TWI604355B - 壓力觸控感測裝置 - Google Patents

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TWI604355B
TWI604355B TW105119135A TW105119135A TWI604355B TW I604355 B TWI604355 B TW I604355B TW 105119135 A TW105119135 A TW 105119135A TW 105119135 A TW105119135 A TW 105119135A TW I604355 B TWI604355 B TW I604355B
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Description

壓力觸控感測裝置
本發明係有關於一種感測裝置，特別是一種壓力觸控感測裝置。
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；習知之壓力觸控顯示面板往往將微機電之壓力感測器置於顯示面板之邊緣或角落，藉以感測面板表面之觸碰壓力，不僅感測器成本高昂且貼合不易。也有以複雜製程製作細微可變形之彈性微結構，增加壓力與變形量之相關性，藉此產生較多的物理量變動以利偵測；故壓力感測觸控面板仍有改善之空間。
為改善上述習知技術之缺點，本發明之目的在於提供一種壓力觸控感測裝置。
為達成本發明之上述目的，本發明提供一種壓力觸控感測裝置，包含一觸控電極層，包含複數個沿第一方向設置的第一觸控電極與複數個沿第二方向設置的第二觸控電極，其中，該第一方向與該第二方向約略垂直；一保護層，設置於該觸控電極層的一側；一壓力電極層，設置於該觸控電極層背對該保護層的一側，包含至少一個壓力感測電極；一彈性介電材料層，設置於該壓力電極層背對該觸控電極層的一側；及一電容偵測模組，於觸控偵 測操作時依序或隨機將一觸控發射訊號施加於選定之第二觸控電極，並依序或隨機自選定之第一觸控電極輸入一觸控感應訊號；於壓力偵測操作時，該電容偵測模組依序或隨機將一壓力電容激勵訊號施加於該至少一個壓力感測電極，並自該壓力感測電極輸入一壓力感應訊號。
為達成本發明之上述一目的，本發明提供一種壓力觸控感測裝置，包含一觸控電極層，包含複數個觸控電極；一保護層，設置於該觸控電極層的一側；一壓力電極層，設置於該觸控電極層背對該保護層的一側，包含至少一個壓力感測電極；一彈性介電材料層，設置於該壓力電極層背對該觸控電極層的一側；一電容偵測電路，依序或隨機將一觸控電容激勵訊號施加於該至少一個觸控電極並自該觸控電極輸入一觸控感應訊號，以作觸控偵測操作；該電容偵測電路將一壓力電容激勵訊號施加於該至少一個壓力感測電極並自該壓力感測電極輸入一壓力感應訊號，以作壓力偵測操作。
本發明之功效在於使用壓力觸控感測裝置時，將觸控感測與壓力感測整合為一簡易結構裝置，以降低成本且方便使用。
10‧‧‧壓力觸控感測裝置
100‧‧‧保護層
100a‧‧‧第一表面
100b‧‧‧第二表面
200‧‧‧觸控電極層
210,XE1~XE9‧‧‧第一觸控電極
E1~E14‧‧‧觸控電極
212,222‧‧‧導體跨橋
215‧‧‧電極絕緣層
220,YE1~YE6,YEn‧‧‧第二觸控電極
225‧‧‧絕緣層
300‧‧‧壓力電極層
310,310a,310b,310c,310d,310e,310f,310g,310h,310i,310j,310k,310l,310m,310n‧‧‧壓力感測電極
400‧‧‧彈性介電材料層
500‧‧‧基板
600‧‧‧參考壓力電極層
50‧‧‧電容偵測電路
50'‧‧‧自電容偵測電路
70‧‧‧互電容偵測電路
52,52'‧‧‧電容激勵驅動電路
520,520'‧‧‧訊號源
522,522'‧‧‧驅動器
53,53'‧‧‧直流參考電壓源
54,54'‧‧‧電容讀取電路
56,56'‧‧‧同相放大器
59,59'‧‧‧反相放大器
VT‧‧‧觸控電容激勵訊號
Vp‧‧‧壓力電容激勵訊號
Vp1‧‧‧層際電容消除訊號
VPcount‧‧‧對應激勵訊號
VT1‧‧‧輔助訊號
Vref‧‧‧參考電壓
VTX‧‧‧觸控發射訊號
VRX‧‧‧觸控感應訊號
Vc,Vc2‧‧‧壓力感應訊號
Vc1‧‧‧觸控感應訊號
60‧‧‧感應電極
542‧‧‧第一阻抗
522a‧‧‧第二阻抗
522b‧‧‧第三阻抗
540‧‧‧差動放大器
544‧‧‧第一電容
62‧‧‧第一雜散電容
64‧‧‧第二雜散電容
540a,540b‧‧‧輸入端
540c‧‧‧輸出端
P‧‧‧檢測點
圖1為依據本發明一實施例之壓力觸控感測裝置之上視圖。
圖2為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置之上視圖。
圖3為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置之上視圖。
圖4為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置之上視圖。
圖5為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置之上視圖。
圖6為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置之上視圖。
圖7A為依據本發明一實施例之壓力觸控感測裝置之疊層示意圖。
圖7B為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置之疊層示意圖。
圖7C為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置之疊層示意圖。
圖7D為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置之疊層示意圖。
圖8A為依據本發明一實施例之壓力觸控感測裝置於觸控偵測或壓力偵測之訊號示意圖。
圖8B為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置於觸控偵測或壓力偵測之訊號示意圖。
圖8C為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置於觸控偵測之訊號示意圖。
圖9A為依據本發明一實施例之壓力觸控感測裝置之示意圖。
圖9B為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置之示意圖。
圖9C為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置之示意圖。
圖9D為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置之示意圖。
圖10為依據本發明一實施例之壓力觸控感測裝置於觸控偵測之訊號上視圖。
圖11為依據本發明一實施例之壓力觸控感測裝置於壓力偵測之訊號上視圖。
圖12為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置於觸控偵測之訊號上視圖。
圖13為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置於壓力偵測之訊號上視圖。
圖14為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置之示意圖。
圖15為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置之示意圖。
圖16為依據本發明之一具體實例之自電容偵測電路之示意圖。
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。
請參考圖7A，為依據本發明一具體實例之壓力觸控感測裝置10之示意圖。該壓力觸控感測裝置10包含由上而下之一保護層100、一觸控電極層200、一壓力電極層300、一彈性介電材料層400、一基板500及一參考壓力電極層600，其中該保護層100具有一第一表面100a及一第二表面100b，且該觸控電極層200係在該第二表面100b上。該觸控電極層200包含由上而下之複數個沿第一方向設置的第一觸控電極210(例如此圖所示之第一觸控電極XE1~XE8)、一電極絕緣層215、複數個沿第二方向設置的第二觸控電極220及一絕緣層225，但是須知此圖所示僅為一側視疊層示意圖，因此第一觸控電極210之數量及分布方式不限於此，且該第一方向與該第二方向約略垂直；該些第一觸控電極210係設置於該保護層100之第二表面100b上，且該些第二觸控電極220係設置於該電極絕緣層215背對該保護層100之一側，亦即相較於該電極絕緣層215設置且更遠離保護層100。該些第一觸控電極210及該些第二觸控電極220係將該電極絕緣層215夾置其間；該壓力電極層300係設置於該絕緣層225背對該保護層100之一側，亦即相較於該絕緣層225設置且更遠離保護層100；該壓力電極層300及該些第二觸控電極220係將該絕緣層225夾置其間；而該該彈性介電材料層400係設置於該基板500與該壓力電極層300之間；該參考壓力電極層600設置於該基板500背對該彈性介電材料層400之一側，該參考壓力電極層600包含至少一個參考壓力電極。
請參考圖7B，為依據本發明另一具體實例之壓力觸控感測裝置10之示意圖。此壓力觸控感測裝置10與圖7A所示者類似，然而該基板500及該參考壓力電極層600的位置交換，即該參考壓力電極層600係設置於該基板500與該彈性介電材料層400之間。
參考圖4，為對應說明圖7A,7B所示壓力觸控感測裝置10之上視圖；其主要繪示該保護層100、該些第一觸控電極210、該些第二觸控電極220、及該壓力電極層300由上視之分布狀況；然在此須知此圖示並未限定該些元件之尺寸關係，而是為了更清楚顯示該些元件之平面配置而故意使其彼此錯開而更易說明。此外該壓力觸控感測裝置10尚且包含一電容偵測模組50，該電容偵測模組50包含一互電容偵測電路70及一自電容偵測電路50'，於觸控操作時係以互電容偵測電路70偵測觸摸點的位置，於壓力偵測操作時係以自電容偵測電路50'偵測壓力電極之自電容變化。該壓力電極層300更包含至少一個壓力感測電極310(如此圖所示為一個壓力感測電極310)。於本實施例中，該些第一觸控電極210(如圖所示之XE1~XE6)為沿第一方向設置，且第一觸控電極210之數量及分布方式不限於此；再者，該些第二觸控電極220(如圖所示之YE1~YE4)為沿第二方向設置，且第二觸控電極220之數量及分布方式不限於此，其中該第一方向與該第二方向約略垂直。
請參考圖7C，為依據本發明另一具體實例之壓力觸控感測裝置10之示意圖。此壓力觸控感測裝置10與圖7A所示者類似，然而在該觸控電極層200中，該些第一觸控電極210與該些第二觸控電極220係設置於同一表面。圖7D為依據本發明另一具體實例之壓力觸控感測裝置10之示意圖。此壓力觸控感測裝置10與圖7C所示者類似，然而該基板500及該參考壓力電極層600的位置交換，即該參考壓力電極層600係設置於該基板500與該彈性介電材料層400之間。
配合參見圖1，為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置10之上視圖，且相對應於圖7C及圖7D之實施例。其主要繪示該保護層100、該些第一觸控電極210、該些第二觸控電極220、及該壓力電極層300由上視之分布狀況；然在此須知此圖示並未限定該些元件之尺寸關係，而是為了更清楚顯示該些元件之平面配置而故意使其彼此錯開而更易說明。此外該壓力觸控感測裝置10尚且包含一電容偵測模組，此電容偵測模組例如可參見圖4之電容偵測模組50，亦即包含一互電容偵測電路70及一自電容偵測電路50'。復參見圖1，該壓力電極層300更包含至少一個壓力感測電極310(如此圖所示為一個壓力感測電極310)，其中該壓力感測電極為虛線所示之橢圓形狀，然在此須知此圖示並未限定該壓力感測電極之尺寸關係。在圖1所示之壓力觸控感測裝置10中，第一觸控電極210為沿第一方向設置，即如圖所示之第一觸控電極XE1~XE9，且同行之該些第一觸控電極210以一導體跨橋212兩兩互相連接。第二觸控電極220為沿第二方向設置，即如圖所示之第二觸控電極YE1~YE6，且同列之該些第二觸控電極220以一導體跨橋222兩兩互相連接。再者，導體跨橋212及導體跨橋222有絕緣層(未圖示)隔離以避免短路，該等導體跨橋係金屬或ITO(銦錫氧化物)。
配合參見圖2，為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置10之上視圖，此壓力觸控感測裝置10與圖1所示者類似，然而在本實施例中，該壓力電極層300包含兩個壓力感測電極310(如此圖所示為壓力感測電極310a,310b)，即該壓力感測電極為虛線所示之兩個U字形形狀，然在此須知此圖示並未限定該壓力感測電極之尺寸關係。
配合參見圖3，為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置10之上視圖，此壓力觸控感測裝置10與圖2所示者類似，然而在本實施例中，該壓力電極層300包含一個壓力感測電極310(如此圖所示為壓力感測電極310)， 即該壓力感測電極為虛線所示之接近矩形形狀，然在此須知此圖示並未限定該壓力感測電極之尺寸關係。
配合參考圖5，為依據本發明一實施例之壓力觸控感測裝置10之上視圖，此實施例之壓力觸控感測裝置10為自電容式觸控，因此對應圖5之側視圖可為類似圖7C及7D所示之側視圖，但是以觸控電極E1~E14取代第一觸控電極210及第二觸控電極220。圖5主要繪示該保護層100、該些觸控電極E1~E14、該壓力感測電極310由上視之分布狀況，該些觸控電極(E1~E14)的形狀係為彼此交錯的多邊形，該多邊形為具有一斜邊之多邊形，例如三角形或是梯形。於本實施例中，觸控電極E1的電極形狀與相鄰觸控電極E2的電極形狀係兩兩相交錯之形狀，以形成兩個相交錯之三角形；該壓力電極層300更包含至少一個壓力感測電極310(如此圖所示為一個壓力感測電極310)，其中該壓力感測電極為虛線所示之接近矩形形狀，然在此須知此圖示並未限定該壓力感測電極之尺寸關係。
配合參考圖6，為依據本發明一實施例之壓力觸控感測裝置10之上視圖，此實施例之壓力觸控感測裝置10也為自電容式觸控，；圖6所示之壓力觸控感測裝置10與圖5所示者類似，主要繪示該保護層100、該些觸控電極E1~E14、該壓力感測電極310由上視之分布狀況，然而在本實施例中，該壓力電極層300包含三個壓力感測電極310(如此圖所示為壓力感測電極310a,310b,310c)，即該壓力感測電極為虛線所示之長條矩形形狀，然在此須知此圖示並未限定該壓力感測電極之尺寸關係。
圖8A-8C為依據本發明不同實施例之壓力觸控感測裝置於觸控偵測或壓力偵測之訊號示意圖。首先參考圖8C，並配合參考圖9A及圖10，此圖8C中該互電容偵測電路70包含一發射訊號源520、一同相放大器56、一直流參考電壓源53及一電容讀取電路54，其中於觸控偵測操作時，該發射訊號源520 傳送該觸控發射訊號VTX經過該同相放大器56傳送到至少一個第二觸控電極220。該電容讀取電路54接收至少一個第一觸控電極210上之觸控感應訊號VRX。此外，該直流參考電壓源53施加一參考電壓Vref(例如為一零電位之接地訊號)於該壓力感測電極310，以減少或是完全消除彈性介電材料層400翹曲或是變形對於觸控感測的影響。
配合參考圖9A，為說明本發明具體實例之壓力觸控感測裝置10於觸控操作之示意圖；此壓力觸控感測裝置10與圖7B所示者類似，如此圖所示，互電容偵測電路70係分別電連接到第一觸控電極210及第二觸控電極220；且自電容偵測電路50'電連接到壓力電極層300。再配合參考圖10，為依據本發明一實施例之壓力觸控感測裝置於觸控偵測之訊號上視圖，此壓力觸控感測裝置10類似圖3所示之實施例，主要繪示該壓力觸控感測裝置10用於觸控感測之操作狀況時，觸控發射訊號VTX及觸控感應訊號VRX分布圖。其中第一觸控電極210為感測電極，用以偵測其上是否有手指觸控；而第二觸控電極220為驅動電極。該互電容偵測電路70(如圖9A所示)依序或是隨機將觸控發射訊號VTX發送到該些選定第二觸控電極220(如圖10所示為YE4)，且依序或是隨機接收該些選定第一觸控電極210上之觸控感應訊號VRX(如圖10所示為XE4)；藉由偵測觸控感應訊號VRX，即可知道對應第一觸控電極210及第二觸控電極220之交叉位置上是否有觸控操作；同時將一參考電壓Vref施加於該至少一個的壓力感測電極310，以減少或是完全消除彈性介電材料層400翹曲或是變形對於觸控感測的影響。
請參見圖9B，為說明本發明之壓力觸控感測裝置10用於壓力感測之操作狀況。此壓力觸控感測裝置10與圖7B所示者類似，配合參考圖11，為依據本發明一實施例之壓力觸控感測裝置於壓力偵測之訊號上視圖，此壓力觸控感測裝置10類似圖3所示之實施例，主要繪示該壓力觸控感測裝置10用於 壓力感測之操作狀況時，壓力電容激勵訊號Vp及層際電容消除訊號Vp1分布圖。該自電容偵測電路50'施加一壓力電容激勵訊號Vp至壓力感測電極310；且將一與該壓力電容激勵訊號同相位之層際電容消除訊號Vp1施加於該些第一觸控電極210與該些第二觸控電極220，以遮蔽來自手指之干擾；依序或是隨機將對應激勵訊號VPcount送至該參考壓力電極層600；或是可將一參考電壓Vref施加於該參考壓力電極層600。配合參見圖8A，為說明圖9B及圖11中，壓力電容激勵訊號Vp、層際電容消除訊號Vp1及對應激勵訊號VPcount之產生方式。電容激勵驅動電路52'包含一訊號源520'及一驅動器522'，並產生此壓力電容激勵訊號Vp。此外電容激勵驅動電路52'將訊號源520'輸出經由一同相放大器56'(該同相放大器56'之增益值較佳為一)，以產生此層際電容消除訊號Vp1。此外電容激勵驅動電路52'將訊號源520'輸出經由一反相放大器59'(該反相放大器59'之增益值較佳為小於或是等於零)，以產生此對應激勵訊號VPcount。在圖8A之電路中，電容偵測模組50中用於產生層際電容消除訊號Vp1之同相放大器56'輸入係不連接到電容讀取電路54'之檢測點P，例如可直接連接到訊號源520'，以避免來自電容讀取電路54'檢測點P之壓力感應訊號Vc之影響。
再參考圖8A，並配合參考圖9C及圖9D；圖8A之電路也可用於產生圖9C及圖9D之壓力觸控感測裝置做觸控或是壓力感測時所需之訊號。於觸控感測階段時，此電容激勵驅動電路52'依序或隨機將一觸控電容激勵訊號VT施加於選定之一觸控電極。此外電容激勵驅動電路52'將該觸控電容激勵訊號VT送至同相放大器56'，以產生與觸控電容激勵訊號VT同相位之輔助訊號(auxiliary signal)VT1，此輔助訊號VT1施加於相對的至少一個壓力感測電極310。
配合參見圖9C，為說明本發明之壓力觸控感測裝置10用於觸控操作之示意圖，其中觸控操作係以自電容感應方式完成。復配合參考圖12，為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置於觸控偵測之訊號上視圖，此壓力觸控感測裝置10類似圖5或是6所示之實施例，主要繪示該壓力觸控感測裝置10用於觸控感測之操作狀況時，觸控電容激勵訊號VT及輔助訊號VT1分布圖。當壓力觸控感測裝置10依序或隨機將一觸控電容激勵訊號VT施加於選定之一觸控電極E7時；此時該電容偵測模組50亦將該觸控電容激勵訊號VT處理以產生與觸控電容激勵訊號VT同相位之輔助訊號VT1，此輔助訊號VT1施加於相對的至少一個壓力感測電極310(位在壓力電極層300上)。由於在相對的至少一個壓力感測電極310施加與觸控電容激勵訊號VT同相位之輔助訊號，等效上即可在對應選定該觸控電極E7與相對的至少一個壓力感測電極之間產生沒有電壓差或是幾乎沒有電壓差的狀態，亦即不會有電容產生或是僅有微量電容產生(不至於影響觸控感測結果之微量電容)，即可避免在偵測對應選定該觸控電極E7之觸控操作時，因為彈性介電材料層400受壓翹曲而產生電容的干擾，同時亦阻絕了經由壓力感測電極與接地點間電容並聯效應引發之干擾。同理，該輔助訊號VT1亦可同時施加於該選定觸控電極E7周遭之觸控電極，以消除該選定觸控電極E7與其周遭觸控電極之間的雜散電容效應，使得該選定觸控電極E7周遭之觸控電極的電壓差為零，並對該選定觸控電極上方的電力線產生聚集與頂高的效果，增強其近接感測之靈敏度。其中於觸控感測時，同時亦可將一參考電壓Vref(例如在反相放大器59'之增益為零時，此參考電壓Vref為一零電位訊號)施加於該參考壓力電極層600。在電容偵測模組50之電容激勵驅動電路52'將觸控電容激勵訊號VT施加於選定觸控電極後，電容偵測模組50之電容讀取電路54'可在檢測點P讀取觸控感應訊號Vc1，即可精確地判斷觸控位置。
配合參考圖9D，為說明本發明之壓力觸控感測裝置10用於壓力感測之操作狀況。復配合參考圖13，為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置10於壓力偵測之訊號上視圖，此壓力觸控感測裝置10類似圖5所示之實施例，主要繪示該壓力觸控感測裝置10用於壓力感測之操作狀況時，壓力電容激勵訊號Vp及層際電容消除訊號Vp1分布圖。當該電容感應模組50施加一用於壓力感測之壓力電容激勵訊號Vp於一壓力感測電極310(位在壓力電極層300上)時，該電容偵測模組50處理該壓力電容激勵訊號Vp以產生同相放大之層際電容消除訊號Vp1，將該層際電容消除訊號Vp1施加於該些觸控電極，即可以利用觸控電極層200當作壓力電極層300的隔離層，以遮蔽來自手指操作之電容變化，提高壓力感測精確度。再者，係將一與壓力電容激勵訊號Vp反相之交變訊號之對應激勵訊號VPcount施加到該參考壓力電極層600，以增強相對之壓力感測電極的壓力感測靈敏度與施壓點的分辨精確度，或者亦可將一參考電壓Vref施加於該參考壓力電極層600。對於圖9D及圖13中各個訊號(壓力電容激勵訊號Vp、層際電容消除訊號Vp1、對應激勵訊號VPcount)之產生方式，也可參見圖8A之電路。電容偵測模組50中用於產生層際電容消除訊號Vp1之同相放大器56'輸入係不連接到電容讀取電路54'之檢測點P，例如可直接連接到訊號源520'，以避免來自電容讀取電路54'檢測點P之壓力感應訊號Vc2之影響。
圖8B為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置於觸控偵測或壓力偵測之訊號示意圖，其架構近似於圖8A所示者，但是以直流參考電壓源53'產生圖9C或是圖9D所示之參考電壓Vref(例如為一零電位之接地訊號)。
請參考圖14，為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置10之示意圖，此壓力觸控感測裝置10類似圖5所示之實施例，主要繪示該保護層100、該些觸控電極E1~E14、該壓力感測電極310由上視之分布狀況，然而在 本實施例中，該壓力電極層300包含多數個壓力感測電極310(如此圖所示為壓力感測電極310a~310n)。每一壓力感測電極310係對應於一個觸控電極，且每一個觸控電極的尺寸都大於每一對應之壓力感測電極310的尺寸，以使每一個觸控電極能提供每一個對應壓力感測電極310之良好遮蔽，然在此須知此圖示並未限定該壓力感測電極之尺寸關係。
請參考圖15，為依據本發明另一實施例之壓力觸控感測裝置10之示意圖，此壓力觸控感測裝置10與圖1所示者類似，然而在本實施例中，該壓力電極層300包含複數個壓力感測電極310。每一個第一觸控電極210都能對應每一個壓力感測電極310，且每一個第一觸控電極210的尺寸都大於每一個對應壓力感測電極310的尺寸，以使每一個第一觸控電極210能提供每一個對應壓力感測電極310之良好遮蔽，然在此須知此圖示並未限定該壓力感測電極之尺寸關係。
在此特別說明在上述各個實施例中，各相鄰第一觸控電極間(或是觸控電極間)的間隙需儘量縮小，使本發明之壓力觸控感測裝置10於壓力感測操作時，該等第一觸控電極能形成該壓力感測電極310之良好遮蔽，使外界之人手或帶電體不能干擾壓力電極作壓力偵測。
再者，於上述各實施例中，該保護層100係一玻璃基板、一高分子材料之薄膜基板、或是一硬質的塗佈層，用以保護透明觸控電極層免於刮擦、觸碰與水氣的損壞；該觸控電容激勵訊號或該壓力電容激勵訊號係一交變訊號，如一弦波，方波，三角波或梯形波，亦可為一電流源；該對應激勵訊號係一直流參考電壓(例如零電位訊號)或一與該電容激勵訊號反相位之交變訊號；該彈性介電材料層400包含一彈性膠質材料，該彈性膠質材料400遇壓力時體積壓縮變形，並於除去壓力時回復原有的體積與形狀，該彈性介電材料層400例如可為(但是不限於)聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS) 材料或一光學膠；該基板500可為一玻璃基板或一高分子材料基板，或是一顯示螢幕的彩色濾光基板；該參考壓力電極層600可為一顯示面板的遮蔽保護層或一顯示面板的偏光層，該偏光層是導電材料所製作；該層際電容消除訊號係一與該壓力電容激勵訊號同相位且同電位之訊號。
請參考圖16，其係為依據本發明之一具體實例之自電容偵測電路50'之示意圖，其包含一電容激勵驅動電路52及一電容讀取電路54，以偵測電容讀取點P之電容變化值。該電容激勵驅動電路52包含一訊號源520、一驅動器522(包含第二阻抗522a及第三阻抗522b)。該電容讀取電路54包含一差動放大器540、一第一阻抗542及一第一電容544，以偵測一感應電極60上之電容變化，此感應電極60有附帶之第一雜散電容62及一第二雜散電容64。該訊號源520電性連接至該第一阻抗542及該第二阻抗522a；該第一阻抗542電性連接至該第一電容544；該第一電容544電性連接至該差動放大器540之該第一輸入端540a；該第二阻抗522a電性連接至該差動放大器500之該第二輸入端540b；該感應電極60經由該電容偵測電路50之一接點而連接至該第二阻抗522a及該差動放大器540之該第二輸入端540b；該第一雜散電容62電性連接至該接腳；該第二雜散電容64電性連接至該感應電極60。
在圖16所示之自電容偵測電路50'中，該感應電極60係感應手指或各類導體或物件之近接或觸碰而接收一觸控訊號；該訊號源520係一週期性之輸入訊號至該第三阻抗522b，且該第一阻抗542之阻抗值等於該第二阻抗522a之阻抗值；該差動放大器540係依據該輸入訊號及該觸控訊號使得該輸出端540c輸出差動放大後之一觸控訊號，該第一電容544之電容值等於該第一雜散電容62及該第二雜散電容64並聯之電容值，當手指或各類導體或物件接近該感應電極60時，該第二雜散電容64之電容值會改變以使得該第一輸入端540a及該第二輸入端540b之電壓值不同，經由該差動放大器540差動放大之 後，該輸出端540c輸出放大後之該觸控訊號，透過量測該差動放大器540之輸出變化，以分辨該感應電極60所產生之微量電容值改變，可以有效排除電路、電源等雜訊所造成的干擾，並量測到微量電容值改變。此外，此自電容偵測電路50'之更完整細節可參見同一申請人之發明I473001微量阻抗變化檢測裝置所揭露之自電容偵測電路技術。
本發明之功效在於使用壓力觸控感測裝置時，將觸控感測與壓力感測整合為一簡易結構裝置，以降低成本且方便使用。
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‧‧‧壓力觸控感測裝置
50‧‧‧電容偵測電路
50'‧‧‧自電容偵測電路
70‧‧‧互電容偵測電路
100‧‧‧保護層
100a‧‧‧第一表面
100b‧‧‧第二表面
200‧‧‧觸控電極層
210‧‧‧第一觸控電極
215‧‧‧電極絕緣層
220‧‧‧第二觸控電極
225‧‧‧絕緣層
300‧‧‧壓力電極層
400‧‧‧彈性介電材料層
500‧‧‧基板
600‧‧‧參考壓力電極層
VRX‧‧‧觸控感應訊號
VTX‧‧‧觸控發射訊號
Vref‧‧‧參考電壓

Claims (25)

  1. 一種壓力觸控感測裝置，包含：一觸控電極層，包含複數個沿第一方向設置的第一觸控電極與複數個沿第二方向設置的第二觸控電極，其中，該第一方向與該第二方向垂直；一保護層，設置於該觸控電極層的一側；一壓力電極層，設置於該觸控電極層背對該保護層的一側，包含至少一個用於壓力感測之壓力感測電極；一彈性介電材料層，設置於該壓力電極層背對該觸控電極層的一側；及一電容偵測模組，於觸控偵測操作時依序或隨機將一觸控發射訊號施加於選定之第二觸控電極，並依序或隨機自選定之第一觸控電極輸入一觸控感應訊號；於壓力偵測操作時，該電容偵測模組依序或隨機將一壓力電容激勵訊號施加於該至少一個壓力感測電極，並自該壓力感測電極輸入一壓力感應訊號以感測按壓力量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之壓力觸控感測裝置，其中該保護層係一玻璃基板、一高分子材料之薄膜基板、或是一硬質的塗佈層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之壓力觸控感測裝置，其中該電容偵測模組於壓力偵測操作時又將與該壓力電容激勵訊號同相位之一層際電容消除訊號施加於該些第一觸控電極與該些第二觸控電極。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之壓力觸控感測裝置，其中該電容偵測模組於觸控偵測操作時又將一參考電位施加於該至少一個的壓力感測電極。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之壓力觸控感測裝置，其中該電容偵測模組係包含一互電容偵測電路及一自電容偵測電路，於觸控操作時係以互電容 偵測電路偵測觸摸點的位置，於壓力偵測操作時係以自電容偵測電路偵測壓力感測電極之自電容變化。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之壓力觸控感測裝置，其中該彈性介電材料層包含一彈性膠質材料，該彈性膠質材料遇壓力時體積壓縮變形，並於除去壓力時回復原有的體積與形狀。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之壓力觸控感測裝置，其中該壓力電容激勵訊號係一交變訊號或一電流源。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之壓力觸控感測裝置，更包含一參考壓力電極層，設置於該彈性介電材料層背對該壓力電極層之一側，包含至少一個參考壓力電極。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之壓力觸控感測裝置，其中該電容偵測模組於壓力偵測操作時更將一對應激勵訊號施加於該參考壓力電極層。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之壓力觸控感測裝置，該對應激勵訊號係與該壓力電容激勵訊號反相位之一交變訊號。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之壓力觸控感測裝置，其中該電容偵測模組於壓力偵測操作時更將一參考電壓施加於該參考壓力電極層。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之壓力觸控感測裝置，其中該參考電壓係一零電位訊號。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之壓力觸控感測裝置，其中該參考壓力電極層係一顯示面板的遮蔽保護層。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之壓力觸控感測裝置，其中該參考壓力電極層係一顯示面板的偏光層，該偏光層是導電材料所製作。
  15. 一種壓力觸控感測裝置，包含：一觸控電極層，包含複數個觸控電極； 一保護層，設置於該觸控電極層的一側；一壓力電極層，設置於該觸控電極層背對該保護層的一側，包含至少一個用於壓力感測之壓力感測電極；一彈性介電材料層，設置於該壓力電極層背對該觸控電極層的一側；及一電容偵測模組，依序或隨機將一觸控電容激勵訊號施加於該至少一個觸控電極並自該觸控電極輸入一觸控感應訊號，以作觸控偵測操作；該電容偵測模組將一壓力電容激勵訊號施加於該至少一個壓力感測電極並自該壓力感測電極輸入一壓力感應訊號，以感測按壓力量。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之壓力觸控感測裝置，其中該保護層係一玻璃基板、一高分子材料之薄膜基板、或是一硬質的塗佈層。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之壓力觸控感測裝置，其中該電容偵測模組於壓力偵測操作時又將一與該壓力電容激勵訊號同相位之層際電容消除訊號施加於該些觸控電極。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之壓力觸控感測裝置，其中該層際電容消除訊號係一與該壓力電容激勵訊號同相位且同電位之訊號。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之壓力觸控感測裝置，其中該電容偵測模組於觸控偵測操作時又將一與該觸控電容激勵訊號同相位之輔助訊號施加於該至少一個壓力感測電極。
  20. 如申請專利範圍第15項所述之壓力觸控感測裝置，其中該電容偵測模組係包含至少一自電容偵測電路。
  21. 如申請專利範圍第15項所述之壓力觸控感測裝置，其中該觸控電容激勵訊號及該壓力電容激勵訊號係一交變訊號或一電流源。
  22. 如申請專利範圍第15項所述之壓力觸控感測裝置，更包含一參考壓力電極層，設置於該彈性介電材料層背對該壓力電極層之一側，包含至少一個參考壓力電極。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之壓力觸控感測裝置，其中該電容偵測模組於壓力偵測操作時更將一參考電壓或一與該壓力電容激勵訊號反相位之對應激勵訊號施加於該參考壓力電極層。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之壓力觸控感測裝置，其中該參考壓力電極層係一顯示面板的遮蔽保護層。
  25. 如申請專利範圍第22項所述之壓力觸控感測裝置，其中該參考壓力電極層係一顯示面板的偏光層，該偏光層是導電材料所製作。
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