TWI616789B - 具靜電防護之觸控裝置 - Google Patents

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張世鴻
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Abstract

一種具靜電防護之觸控裝置，包括：觸控顯示面板、切換單元、觸控電極及接地電極，在觸控顯示面板線路走線最外側圍繞至少一靜電放電防護電極，且靜電放電防護電極之掃描訊號係依電性時段切割成觸控週期及靜電放電週期；當靜電放電防護電極之掃描訊號處於觸控週期時，靜電放電防護電極做為觸控電極使用，提供使用者在觸控顯示面板上進行觸控感應的操作行為；當靜電放電防護電極之掃描訊號處於靜電放電週期時，靜電放電防護電極做為靜電防護電極使用，將觸控顯示面板上的靜電放電釋放，保護觸控顯示面板內部的訊號導線；據此，本發明的靜電放電防護電極不僅具有排除靜電放電的功效，亦具有感應觸控的功效。

Description

具靜電防護之觸控裝置
本發明係與觸控裝置有關，特別係指一種具靜電防護之觸控裝置。
觸控面板是指當使用者以手指操作觸控面板時，使用者的手指會與觸控面板發生摩擦，使觸控面板產生靜電放電(Electronstatic Discharge Current，ESD)，由於靜電放電(ESD)的電壓比一般提供給觸控面板的電壓大出許多，因此當靜電放電(ESD)發生在觸控面板上特定區域時，此靜電電壓(ESD)會將觸控面板上的元件燒毀，導致觸控面板的功能受到影響甚至損壞。
一般而言，觸控面板為避免受到靜電放電(ESD)的影響，多數採用的方式請參閱圖1所示，係揭示一觸控面板60，觸控面板60上具有複數電極61，而各電極61係分佈於一觸控區62內，且分別電性連接有訊號導線611，各訊號導線611在觸控區62外圍佈繞，並電性走線至觸控區62外圍一側的接合區63。而在觸控區62周圍環繞於各訊號導線611外設置接地線64，接地線64電性連接一軟性電路板70，並透過軟性電路板70電性連接至一系統接地端(圖未式)形成放電路徑。當靜電放電(ESD)產生時，由觸控面板60的四周外圍饋入，會先透過接地線64將靜電導入至系統接地端，因此靜電放電(ESD)便不會藉由訊號導線611形成放電路徑，而可直接由接地線64將靜電放 電(ESD)釋放，以保護內部的訊號導線611；然而，如圖1所示的電路結構係將觸控的訊號導線611與接地線64分開成兩組獨立的走線，訊號導線611做為觸控電極使用，而接地線64則做為靜電放電(ESD)的放電路徑使用，此種製程需要花費較大的成本且亦需要較高的精密度。
另，如中華民國專利証書號M434256所示，請參閱圖2所示，係揭露觸控面板包括上層導電層1與下層ITO玻璃，上層導電層1內的佈線與下層ITO的玻璃內之佈線相互交錯，形成觸摸控制的複數個節點3，上、下兩層佈線集結合外接一軟性電路板4，其中在觸控面板屏體的四周側內嵌設一個金屬防護圈，且金屬防護圈的兩端通過引線引入到軟性電路板4，且連通至外接電路板的接地端，藉由金屬防護圈將積聚在佈線上的電荷帶出，並通過軟性電路板4的引腳帶出至接地端，排除因靜電放電(ESD)無法排泄造成的死機或產品損壞；雖然此篇專利可解決靜電放電(ESD)造成的問題，但在製程的上金屬防護圈的佈線與觸摸控制的佈線仍舊設計為兩組單獨的走線，因此仍存在需要較高的製作精密度且製造成本無法降低等缺失。
再者，請參閱中國大陸專利公開號CN10563022A，為一種整合有靜電放電保護的信號傳送通道與觸控系統，請參閱圖3所示，係揭露每一時間僅有一個通道會讓傳送訊號到達輸出端TXn以驅動觸控面板；當切換掃描訊號Sn閉合開關W，且反相切換掃描訊號SBn斷開晶體管Ms0時，傳送訊號即可到達輸出端TXn；反之，當切換掃描信號Sn斷開開關W且反相切換掃描信號SBn導通晶體管Ms0時，傳送訊號即無法到達出端TXn，上述晶體管Ms0在導通時，輸出端TXn的輸出拉至接地，且靜電防護電路20是以單獨的走線電性連接於傳送訊號的路徑上，其目的係用於檢視觸控訊號是否有 異常的靜電放電(ESD)產生，若產生異常的靜電放電(ESD)時其靜電防護電路20會將該訊號攔截並由晶體管Ms0的接地端排出，然而此篇專利的晶體管Ms0係位於靜電放電(ESD)的路徑上，容易受到靜電放電(ESD)的破壞，並且靜電防護電路20與驅動觸控面板的傳送訊號亦採用兩組獨立的走線設計，因此並未解決需要較高製造成本及高精密度要求的問題。
據此，如何在不增加製造成本且不需高精密度的製程下，而能實際解決觸控面板因靜電電壓(ESD)導致功能受到影響的新技藝，已成為業界迫切追求的目標。
本發明主要目的係提供一種具靜電防護之觸控裝置，其觸控顯示面板上的靜電放電(ESD)防護電極不僅可做為靜電放電(ESD)使用，亦可做為感應觸控使用，且無需高精密度的製程，可大幅降低製造成本。
為達前述目的，本發明係為一種具靜電防護之觸控裝置，包括：觸控顯示面板、切換單元、觸控電極及接地電極，在觸控顯示面板線路走線最外側圍繞一靜電放電(ESD)防護電極，俾當觸控顯示面板上產生靜電放電(ESD)產生時，可直接由靜電放電(ESD)防護電極將靜電放電(ESD)釋放，保護內部的訊號導線；切換單元之輸入端電性連接至靜電放電(ESD)防護電極，輸出端依靜電放電(ESD)防護電極的掃描時序分別與觸控電極或接地電極形成電性連接。其中，靜電放電(ESD)防護電極之掃描訊號係依電性時段切割成觸控週期及靜電放電週期，當靜電放電(ESD)防護電極的掃描訊號處於觸控週期時，切換單元之輸出端切換至與觸控電極電性連接，形成觸控模式使用，而當靜電放電(ESD)防護電極的掃描訊號處於靜電放電週期 時，切換單元之輸出端則切換至與接地電極電性連接，形成靜電放電(ESD)模式。
較佳地，在觸控週期內，靜電放電防護電極之掃描訊號係驅動一高於零伏特的觸控準位，而在靜電放電週期內，靜電放電防護電極之掃描訊號係驅動一零伏特的接地準位。
<習知>
1‧‧‧上層導電層
3‧‧‧節點
4‧‧‧軟性電路板
20‧‧‧靜電防護電路
60‧‧‧觸控面板
61‧‧‧電極
611‧‧‧訊號導線
62‧‧‧觸控區
63‧‧‧接合區
64‧‧‧接地線
70‧‧‧軟性電路板
<本發明>
10、30‧‧‧觸控顯示面板
100‧‧‧靜電放電(ESD)防護電極
300‧‧‧第一靜電放電(ESD)防護電極
301‧‧‧第二靜電放電(ESD)防護電極
101、302‧‧‧相鄰電極
11、31‧‧‧切換單元
12‧‧‧觸控電極
13、34‧‧‧接地電極
32‧‧‧第一觸控電極
33‧‧‧第二觸控電極
T1、T3‧‧‧觸控週期
T2、T4‧‧‧靜電放電週期
V1、V3、V4‧‧‧觸控準位
V2、V5、V6‧‧‧接地準位
Cp‧‧‧感應電容
Cfinger‧‧‧觸控電容
圖1係習知觸控面板之平面結構示意圖。
圖2係另一習知觸控面板之平面結構示意圖。
圖3係又另一習知整合有靜電放電保護的信號傳送通道與觸控系統示意圖。
圖4係本發明第一實施例之平面結構示意圖。
圖5係本發明第一實施例之掃描訊號週期示意圖。
圖6係本發明第一實施例之剖視結構示意圖。
圖7係本發明第二實施例之平面結構示意圖。
圖8係本發明第二實施例之掃描訊號週期示意圖。
圖9係本發明第二實施例之剖視結構示意圖。
請參閱圖4至圖6，係本發明第一實施例之平面結構示意圖、第一實施例之掃描訊號週期示意圖及第一實施例剖視結構示意圖，包括：觸控顯示面板10、切換單元11、觸控電極12及接地電極13；其中在觸控顯示面板10最外側圍繞一靜電放電(ESD)防護電極 100，且在靜電放電(ESD)防護電極100內側具有一相鄰電極101，當觸控顯示面板10上產生靜電放電(ESD)產生時，可直接由靜電放電(ESD)防護電極11將靜電放電(ESD)釋放，保護觸控顯示面板10內部的訊號導線(圖未示)；其中，如圖5所示，靜電放電(ESD)防護電極100之掃描訊號依電性時段切割成觸控週期T1及靜電放電週期T2兩種週期，在觸控週期T1內，靜電放電(ESD)防護電極100之掃描訊號係驅動一高於零伏特的觸控準位V1，而在靜電放電週期T2內，靜電放電(ESD)防護電極100之掃描訊號係驅動一零伏特的接地準位V2；常態下，靜電放電(ESD)防護電極100之掃描訊號按照預設的頻率反覆進行觸控週期T1及靜電放電週期T2的時序掃描，於本實施例中，靜電放電(ESD)防護電極100之掃描訊號的掃描頻率為80~120Hz，此僅為本發明較佳實施例，並不以此為限；以及切換單元11之輸入端係電性連接至靜電放電(ESD)防護電極100，當靜電放電(ESD)防護電極100之掃描訊號處於觸控週期T1時，其切換單元11之輸出端切換至與觸控電極12電性連接形成觸控模式，使靜電放電(ESD)防護電極100可做為感應觸控使用，而當靜電放電(ESD)防護電極100之掃描訊號處於靜電放電週期T2時，其切換單元11之輸出端切換至與接地電極13電性連接形成靜電放電(ESD)模式，使靜電放電(ESD)防護電極100做為釋放靜電放電(ESD)使用；配合圖6所示說明，在觸控顯示面板10上的靜電放電(ESD)防護電極100與相鄰電極101之間係存在一感應電容Cp，在未有觸控行為的操作時，量測到的輸出電容之電容值約等同於感應電容Cp之電容值，而當有觸控行為的操作時，因使用者手指碰觸到觸控顯示面板10之靜電放電 (ESD)防護電極100，令使用者手指與靜電放電(ESD)防護電極100之間形成一觸控電容Cfinger，且觸控電容Cfinger與感應電容Cp並聯形成一輸出電容，此時所量測到的輸出電容之電容值會大於未觸控時的感應電容Cp，此為自容感測原理，請容許發明人不再贅述，且上述實施例僅例示性說明本發明原及其功效，而非用於限制本發明。
使用上，在觸控模式下，靜電放電(ESD)防護電極100的觸控準位V1會隨著輸出電容的電容值而產生改變，當使用者手指碰觸到靜電放電(ESD)防護電極100時，因輸出電容的電容值會大於未觸控時的感應電容Cp，使得靜電放電(ESD)防護電極100的掃描訊號在觸控週期T1內驅動較高的觸控準位V1；而在靜電放電(ESD)模式下，靜電放電(ESD)防護電極100的掃描訊號在靜電放電週期T2內驅動零伏特的接地準位V2。
據此，在本發明第一實施例中，將靜電放電(ESD)防護電極100的掃描訊號分成觸控週期T1及靜電放電週期T2，並配合切換單元11切換成觸控模式及靜電放電(ESD)模式兩種模式，使本發明的觸控顯示面板10被應用於各種觸控感應裝置時，觸控顯示面板10上的靜電放電(ESD)防護電極100除了可在靜電放電週期T2內做為靜電放電(ESD)電極使用，將觸控顯示面板10外圍的雜訊干擾進行放電排除；更可在使用者手指碰觸到觸控顯示面板10的靜電放電(ESD)防護電極100時，靜電放電(ESD)防護電極100可在觸控週期T1內做為觸控電極使用，提供使用者在觸控顯示面板10上進行觸控感應的行為操作。
另，請參閱圖7至圖9所示，係本發明第二實施例之平面結構示意圖、第二實施例之掃描訊號週期示意圖及第二實施例剖視結構示意 圖，包括：觸控顯示面板30、切換單元31、第一觸控電極32、第二觸控電極33及接地電極34；其中在第二實施例中，觸控顯示面板30係在最外側圍繞兩條防護電極，其一為第一靜電放電(ESD)防護電極300，其二為第二靜電放電(ESD)防護電極301，而在第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301內側具有一相鄰電極302，當觸控顯示面板30上產生異常靜電放電(ESD)產生時，可直接由第一靜電放電(ESD)防護電極300或第二靜電放電(ESD)防護電極301將異常靜電放電(ESD)釋放，保護觸控顯示面板30內部的訊號導線(圖未示)；其中，如圖8所示，第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301之掃描訊號依電性時段切割成觸控週期T3及靜電放電週期T4兩種週期，在觸控週期T3內，第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301之掃描訊號係分別驅動一高於零伏特的觸控準位V3、V4，而在靜電放電週期T4內，第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301之掃描訊號係分別驅動一零伏特的接地準位V5、V6；常態下，第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301之掃描訊號按照預設的頻率反覆進行觸控週期T3及靜電放電週期T4的時序掃描，於本實施例中，第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301之掃描訊號掃描的頻率為80~120Hz，此僅為本發明較佳實施例，並不以此為限；以及切換單元31之輸入端係電性連接至第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301，其輸出端依第一靜電放電(ESD) 防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301的掃描訊號分別與第一觸控電極32、第二觸控電極33或接地電極34形成電性連接；當第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301之掃描訊號處於觸控週期T3時，其切換單元31之輸出端切換至與第一觸控電極32或第二觸控電極33電性連接形成觸控模式，使第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301做為感應觸控使用，而當第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301之掃描訊號處於靜電放電週期T4時，其切換單元31之輸出端切換至與接地電極34電性連接形成靜電放電(ESD)模式，使第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301做為釋放靜電放電(ESD)使用。
再者，配合圖9所示，本發明在第二實施例判斷是否為觸控行為係與第一實施例相同，同樣藉由比較輸出電容與感應電容Cp的電容值差異，其詳細說明請參閱段落【0015】，發明人不再贅述。
使用上，在觸控模式下，第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301的觸控準位V3、V4係隨著輸出電容的電容值而產生改變，當使用者手指碰觸到第一靜電放電(ESD)防護電極300或第二靜電放電(ESD)防護電極301時，因輸出電容的電容值會大於未觸控時的感應電容Cp，使得第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301的掃描訊號在觸控週期T3內分別驅動較高的觸控準位V3、V4；而在靜電放電(ESD)模式下，第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301的掃描訊號會在靜電放電週期T4內驅動零伏特的接地準位V5、V6。
據此，在本發明第二實施例中，將第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301的掃描訊號分成觸控週期T3及靜電放電(ESD)週期T4，並配合切換單元31切換成觸控模式及靜電放電(ESD)模式兩種模式，使本發明的觸控顯示面板30被應用於各種觸控感應裝置時，第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301除了可在靜電放電(ESD)週期T4內做為靜電放電(ESD)電極使用，將觸控顯示面板30外圍的雜訊干擾進行放電排除；更可在使用者手指碰觸到觸控顯示面板30的第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301時，第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301可在觸控週期T3內做為觸控電極使用，提供使用者在觸控顯示面板30上進行觸控感應的行為操作。
除此值得一提的是，在第二實施例中，因為第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301在觸控週期T3內，可以分別驅動兩種不同時序的觸控準位V3、V4，換言之，使用者手指可單獨碰觸第一靜電放電(ESD)防護電極300，令掃描訊號在觸控週期T3得到觸控準位V3，或者使用者手指可單獨碰觸另一第二靜電放電(ESD)防護電極301，令掃描訊號在觸控週期T3得到觸控準位V4，更甚者，使用者手指可同時碰觸第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301，令掃描訊號在觸控週期T3內得到兩個觸控準位V3、V4；因此，當第二實施例的觸控顯示面板30應用於觸控感應裝置時，可藉由判斷掃描訊號在觸控週期T3是驅動單獨的觸控準位V3或V4，或是一次驅動兩個觸控準位V3及V4，並依此解譯使用者手指在觸控感應裝置上的操作行為； 舉例說明，當切換單元31之輸出端切換至電性連接第一觸控電極32或第二觸控電極33形成觸控模式時，使用者可在觸控顯示面板30進行更多的觸控感應操作，倘若取得的掃描訊號為觸控準位V3時，可解譯使用者在觸控感應裝置上進行左邊方向的觸控感應操作，若取得的掃描訊號為觸控準位V4時，可解譯使用者在觸控感應裝置上進行右邊方向的觸控感應操作，而若取得的掃描訊號為觸控準位V3及V4時，可解譯使用者在觸控感應裝置進行開啟ON或關閉OFF的觸控感應操作；反之，當切換單元31之輸出端切換電性連接至接地電極34形成靜電放電(ESD)模式時，可將第一靜電放電(ESD)防護電極300及第二靜電放電(ESD)防護電極301做為靜電放電(ESD)電極使用，將觸控顯示面板30外圍的雜訊干擾進行放電排除。
綜合上述說明，本發明第一實施例及第二實施例共同的技術特徵係令觸控顯示面板上的靜電放電(ESD)防護電極除了做為靜電防護電極使用，達到將觸控顯示面板外圍的雜訊干擾進行放電排除的功效外，更可做為觸控電極使用提供使用者在觸控顯示面板上進行觸控感應的操作行為，而本發明在達到上述功效時，並不需要在電路面板設計上另外設計觸控模組，可使電路設計簡易化，大幅降低製造成本，同時提昇製程與良率。
上述實施例僅例示性說明本發明原及其功效，而非用於限制本發明，任何熟悉此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變，因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

Claims (8)

  1. 一種具靜電防護之觸控裝置，包括一觸控顯示面板、一切換單元、一觸控電極及一接地電極；其中該觸控顯示面板線路走線最外側圍繞一靜電放電防護電極，該靜電放電防護電極之掃描訊號依電性時段切割成一觸控週期及一靜電放電週期；以及該切換單元之輸入端係電性連接至該靜電放電防護電極，而輸出端依據該靜電放電防護電極之掃描訊號分別與該觸控電極或該接地電極形成電性連接；當該靜電放電防護電極之掃描訊號處於該觸控週期時，該切換單元之輸出端切換至與該觸控電極電性連接形成觸控模式，使該靜電放電防護電極做為感應觸控使用，而當該靜電放電防護電極之掃描訊號處於該靜電放電週期時，該切換單元之輸出端切換至與該接地電極電性連接形成靜電放電模式，使該靜電放電防護電極做為排除靜電放電使用。
  2. 如請求項1所述之具靜電防護之觸控裝置，其中在該觸控週期內，該靜電放電防護電極之掃描訊號係驅動一高於零伏特的觸控準位，而在該靜電放電週期內，該靜電放電防護電極之掃描訊號係驅動一零伏特的接地準位。
  3. 如請求項1所述之具靜電防護之觸控裝置，其中該靜電放電防護電極之掃描訊號的掃描頻率為80~120Hz，且依據此頻率反覆進行該觸控週期及該靜電放電週期的時序掃描。
  4. 如請求項1所述之具靜電防護之觸控裝置，其中該靜電放電防護電極內側具有一相鄰電極，該相鄰電極與該靜電放電防護電極之間存在一感應電容，當有觸控行為時，使用者手指與該靜電放電防護電極之間形成一觸控電容，且該觸控電容與該感應電容並聯形成一輸出電容，該輸出電容之電容值大於該感應電容。
  5. 一種具靜電防護之觸控裝置，包括一觸控顯示面板、一切換單元、一第一觸控電極、一第二觸控電極及一接地電極；其中該觸控顯示面板線路走線最外側圍繞一第一靜電放電防護電極及一第二靜電放電防護電極，該第一靜電放電防護電極及一第二靜電放電防護電極之掃描訊號依電性時段切割成一觸控週期及一靜電放電週期；以及該切換單元之輸入端係電性連接至該第一靜電放電防護電極及該第二靜電放電防護電極，而輸出端依據該第一靜電放電防護電極及該第二靜電放電防護電極之掃描訊號分別與該第一觸控電極、該第二觸控電極或該接地電極形成電性連接；當該第一靜電放電防護電極及該第二靜電放電防護電極之掃描訊號處於該觸控週期時，該切換單元之輸出端切換至與該第一觸控電極或該第二觸控電極電性連接形成觸控模式，使該第一靜電放電防護電極及該第二靜電放電防護電極做為感應觸控使用，而當該第一靜電放電防護電極及該第二靜電放電防護電極之掃描訊號處於該靜電放電週期時，該切換單元之輸出端切換至與該接地電極電性連接形成靜電放電模式，使該第一靜電放 電防護電極及該第二靜電放電防護電極做為排除靜電放電使用。
  6. 如請求項5所述之具靜電防護之觸控裝置，其中在該觸控週期內，該第一靜電放電防護電極及該第二靜電放電防護電極之掃描訊號係驅動一高於零伏特的觸控準位，而在該靜電放電週期內，該第一靜電放電防護電極及該第二靜電放電防護電極之掃描訊號係驅動一零伏特的接地準位。
  7. 如請求項5所述之具靜電防護之觸控裝置，其中該第一靜電放電防護電極及該第二靜電放電防護電極之掃描訊號的掃描頻率為80~120Hz，且依據此頻率反覆進行該觸控週期及該靜電放電週期的時序掃描。
  8. 如請求項5所述之具靜電防護之觸控裝置，其中該第一靜電放電防護電極及該第二靜電放電防護電極內側具有一相鄰電極，該相鄰電極與該第一靜電放電防護電極及該第二靜電放電防護電極之間存在一感應電容，當有觸控行為時，使用者手指與該第一靜電放電防護電極或該第二靜電放電防護電極之間形成一觸控電容，且該觸控電容與該感應電容並聯形成一輸出電容，該輸出電容之電容值大於該感應電容。
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