TWI550481B

TWI550481B - 自容式觸控面板

Info

Publication number: TWI550481B
Application number: TW102111930A
Authority: TW
Inventors: 劉子維; 羅小林; 林顯耿
Original assignee: 晨星半導體股份有限公司
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2016-09-21
Also published as: US20140292715A1; TW201439863A

Description

自容式觸控面板

本發明與觸控系統相關，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個下感應器各自具有一編號，作為第i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)。

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重繪於圖二和圖三，說明發生誤差的原因。

若使用者碰觸發生在如圖二中以虛線圓框21表示的位置，僅電極11、14受到影響。在這個情況下，根據第一上感應器13和第一下感應器16偵測到的電容變化量所計算出之座標x會出現不小的誤差。原因在於，雖然第一上感應器13所偵測到的電容變化量主要是由電極11貢獻，但控制器是以電極11、12的共同重心位置(標示為P1)而非電極11的重心來代表第一上感應器13所偵測到的電容變化量出現之位置。相似地，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P2)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之左半部份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、P2又距離圓框21的真實X座標甚遠，控制器計算的座標x因此存在相當大的誤差。

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，其中包含兩個感應區域。各感應區域又分別包含一第一感應通道、一第二感應通道、一邊緣電極與複數個中央電極。該第一感應通道係用以連接一第一感應器。該第二感應通道係用以連接一第二感應器。該邊緣電極獨立使用該第一感應通道，且其平面形狀近似於一直角三角形。該複數個中央電極共用該第二感應通道，且各中央電極之平面形狀亦近似於該直角三角形。該邊緣電極具有一第一重心，代表該邊緣電極貢獻之一電容變化量之發生位置。該複數個中央電極具有一第二重心，代表該複數個中央電極貢獻之一電容變化量之發生位置。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複數個中央電極中所有可能受觸點之一第二平均距離。

根據本發明之一具體實施例為一種自容式觸控面板，其中包含兩個感應區域。各感應區域又分別包含一第一感應通道、一第二感應通道、複數個邊緣電極與複數個中央電極。該第一感應通道係用以連接一第一感應器。該第二感應通道係用以連接一第二感應器。該複數個邊緣電極共用該第一感應通道。各邊緣電極之平面形狀近似於一第一直角三角形。該複數個中央電極共用該第二感應通道。各中央電極之平面形狀近似於一第二直角三角形。該複數個邊緣電極具有一第一重心，代表該複數個邊緣電極貢獻之一電容變化量之發生位置。該複數個中央電極具有一第二重心，代表該複數個中央電極貢獻之一電容變化量之發生位置。該第一重心到該複數個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複數個中央電極中所有可能受觸點之一第二平均距離。

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。

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100‧‧‧感應區域

11、12、14、15、17‧‧‧電極

13、16、18、45、46‧‧‧感應器

21、61‧‧‧使用者碰觸位置

P1、P2、P3、P4、P6、P7‧‧‧電極重心位置

31‧‧‧虛擬電極

800‧‧‧虛擬參考線

41、42、41A、41B、42A、42B‧‧‧邊緣電極

51、52、53‧‧‧中央電極

91、92、93、94‧‧‧感應通道

圖一係繪示一現行自容式觸控面板範例。

圖二和圖三係用以說明現行自容式觸控面板之邊緣區域會發生較大感應誤差的原因。

圖四為根據本發明之一實施例中的電極配置示意圖；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配置示意圖；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配置示意圖。

圖九為根據本發明之另一實施例中的電極/感應通道配置示意圖。

根據本發明之一具體實施例為一自容式觸控面板，其電極配置如圖四所示。以虛擬參考線800為分界，該等各自之平面形狀近似於直角三角形的電極可在Y方向上被區分為上下兩組，也就是構成兩個不同的感應區域。於此實施例中，左右兩側具有網底圖樣的電極被定義為邊緣電極(例如電極41、42)，其他無網底圖樣的電極被定義為中央電極(例如電極51、52)。此實施例中的邊緣電極和中央電極大致等寬。由圖四可看出，每個邊緣電極各自使用一條感應通道(例如電極41獨立使用感應通道91)，即獨立連接至一個電容變化量感應器(未繪示)。相對地，每兩個中央電極共用一條感應通道(例如電極51、53共用感應通道92)、連接至同一個感應器(未繪示)。於實際應用中，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。

為說明何以此電極配置在邊緣區域之偵測結果的正確性優於先前技術，圖四中的電極41、42、51、52被重繪於圖五，亦呈現用以偵測電極41之電容變化量的第一感應器45，以及用以偵測電極42之電容變化量的第二感應器46。若欲便於比較，可假設電極41、42、51、52和圖二中的電極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，電極41、42會受到影響。第一感應器45和第二感應器46偵測到的電容變化量為碰觸點座標的計算基礎。由於第一感應器45僅連接至電極41，在根據式一判斷碰觸點的X座標時，控制器是以電極41的重心位置(標示為P3)來代表第一感應器45所偵測到的電容變化量出現之位置。相似地，電極42的重心位置(標示為P4)被用以代表第二感應器46所偵測到的電容變化量出現之位置。由圖五可看出，在X方向上，重心位置P3、P4都相當接近圓框61的中心點。可理解的是，相較於圖二所繪示的情況，此實施例中之控制器計算出的座標x會較接近圓框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，是因為平均而言，控制器用以計算座標x時納入考慮的幾個重心位置較接近實際出現電容變化量的電極位置。

比較圖五中的電極41和圖二中的電極11、12，重心P3到電極41中所有可能受觸點之平均距離顯然小於重心P1到電極11、12中所有可能受觸點之平均距離。因此，平均而言，以重心P3的X座標來代表第一感應器45所偵測到的電容變化量，會比以重心P1的X座標來代表第一上感應器13所偵測到的電容變化量，更能反映實際發生觸碰的位置。同理，圖四中的其他幾處邊緣電極皆能達到相同的效果。

根據本發明之另一實施例亦為一自容式觸控面板，其電極配置如圖六所示。此實施例中各自之平面形狀近似於直角三角形的電極亦可在Y方向上被區分為上下兩組，構成兩個不同的感應區域。值得注意的是，此實施例中的邊緣電極在X方向上較中央電極窄。此外，無論是邊緣電極或中央電極，都是由兩個電極共用一個感應通道，例如邊緣電極41A、41B共用感應通道93，而中央電極51、53共用感應通道94。

為說明何以此電極配置在邊緣區域之偵測結果的正確性優於先前技術，圖六中的電極41A、41B、42A、42B、51、52被重繪於圖七，亦呈現用以偵測電極41A、41B之電容變化量的第一感應器45，以及用以偵測電極42A、42B之電容變化量的第二感應器46。若欲便於比較，可假設電極51、52和圖二中的電極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七中以虛線圓框61表示的位置，電極41A、42A、42B受到影響。因此，第一感應器45和第二感應器46偵測到的電容變化量會被用以計算碰觸點的座標。在根據式一判斷碰觸點的X座標時，控制器是以電極41A、42A的共同重心位置(標示為P6)來代表第一感應器45所偵測到的電容變化量出現之位置，並以電極42A、42B的共同重心位置(標示為P7)來代表第二感應器46所偵測到的電容變化量出現之位置。相較於圖二中用以代表電容變化量的重心P1、P2之X座標，此實施例中用以代表電容變化量的重心P6、P7之X座標顯然更接近圓框61的實際X座標。由此可知，相較於圖一的電極/感應器配置，採用圖六的電極/感應器配置能得出較正確的座標X。同理，圖六中的其他幾處邊緣電極皆能達到相同的效果。本發明所屬技術領域中具有通常知識者可理解，共用同一感應器的電極數量不以兩個為限。

須說明的是，雖然在以上實施例中，上下兩個感應區域的電極配置相同，但本發明的概念範疇不以此為限。舉例而言，可令上半部的感應區域具有如圖四所示之邊緣電極，令下半部的感應區域具有如圖六所示之邊緣電極。此外，只要符合上述設計重心位置的條件，電極的平面形狀亦不以直角三角形為限。

根據本發明之另一實施例亦為一自容式觸控面板，其電極配置如圖八所示。於此實施例中，分隔上下兩個感應區域的區域邊界並非平行於X方向的直線。如圖八所示，該等邊緣電極、中央電極平行於y方向的次短邊並非具有均一長度，甚至並非所有邊緣電極的次短邊均等長。本發明所屬技術領域中具有通常知識者可理解，與圖六呈現之電極配置相似，此實施例中的邊緣電極配置亦能改善感應結果正確性。

由以上實施例可看出，本發明的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被設計為小於中央電極51、53之共同重心到中央電極51、53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、53之共同重心到中央電極51、53中所有可能受觸點之平均距離。

可理解的是，本發明之技術概念的應用範圍不限於前述電極形狀、電極配置方式和感應器配置方式。舉例而言，圖四中的各個中央電極可被設計為個別連接至一個感應器(也就是不共用感應器)。在這個情況下，由於邊緣電極41之重心到邊緣電極41中所有可能受觸點之平均距離仍然小於中央電極51之重心到中央電極51中所有可能受觸點之平均距離，同樣能達成得出較正確座標x的效果。再舉例而言，各感應通道的走線配置亦可如圖九所示，全部自最上端或最下端拉出，不經過兩個感應區域之間的空隙。如圖九所示，在這個情況下，部分共用感應通道/感應器的電極會不透過導線，直接相連。

更甚者，N個第一邊緣電極(如41、42、41A、41B、42A、42B，N為正整數)之平面形狀近似於一第一直角三角形，M個第一中央電極(如51、52、53，M為正整數)之平面形狀近似於一第二直角三角形，P個第二邊緣電極(圖四、圖六、圖八與圖九之下方之邊緣電極，P為正整數)之平面形狀近似於一第三直角三角形，Q個第二中央電極(圖四、圖六、圖八與圖九之下方之中央電極，Q為正整數)之平面形狀近似於一第四直角三角形。各第一邊緣電極、各第一中央電極、各第二邊緣電極與各第二中央電極之一最短邊皆平行於同一參考方向。

該第一直角三角形之一次短邊具有一第一長度，該第二直角三角形之一次短邊具有一第二長度，該第三直角三角形之一次短邊具有一第三長度，該第四直角三角形之一次短邊具有一第四長度；該第一長度與該第三長度之總和大致等於該第二長度與該第四長度之總和。

該正整數N等於該正整數M，且該第一直角三角形小於該第二直角三角形。或者，該正整數N小於該正整數M，且該第一直角三角形與該第二直角三角形相同。

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。

800‧‧‧虛擬參考線

41、42‧‧‧邊緣電極

51、52、53‧‧‧中央電極

91、92‧‧‧感應通道

Claims

一種自容式觸控面板，包含：兩個感應區域，其中各感應區域分別包含：一第一感應通道，用以連接一第一感應器；一第二感應通道，用以連接一第二感應器；一邊緣電極，獨立使用該第一感應通道，且其平面形狀近似於一第一直角三角形，該邊緣電極具有一第一重心，代表該邊緣電極貢獻之一電容變化量之發生位置；以及複數個中央電極，共用該第二感應通道，且各該中央電極之平面形狀亦近似於一第二直角三角形，該複數個中央電極具有一第二重心，代表該複數個中央電極貢獻之一電容變化量之發生位置；其中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複數個中央電極中所有可能受觸點之一第二平均距離，該第一直角三角形及該第二直角三角形沿一參考方向之寬度逐漸縮減。
一種自容式觸控面板，包含：兩個感應區域，其中各感應區域分別包含：一第一感應通道，用以連接一第一感應器；一第二感應通道，用以連接一第二感應器；複數個邊緣電極，共用該第一感應通道，其中各邊緣電極之平面形狀近似於一第一直角三角形，該複數個邊緣電極具有一第一重心，代表該複數個邊緣電極貢獻之一電容變化量之發生位置；以及複數個中央電極，共用該第二感應通道，其中各中央電極之平面形狀近似於一第二直角三角形，該複數個中央電極具有一第二重心，代表該複數個中央電極貢獻之一電容變化量之發生位置；其中該第一重心到該複數個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複數個中央電極中所有可能受觸點之一第二平均距離。
一種自容式觸控面板，包含：一第一感應區域，包含：一第一感應通道；一第二感應通道；N個第一邊緣電極，連接至該第一感應通道，N為一正整數，該N個第一邊緣電極具有一第一重心，該第一重心代表該N個第一邊緣電極貢獻之一電容變化量之發生位置；以及M個第一中央電極，連接至該第二感應通道，M為一正整數，該M個第一中央電極具有一第二重心，該第二重心代表該M個第一中央電極貢獻之一電容變化量之發生位置；以及一第二感應區域，包含：一第三感應通道；一第四感應通道；P個第二邊緣電極，連接至該第三感應通道，P為一正整數，該P個第二邊緣電極具有一第三重心，該第三重心代表該P個第二邊緣電極貢獻之一電容變化量之發生位置；以及Q個第二中央電極，連接至該第四感應通道，Q為一正整數，該Q個第二中央電極具有一第四重心，該第四重心代表該Q個第二中央電極貢獻之一電容變化量之發生位置；其中該第一重心到該N個第一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M個第一中央電極中所有可能受觸點之一第二平均距離；該第三重心到該P個第二邊緣電極中所有可能受觸點之一第三平均距離小於該第四重心到該Q個第二中央電極中所有可能受觸點之一第四平均距離；其中，各該第一邊緣電極之平面形狀近似於一第一直角三角形，各該第一中央電極之平面形狀近似於一第二直角三角形，各該第二邊緣電極之平面形狀近似於一第三直角三角形，各該第二中央電極之平面形狀近似於一第四直角三角形。
如申請專利範圍第3項所述之自容式觸控面板，其中各第一邊緣電極、各第一中央電極、各第二邊緣電極與各第二中央電極之一最短邊皆平行於同一參考方向。
如申請專利範圍第4項所述之自容式觸控面板，其中該第一直角三角形之一次短邊具有一第一長度，該第二直角三角形之一次短邊具有一第二長度，該第三直角三角形之一次短邊具有一第三長度，該第四直角三角形之一次短邊具有一第四長度；該第一長度與該第三長度之總和大致等於該第二長度與該第四長度之總和。
如申請專利範圍第4項所述之自容式觸控面板，其中該正整數N等於該正整數M，且該第一直角三角形小於該第二直角三角形。
如申請專利範圍第4項所述之自容式觸控面板，其中該正整數N小於該正整數M，且該第一直角三角形與該第二直角三角形相同。