TWI594170B - 具獨立電源之電子裝置 - Google Patents

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TWI594170B
TWI594170B TW105118115A TW105118115A TWI594170B TW I594170 B TWI594170 B TW I594170B TW 105118115 A TW105118115 A TW 105118115A TW 105118115 A TW105118115 A TW 105118115A TW I594170 B TWI594170 B TW I594170B
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金上
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Description

具獨立電源之電子裝置
本發明係有關於一種電子裝置，特別是一種具獨立電源之電子裝置。
輕薄短小的行動裝置帶動觸控顯示面板的潮流，且由於觸控的人機界面技術成熟與使用者對3D觸控的操作需求不斷提昇，壓力觸控的技術也隨之推陳出新；習知之電容式壓力觸控裝置多與顯示面板結合為一可攜式之行動電子裝置。然而顯示面板本身即是一個巨大雜訊之來源，且壓力觸控所偵測之壓力訊號又極微小，因此如何增進訊號雜訊比，提升壓力觸控的正確性與穩定性便成為重要之課題。
更具體而言，對於In-cell之內崁式觸控面板而言，壓力觸控之感應電極係置入LCD Cell的結構當中。然而，當感應電極置入LCD Cell結構後，由於感應電極與共通電壓層(Vcom)的距離僅有幾微米，因此彼此之間的電容量巨幅驟增，而觸碰的電容變化與之相比微乎其微難以偵測，且距離接近導致源自顯示訊號的干擾更為嚴重。
本發明之目的主要係在提供一具獨立電源之電子裝置，以消除電子裝置操作時，其功能電路間的雜訊干擾。
為改善上述習知技術之缺點，本發明之目的在於提供一種獨立電源之電子裝置。
為達成本發明之上述目的，本發明提供一種具獨立電源之電子裝置，包括：一功能電路，係由一第一電源供電；複數個觸控感應電極，以感應一外部物件之觸碰；至少一壓力感應電極；一壓力觸控感應電路，係由一不同於該第一電源之第二電源供電，該壓力觸控感應電路連接至該複數個觸控感應電極與該至少一壓力感應電極，以驅動該複數個觸控感應電極及該至少一壓力感應電極，俾感應該外部物件之觸碰與壓力，其中，當進行壓力或觸控感應操作時，該第一電源及該第二電源之間無共同之電流迴路。
10‧‧‧電子裝置
5‧‧‧壓力觸控感應電路
6‧‧‧顯示電路
60‧‧‧第一電源
520‧‧‧訊號源
522‧‧‧第一放大器
524‧‧‧第二放大器
526‧‧‧第三放大器
54‧‧‧電容讀取電路
50‧‧‧第二電源
Gd‧‧‧顯示電源接地
Gt‧‧‧觸控電源接地
S1‧‧‧接地開關元件
S2‧‧‧電源充電迴路開關元件
S3‧‧‧訊號輸出開關元件
100‧‧‧保護層
200‧‧‧觸控電極層
250‧‧‧絕緣層
300‧‧‧壓力電極層
400‧‧‧彈性介電材料層
500‧‧‧參考壓力電極層
600‧‧‧基板
XE1~XEn‧‧‧第一觸控感應電極
YE1~YEn‧‧‧第二觸控感應電極
310‧‧‧壓力感應電極
TE1~TE14‧‧‧觸控感應電極
PE1~PE14‧‧‧壓力感應電極
Vs‧‧‧電容感應激勵訊號
Vo‧‧‧對應感應激勵訊號
Vc‧‧‧感應訊號
圖1顯示依據本發明一具體實例之電子裝置10之示意圖。
圖2及圖3為進一步說明本發明具獨立電源之電子裝置10操作狀態之示意圖。
圖4及圖5為進一步說明本發明之具獨立電源之電子裝置10於壓力/觸控感測或非於壓力/觸控感測的開關操作狀態。
圖6A-6C分別為說明依據本發明一具體實例之具獨立電源之電子裝置10的部份上視圖及部份側視圖。
圖7A與7B顯示為依據本發明另一具體實例之具獨立電源之電子裝置10的部份上視圖。
圖8A及8B為說明本發明無共同之電流迴路的理論背景之示意圖。
有關本發明的詳細說明及技術內容，請參閱以下的詳細說明和附圖說明如下，須知附圖與詳細說明僅作為說明之用，並非用於限制本發明之權利範圍。
圖1顯示依據本發明一具體實例之電子裝置10之示意圖，此電子裝置10例如可為具有壓力觸控感應功能之液晶顯示器，因此在下面說明即以液晶顯示器作為說明，但是須知此具體實例之說明非用於本案範圍之限定。該電子裝置10包含兩個功能電路，亦即壓力觸控感應電路5及顯示電路6。壓力觸控感應電路5包含一壓力觸控電源(以下稱第二電源)50、一訊號源520、三個放大器522,524,526、及一個電容讀取電路54。該顯示電路6包含一顯示螢幕電源(以下稱第一電源)60。此外，該壓力觸控電源50係具有一觸控電源接地Gt，而顯示螢幕電源60具有一顯示電源接地Gd，且觸控電源接地Gt與顯示電源接地Gd為彼此不同之接地。
如圖1所示，當進行壓力或觸控感應操作時，該壓力觸控感應電路5及顯示電路6之間無共同之電流迴路。更具體而言，當進行壓力或觸控感應操作時，該第一電源60及該第二電源50之間無共同之電流迴路。當進行壓力或觸控感應操作時，訊號源520經由第一放大器522產生一電容感應激勵訊號Vs傳送到一感應電極，例如圖1所示之壓力感應電極310，但是該電容感應激勵訊號Vs也可以傳送到觸控感應電極(詳見後述)。此壓力觸控感應電路5經由第二放大器524將由壓力感應電極310傳送回來的感應訊號Vc傳送到電容讀取電路54，藉此判斷在壓力感應電極310是否有對應壓力觸控操作。此外，壓力觸控感應電路5藉由一第三放大器526而將電容感應激勵訊號Vs處理成一對應感應激勵訊號Vo，並將對應感應激勵訊號Vo傳送到顯示電路6之一參考點或是顯示電源接地Gd，此參考點可為顯示電路6之一特定準位點(如+3.3V,+5V,-5V)或是一訊號輸出端(如Vcom)。換言之，在進行壓力或觸控感應操作時，壓力觸控感應電路5僅藉由一個實體接 點而連接到顯示電路6，藉此使壓力觸控感應電路5及顯示電路6之間無共同之電流迴路。
參考圖2及圖3，為進一步說明本發明具獨立電源之電子裝置10操作狀態之示意圖。同樣地，此電子裝置10例如可為具有壓力觸控功能之液晶顯示器，因此在下面說明即以液晶顯示器作為說明，但是須知此具體實例之說明非用於本案範圍之限定。該電子裝置10包含兩個功能電路，亦即壓力觸控感應電路5及顯示電路6。壓力觸控感應電路5包含第二電源(壓力觸控電源)50；該顯示電路6包含第一電源(顯示螢幕電源)60。此外，該壓力觸控電源50係具有一觸控電源接地Gt，而顯示螢幕電源60具有一顯示電源接地Gd，且觸控電源接地Gt與顯示電源接地Gd為彼此不同之接地。如圖2所示，在進行壓力觸控感測或是非電源充電作業時，壓力觸控感應電路5之第一開關元件(接地開關元件)S1係為導通(On)而第二開關元件(電源充電迴路開關元件)S2係為切斷(Off)，以使壓力觸控感應電路5及顯示電路6之間無共同之電流迴路，降低雜訊干擾。換言之，藉由操作上述兩個開關元件S1,S2，可使壓力觸控感應電路5僅藉由單一實體接點P1而電連接至顯示電路6。在進行壓力觸控感測時，可以避免顯示電路6干擾壓力觸控感應電路5之量測結果。在進行壓力觸控感測或是非電源充電作業時，也可進一步避免靜電累積。若在上述操作中，第一開關元件(接地開關元件)S1也為切斷，則靜電會累積於顯示電路6及壓力觸控感應電路5，造成內部電路的損壞。參見圖3，於電源充電作業(亦即非壓力或是觸控感測作業)時，壓力觸控感應電路5之接地開關元件S1及電源充電迴路開關元件S2皆為導通，以提供顯示電路6之第一電源60可對壓力觸控感應電路5之第二電源50之充電路徑。
於上述說明中，接地開關元件S1及電源充電迴路開關元件S2例如可為電晶體開關，亦即雙載子電晶體開關或是CMOS電晶體開關。依據本發明之一種實施方式，此壓力觸控感應電路5、第二電源50及接地開關元件S1及電源充 電迴路開關元件S2其中之至少一個可設置於一積體電路晶片內。再者，接地開關元件S1雖如圖示連接於第一電源60的接地及第二電源50的接地之間，但是也可由其他方式連接，只要能控制達成第一電源60及第二電源50的斷開或是連接即可。再者，除了藉由接地開關元件S1及電源充電迴路開關元件S2使第一電源60及第二電源50之間無共同之電流迴路之外，也可藉由接地開關元件S1及電源充電迴路開關元件S2使顯示電路6及壓力觸控感應電路5之間無共同之電流迴路。
配合參見圖8A及8B，為說明本發明無共同之電流迴路的理論背景。其中左側電流迴路電路之A點與右側電流迴路電路之B點係電氣連接在一起，亦即兩不共地且不共電源之電路之間個別僅有一共點(A/B)；即A點可視同為B點；如圖8A所示，該A點相對於第二接地Gt的電壓為(V1*R2)/(R1+R2)，該B點相對於第一接地Gd的電壓為(V2*R4)/(R3+R4)。亦即右側電路之電源V2對左側電路並無影響，同時左側電路之電源V1對右側電路亦無影響。圖8B係本發明無共同之電流迴路原理之另一示意圖。如圖8B所示，左右兩側不共地之電路僅有一點相連接(A點即B點)，左側電路包含有一交流訊號源Vt，其係一三角波訊號；右側電路包含有另一交流訊號源Vd，其係一正弦波訊號；由於左右兩電路之間並無共同電流迴路，故A點相對於第二接地點Gt所量測到的為一三角波訊號，其中並無右側正弦波訊號源的成份。同樣的B點相對於第一接地點Gd所量測到的為一正弦波訊號，其中並無左側三角波訊號源的成份。亦即左右兩側電路中的交流訊號彼此不會互相影響。由於在圖8A,8B所示電路架構各僅有一實體接點與另一電路電連接(因為接地不同)，故兩個電路之間不會有電流迴路，信號不會彼此干擾。然須知本案所謂“無共同之電流迴路“包含兩個電路之間可能有雜散電容存在之狀況，亦即因為電子裝置結構關係而於兩個電路間產生的雜散電容。然而此雜散電容並非提供另一實體接點，因此本發明所謂之“無共同之電流迴路“係指兩個電路間各僅有一個實體接點，但其間仍可能有雜散電容。
參見圖4及圖5，為進一步說明本發明之具獨立電源之電子裝置10於壓力/觸控感測或非於壓力/觸控感測的開關操作狀態；此圖之部份元件類似於圖2及3，因此類似之敘述不再重複。如圖4所示，在非進行壓力/觸控感測時，壓力觸控感應電路5之接地開關元件S1及電源充電迴路開關元件S2可都為導通，以使第一電源60可對於第二電源50充電；此外，連接於第三放大器526及顯示電路6之間的第三開關元件(訊號輸出開關元件)S3係為斷開。如圖5所示，在進行壓力或是觸控感測時，壓力觸控感應電路5之接地開關元件S1及電源充電迴路開關元件S2可都為斷開，而連接於第三放大器526及顯示電路6之間的訊號輸出開關元件S3係為導通，藉此可將由電容感應激勵訊號Vs處理之對應感應激勵訊號Vo傳送到顯示電路6；藉此進一步抵消經由雜散電容交連而來的顯示電路6的雜訊。
參見圖6A-6B，分別為說明依據本發明一具體實例之具獨立電源之電子裝置10的部份上視圖及部份側視圖，其中上視圖主要顯示進行觸控操作及壓力操作之感應電極部份。如圖6B所示，此電子裝置10包含由上而下之一保護層100、一觸控電極層200、一絕緣層250、一壓力電極層300、一彈性介電材料層400、一參考壓力電極層500及一基板600，其中該保護層100具有一第一表面、一第二表面及在第二表面上之該觸控電極層200。復配合參見圖6A，該觸控電極層200包含在同一平面之第一觸控感應電極XE1~XEn及第二觸控感應電極YE1~YEn，且屬於同一行的第一觸控感應電極XEn都以導體跨橋(未圖號)電連接，而屬於同一列的及第二觸控感應電極YEn都以導體跨橋(未圖號)電連接。再者，第一觸控感應電極XE1~XEn及第二觸控感應電極YE1~YEn分別沿著第一及第二方向延伸，且該第一方向與該第二方向約略垂直。復參見圖6B，壓力電極層300係與觸控電極層200夾有絕緣層250，以達成壓力電極層300與觸控電極層200之間的絕緣。該壓力電極層300具有至少一壓力感應電極310(如圖6A之虛線所示)，以感測壓力訊號。
復配合參見圖1，在進行壓力或是觸控感測時，訊號源520經由第一放大器522產生一電容感應激勵訊號Vs傳送到一壓力感應電極310或是一觸控感應電極(圖6A所示之第一觸控感應電極XE1~XEn或是第二觸控感應電極YE1~YEn)。此壓力觸控感應電路5經由第二放大器524將由壓力電極或是觸控電極傳送回來的感應訊號Vc傳送到電容讀取電路54，藉此判斷是否有對應壓力/觸控操作。此外，壓力觸控感應電路5藉由一第三放大器526而將電容感應激勵訊號Vs處理成一對應感應激勵訊號Vo，並將對應感應激勵訊號Vo傳送到顯示電路6之一參考點或是顯示電源接地Gd，藉此進一步抵消經由雜散電容交連而來的顯示電路6的雜訊；其中此參考點可為顯示電路6之一特定準位點(如+3.3V,+5V,-5V)或是一訊號輸出端(如Vcom)。換言之，在進行壓力或觸控感應操作時，壓力觸控感應電路5僅藉由一個實體接點P1而連接到顯示電路6，藉此使壓力觸控感應電路5及顯示電路6之間無共同之電流迴路；或是使第一電源60及第二電源50之間無共同之電流迴路。在圖6B所示實例中，在彈性介電材料層400及基板600之間係提供一參考壓力電極層500，藉由在參考壓力電極層500提供適當偏壓，可以進一步提升壓力感測之精確度。
圖6C所示為依據本發明另一具體實例之具獨立電源之電子裝置10的部份側視圖。與圖6B之具體實例相較，圖6C省略絕緣層250及參考壓力電極層500，且將壓力電極層300及彈性介電材料層400之位置互換。
圖7A與7B顯示為依據本發明另一具體實例之具獨立電源之電子裝置10的部份上視圖，主要顯示進行觸控操作及壓力操作之感應電極部份。與圖6A-6C顯示之互電容式觸控架構相較，圖7A及7B顯示實施例主要以自電容架構提供觸控操作。更具體而言，觸控感應電極TE1~TE14係以彼此互相交錯的三角形電極實現。於圖7A中，壓力電極層係包含單一之壓力感應電極310；而於圖7B 中，壓力電極層係包含多數個三角形之壓力感應電極PE1~PE14，且每一壓力感應電極係被對應之觸控感應電極所遮蔽。
此外在上述說明中，係以兩個功能電路，亦即壓力觸控感應電路5(第二功能電路)及顯示電路6(第一功能電路)作為範例說明；然本發明可擴及更多功能電路之狀況。例如背光電路為第三功能電路，且藉由其他之開關元件，使壓力觸控感應電路5(第二功能電路)及第三功能電路之間無共同之電流迴路，以避免壓力觸控感應電路5在感應壓力或是觸控時，會受到來自第三功能電路(背光電路)的雜訊影響。此外，功能電路也可為顯示控制電路，其連接至一顯示單元以控制顯示單元進行影像之顯示。
本發明之功效在於：
1.藉由在不同功能電路提供獨立電源，且在壓力或觸控感測時，使獨立電源間無電流迴路，以避免彼此干擾。
2.藉由操作開關元件，即可使不同功能電路在壓力/觸控感測及充電模式間切換。
3.在壓力或觸控感測時，對另一功能電路傳送和電容感應激勵訊號相關之訊號(對應感應激勵訊號)，以更進一步抵消來自另一功能電路之干擾。
4.藉由將壓力觸控感應電路，第二電源電路，及電源充電迴路開關皆佈植於一積體電路晶片內，即可簡化裝置架構，降低成本。
然以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作 出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。綜上所述，當知本發明已具有產業利用性、新穎性與進步性，又本發明之構造亦未曾見於同類產品及公開使用，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請。
10‧‧‧電子裝置
5‧‧‧壓力觸控感應電路
6‧‧‧顯示電路
50‧‧‧第二電源
520‧‧‧訊號源
522‧‧‧第一放大器
524‧‧‧第二放大器
526‧‧‧第三放大器
54‧‧‧電容讀取電路
60‧‧‧第一電源
Gd‧‧‧顯示電源接地
Gt‧‧‧觸控電源接地
310‧‧‧壓力感應電極
Vs‧‧‧電容感應激勵訊號
Vo‧‧‧對應感應激勵訊號
Vc‧‧‧感應訊號

Claims (13)

  1. 一種具獨立電源之電子裝置，包括：一功能電路，係由一第一電源供電；複數個觸控感應電極，以感應一外部物件之觸碰；至少一壓力感應電極；一彈性介電材料層設置於該壓力感應電極之一側，該彈性介電材料層於受壓力時產生形變並於壓力解除時恢復原有的形狀與尺寸大小；一壓力觸控感應電路，係由一不同於該第一電源之第二電源供電，該壓力觸控感應電路連接至該複數個觸控感應電極與該至少一壓力感應電極，以驅動該複數個觸控感應電極及該至少一壓力感應電極，俾感應該外部物件之觸碰與壓力，其中，當進行壓力或觸控感應操作時，該第一電源及該第二電源之間無共同之電流迴路。
  2. 如請求項1所述之具獨立電源之電子裝置，其中當進行壓力或觸控感應操作時，該功能電路及該壓力觸控感應電路之間無共同之電流迴路。
  3. 如請求項1所述之具獨立電源之電子裝置，其中當進行壓力或觸控感應操作時，該壓力觸控感應電路輸出一對應感應激勵訊號至該功能電路之一個參考點。
  4. 如請求項3所述之具獨立電源之電子裝置，其中該功能電路為顯示電路或是背光電路。
  5. 如請求項4所述之具獨立電源之電子裝置，其中該參考點為顯示電路之一特定準位點或是一訊號輸出端。
  6. 如請求項5所述之具獨立電源之電子裝置，其中該特定準位點為一正電壓點，一負電壓點或是該第一電源之零電位點。
  7. 如請求項1所述之具獨立電源之電子裝置，其中當非進行壓力或觸控感應操作時，該第一電源及該第二電源之間係呈連接而有共同之電流迴路。
  8. 如請求項1所述之具獨立電源之電子裝置，更包含一開關元件連接於該第一電源的接地端及該第二電源的接地端之間，用以控制該第一電源及該第二電源之斷開或連接。
  9. 如請求項8所述之具獨立電源之電子裝置，其中該至少一個開關元件為電晶體開關元件。
  10. 如請求項9所述之具獨立電源之電子裝置，其中該壓力觸控感應電路，該第二電源電路，該至少一個開關元件皆設置於一積體電路晶片內。
  11. 如請求項7所述之具獨立電源之電子裝置，其中更包括一電源充電迴路開關元件，該電源充電迴路開關元件係位於該第一電源及該第二電源之間，其中，當非進行壓力或觸控感應操作時，該電源充電迴路開關元件呈接合，俾讓該第一電源對該第二電源進行充電。
  12. 如請求項11所述之具獨立電源之電子裝置，其中該壓力觸控感應電路，該第二電源電路，該電源充電迴路開關元件皆設置於一積體電路晶片內。
  13. 如請求項1所述之具獨立電源之電子裝置，其中該功能電路係為一顯示控制電路，其連接至一顯示單元以控制顯示單元進行影像之顯示。
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