而生的電容變化之檢測電路。
25. 如請求項24之裝置，其中該檢測電路係組配來檢測因一使用者輸入裝置於一觸摸表面或其上之接近而引發之一電容變化。
26. 如請求項24之裝置，其中該使用者輸入裝置係為一使用者手指。
27. 一種觸摸感測裝置，其包含：一感測布置結構，其包含分佈於一感測區域之多個電容式感測器電極與至少部份分佈於該感測區域之傳導跡線；以及一屏蔽電極，其於該感測區域內部份地覆蓋該感測 布置結構。
28. 如請求項27之裝置，其係實施為一觸摸面板模組。
29. 如請求項27之裝置，其係實施為一觸摸敏感顯示器模組。
30. 如請求項27之裝置，其係實施為一電子裝置。