TWI588727B - 觸控裝置與其感測方法 - Google Patents

Description

觸控裝置與其感測方法

本發明係關於一種觸控裝置與其感測方法，特別是一種切換操作於互容模式和自容模式的觸控裝置與其感測方法。

隨著科技的發展，伴隨著行動支附與私密資料的保存，產品類資料的保全(Security)的問題，因此必須要透過適當的使用者認證機制(Authentication)來限制對設備的控制與資料的存取，以保障期儲存資料的安全，又以電容式指紋辨識更容易整合於行動裝置中，同時能夠進行生物活體識別，提供更高的安全性。

在電子裝置的越來越輕薄的情況下，若使用互容式觸控感應用以傳送觸控感測訊號的驅動金屬層和用以感應觸控訊號的感應金屬層開始被設計於同一個金屬層中。雖然達到減少體積和成本的目的，卻也因為驅動金屬層和感應金屬層的面積減小，造成驅動金屬層輻射能量下降及感應金屬層的感應量下降的問題，進而使得觸控感應的能力下降。當此種觸控感應技術使用在例如指紋辨識器中時，就可能造成指紋特徵感應能力不足、辨識失敗等問題。

本發明在於提供一種觸控裝置與其感測方法，藉以解決先前技術中驅動金屬層輻射能量下降，感應金屬層的感應量下降所造成的感應能力下降的問題。

本發明所揭露的觸控裝置的感測方法，適用於感應電極層。感應電極層具有多個感應單元、M條掃描線及N條資料線。感應單元排列成M列N行的感應陣列，其中每一列中的感應單元電性連接M條掃描線其中之一，每一行中的感應單元電性連接N條資料線其中之一。資料線定義為多條第一資料線及多條第二資料線，第一資料線中的第i條第一資料線位於第二資料線中的第j條和第j+1條第二資料線之間，且第j+1條第二資料線位於第i條和第i+1條第一資料線之間，感測方法包括互容模式及自容模式，其中於互容模式中具有由第i條第一資料線輸出資料訊號。依序地由M條掃描線其中至少一輸出掃描訊號。當M條掃描線中第k條掃描線輸出掃描訊號時，接收每一個第二資料線上的第一感應資料，其中第j+1條第二資料線上的第一感應資料係第k列的感應單元中，電性連接於第j+1條第二資料線的感應單元與電性連接於第i條第一資料線的感應單元互容量測的結果，且第k列中的每一感應單元電性連接第k條掃描線。切換由第i+1條第一資料線輸出資料訊號。當M條掃描線中第k條掃描線輸出掃描訊號時，接收每一個第二資料線上的第二感應資料，其中第j+1條第二資料線上的第二感應資料係第k列的感應單元中，電性連接於第j+1條第二資料線的感應單元與電性連接於第i+1條第一資料線的感應單元互容量測的結果。

本發明所揭露的觸控裝置包含感應電極層。感應電極層具有多個感應單元、M條掃描線、N條資料線及控制單元。多個感應單元排列成M列N行的感應陣列。感應陣列中每一列的感應單元電性連接M條掃描線其中之一。感應陣列中每一行的感應單元電性連接N條資料線其中之一。資料線定義為多條第一資料線及多條第二資料線。第一資料線中的第i條第一資料線位於第二資料線中的第j條和第j+1條第二資料線之間，且第j+1條第二資料線位於第i條和第i+1條第一資料線之間。控制單元運作於互容模式及自容模式。於互容模式中，控制單元從第i條第一資料線輸出資料訊號，並依序地從M條掃描線其中至少一輸出掃描訊號。當M條掃描線中第k條掃描線輸出掃描訊號時，控制單元接收每一第二資料線上的第一感應資料。控制單元切換從第i+1條第一資料線輸出資料訊號，並依序地從M條掃描線其中至少一輸出掃描訊號。當M條掃描線中第k條掃描線輸出掃描訊號時，控制單元接收每一第二資料線上的第二感應資料，其中第j+1條第二資料線上的第一感應資料係第k列的感應單元中，電性連接於第j+1條第二資料線的感應單元與電性連接於第i條第一資料線的感應單元互容量測的結果，第j+1條第二資料線上的第二感應資料係第k列的感應單元中，電性連接於第j+1條第二資料線的感應單元與電性連接於第i+1條第一資料線的感應單元互容量測的結果。

根據上述本發明所揭露的觸控裝置與其感測方法，藉由觸控裝置切換地運作於自容模式和互容模式，使得觸控裝置可以增加感應面積和感應的資料量，藉以解決先前技術中，感應能力下降的問題。再者，藉由於執行互容模式時，觸控裝置會分時地從部分的第一資料線傳送資料訊號，再從另一部份的第一資料線傳送資料訊號，使得控制單元接收到的感應資料不會被誤判，且感應單元之間的間隙區域亦可以被感應到，使得觸控裝置的感應能力和解析度更為提升。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參照圖1，圖1係根據本發明一實施例所繪示之觸控裝置的感應電極層和控制單元的示意圖，如圖1所示，觸控裝置10包含感應電極層11。感應電極層11具有多個感應單元111、M條掃描線112、N條資料線113及控制單元114。多個感應單元111排列成M列N行的感應陣列115。感應陣列115中每一列的感應單元111電性連接M條掃描線112其中之一。感應陣列115中每一行的感應單元111電性連接N條資料線113其中之一。

於一個實施例中，控制單元114具有驅動電路及資料電路。M條掃描線112電性連接驅動電路，N條資料線113電性連接資料電路。M條掃描線112分別將驅動電路提供的掃描訊號G(1)～G(m)傳輸至感應陣列115的M列感應單元111，N條資料線113分別將資料電路提供的資料訊號傳輸至感應陣列115的N行感應單元111。於一個實施例中，感應單元111例如具有主動元件和導電體，主動元件例如為N型電晶體。當第k條掃描線112輸出掃描訊號G(k)，亦即第k條掃描線112上的電壓位準提升時，第k列上的感應單元111中的主動元件被驅動，第k列上的感應單元111中的主動元件導通，並將N條資料線113上的資料訊號分別寫入第k列上的導電體中，例如第k列第i行的感應單元111將第i條資料線113上的資料訊號T(i)寫入導電體。

當手指觸碰於觸控裝置10的感應陣列115上時，觸控裝置10會對手指進行自容感測和互容感測，也就是說，控制單元114會切換地運作於互容模式和自容模式以對手指進行感測。以下將說明觸控裝置10運作於互容模式下的感測方法，請一併參考圖1至圖3，圖2係根據本發明一實施例所繪示之觸控裝置操作於互容模式下的電壓時序圖，圖3係根據本發明一實施例所繪示之觸控裝置操作於互容模式下另一個操作階段的電壓時序圖。如圖所示，N條資料線113中部分的資料線113被定義為第一資料線，另一部分的資料線113被定義為第二資料線，第一資料線和第二資料線分別被當作傳送資料線（TX）和接收資料線（RX）。本實施例不限制第一資料線被作為傳送資料線或第二資料線被作為傳送資料線。

為了方便說明，於圖式中以[i]和[j]來分別表示第一資料線和第二資料線，亦即[i]表示第i條第一資料線，[i+1]表示第i+1條第一資料線，[j]表示第j條第二資料線，[j]表示第j+1條第二資料線，其中第i條第一資料線位於第j條第二資料線和第j+1條第二資料線之間，第j+1條第二資料線位於第i條第一資料線和第i+1條第一資料線之間。

於互容模式中，控制單元114從第i條第一資料線輸出資料訊號T(i)，如圖2所示。接著，控制單元114從M條掃描線112依序地輸出掃描訊號G(1)～G(m)。以M條掃描線112中的第k條掃描線112為例來說，當第k條掃描線112輸出掃描訊號G(k)時，控制單元114接收每一條第二資料線上的第一感應資料，如第j條第二資料線、第j+1條第二資料線和第j+2條第二資料線上的第一感應資料，其中當第k條掃描線112輸出掃描訊號G(k)時，第j條第二資料線上的第一感應資料係第k列上的感應單元111中，電性連接於第j條第二資料線的感應單元與電性連接於第i條第一資料線的感應單元互容量測的結果，亦即圖1中感測區域Z1的互容量測的結果。第j+1條第二資料線上的第一感應資料係第k列上的感應單元111中，電性連接於第j+1條第二資料線的感應單元與電性連接於第i條第一資料線的感應單元互容量測的結果，亦即圖1中感測區域Z2的互容量測的結果。

接下來，控制單元114從第i+1條第一資料線輸出資料訊號T(i+1)，如圖3所示。控制單元114從M條掃描線112依序地輸出掃描訊號G(1)~G(m)。同樣地，以M條掃描線112中的第k條掃描線112為例來說，當第k條掃描線112輸出掃描訊號G(k)時，控制單元114接收每一條第二資料線上的第一感應資料，其中當第k條掃描線112輸出掃描訊號G(k)時，第j+1條第二資料線上的第一感應資料係第k列上的感應單元111中，電性連接於第j+1條第二資料線的感應單元與電性連接於第i條第一資料線的感應單元互容量測的結果，亦即圖1中感測區域Z3的互容量測的結果。第j+2條第二資料線上的第一感應資料係第k列上的感應單元111中，電性連接於第j+2條第二資料線的感應單元與電性連接於第i條第一資料線的感應單元互容量測的結果，亦即圖1中感測區域Z4的互容量測的結果。圖1中感測區域Z1~Z4僅為了方便說明和圖式顯示並非指觸控裝置10實際的感測區域。

具體來說，請參照圖4至圖6，圖4係根據本發明另一實施例所繪示之觸控裝置的感應電極層和控制單元的示意圖，圖5係根據本發明另一實施例所繪示之觸控裝置操作於互容模式下的一個操作階段的電壓時序圖，圖6係根據本發明另一實施例所繪示之觸控裝置操作於互容模式下的一個操作階段的電壓時序圖，如圖所示，當觸控裝置10’的感應電極層11’具有8條掃描線112’、5條資料線113’及以多個感應單元111’排列成8列5行的感應陣列115’時，控制單元114’首先從第二條資料線113’輸出資料訊號T(1)，接著控制單元114’依序地從8條掃描線112’輸出掃描訊號G(1)~G(8)。

於圖5中的時間區間Prd1’中，當第一條掃描線112’輸出掃描訊號G(1)時，亦即第一條掃描線112’的電壓位準上升時，控制單元114’接收第一條資料線113’、第三條資料線113’和第五條資料線113’上的第一感應資料。此時，第一條資料線113’上的第一感應資料為第1行第1列 的感應單元111’和第2行第1列的感應單元111’互容量測的結果。第三條資料線113’上的第一感應資料為第3行第1列的感應單元111’和第2行第1列的感應單元111’互容量測的結果。第五條資料線113’上的第一感應資料為第4行第1列的感應單元111’和第5行第1列的感應單元111’互容量測的結果。

於時間區間Prd2’中，當第二條掃描線112’輸出掃描訊號G(2)時，亦即第二條掃描線112’的電壓位準上升時，控制單元114’接收第一條資料線113’、第三條資料線113’和第五條資料線113’上的第一感應資料。此時，第一條資料線113’上的第一感應資料為第1行第2列的感應單元111’和第2行第2列的感應單元111’互容量測的結果。第三條資料線113’上的第一感應資料為第3行第2列的感應單元111’和第2行第2列的感應單元111’互容量測的結果。第五條資料線113’上的第一感應資料為第4行第2列的感應單元111’和第5行第2列的感應單元111’互容量測的結果。

當第三條掃描線112’至第八條掃描線112’輸出掃描訊號G(3)~G(8)時，同理地，控制單元114’接收第一條資料線113’、第三條資料線113’和第五條資料線113’上的感應單元111’互容量測的結果，不再加以贅述。

接著，控制單元114’從第四條資料線113’輸出資料訊號T(2)，控制單元114’依序地從8條掃描線112’輸出掃描訊號G(1)~G(8)。於圖6中的時間區間Prd3’中，當第一條掃描線112’輸出掃描訊號G(1)時，亦即第一條掃描線112’的電壓位準上升時，控制單元114’接收第三條資料線113’和第五條資料線113’上的第二感應資料。第三條資料線113’上的第二感應資料為第3行第1列的感應單元111’和第4行第1列的感應單元111’互容量測的結果。第五條資料線113’上的第二感應資料為第5行第1列的感應單元111’和第4行第1列的感應單元111’互容量測的結果。

於第四時間區間Prd4’中，當第二條掃描線112’輸出掃描訊號G(2)時，亦即第二條掃描線112’的電壓位準上升時，控制單元114’接收第三條資料線113’和第五條資料線113’上的第二感應資料。第三條資料線113’上的第二感應資料為第3行第2列的感應單元111’和第4行第2列的感應單元111’互容量測的結果。第五條資料線113’上的第二感應資料為第5行第2列的感應單元111’和第4行第2列的感應單元111’互容量測的結果。

當第三條掃描線112’至第八條掃描線112’輸出掃描訊號G(3)~G(8)時，同理地，控制單元114’接收第一條資料線113’、第三條資料線113’和第五條資料線113’上的感應單元111’互容量測的結果，不再加以贅述。

在實務上，互容量測的結果係指當手指觸碰於感應單元11’上時，控制單元114’量測到手指造成兩個感應單元111’之間互容電容改變的結果。具體來說，以兩個感應單元111’為例，其中一個感應單元111’被提供資料訊號，另外一個感應單元111’感應被提供資料訊號的感應單元111’所產生的輻射能量。當手指未觸碰於感應單元111’之上時，兩個感應單元111’之間具有互容電容。當手指觸碰於感應單元111’之上時，手指與兩個感應單元111’之間分別產生電容。手指上的電容、手指與兩個感應單元111’之間的電容會改變兩個感應單元111’之間的互容電容。控制單元114’可以依據兩個感應單元111’之間已改變的互容電容或兩個感應單元111’之間互容電容的改變量來判斷手指的觸碰。

接下來將說明觸控裝置10運作於自容模式下的感測方法，請重新參考圖1，如圖1所示，於自容模式中，控制單元114從N條資料線113輸出資料訊號D(1)~D(n)，並由從M條掃描線112依序地輸出掃描訊號G(1)~G(m)。以M條掃描線112中的第k條掃描線112為例來說，當第k條掃描線112輸出掃描訊號G(k)時，控制單元114接收每一條資料 線113的第三感應資料。也就是說，於自容模式下，每一條第一資料線和每一條第二資料線皆會輸出資料訊號，而使控制單元114接收到每一條第一資料線和每一條第二資料線上的第三感應資料。在實務上，由於自容模式下，每一條資料線113皆會輸出資料訊號，因此資料線113實際上並未被定義為第一資料線和第二資料線，此處以第一資料線和第二資料線來說僅為配合互容模式的說明，並非加以限制本實施例。

當第k條掃描線112輸出掃描訊號G(k)時，第i條第一資料線上的第三感應資料係第k列上的感應單元111中，電性連接於第i條第一資料線的感應單元111自容量測的結果，亦即第i行第k列感應單元111自容量測的結果。第j條第二資料線上的第三感應資料係第k列上的感應單元111中，電性連接於第j條第二資料線的感應單元111自容量測的結果，亦即第j行第k列感應單元111自容量測的結果。

同樣以圖4實際的例子來說，請一併參照圖4及圖7，圖7係根據本發明另一實施例所繪示之觸控裝置操作於自容模式下的電壓時序圖，如圖所示，當觸控裝置10’的感應電極層11’具有8條掃描線112’、5條資料線113’及以多個感應單元111’排列成8列5行的感應陣列115’時，控制單元114’首先從每一條資料線113’分別輸出資料訊號D(1)~D(5)，接著控制單元114’依序地從8條掃描線112’輸出掃描訊號G(1)~G(8)。

於圖7中的時間區間Prd5中，當第一條掃描線112’輸出掃描訊號G(1)時，亦即第一條掃描線112’的電壓位準上升時，控制單元114’接收5條資料線113’上的第三感應資料。第一條資料線113’上的第三感應資料為第1行第1列的感應單元111’自容量測的結果。第二條資料線113’上的第三感應資料為第2行第1列的感應單元111’自容量測的結果。第三條資料線113’上的第三感應資料為第3行第1列的感應單元111’自容量測的結果，其餘第四條資料線113’到第5條資料線113’上的第三感應資料以此類推。

於時間區間Prd6中，當第二條掃描線112’輸出掃描訊號G(2)時，亦即第二條掃描線112’的電壓位準上升時，控制單元114’接收5條資料線113’上的第三感應資料。第一條資料線113’上的第三感應資料為第1行第2列的感應單元111’自容量測的結果。第二條資料線113’上的第三感應資料為第2行第2列的感應單元111’自容量測的結果。第三條資料線113’上的第三感應資料為第3行第2列的感應單元111’自容量測的結果，其餘第四條資料線113’到第5條資料線113’上的第三感應資料以此類推。

當第三條掃描線112’至第八條掃描線112’輸出掃描訊號G(3)~G(8)時，同理地，控制單元114’接收每一條資料線113’自容量測的結果，不再加以贅述。

在實務上，自容量測的結果係指當手指觸碰於感應單元上時，控制單元量測到手指造成感應單元與接地端之間的自容電容改變的結果。具體來說，當手指未觸碰於感應單元之上時，感應單元與接地端之間具有自容電容。當手指觸碰於感應單元之上時，手指與感應單元之間分別產生電容。手指上的電容、手指與感應單元之間的電容會改變感應單元與接地端之間的自容電容。控制單元可以依據感應單元與接地端之間已改變的自容電容大小或自容電容的改變量來判斷手指的觸碰。

更進一步地，當觸控裝置運用於指紋辨識時，指紋凹凸的紋路使得手指與感應單元之間的接觸面積不同，進而影響於互容模式下兩個感應單元之間分別的互容電容大小，以及於自容模式下感應單元與接地端之間的自容電容大小。換言之，當手指觸碰於觸控裝置，讓觸控裝置辨識手指的指紋時，觸控裝置會分別執行互容模式和自容模式的感測。於自容模式下，觸控裝置會辨識在每一個感應單元對應的手指區域的自容量測結果。於互容模式下，觸控裝置會辨識兩個感應單元之間所對應的手指區域的互容量測結果。觸控裝置依據自容量測結果、互容量測結果，據以達到 辨識手指紋的效果。

於本實施例中，當觸控裝置的感應陣列為M列N行的矩陣時，觸控裝置取得(2M-1)×N筆的互容感應資料及M×N筆的自容應應資料，據以提升觸控裝置感應的解析度。

請一併參考圖8至圖10，圖8係根據本發明再一實施例所繪示之觸控裝置的感應電極層和控制單元的示意圖，圖9係根據本發明再一實施例所繪示之觸控裝置操作於互容模式下的電壓時序圖，圖10係根據本發明再一實施例所繪示之觸控裝置操作於互容模式下另一個操作階段的電壓時序圖。如圖所示，觸控裝置20包含感應電極層21。感應電極層21具有多個感應單元211、M條掃描線212、N條資料線213及控制單元214。多個感應單元211排列成M列N行的感應陣列215。感應陣列215中每一列的感應單元211電性連接M條掃描線212其中之一。感應陣列215中每一行的感應單元211電性連接N條資料線213其中之一。

本實施例的觸控裝置20與前一個實施例大致上相同，與前一個實施例不同的是，控制單元214從M條掃描線212依序地輸出掃描訊號G(1)~G(m)，且控制單元214會使M條掃描線212其中相鄰的兩條掃描線輸出掃描訊號的時間重疊。換言之，當控制單元214從第k條掃描線212輸出掃描訊號G(k)達預計時間的一半時，控制單元214從第k+1條掃描線212輸出掃描訊號G(k+1)。當控制單元214從第k+1條掃描線212輸出掃描訊號G(k+1)達預計時間的一半時，控制單元214停止從第k條掃描線212輸出掃描訊號G(k)，控制單元214從第k+2條掃描線212輸出掃描訊號G(k+2)。

具體來說，於互容模式中，控制單元214從第i條第一資料線輸出資料訊號T(i)時，控制單元214從M條掃描線212依序地輸出掃描訊號G(1)~G(m)，並接收每一條第二資料線上的第一感應資料，如第j條第二資料線、第j+1條第二資料線和第j+2條第二資料線上的第一感應資 料，其中當第k-1條掃描線212輸出掃描訊號G(k-1)，且第k條掃描線212輸出掃描訊號G(k)時，第j條第二資料線上的第一感應資料係第k-1列和第k列上的感應單元211中，電性連接於第j條第二資料線的感應單元與電性連接於第i條第一資料線的感應單元互容量測的結果，亦即圖8中感測區域Y1的互容量測結果。第j+1條第二資料線上的第一感應資料係第k-1列和第k列上的感應單元211中，電性連接於第j條第二資料線的感應單元與電性連接於第i條第一資料線的感應單元互容量測的結果，亦即圖8中感測區域Y1’的互容量測結果。

此時，同理地，控制單元214亦會從第i+2條第一資料線輸出資料訊號T(i+2)，第j+2條第二資料線上的第一感應資料係第k-1列和第k列上的感應單元211中，電性連接於第j+2條第二資料線的感應單元與電性連接於第i+2條第一資料線的感應單元互容量測的結果。

更具體來說，第j條第二資料線上的第一感應資料係電性連接於第j條第二資料線的感應單元211中，位於第k-1列和第k列感應單元211與電性連接於第i條第一資料線的感應單元中，位於第k-1列和第k列感應單元211互容量測的結果。第j+1條第二資料線上的第一感應資料係電性連接於第j+1條第二資料線的感應單元211中，位於第k-1列和第k列感應單元211與電性連接於第i條第一資料線的感應單元中，位於第k-1列和第k列感應單元211互容量測的結果。

接下來，當第k條掃描線212輸出掃描訊號G(k)，且第k+1條掃描線212輸出掃描訊號G(k+1)時，第j條第二資料線上的第一感應資料係第k列和第k+1列上的感應單元211中，電性連接於第j條第二資料線的感應單元與電性連接於第i條第一資料線的感應單元互容量測的結果，亦即圖8中感測區域Y3的互容量測結果。第j+1條第二資料線上的第一感應資料係第k列和第k+1列上的感應單元211中，電性連接於第j+1條第二資料線的感應單元與電性連接於第i條第一資料線的感應單元互容 量測的結果，亦即圖8中感測區域Y3’的互容量測結果。同理地，當第k+1條掃描線212輸出掃描訊號G(k+1)，且第k+2條掃描線212輸出掃描訊號G(k+2)時，控制單元214接收圖8中感測區域Y5和感測區域Y5’的互容量測結果，不再加以贅述。

於下一個操作階段中，控制單元214從第i+1條第一資料線輸出資料訊號T(i+1)。控制單元214從M條掃描線212依序地輸出掃描訊號G(1)~G(m)，並接收每一條第二資料線上的第二感應資料，如第j條第二資料線、第j+1條第二資料線和第j+2條第二資料線上的第二感應資料，其中當第k-1條掃描線212輸出掃描訊號G(k-1)，且第k條掃描線212輸出掃描訊號G(k)時，第j+1條第二資料線上的第二感應資料係第k-1列和第k列上的感應單元211中，電性連接於第j+1條第二資料線的感應單元與電性連接於第i+1條第一資料線的感應單元互容量測的結果，亦即圖8中感測區域Y2的互容量測結果。第j+2條第二資料線上的第二感應資料係第k-1列和第k列上的感應單元211中，電性連接於第j+2條第二資料線的感應單元與電性連接於第i+1條第一資料線的感應單元互容量測的結果，亦即圖8中感測區域Y2’的互容量測結果。

此時，同理地，控制單元214亦會從第i+3條第一資料線輸出資料訊號T(i+3)，第j+3條第二資料線上的第二感應資料係第k-1列和第k列上的感應單元211中，電性連接於第j+3條第二資料線的感應單元與電性連接於第i+3條第一資料線的感應單元互容量測的結果。

接下來，當第k條掃描線212輸出掃描訊號G(k)，且第k+1條掃描線212輸出掃描訊號G(k+1)時，第j+1條第二資料線上的第二感應資料係第k列和第k+1列上的感應單元211中，電性連接於第j+1條第二資料線的感應單元與電性連接於第i+1條第一資料線的感應單元互容量測的結果，亦即圖8中感測區域Y4的互容量測結果。第j+2條第二資料線上的第二感應資料係第k列和第k+1列上的感應單元211中，電性連接於第 j+2條第二資料線的感應單元與電性連接於第i+1條第一資料線的感應單元互容量測的結果，亦即圖8中感測區域Y4’的互容量測結果。同理地，當第k+1條掃描線212輸出掃描訊號G(k+1)，且第k+2條掃描線212輸出掃描訊號G(k+2)時，控制單元214接收圖8中感測區域Y6和感測區域Y6’的互容量測結果，不再加以贅述。圖8中感測區域Y1~Y6和Y1’~Y6’僅為了方便說明和圖式顯示並非指觸控裝置20實際的感測區域。

以實際的例子來說，請參照圖11至圖13，圖11係根據本發明又一實施例所繪示之觸控裝置的感應電極層和控制單元的示意圖，圖12係根據本發明又一實施例所繪示之觸控裝置操作於互容模式下的電壓時序圖，圖13係根據本發明又一實施例所繪示之觸控裝置操作於互容模式下另一個操作階段的電壓時序圖。當觸控裝置20’的感應電極層21’具有3條掃描線212’、8條資料線213’及以多個感應單元211’排列成3列8行的感應陣列215’時，控制單元214’首先從第二條資料線213’輸出資料訊號T(1)和從第六條資料線213’輸出資料訊號T(3)，接著控制單元214’依序地從3條掃描線212’輸出掃描訊號G(1)~G(3)。

於圖12中的時間區間Prd1’中，當第一條掃描線212’輸出掃描訊號G(1)，且第二條掃描線212’輸出掃描訊號G(2)時，亦即第一條掃描線212’和第二條掃描線212’的電壓位準上升時，控制單元214’接收第一條、第三條、第五條和第七條資料線213’上的第一感應資料。此時，第一條資料線213’上的第一感應資料為第1行第1列和第2行第1列的感應單元211’之間的互容電容，與第1行第2列和第2行第2列的感應單元211’之間的互容電容的總和。第三條資料線213’上的第一感應資料為第3行第1列和第2行第1列的感應單元211’之間的互容電容，與第3行第2列和第2行第2列的感應單元211’之間的互容電容的總和。第五條資料線213’上的第一感應資料為第5行第1列和第6行第1列的感應單元211’之間的互容電容，與第5行第2列和第6行第2列的感應單元211’之間的互 容電容的總和。第七條資料線213’上的第一感應資料為第7行第1列和第6行第1列的感應單元211’之間的互容電容，與第7行第2列和第6行第2列的感應單元211’之間的互容電容的總和。

於時間區間Prd2’中，當第二條掃描線212’輸出掃描訊號G(2)，且第三條掃描線212’輸出掃描訊號G(3)時，亦即第二條掃描線212’和第三條掃描線212’的電壓位準上升時，控制單元214’接收第一條、第三條、第五條和第七條資料線213’上的第一感應資料。此時，第一條資料線213’上的第一感應資料為第1行第2列和第2行第2列的感應單元211’之間的互容電容，與第1行第3列和第2行第3列的感應單元211’之間的互容電容的總和。第三條資料線213’上的第一感應資料為第3行第2列和第2行第2列的感應單元211’之間的互容電容，與第3行第3列和第2行第3列的感應單元211’之間的互容電容的總和。第五條資料線213’上的第一感應資料為第5行第2列和第6行第2列的感應單元211’之間的互容電容，與第5行第3列和第6行第3列的感應單元211’之間的互容電容的總和。第七條資料線213’上的第一感應資料為第7行第2列和第6行第2列的感應單元211’之間的互容電容，與第7行第3列和第6行第3列的感應單元211’之間的互容電容的總和。

接著，控制單元214’從第四條資料線213’輸出資料訊號T(2)，從第八條資料線213’輸出資料訊號T(4)，並且控制單元214’依序地從3條掃描線212’輸出掃描訊號G(1)~G(3)。於圖13中的時間區間Prd3’中，當第一條掃描線212’輸出掃描訊號G(1)，且第二條掃描線212’輸出掃描訊號G(2)時，亦即第一條掃描線212’和第二條掃描線212’的電壓位準上升時，控制單元214’接收第一條、第三條、第五條和第七條資料線213’上的第二感應資料。此時，第三條資料線213’上的第二感應資料為第3行第1列和第4行第1列的感應單元211’之間的互容電容，與第3行第2列和第4行第2列的感應單元211’之間的互容電容的總和。第五條資料線 213’上的第二感應資料為第5行第1列和第4行第1列的感應單元211’之間的互容電容，與第5行第2列和第4行第2列的感應單元211’之間的互容電容的總和。第七條資料線213’上的第二感應資料為第7行第1列和第8行第1列的感應單元211’之間的互容電容，與第7行第2列和第8行第2列的感應單元211’之間的互容電容的總和。

於時間區間Prd4’中，當第二條掃描線212’輸出掃描訊號G(2)，且第三條掃描線212’輸出掃描訊號G(3)時，亦即第二條掃描線212’和第三條掃描線212’的電壓位準上升時，控制單元214’接收第三條、第五條和第七條資料線213’上的第二感應資料。此時，第三條資料線213’上的第二感應資料為第3行第2列和第4行第2列的感應單元211’之間的互容電容，與第3行第3列和第4行第3列的感應單元211’之間的互容電容的總和。第五條資料線213’上的第二感應資料為第5行第2列和第4行第2列的感應單元211’之間的互容電容，與第5行第3列和第4行第3列的感應單元211’之間的互容電容的總和。第七條資料線213’上的第二感應資料為第7行第2列和第8行第2列的感應單元211’之間的互容電容，與第7行第3列和第8行第3列的感應單元211’之間的互容電容的總和。

換言之，於上述具體實施例中，第j條第二資料線電性連接感應陣列215’中第2n-1行上的感應單元211’，第i條第一資料線電性連接感應陣列215’中第2n行上的感應單元211’，第j+1條第二資料線電性連接感應陣列215’中第2n+1行上的感應單元211’，第i+1條第一資料線電性連接感應陣列215’中第2n+2行上的感應單元211’時，亦即第j條第二資料線、第i條第一資料線、第j+1條第二資料線和第i+1條第一資料線係依序地設置。當第k條掃描線輸出掃描訊號G(k)及第k+1條掃描線輸出掃描訊號G(k+1)時，以第k列第2n行的感應單元211’與第k列第2n+1行的感應單元211’之間互電容量，與第k+1列第2n行的感應單元211’與第k+1列第2n+1行的感應單元211’之間互電容量的總合，作為第j+1條 第二資料線上的第一感應資料。同理地，以第k列第2n+1行的感應單元211’與第k列第2n+2行的感應單元211’之間互電容量，與第k+1列第2n+1行的感應單元211’與第k+1列第2n+2行的感應單元211’之間互電容量的總合，作為第j+1條第二資料線上的第二感應資料。

接下來將說明觸控裝置20’運作於自容模式下的感測方法，請一併參考圖14至圖15，圖14係根據本發明又一實施例所繪示之觸控裝置的感應電極層和控制單元的示意圖，圖15係根據本發明又一實施例所繪示之觸控裝置操作於自容模式下的電壓時序圖。直接以前述具有3條掃描線212’、8條資料線213’及以3列8行的感應陣列215’的實際例子來說，如圖所示，於自容模式中，控制單元214’從8條資料線213’輸出資料訊號D(1)~D(8)，並依序地從3條掃描線212’輸出掃描訊號G(1)~G(3)。於圖15中的時間區間Prd5中，當第一條掃描線212’輸出掃描訊號G(1)，且第二條掃描線212’輸出掃描訊號G(2)時，第一條資料線213’上的第三感應資料為第1行第1列感應單元211’的自容電容和第1行第2列感應單元211’的自容電容總和。第二條資料線213’上的第三感應資料為第2行第1列感應單元211’的自容電容和第2行第2列感應單元211’的自容電容總和。其餘資料線213’上的第三感應資料以此類推，每一筆第三感應資料如圖14上每一個感應區域W1中的自容電容總和。

於時間區間Prd6中，當第二條掃描線212’輸出掃描訊號G(2)時，且第三條掃描線212’輸出掃描訊號G(3)時，控制單元214’接收8條資料線213’上的第三感應資料。此時，第一條資料線213’上的第三感應資料為第1行第2列感應單元211’的自容電容和第1行第3列感應單元211’的自容電容總和。第二條資料線213’上的第三感應資料為第2行第2列感應單元211’的自容電容和第2行第3列感應單元211’的自容電容總和，其餘資料線213’上的第三感應資料以此類推。此時，每一筆第三感應資料如圖14上每一個感應區域W2中的自容電容總和。

同理地，當觸控裝置20’運用於指紋辨識時，指紋凹凸的紋路使得手指與感應單元211’之間的接觸面積不同，進而使觸控裝置20’於互容模式下可以取得感應陣列215’中每四個感應單元211’的互容電容總和，以及於自容模式下取得感應陣列215’中，每兩個感應單元211’的自容電容總和，據以取得手指各區域指紋造成的感應資料，進而達到辨識手指紋的效果。於本實施例中，當觸控裝置20’的感應陣列215’為M列N行的矩陣時，觸控裝置20’取得(2M-1)×(N-1)筆的互容感應資料及M×(N-1)筆的自容應應資料，且感應單元211’之間的間隙所對應的手指區域亦可以被感應而計算出電容量，使得觸控裝置20’感應的解析度更為提升。

於一個實施例中，每一感應單元211’中的導電體於掃描線212’延伸方向上的長度為導電體於資料線213’延伸方向上的長度的1.5倍至3倍。換言之，當導電體於掃描線212’延伸方向上的長度為該電體於資料線213’延伸方向上的長度的2倍時，於自容模式下，當控制單元214’自第二條掃描線212’輸出掃描訊號G(2)，且自第三條掃描線212’輸出掃描訊號G(3)時，每一個感應區域W1於掃描線212’延伸方向上的長度會大約等於導電體於資料線213’延伸方向上的長度。

於一個實施例中，控制單元係依據時脈控制器產生的時脈訊號和起始訊號來輸出掃描訊號。藉由時脈產生訊號產生的時脈訊號及起始訊號可以達到調整控制單元產生掃描訊號的時間、輸出掃描訊號的級數或其他可行的調整內容，本實施例不予限制。

於本發明的圖式中，感應單元的樣態僅為方便顯示之用，本發明並未限制感應單元的形狀、數量和樣態。此外，前述說明當控制單元從第k條掃描線輸出掃描訊號G(k)達預計時間的一半時，控制單元會再從第k+1條掃描線輸出掃描訊號G(k+1)的實施例，亦僅為方便說明和圖式方便顯示之用，並未限制掃描訊號G(k+1)係在輸出掃描訊號G(k)達預計時間的一半時輸出。

為了更清楚地說明本實施例觸控裝置的感測方法，請一併參照圖1與圖16，圖16係根據本發明一實施例所繪示之觸控裝置感測方法的步驟流程圖。如圖所示，於步驟S301中，於互容模式下，由第i條第一資料線[i]輸出資料訊號T(i)，於步驟S303中，依序地由M條掃描線112其中至少一輸出掃描訊號。於步驟S305中，當M條掃描線112中第k條掃描線112輸出掃描訊號G(k)時，接收每一條第二資料線上的第一感應資料。於步驟S307中，切換由第i+1條第一資料線[i+1]輸出資料訊號T(i+1)。於步驟S309中，當M條掃描線112中第k條掃描線112輸出掃描訊號G(k)時，接收每一條第二資料線上的第二感應資料。本發明所述之感測方法實際上均已經揭露在前述記載的實施例中，本實施例在此不重複說明

綜合以上所述，本發明實施例提供一種觸控裝置與其感測方法，觸控裝置藉由控制單元切換地運作於自容模式和互容模式下，使得觸控感應的面積和資料量增加，再藉由於互容模式時，觸控裝置分時地從部分的第一資料線傳送資料訊號，再從另一部份的第一資料線傳送資料訊號，使得第二資料線上的感應資料不會是同時與兩側第一資料線互容量測的結果，因此控制單元不會誤判感應資料所對應的感應區域。此外，藉由互容模式下的互容量測，使得感應單元之間的間隙區域亦可以被感應為感應資料，進而更為提升觸控裝置的感應能力和解析度。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

10、20、10’、20’‧‧‧觸控裝置

11、21、11’、21’‧‧‧感應電極層

111、211、111’、211’‧‧‧感應單元

112、212、112’、212’‧‧‧掃描線

113、213、113’、213’‧‧‧資料線

114、214、114’、214’‧‧‧控制單元

115、215、115’、215’‧‧‧感應陣列

G(1)~G(m)、G(k-1)、G(k)、G(k+1)、G(k+2)‧‧‧掃描訊號

T(i)、T(i+1)、T(i+2)、T(i+3)、R(j)、R(j+1)、R(j+2)‧‧‧資料訊號

D(1)~D(n)、T(1)~T(4)、R(1)~R(4)‧‧‧資料訊號

[i]、[i+1]‧‧‧第一資料線

[j]、[j+1]、[j+2]‧‧‧第二資料線

Z1~Z4、Y1~Y6、Y1’~Y6’、W1、W2‧‧‧感測區域

Prd1~Prd6、Prd1’~Prd4’‧‧‧時間區間

圖1係根據本發明一實施例所繪示之觸控裝置的感應電極層和控制單元的示意圖。 圖2係根據本發明一實施例所繪示之觸控裝置操作於互容模式下的一個操作階段的電壓時序圖。 圖3係根據本發明一實施例所繪示之觸控裝置操作於互容模式下另一個操作階段的電壓時序圖。 圖4係根據本發明另一實施例所繪示之觸控裝置的感應電極層和控制單元的示意圖。 圖5係根據本發明另一實施例所繪示之觸控裝置操作於互容模式下的一個操作階段的電壓時序圖。 圖6係根據本發明另一實施例所繪示之觸控裝置操作於互容模式下的一個操作階段的電壓時序圖。 圖7係根據本發明另一實施例所繪示之觸控裝置操作於自容模式下的電壓時序圖。 圖8係根據本發明再一實施例所繪示之觸控裝置的感應電極層和控制單元的示意圖。 圖9係根據本發明再一實施例所繪示之觸控裝置操作於互容模式下的一個操作階段的電壓時序圖。 圖10係根據本發明再一實施例所繪示之觸控裝置操作於互容模式下另一個操作階段的電壓時序圖。 圖11係根據本發明又一實施例所繪示之觸控裝置的感應電極層和控制單元的示意圖。 圖12係根據本發明又一實施例所繪示之觸控裝置操作於互容模式下的電壓時序圖。 圖13係根據本發明又一實施例所繪示之觸控裝置操作於互容模式下另一個操作階段的電壓時序圖。 圖14係根據本發明又一實施例所繪示之觸控裝置的感應電極層和控制單元的示意圖。 圖15係根據本發明再一實施例所繪示之觸控裝置操作於自容模式下的電壓時序圖。 圖16係根據本發明一實施例所繪示之觸控裝置感測方法的步驟流程圖。

10‧‧‧觸控裝置

11‧‧‧感應電極層

111‧‧‧感應單元

112‧‧‧掃描線

113‧‧‧資料線

114‧‧‧控制單元

115‧‧‧感應陣列

G(1)、G(m)、G(k-1)、G(k)、G(k+1)、G(k+2)‧‧‧掃描訊號

T(i)、T(i+1)、R(j)、R(j+1)、R(j+2)‧‧‧資料訊號

[i]、[i+1]‧‧‧第一資料線

[j]、[j+1]、[j+2]‧‧‧第二資料線

Z1~Z4‧‧‧感測區域

Claims (11)

1. 一種觸控裝置的感測方法，適用於一感應電極層，該感應電極層具有多個感應單元、M條掃描線及N條資料線，該些感應單元排列成M列N行的一感應陣列，其中每一列中的該些感應單元電性連接該M條掃描線其中之一，每一行中的該些感應單元電性連接該N條資料線其中之一，該些資料線定義為多條第一資料線及多條第二資料線，該些第一資料線中的第i條第一資料線位於該些第二資料線中的第j條和第j+1條第二資料線之間，且第j+1條第二資料線位於第i條和第i+1條第一資料線之間，該感測方法包括一互容模式及一自容模式，其中於該互容模式中包括：由第i條第一資料線輸出一資料訊號；依序地由該M條掃描線其中至少一輸出一掃描訊號；當該M條掃描線中第k條掃描線輸出該掃描訊號時，接收每一該第二資料線上的一第一感應資料，其中第j+1條第二資料線上的該第一感應資料係第k列的該些感應單元中，電性連接於第j+1條第二資料線的該感應單元與電性連接於第i條第一資料線的該感應單元互容量測的結果，且第k列中的每一該感應單元電性連接第k條掃描線；切換由第i+1條第一資料線輸出該資料訊號；以及當該M條掃描線中第k條掃描線輸出該掃描訊號時，接收每一該第二資料線上的一第二感應資料，其中第j+1條第二資料線上的該第二感應資料係第k列的該些感應單元中，電性連接於第j+1條第二資料線的該感應單元與電性連接於第i+1條第一資料線的該感應單元互容量測的結果； 其中i+j≦N-2，k≦M-1，且i、j、k、M、N皆為正整數。
2. 如請求項1所述的觸控裝置的感測方法，其中於依序地由該M條掃描線其中至少一輸出該掃描訊號的步驟中，更包括由該M條掃描線中任二條相鄰的掃描線輸出該掃描訊號，當該M條掃描線中第k條及第k+1條掃描線輸出該掃描訊號時，第j+1條第二資料線上的該第一感應資料關聯於第k列和第k+1列的該些感應單元中，電性連接於第j+1條第二資料線的該些感應單元與電性連接於第i條第一資料線的該些感應單元互容量測的結果。
3. 如請求項2所述的觸控裝置的感測方法，其中於該自容模式中，包括由該M條掃描線中任二條相鄰的掃描線輸出該掃描訊號，當該M條掃描線中第k條及第k+1條掃描線輸出該掃描訊號時，接收每一該第一資料線上的第三感應資料及接收每一該第二資料線上的第三感應資料，其中第i條第一資料線上的該第三感應資料關聯於第i條第一資料線電性連接的該些感應單元中，電性連接於第k條掃描線的該感應單元及電性連接於第k+1條掃描線的該感應單元自容量測的結果，第j+1條第二資料線上的該第三感應資料關聯於第j+1條第二資料線電性連接的該些感應單元中，電性連接於第k條掃描線的該感應單元及電性連接於第k+1條掃描線的該感應單元自容量測的結果。
4. 如請求項3所述的觸控裝置的感測方法，其中第j條第二資料線電性連接該感應陣列中第2n-1行上的該些感應單元，第i條第一資料線電性連接該感應陣列中第2n行上的該些感應單元，第j+1條第二資料線電性連接該感應陣列中第2n+1行上的該些感應單元，第i+1條第一資料線 電性連接該感應陣列中第2n+2行上的該些感應單元，當第k條及第k+1條掃描線輸出該掃描訊號時，第i條第一資料線上的該第三感應資料係第k列第2n行的該感應單元和第k+1列第2n行的該感應單元量測到的電容量總和，第j+1條第二資料線上的該第三感應資料係第k列第2n+1行的該感應單元和第k+1列第2n+1行的該感應單元量測到的電容量總和，其中2n+2≦N，且n為正整數。
5. 如請求項4所述的觸控裝置的感測方法，其中當第k條及第k+1條掃描線輸出該掃描訊號時，第k列第2n行的該感應單元與第k列第2n+1行的該感應單元之間互電容量，與第k+1列第2n行的該感應單元與第k+1列第2n+1行的該感應單元之間互電容量的總合，作為第j+1條第二資料線上的該第一感應資料。
6. 一種觸控裝置，包含一感應電極層，該感應電極層包括：多個感應單元，排列成M列N行的一感應陣列；M條掃描線，該感應陣列中每一列的該些感應單元電性連接該M條掃描線其中之一；N條資料線，該感應陣列中每一行的該些感應單元電性連接該N條資料線其中之一，該些資料線定義為多條第一資料線及多條第二資料線，該些第一資料線中的第i條第一資料線位於該些第二資料線中的第j條和第j+1條第二資料線之間，且第j+1條第二資料線位於第i條和第i+1條第一資料線之間；以及一控制單元，運作於一互容模式及一自容模式，於該互容模式中，該控制單元從第i條第一資料線輸出一資料訊號，並依序地從該M條 掃描線其中至少一輸出一掃描訊號，當該M條掃描線中第k條掃描線輸出該掃描訊號時，該控制單元接收每一該第二資料線上的一第一感應資料，該控制單元切換從第i+1條第一資料線輸出該資料訊號，並依序地從該M條掃描線其中至少一輸出該掃描訊號，當該M條掃描線中第k條掃描線輸出該掃描訊號時，該控制單元接收每一該第二資料線上的一第二感應資料，其中第j+1條第二資料線上的該第一感應資料係第k列的該些感應單元中，電性連接於第j+1條第二資料線的該感應單元與電性連接於第i條第一資料線的該感應單元互容量測的結果，第j+1條第二資料線上的該第二感應資料係第k列的該些感應單元中，電性連接於第j+1條第二資料線的該感應單元與電性連接於第i+1條第一資料線的該感應單元互容量測的結果；其中i+j≦N-2，k≦M-1，且i、j、k、M、N皆為正整數。
7. 如請求項6所述的觸控裝置，其中該控制單元係依序地從該M條掃描線中任二條相鄰的掃描線輸出該掃描訊號，當該M條掃描線中第k條及第k+1條掃描線輸出該掃描訊號時，第j+1條第二資料線上的該第一感應資料關聯於第k列和第k+1列的該些感應單元中，電性連接於第j+1條第二資料線的該些感應單元與電性連接於第i條第一資料線的該些感應單元互容量測的結果。
8. 如請求項7所述的觸控裝置，其中於該自容模式中，該控制單元係依序地從該M條掃描線中任二條相鄰的掃描線輸出該掃描訊號，當該M條掃描線中第k條及第k+1條掃描線輸出該掃描訊號時，該控制單元接收每一該第一資料線上的第三感應資料及接收每一該第二資料線上的第 三感應資料，其中第i條第一資料線上的該第三感應資料關聯於第i條第一資料線電性連接的該些感應單元中，電性連接於第k條掃描線的該感應單元及電性連接於第k+1條掃描線的該感應單元自容量測的結果，第j+1條第二資料線上的該第三感應資料關聯於第j+1條第二資料線電性連接的該些感應單元中，電性連接於第k條掃描線的該感應單元及電性連接於第k+1條掃描線的該感應單元自容量測的結果。
9. 如請求項8所述的觸控裝置，其中第j條第二資料線電性連接該感應陣列中第2n-1行上的該些感應單元，第i條第一資料線電性連接該感應陣列中第2n行上的該些感應單元，第j+1條第二資料線電性連接該感應陣列中第2n+1行上的該些感應單元，第i+1條第一資料線電性連接該感應陣列中第2n+2行上的該些感應單元，當第k條及第k+1條掃描線輸出該掃描訊號時，第i條第一資料線上的該第三感應資料係第k列第2n行的該感應單元和第k+1列第2n行的該感應單元量測到的電容量總和，第j+1條第二資料線上的該第三感應資料係第k列第2n+1行的該感應單元和第k+1列第2n+1行的該感應單元量測到的電容量總和，其中2n+2≦N，且n為正整數。
10. 如請求項9所述的觸控裝置，其中當第k條及第k+1條掃描線輸出該掃描訊號時，第k列第2n行的該感應單元與第k列第2n+1行的該感應單元之間互電容量，與第k+1列第2n行的該感應單元與第k+1列第2n+1行的該感應單元之間互電容量的總合為第j+1條第二資料線上的該第一感應資料。
11. 如請求項6所述的觸控裝置，其中每一該感應單元包含一導電體，該導電體於該些掃描線延伸方向上的長度為該導電體於該些資料線延伸方向上的長度的1.5倍至3倍。