TWI658384B

TWI658384B - 觸控面板及觸控偵測電路

Info

Publication number: TWI658384B
Application number: TW104117545A
Authority: TW
Inventors: 陳燁昕; 侯偉; 張海清; 濤稅; 永華宋
Original assignee: 巴貝多商馬維爾國際貿易有限公司
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2019-05-01
Also published as: TW201642097A

Abstract

本案提供一種具有電極陣列之觸控面板。電極陣列包括佈置於第一層上之複數個第一電極與佈置於第二層上之複數個第二電極，每一第一電極圖案化為包括複數個依序連接的第一電極元件且其成形為細長多邊形，每一第二電極圖案化為包括複數個依序連接的第二電極元件且其成形為細長多邊形，其中第一層上之第一電極與第二層上之第二電極被佈置成彼此交叉排列，以形成互鎖圖案。

Description

觸控面板及觸控偵測電路

【相關申請案】

本申請案主張2014年5月30日申請之美國臨時申請案第62/005,509號”電容式觸控螢幕”之權益，其之全部內容併入此處做參考。

本文所提供的背景技術描述是以對本公開的內容作一般性說明為目的。在背景技術部分描述的範圍內，目前提及姓名的發明人的工作，以及本說明書在提交申請時可能尚未成為現有技術的方面，無論明示地還是暗含地，都不應認為是針對本公開的現有技術。

在電腦系統中，觸控螢幕包括可尋址的電極陣列。當手指或導電筆接近電極時，其將會擾亂電場及改變電極的電容。電容變化可經由觸控偵測電路來量測，並隨後轉換成提供給電腦系統的座標。

本發明之目的在於提供一種具有電極陣列的觸控面板。電極陣列包括佈置於第一層上之複數個第一電極，每一第一電極圖案化為包括複數個依序連接的第一電極元件且其成形為細長多邊形，以及佈置於第二層上之複數個第二電極，每一第二電極圖案化為包括複數個依序連接的第二電極元件且其成形為細長多邊形，其中第一層上之第一電極與第二層上之第二電極被佈置成彼此交叉排列，以形成互鎖圖案。

在一實施例中，第一層上之第一電極元件與第二層上之第二電極元件是六邊形。在另一實施例中，第一層上之第一電極元件與第二層上之第二電極元件是中空六邊形。在範例實施例中，位於第一與第二電極元件之中空六邊形內的第一中空區及介於第一與第二電極元件之相鄰中空六邊形之間的第二中空區包括複數個懸浮區塊。在另一範例中，在每個第一中空區與第二中空區之懸浮區塊包括複數個懸浮區塊。在其他範例中，懸浮區塊是和第一層或第二層共平面。

在一實施例中，電極之至少一個包括位於電極之中間部分的一額外分支。在另一實施例中，第一層上之第一電極與第二層上之第二電極是彼此共平面。

在一實施例中，觸控面板包括一顯示器，其中電極陣列是設置於顯示器前方。在其他實施例中，觸控面板包括一顯示器，其中電極陣列係整合至顯示器中。

本發明之目的在於提供一種觸控控制器。觸控控制器具有一觸控偵測電路用以接收觸控面板上之觸摸信號並決定觸摸座標。觸控偵測電路包括一類比前端用以將觸控面板上之觸摸信號轉換成數位信號。類比前端包括一混合感測電路用以根據觸控面板上之接收到的觸摸信號產生一電壓信號。混合感測電路操作在至少一第一模式中是做為自電容感測電路，而混合感測電路操作在第二模式中是做為互電容感測電路。觸控偵測電路更包括一數位信號處理器用以根據從類比前端接收到的數位信號決定觸摸座標。

在一實施例中，混合感測電路具有一組開關用於改變混合感測電路在第一模式與第二模式之間的操作。

在另一實施例中，當混合感測電路操作在第一模式時，自電容混合感測電路包括一分壓電路，分壓電路包括設置具有一固定電容之第一電容器以及在觸控面板上並和第一電容器串聯之電極之自電容電容器。在一範例中，當混合感測電路操作在第一模式時，自電容感測電路更包括一操作放大器，操作放大器具有一反饋電容器及一反饋電阻器，反饋電容器及反饋電阻器耦接於操作放大器之一轉換輸入端與一輸出端之間；此外，自電容感測電路包括一電阻器，電阻器具有一第一端及一第二端，第一端耦接於第一電容器與自電容電容器之間的分壓電路，第二端耦接操作放大器之轉換輸入端。在一實施例中，電阻器具有一第一端耦接分壓電路，且電阻器設置為具有一大電阻值，使得分壓電路於正常操作下可忽略來自分壓電路之電流。

本發明之目的在於提供一種以混合感測電路在兩種操作模式下操作觸控面板之方法。此方法包括：以設置操作於第一操作模式下之混合感測電路感測觸控面板上之觸摸，切換混合感測電路至第二操作模式，以及以操作於第二操作模式下之混合感測電路感測觸控面板上之觸摸。

本方法實施例包括以混合感測電路在兩種操作模式下操作觸控面板，其中第一操作模式是感測自電容改變或感測互電容改變其中之一，而第二操作模式則是感測自電容改變或感測互電容改變的另外一個。

100‧‧‧電腦系統

101‧‧‧觸控控制器

102‧‧‧偵測電路

103‧‧‧類比前端

104‧‧‧數位信號處理器

105‧‧‧TX信號產生器

106‧‧‧觸控面板

107‧‧‧電極陣列

110‧‧‧觸控感測裝置

120‧‧‧處理器

130‧‧‧顯示裝置

140‧‧‧儲存模組

150‧‧‧輸入/輸出裝置

210‧‧‧蓋板

220‧‧‧電極

230‧‧‧接地

250‧‧‧手指

260、265‧‧‧電場線

270‧‧‧蓋板

280‧‧‧驅動電極

290‧‧‧接收電極

300A、300B、300C、300D‧‧‧電極陣列

301‧‧‧第一層

302‧‧‧第二層

310、311、312、313‧‧‧電極元件

320‧‧‧橋樑

330‧‧‧交叉點

340‧‧‧觸摸點

350、351‧‧‧懸浮區塊

360、361‧‧‧中空區

370、371‧‧‧間隙

380‧‧‧額外分支

381‧‧‧側跡線

400‧‧‧觸控面板

401、402‧‧‧電極

403‧‧‧屏蔽層

410‧‧‧蓋板

421、422‧‧‧光學膠

430‧‧‧介電層

440‧‧‧基材層

450‧‧‧氣隙

451‧‧‧襯墊

460‧‧‧顯示器

500A、500B‧‧‧電極陣列

501、502、503‧‧‧交叉點

600A‧‧‧自電容感測電路

600B‧‧‧互電容感測電路

610‧‧‧輸入電路

620‧‧‧放大電路

700A、700B‧‧‧偵測電路

701‧‧‧調變器

702‧‧‧低通濾波器

703‧‧‧類比數位轉換器

704‧‧‧數位解調器

705‧‧‧低通數位濾波器

706‧‧‧演算模組

710‧‧‧類比前端

715‧‧‧數位信號處理器

720‧‧‧混合感測電路

721‧‧‧操作放大器

730‧‧‧自電容感測電路

740‧‧‧互電容感測電路

C1-C4、R1-R4、X1-XN、Y1-YN‧‧‧電極

本發明之各種實施例僅為範例，並將配合附加圖式做詳細說明，其中相同標號表示相同元件，其中：圖1係繪示依照本發明一實施例之包含觸控感測裝置的電腦系統示意圖；圖2A與圖2B係繪示依照本發明一實施例之偵測觸控面板之電極的自電容變化的自電容感測方法示意圖；圖2C與圖2D係繪示依照本發明一實施例之偵測觸控面板之兩電極的互電容變化的互電容感測方法示意圖；圖3A-3D係繪示依照本發明各種實施例之具有不同電極圖案的四種電極陣列示意圖；圖4係繪示依照本發明一實施例之觸控面板的層結構範例的剖面圖；圖5A與圖5B係繪示依照本發明一實施例之兩種電極陣列的示意圖；圖6A與圖6B係繪示依照本發明一實施例之兩種感測電路範例的示意圖；圖7A係繪示依照本發明一實施例之包含混合感測電路720之偵測電路範例的示意圖；以及圖7B係繪示依照本發明一實施例之混合感測電路範例及混合感測電路之兩種轉換電路的示意圖。

圖1係繪示依照本發明一實施例之包含觸控感測裝置110的電腦系統100示意圖。在一些實施例中，電腦系統100可相當於個人電腦系統，例如行動電話、桌上型電腦、筆記型電腦、平板電腦，以及類似裝置。在替代實施例中，電腦系統100可相當於公用電腦系統，例如自動櫃員機(ATM)、自動售貨機、銷售點設備(POS)、訊息亭，以及類似物。如圖所示，電腦系統100包括處理器120，處理器120耦接觸控感測裝置110、顯示裝置130、儲存模組140及輸入/輸出(I/O)裝置150。

觸控感測裝置110係用於偵測手指或導電筆的觸摸，並傳送偵測訊息至處理器120，例如觸控感測裝置110上的觸摸位置。處理器120根據處理器120執行的程式解譯觸摸訊息，然後執行相應的操作。在一實施例中，觸控感測裝置110包括觸控面板106及觸控控制器101。

觸控面板106可以是基於電阻、電容、表面聲波及紅外光。在一實施例中，觸控面板106是基於電容，並且包括電極陣列107。在不同實施例中，電極陣列中的電極可具有各種形狀並佈置在不同的位置，從而形成各種電極圖案。在一實施例中，電極陣列107包括帶狀的兩層電極。一層電極被佈置成行，而另一層電極則被佈置成列。列電極及行電極彼此交叉形成矩陣圖案。在另一實施例中，電極陣列107包括兩層電極，且每一電極包括複數個依序連接且呈菱形的電極元件(或晶胞)。類似於矩陣圖案，一層電極被佈置成行，而另一層電極則被佈置成列。列電極及行電極彼此交叉排列，以形成互鎖菱形圖案。

依照本發明的觀點，在一實施例中，電極陣列107是被佈置成中空六邊形圖案，藉此可改善觸控面板106的觸控感測靈敏度。

電極陣列107中的電極一般是由任何適合的導電材質所製成。在一實施例中，觸控面板106是透明的電容式觸控面板且被置於顯示裝置前方，例如顯示裝置130。在這種類型的應用中，電極可以是由透明導電材質所製成，例如銦錫氧化物、金屬薄膜、碳奈米管，以及類似物。在另一實施例中，觸控面板106是非透明的電容式觸控面板並做為觸摸墊，例如筆記型電腦中的觸摸墊。在這種類型的應用中，電極可以是由非透明導電材質所製成，例如銅線。

在操作中，當手指或導電筆接近觸控面板106時，不同電極(互電容)之間或電極與地線(自電容)之間的電容值將會改變，而此種電容變化可經由觸控控制器101量測出。因此，在觸控面板106上的觸摸都可以被偵測。

觸控控制器101一般是用於持續地監測在電極陣列之不同位置觸摸的電容變化。特別是，觸控控制器產生驅動信號，稱為發射(TX)信號，並施加電壓於電極陣列107中的電極，以測量在不同驅動電極中的電容值，並且接收在不同驅動電極中表示電容量的信號。根據上述接收信號，觸控控制器101可偵測電極陣列的電容變化，並相應偵測面板106上的觸摸和觸摸位置，然後傳送偵測訊息至處理器120。

在一實施例中，觸控控制器101包括TX信號產生器105。TX信號產生器105係用於產生TX信號，例如脈波，然後循序添加到不同電極。

在一實施例中，觸控控制器101還包括偵測電路102。觸控控制器101包括類比前端103及數位信號處理器(DSP)104。類比前端103係用於從不同電極(其上施加有TX信號)連續地接收在觸控面板106上之不同電極中表示電容量的信號，並將此信號轉換成用於後續DSP可處理的信號。在一實施例中，TX信號產生器105係用於產生一脈波，而類比前端可輸出經由電極陣列之不同電極中的電容量調變過的另一脈波。當電容改變時，上述調變信號將會跟著改變，從而表示電容變化。

依照本發明的觀點，在一實施例中，類比前端103包括一混合感測電路，當操作在第一模式時，混合感測電路是做為自電容感測電路，而當操作在第二模式時，混合感測電路是做為互電容感測電路。可能需要以兩個獨立的類比前端分別測量互電容與自電容。由於混合式結構，混合式類比前端103可降低晶片上空間使用率及減少硬體成本。

DSP 104係用於處理類比前端103之輸出信號，並產生於觸控面板106上執行的觸摸座標訊息。此外，DSP 104可執行各種軟體演算法，以達到觸摸偵測功能或控制功能。舉例來說，DSP 104可執行用於消除充電噪音、偵測手套觸摸、區別故意觸摸(手指)與無意觸摸(手掌)，以及類似者的演算法。

在各種實施例中，當觸控面板106的尺寸很大時，一個觸控控制器101的容量是不足以監控觸控面板106的所有電容變化，因此可使用多個觸控控制器101來監控觸控面板106的不同區域。

在各種實施例中，觸控控制器101可以一個或多個積體電路(IC)來實現，或可使用單獨的元件來實現。在一些實施例中，觸控控制器101包括記憶體模組，用以儲存軟體碼及由觸控控制器101使用的資料。在一些實施例中，觸控控制器101係經由包括複數條導線之軟性電路板(FPC)連接器連接觸控面板106。

處理器120通常可執行軟體碼，例如操作系統軟體、應用程式軟體及其類似者，以處理資料及控制電腦系統100之操作。處理器120可以是單晶片處理器，或可以和多個元件一起實現。儲存模組130通常可儲存軟體碼及由電腦系統100使用的資料。儲存模組130可包括唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、硬碟機、CD-ROM、快取記憶體，以及類似者。I/O裝置150可接收來自電腦系統100的輸入資料，或提供輸出資料至電腦系統100外部。I/O裝置可包括鍵盤、滑鼠、揚聲器、麥克風、相機、網路介面，以及類似物。

顯示裝置130係用於顯示圖形使用者介面(GGUI)，以呈現電腦系統100的輸出訊息。在一實施例中，顯示裝置130是一個單獨元件，例如監視器。在另一實施例中，顯示裝置130是和其他元件整合在電腦系統100中，以形成獨立的設備，例如平板電腦或行動電話。在各種實施例中，顯示裝置可以是液晶顯示器(LCD)、陰極射線管(CRT)、電漿顯示器，以及類似物。

圖2A與圖2B係繪示依照本發明一實施例之偵測觸控面板106之電極的自電容變化的自電容感測方法示意圖。在圖2A中，其顯示出沒有手指觸摸的狀況，而電極220是設置於觸控面板106之蓋板(cover lens)210背面。電極220與接地230之間的自電容C_S相當於C_S0。為了測量自電容C_S，添加TX信號至電極220。在圖2B中，當手指250觸摸蓋板時，電容C_F會經由人體其電位近似於接地電位被添加至電極220與接地230之間。現在，電極220與接地230之間的自電容C_S會從C_S0增加到C_S0+C_F。與電極220相關聯的自電容變化可經由觸控偵測電路102來偵測，進而可偵測手指觸摸。

圖2C與圖2D係繪示依照本發明一實施例之偵測觸控面板106之兩電極的互電容變化的互電容感測方法示意圖。在圖2C中，其顯示出沒有手指觸摸的狀況，驅動電極280與接收電極290都是設置於蓋板270背面。驅動電極280與接收電極290之間的互電容C_M相當於C_M0。為了測量互電容C_M，添加TX信號至驅動電極280，並且來自接收電極290之接收信號(RX)會被傳送至觸控偵測電路102。如圖所示，在兩電極280與290之間分佈有複數個電場線。第一部分電場線265稱為近電場線，其靠近兩電極280與290，而第二部分電場線260稱為邊緣電場線，其是從遠離兩邊緣電極280與290投射。

在圖2D中，當手指250觸摸蓋板270時，由於驅動電極280與手指250之間的電位差，部分邊緣電場線260會被手指250終止。因此，在兩個電極280與290之間的電場線會減少，導致互電容C_M會從C_M0減少至C_M1。這種驅動電極280與接收電極290附近的互電容變化可以由觸控偵測電路102偵測，進而偵測手指觸摸。

需要注意的是，在上述互電容變化偵測過程中，當手指觸摸蓋板270時，近電場線265基本上不受影響，而邊緣電場線260則實質會受到影響。因此，邊緣電場線260的變化是造成互電容C_M變化的主要因素。

此外，依照本揭露的觀點，觸控面板的觸控靈敏度與互電容變化率確實相關。互電容變化率被定義為在變化發生前之互電容變化與原始互電容的比率。因此，為了增加互電容變化率，可降低近電場的強度以減少原始互電容，並且可增加邊緣電場的強度以增加可能的互電容變化。因此，觸控面板的觸控靈敏度可獲得提升。

另外，帶有厚手套的手指不會影響到互電容C_M。因為厚手套是不導電的，透過手套造成的邊緣電場的變化是非常小的，致使此變化無法被偵測。另一方面，帶有厚手套的手指經由添加電容C_F仍然可以明顯地造成自電容C_S的變化，如圖2B所示。因此，基於互電容感測的觸控面板無法偵測帶有厚手套的手指觸摸，而基於自電容感測的觸控面板則可以。

圖3A-3D係繪示依照本發明各種實施例之具有不同電極圖案的四種電極陣列示意圖。在圖3中，傳統的電極陣列300A包括第一層301均勻分離的電極C1-C4且佈置成行，以及第二層302均勻分離的電極R1-R4且佈置成列。每個電極C1-C4或R1-R4包括一個順序連接的菱形電極元件310且其經由橋樑320連接。列電極R1-R4與行電極C1-C4被佈置於彼此之上，以形成一互鎖圖案。在各種實施例中，第一層301及第二層302可以是共平面，並且在行電極與列電極間的橋樑的每個交叉點330以絕緣體填充，使得行電極與列電極絕緣。在替代實施例中，第一層301及第二層302可被設置在兩個不同平面，並且在這兩層301與302之間夾置一薄介電層。由於電極陣列300A包括菱形電極元件，因此上述電極陣列300A中的電極元件的佈置可稱為菱形圖案。

上述菱形圖案的一個優點是，經由手指觸摸所造成的自電容變化很容易被偵測到，這是因為每個菱形電極元件310具有較大面積，其對於形成電極與手指之間的大自電容是有幫助的。然而，當使用互電容偵測方法時，大面積的電極元件可能導致難以偵測手指觸摸。舉例來說，如圖3A所示，手指觸摸發生在電極元件311之中心，並且觸摸點340小於電極元件311的區域。因為靠近電極元件311之中心的邊緣電場太弱，所以這部分的邊緣電場的變化對互電容影響不大。因此，無法偵測到由觸摸引起的互電容變化率(定義為互電容變化與原始互電容的比率)。此外，由大電極元件區域引起的大自電容可能會擾亂兩個電極之間的互電容的偵測。舉例來說，當兩個手指觸摸同時發生在兩個電極時，在人體從大地斷開時，兩電極之自電容可能串聯於兩電極之間，因而干擾到兩電極之間的互電容。

圖3B係繪示具有中空菱形圖案之傳統電極陣列300B的示意圖。電極陣列300B的結構與導電材質類似於圖3A所示之電極陣列300A，除了電極元件312是中空菱形以外，並且在電極元件312之中空區填充有懸浮區塊350。懸浮區塊350是由導電材質所製成，且其可以是和電極的導電材質相同或不同。在一實施例中，電極陣列300B是由透明材質所製成，例如ITO，懸浮區塊也可以是由相同的透明材質所製成，從而使光透射率是均勻的遍及電極陣列300B。在替代實施例中，懸浮區塊350是都設置於電極陣列的頂層。

在上述中空菱形圖案中，懸浮區塊350可以有助於分流由驅動電極發射至接收電極的邊緣電場，進而可增強邊緣電場。當手指觸摸發生時，邊緣電場的變化將會大於發生在圖3A之菱形圖案，導致較高的互電容變化率。較高的互電容變化率可提高電極陣列300B的互電容靈敏度。然而，中空菱形圖案會導致電極的寄生電阻增加，這被定義為電極例如電極C1或R1的電阻。增加的寄生電阻可增加減少電流穿過電極，進而可增加偵測電路中之電容器的充電時間，例如圖1之偵測電路102，因此可減少偵測操作的速度。對一個大的觸控面板來說，較小的電極寄生電阻是較佳的。

圖3C係繪示具有中空六邊形圖案之電極陣列300C的示意圖。電極陣列300C之電極與懸浮區塊的結構與導電材質類似於圖3B所示之電極陣列300B。然而，電極元件313現在是中空六邊形而不是中空菱形，電極元件313內的中空區360及介於電極元件313之間的中空區361填充有包含多個分離的懸浮區塊351的懸浮區塊。在替代實施例中，中空區360與361內的懸浮區塊是由一整片的懸浮區塊組成。在其他替代實施例中，電極元件313一般是可成形為細長多邊形，且其具有或不具有內部區為中空的電極。

依照本揭露的觀點，圖3C所示之中空六邊形圖案中的互電容變化率大於圖3B所示之中空菱形圖案。如圖3C所示，相較於長度L₀等於圖3B介於兩相鄰中空菱形之間的間隙長度，介於相鄰六邊形之間的間隙長度L₁比較小。在一實施例中，長度L₁是長度L₀的一半或更小。列電極與行電極之間的互電容主要是由電極元件之邊緣間的附近間隙中的近電場來決定。因此，若間隙長度減小，則相鄰電極之間的互電容跟著減小。因此，依照本揭露的觀點，當手指觸摸發生時，類似於圖3B之中空菱形圖案，圖3C之互電容變化的平均量會隨著中空六邊形圖案而改變。因此，相較於中空菱形圖案，中空六邊形圖案之互電容變化率會增加。

在一實施例中，電極元件313內的中空區360及介於電極元件 313之間的中空區361填充有包含多個分離的懸浮區塊351的懸浮區塊。可以知道的是，分離的懸浮區塊351之間的間隙越多，則從間隙射出的邊緣電場線越多。因此，介於多個分離的懸浮區塊351之間的間隙371會增強中空區360與361中的邊緣電場，進而增加電極陣列300C之邊緣電場分佈的均勻性，並改善電極陣列300C的靈敏度。

此外，由於圖3C之六邊形電極元件的邊長比圖3B之菱形電極元件還短，因此如圖3C所示中空六邊形圖案中之每個電極的電阻會減小。此外，如圖2B所示，當觸摸發生超過原始自電容C_S0時定義為額外自電容C_F，自電容變化率可以是和圖2C與圖2B的兩種圖案相同，這是因為自電容變化主要是由電極陣列的電極尺寸來決定，並且電極尺寸和圖3B與圖3C所示的兩種圖案相類似。

在一實施例中，圖3C之六邊形電極元件313的尺寸維持在一定程度之上。當圖3C之六邊形電極元件313的尺寸太小時，相鄰電極元件之間的中空區361的邊緣電場會變弱，進而使觸摸點A所引起的互電容變化率將會較小。因此，邊緣電場的均勻性不能維持。

圖3D係繪示依照本發明一實施例之電極陣列300D的示意圖，其中每個電極在其中間具有一額外分支380。電極陣列300D與圖3C所示之電極300C相同，然而，額外分支380是帶狀的且被包括在每個電極的中間，並且經過每個電極的所有電極元件，藉以降低每個電極的寄生電阻。

傳統上，額外分支380是由如同每個電極之其他部分的導電材質所製成。在替代實施例中，額外分支380可以是由不同於每個電極之其他部分的導電材質所製成。在各種實施例中，額外分支380的寬度可以和電極元件之側跡線381的寬度相同或不同，而且額外分支380的寬度對互電容變化率不會有明顯影響。

圖4係繪示依照本發明一實施例之觸控面板400的層結構範例的剖面圖。如圖所示，觸控面板400包括一電極陣列，電極陣列具有位於第一層之第一電極401及位於第二層之第二電極402。這兩個電極401與402被介電層430所隔離，例如聚酯(PET)。電極陣列被蓋板410覆蓋，並且使用一層光學膠(OCA)421將電極陣列與蓋板410黏合在一起。蓋板可以是由玻璃或塑料製成。電極陣列下方是基材層440，其經由一層OCA 422和電極陣列黏合。基材層440可以是由玻璃或PET製成，用以提供一個屏蔽層403屏蔽來自顯示器460的干擾信號。屏蔽層403一般是由透明的導電材質所製成，例如ITO。氣隙450係設置於以襯墊451提供支撐之屏蔽層403與顯示器460之間。氣隙450可降低從顯示器460到電極陣列的雜訊干擾。顯示器可以是液晶顯示器(LCD)、發光二極體(LED)顯示器或其他類型的顯示器。

在不同實施例中，可以有各種不同的層結構。舉例來說，在一實施例中，為了使觸控面板400更薄，圖4之第一層電極與第二層電極可以是共平面，其中絕緣層被用於這兩層之間的交叉點。在替代實施例中，可忽略來自顯示器460的雜訊，因此可移除屏蔽層403和基材層440。在其他實施例中，可將電極陣列整合至顯示器460的結構中，以使觸控面板更薄。舉例來說，電極陣列可被佈置於頂極性層與顯示模組之濾色玻璃層之間，例如顯示器460，以形成”外掛式(on cell)”堆疊結構。在另一範例中，可將一層電極陣列佈置於顯示模組之濾色玻璃層下方，以形成”內嵌式(in cell)”堆疊結構。

圖5A係繪示依照本發明一實施例之一種電極陣列500A的示意圖。其顯示一種掃描過程根據自電容測量來確定觸摸位置。在圖5A中，電極陣列500A包括第一層電極X1-XN佈置成行及第二層電極Y1-YN佈置成列。列電極與行電極彼此相交形成一矩陣圖案。列電極與行電極的每個交叉點可映射至笛卡爾座標系統的一個點並對應於一個唯一座標對，例如x座標與y座標。

在一實施例中，為了偵測手指觸摸，觸控控制器例如觸控控制器101會一個接一個連續掃描電極陣列500中的電極，並測量每個電極的自電容C_S的量值。當手指觸摸發生在如圖5A所示之觸摸點A時，電極X1與Y1的自電容將會發生變化。舉例來說，電極X1與Y1的自電容會分別增加△C_Y1和△C_X1。觸控控制器偵測此變化，並相應地確定與此變化相關聯的兩電極X1與Y1。

上述自電容偵測方法通常不能夠用來偵測同時發生的多個觸摸。例如，在圖5A中，兩隻手指觸摸同時發生在觸摸點A與B。觸控控制器偵測電極Y1、Y3、X1和X3的自電容變化，並相應地獲得在觸摸點A、B、C和D的四個交叉點，其中觸摸點C與D是假的並稱為”鬼點”。

圖5B係繪示依照本發明一實施例之一種電極陣列500B的示意圖。電極陣列500B與圖5A所示之電極陣列500A相同，然而，圖5B所示的是一種掃描過程根據互電容測量來確定觸摸位置。

在一實施例中，為了偵測手指觸摸，觸控控制器例如觸控控制器101會連續掃描電極陣列500中的電極，以測量列電極與行電極之間的互電容Cm的量值。不同於圖5A的掃描過程是測量每個電極的自電容，圖5B是測量兩個電極之間的每個交叉點的互電容。如圖5B所示，當多個手指觸摸發生在觸摸點E、F和G時，可偵測到交叉點501、502和503的互電容變化。因此，可以明確地確定交叉點501、502和503的座標。

在上述圖5A與5B的範例中，互電容掃描過程會比自電容掃描過程消耗較多的掃描時間。舉例來說，測量圖5A範例的自電容CS的量值是M+N，而測量圖5B範例的互電容CS的量值是M x N。

圖6A與圖6B係繪示依照本發明一實施例之兩種感測電路範例的示意圖。這兩個電路分別感測自電容變化或互電容變化，並輸出表示電容變化的信號。

圖6A顯示一種包含輸入電路610與放大電路620之自電容感測電路600A的範例示意圖。在輸入電路610中，來自觸控控制器例如觸控控制器101之驅動信號V_TX例如脈波信號會被添加至電容器C_T的一端點。電容器C_T預配置為具有一定的電容值並耦接電容器C_S，電容器C_S表示當觸摸發生在電極而變化的電極陣列中之一電極的自電容。此外，電阻器R_IN耦接輸入電路610至放大電路620。電阻器R_IN設置為具有一大電阻值，從而使得流經電阻器R_IN的電流可被忽略。其結果是，這兩個電容器C_T及C_S形成一個分壓器，並且正由驅動信號V_TX充電。因此，輸入電路之輸出信號V_S的峰值電壓V_S’可由下確定：其中，V_TX’表示脈波驅動信號V_TX的峰值電壓，而C_T及C_S表示對應各電容器的電容。因此，輸出信號V_S為峰值電壓V_S’經自電容變化調變過的延遲脈波。

在放大器電路620中，反饋電容器C_F與反饋電阻器R_F並聯，並且連接於操作放大器(op amp)之反相輸入端與輸出端之間。電阻器R_IN連接操作放大器之反相輸入端，而操作放大器之非反相輸入端則被電壓V_COM施加偏壓。當輸入電路610之輸出信號V_S的峰值電壓V_S’被添加至電阻器R_IN的一端時，反饋電容器C_F會被充電，電容器C_T(也會對電阻器R_F)的壓降會增加，直到來自於電阻器R_IN的電流全都經過反饋電阻器R_F。其結果是，電阻器R_IN與反饋電阻器R_F變為一個分壓器。因此，操作放大器之輸出端中的輸出信號V_OUT之峰值電壓V_OUT’可由下確定：因此，輸出信號V_OUT為峰值電壓V_S’經增益-R_F/R_IN放大的延遲脈波。

很明顯的，在圖6A範例中，自電容C_S改變會導致自電容感測電路600A之輸出信號V_OUT改變，進而造成”調變”效果，其中輸入信號V_TX經自電容變化調變後會形成輸出信號V_OUT。

圖6B顯示一種互電容感測電路600B的範例示意圖。如圖所示，來自觸控控制器例如觸控控制器101之驅動信號V_TX例如脈波信號會被添加至電容器C_M的一端，其表示介於觸控面板中之兩電極之間的互電容。在電容器C_M的另一端會接收到接收信號V_RX，並且接收信號V_RX會被添加至操作放大器的轉換輸入端。反饋電容器C_F與反饋電阻器R_F並聯，並且連接於操作放大器(op amp)之反相輸入端與輸出端之間。此外，操作放大器之非轉換輸入端則被電壓V_COM施加偏壓。當脈波驅動信號V_TX從最大電壓增加至其峰值電壓時，電容器C_M與反饋電容器C_F會被充電。因為反饋電阻器R_F係設置為具有一大電阻值，而流經電阻器R_IN的電流可被忽略，因此，電容器C_M與反饋電容器C_F形成一個分壓器。因此，操作放大器之輸出端中的輸出信號V_OUT之峰值電壓V_OUT’可由下確定：其中，V_TX’表示脈波驅動信號V_TX的峰值電壓，而C_M及C_F表示對應各電容器的電容。因此，輸出信號V_OUT為輸入信號V_TX之峰值電壓V_TX’經增益C_M/C_F放大的延遲脈波。

很明顯的，在圖6B範例中，互電容C_M改變會導致自電容感測電路600A之輸出信號V_OUT改變，進而造成”調變”效果，其中輸入信號V_TX經自電容變化調變後會形成輸出信號V_OUT。

如上所述，採用自電容感測方法的觸控面板可以耗費較短的掃描時間(導致更少的功率消耗)，並且能夠感測厚手套手指觸摸，但不支持感測同時發生的多個觸摸，而採用互電容感測方法的觸控面板可能耗費較長時間(導致更多的功率消耗)，並且能夠感測同時發生的多個觸摸，但不支持厚手套觸摸。因此，理想的觸控面板及觸控控制器是能夠同時支持自電容感測與互電容感測。

圖7A係繪示依照本發明一實施例之包含混合感測電路720之偵測電路700A範例的示意圖，其能夠同時執行自電容感測與互電容感測。

偵測電路700A類似於圖1之偵測電路102，但其顯示更為詳細。如圖所示，在一實施例中，偵測電路700A包括類比前端710及數位信號處理器(DSP)715。類比前端710用以將表示自電容或互電容變化的觸摸信號V_T轉換成數位信號並傳送至DSP 715。DSP 715根據從類比前端接收到的數位信號決定觸控面板上之手指觸摸點的座標，然後提供座標資料給電腦系統，例如電腦系統100。

在一實施例中，類比前端710包括混合感測電路720、低通濾波器702及類比數位轉換器(ADC)703；DSP 715包括數位解調器704、低通數位濾波器705及演算模組706。在操作中，表示電容變化的信號會依序經過上述元件720、702與706。具體而言，混合電路720執行調變器701的功能，其中脈波驅動信號V_TX會經由表示電容變化之觸摸信號V_T調變，並產生一調變後脈波信號。接著，此調變後脈波信號會經過低通濾波器702以去除高頻雜訊。隨後，上述濾波信號會被ADC 703轉換成數位信號並傳送至DSP 715。在數位解調器704中，上述數位化信號會被解調並傳送至低通數位濾波器705。低通數位濾波器705接著還原觸摸信號V_T並將其傳送至演算模組706，其中觸摸信號V_T會被處理，並且使用相關的演算法來確定對應於手指觸摸的座標。

圖7B係繪示依照本發明一實施例之混合感測電路720範例及混合感測電路720之兩種轉換電路730與740的示意圖。在一實施例中，混合感測電路720可操作在第一模式中且是做為自電容感測電路，並且混合感測電路720可操作在第二模式中且是做為互電容感測電路。此外，混合感測電路720具有一組開關用於改變混合感測電路在第一模式與第二模式之間的操作。

在圖7B範例中，混合感測電路720包括第一組開關S1如圖7B中的標號S1以及第二組開關S2如圖7B中的標號S2。當第一組開關S1及第二組開關S2改變其之開/關狀態時，混合感測電路720可在第一操作模式與第二操作模式之間切換。具體而言，當第一組開關S1是開而第二組開關S2是關時(這種狀況如圖7B所示之S1=ON,S2=OFF)，混合感測電路720會轉換成第一模式，其中混合感測電路720是做為自電容感測電路730。同樣地，當第一組開關S1是關而第二組開關S2是開時(這種狀況如圖7B所示之S1=OFF,S2=ON)，混合感測電路720會轉換成第二模式，其中混合感測電路720是做為互電容感測電路740。因此，經由改變兩組開關S1與S2的開/關狀態，混合感測電路720可用於感測自電容變化和互電容變化。

如圖7B所示，在混合感測電路720中，用於自電容偵測之驅動信號V_TXS會被添加至與電阻器R_IN串聯之電容器C_T的一端。電阻器R_IN連接操作放大器721之反相端。操作放大器721具有一個反饋電容器C_F及兩個串聯在一起的反饋電阻器R_F1與R_F2。反饋電容器C_F及兩個反饋電阻器R_F1與R_F2係被設置於操作放大器721之轉換輸入端與輸出端之間。此外，操作放大器721之非反相輸入端則被電壓V_COM施加偏壓，而混合感測電路720之輸出信號V_OUT會從操作放大器721之輸出端傳送。另外，第一S1開關(屬於第一組開關S1的開關)與R_F2並聯，並且第一與第二S2開關與R_IN並聯。第三S2開關連接於電容器C_T之一端與操作放大器721之輸出端之間。再者，第二S1開關連接自電容電容器C_S至電容器C_T與電阻器R_IN之間的混合感測電路720，並且自電容電容器C_S的一端接地。同樣地，第四S2開關連接互電容電容器C_M至電容器C_T與電阻器R_IN之間的混合感測電路720。用於互電容偵測之驅動信號V_TXM會被添加至互電容電容器C_M。

自電容感測電路730與互電容感測電路740分別和圖6A之自電容感測電路600A與圖6B之互電容感測電路600B相同。因此，這兩個感測電路730與740的描述將不再贅述。

在各種實施例中，混合感測電路720連同其他元件包括偵測電路700A中的類比前端710與DSP 715可以單一積體電路(ICs)或多個分離的ICs來實現。這兩組開關S1與S2可使用電晶體例如雙極電晶體或金氧半場效電晶體(MOSFET)或其他適合的技術來實現。

Claims

一種觸控面板，具有一電極陣列，該電極陣列包括：複數個第一電極，佈置於一第一層上，每一第一電極圖案化為包括複數個依序連接的第一電極元件且其成形為細長多邊形，每一細長多邊形包括分離的複數個懸浮區塊，且每一懸浮區塊成形為直角梯形(right trapezoid)，；以及複數個第二電極，佈置於一第二層上，每一第二電極圖案化為包括複數個依序連接的第二電極元件且其成形為細長多邊形；其中，該第一層上之該些第一電極與該第二層上之該些第二電極被佈置成彼此交叉排列，而圍繞一矩形電極，該矩形電極包括分離的複數懸浮區塊，每一懸浮區塊成形為矩形，且該些第一電極及該些第二電極圍繞該矩形電極而形成一八邊形。
如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該第一層上之該些第一電極元件與該第二層上之該些第二電極元件是六邊形。
如申請專利範圍第2項所述之觸控面板，其中該第一層上之該些第一電極元件與該第二層上之該些第二電極元件是中空六邊形。
如申請專利範圍第3項所述之觸控面板，其中位於該些第一與第二電極元件之中空六邊形內的一第一中空區及介於該些第一與第二電極元件之相鄰中空六邊形之間的一第二中空區包括複數個懸浮區塊。
如申請專利範圍第4項所述之觸控面板，其中在每個該第一中空區與該第二中空區之該些懸浮區塊包括複數個懸浮區塊。
如申請專利範圍第4項所述之觸控面板，其中該些懸浮區塊是和該第一層或該第二層共平面。
如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該些電極之至少一個包括位於該電極之一中間部分的一額外分支。
如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該第一層上之該些第一電極與該第二層上之該些第二電極是彼此共平面。
如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，更包括一顯示器，其中該電極陣列是設置於該顯示器前方。
如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，更包括一顯示器，其中該電極陣列係整合至該顯示器中。