TWI686737B

TWI686737B - 觸碰控制裝置及其方法

Info

Publication number: TWI686737B
Application number: TW108105888A
Authority: TW
Inventors: 廖致霖; 魏福呈; 莊富強
Original assignee: 大陸商業成科技（成都）有限公司; 大陸商業成光電（深圳）有限公司; 英特盛科技股份有限公司
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2020-03-01
Also published as: TW202032334A; CN109871144A

Abstract

本發明係揭露一種觸碰控制裝置及其方法，其係應用於觸控顯示面板之電極陣列。電極陣列包含複數個電極群組，每一電極群組具有一感應互電容與一基線電容值。在一物體靠近電極陣列時，擷取感應互電容之感應電容值，並轉換感應電容值為一感應電壓，且取得感應電壓與基線電壓之差值之絕對值。接著，比較感應電壓與對應基線電容值之基線電壓，以判斷物體為非導體或導體。最後，在絕對值大於第一門檻值或第二門檻值時，根據感應電壓紀錄非導體或導體對應電極陣列之位置，以提升非導體或導體之觸控靈敏度，並降低懸浮現象。

Description

觸碰控制裝置及其方法

本發明係關於一種控制技術，且特別關於一種觸碰控制裝置及其方法。

隨著近年來觸控面板技術的發展，現今具有顯示功能的可攜式電子裝置，如智慧型手機、平板電腦及MP5等皆改採用觸控面板來取代傳統佔據空間之機械式按鈕。在先前技術中，觸控顯示面板具有一電極陣列。當導體或非導體靠近電極陣列時，電極陣列之互電容之電容值會發生改變，並藉此驅動觸控顯示面板。然而，非導體所對應之互電容之電容值的變化小於導體所對應之互電容之電容值的變化。為了確保非導體的觸控靈敏度，必須將門檻值調低，但如此將會造成嚴重的(Hover)現象。

因此，本發明係在針對上述的困擾，提出一種觸碰控制裝置及其方法，以解決習知所產生的問題。

本發明的主要目的，在於提供一種觸碰控制裝置及其方法，其係設定第一門檻值與第二門檻值以提升非導體或導體之觸控靈敏度，並降低懸浮(Hover)現象。

為達上述目的，本發明提供一種觸碰控制裝置，其係包含一積分器與一觸碰控制器。積分器電性連接一觸控顯示面板，觸控顯示面板具有一電極陣列，電極陣列包含複數個電極群組，每一電極群組包含彼此相隔之一第一觸控電極、至少一第二觸控電極與一第三觸控電極，第二觸控電極位於第一觸控電極與第三觸控電極之間，第一觸控電極與第三觸控電極形成一感應互電容，每一電極群組具有一基線(baseline)電容值，感應互電容之一端接收一驅動交流電壓，另一端電性連接積分器。在一物體靠近電極陣列時，積分器配合驅動交流電壓擷取感應互電容之感應電容值，並轉換感應電容值為一感應電壓。觸碰控制器電性連接積分器，觸碰控制器存有對應基線電容值之一基線電壓、一第一門檻值與大於第一門檻值之一第二門檻值，觸碰控制器接收感應電壓，並取得感應電壓與基線電壓之差值之絕對值。在觸碰控制器判斷感應電壓小於基線電壓，且絕對值大於第一門檻值時，觸碰控制器判斷物體為非導體，且根據感應電壓紀錄非導體對應電極陣列之位置。在觸碰控制器判斷感應電壓大於或等於基線電壓，且絕對值大於第二門檻值時，觸碰控制器判斷物體為導體，且根據感應電壓紀錄導體對應電極陣列之位置。

在本發明之一實施例中，觸碰控制裝置更包含一類比數位轉換器，其係電性連接積分器與觸碰控制器，並接收感應電壓，以轉換感應電壓為數位值，且絕對值、差值、基線電壓、第一門檻值與第二門檻值皆為數位值。

在本發明之一實施例中，觸碰控制裝置更包含一昇壓型電源轉換器，其係電性連接觸控顯示面板與觸碰控制器，觸碰控制器根據導體或非導體對應電極陣列之位置，利用昇壓型電源轉換器驅動觸控顯示面板。

在本發明之一實施例中，觸碰控制器判斷絕對值持續一第一預設時段大於第一門檻值時，觸碰控制器根據感應電壓紀錄非導體對應電極陣列之位置，在觸碰控制器判斷絕對值持續一第二預設時段大於第二門檻值時，觸碰控制器根據感應電壓紀錄導體對應電極陣列之位置。

本發明亦提供一種觸碰控制方法，其係應用於一觸控顯示面板，觸控顯示面板具有一電極陣列，電極陣列包含複數個電極群組，每一電極群組包含彼此相隔之一第一觸控電極、至少一第二觸控電極與一第三觸控電極，第二觸控電極位於第一觸控電極與第三觸控電極之間，第一觸控電極與第三觸控電極形成一感應互電容，每一電極群組具有一基線(baseline)電容值。首先，在一物體靠近電極陣列時，擷取感應互電容之感應電容值，並轉換感應電容值為一感應電壓，且取得感應電壓與基線電壓之差值之絕對值。接著，判斷感應電壓是否小於對應基線電容值之基線電壓：若是，判斷物體為非導體，並判斷絕對值是否大於第一門檻值：若是，根據感應電壓紀錄非導體對應電極陣列之位置；以及若否，回至擷取感應電容值，並轉換感應電容值為感應電壓，且取得絕對值之步驟；以及若否，判斷物體為導體，並判斷絕對值是否大於第二門檻值：若是，根據感應電壓紀錄導體對應電極陣列之位置；以及若否，回至擷取感應電容值，並轉換感應電容值為感應電壓，且取得絕對值之步驟。

在本發明之一實施例中，感應電壓、絕對值、差值、基線電壓、第一門檻值與第二門檻值皆為數位值。

在本發明之一實施例中，在根據感應電壓紀錄導體或非導體對應電極陣列之位置之步驟後，根據導體或非導體對應電極陣列之位置，驅動觸控顯示面板。

在本發明之一實施例中，在判斷絕對值是否大於第一門檻值之步驟中，判斷絕對值是否持續一第一預設時段大於第一門檻值，在判斷絕對值是否大於第二門檻值之步驟中，判斷絕對值是否持續一第二預設時段大於第二門檻值。

茲為使　貴審查委員對本發明的結構特徵及所達成的功效更有進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例圖及配合詳細的說明，說明如後：

本發明之實施例將藉由下文配合相關圖式進一步加以解說。盡可能的，於圖式與說明書中，相同標號係代表相同或相似構件。於圖式中，基於簡化與方便標示，形狀與厚度可能經過誇大表示。可以理解的是，未特別顯示於圖式中或描述於說明書中之元件，為所屬技術領域中具有通常技術者所知之形態。本領域之通常技術者可依據本發明之內容而進行多種之改變與修改。

當一個元件被稱為『在…上』時，它可泛指該元件直接在其他元件上，也可以是有其他元件存在於兩者之中。相反地，當一個元件被稱為『直接在』另一元件，它是不能有其他元件存在於兩者之中間。如本文所用，詞彙『及/或』包含了列出的關聯項目中的一個或多個的任何組合。

以下請參閱第1圖、第2圖、第3圖、第4圖、第5圖與第6圖，以介紹本發明之觸碰控制裝置26之第一實施例，其係包含一積分器28與一觸碰控制器32。積分器28電性連接一觸控顯示面板36，觸控顯示面板36具有一電極陣列，如第1圖所示。電極陣列包含一感測基板38與複數個電極群組40，每一電極群組40包含彼此相隔之一第一觸控電極42、至少一第二觸控電極44與一第三觸控電極46，在此電極陣列中，第二觸控電極44之數量為二個，其中一個第二觸控電極44位於第一觸控電極42與第三觸控電極46之間，第三觸控電極46位於二個第二觸控電極44之間。二個第二觸控電極44與第一觸控電極42形成一觸碰互電容47，第三觸控電極46與第一觸控電極42形成一感應互電容48，每一電極群組40具有一基線(baseline)電容值C0，基線電容值C0為電極群組40未被觸碰時，所有的自電容與互電容之總和電容值。在第一觸控電極42與第二觸控電極44之交會處及第一觸控電極42與第三觸控電極46之交會處會有一絕緣層，此絕緣層位於第一觸控電極42與第二觸控電極44之間及第一觸控電極42與第三觸控電極46之間，以避免第一觸控電極42與第二觸控電極44電性接觸，同時避免第一觸控電極42與第三觸控電極46電性接觸。

當物體50為非導體並觸碰電極群組40時，物體50不會帶走電場，而只會影響電場分佈。此外，因為非導體之介電係數大於1，所以觸碰互電容47之電容值CA與感應互電容48之電容值CM相較物體50是導體時變的較高。第一觸控電極42與第二觸控電極44之間存在間隙，當非導體觸碰電極陣列之表面時，間隙中仍存在較多的電場，此電場大於非導體感應的電場變化，使觸碰互電容47之電容值CA小於基線電容值C0。另外，由於第二觸控電極44屏蔽第三觸控電極46，且第三觸控電極46相較第二觸控電極44遠離第一觸控電極42，故電場大多分佈於非導體內，使感應互電容48之電容值CM大於基線電容值C0。在第4圖中，L1代表當物體50為非導體時，電容值CA與CM開始變化的物體50相距電極陣列之最短距離，L2代表當物體50為導體時，電容值CA與CM開始變化的物體50相距電極陣列之最短距離。當物體50為非導體，且物體50相距電極陣列之最短距離為L2時，電容值CA與CM皆等於基線電容值C0。當物體50為非導體，且物體50相距電極陣列之最短距離小於或等於L1時，電容值CA小於基線電容值C0，電容值CM大於基線電容值C0。當物體50為導體，且物體50相距電極陣列之最短距離小於L2時，電容值CA與CM皆遠小於基線電容值C0。由此可知，非導體所對應之互電容之電容值的變化小於導體所對應之互電容之電容值的變化。

感應互電容48之一端接收一驅動交流電壓AD，另一端電性連接積分器28。在物體50靠近電極陣列時，例如物體50相距電極陣列一公釐，但本發明並不限於此數值，積分器28配合驅動交流電壓AD擷取感應互電容48之感應電容值CM，並轉換感應電容值CM為一感應電壓VM。觸碰控制器32電性連接積分器28，觸碰控制器32存有對應基線電容值C0之一基線(baseline)電壓、一第一門檻值與大於第一門檻值之一第二門檻值。觸碰控制器32接收感應電壓VM，並取得感應電壓VM與基線電壓之差值之絕對值。在觸碰控制器32判斷感應電壓VM小於基線電壓，且絕對值大於第一門檻值時，觸碰控制器32判斷物體50為非導體，且根據感應電壓VM紀錄非導體對應電極陣列之位置。在觸碰控制器32判斷感應電壓VM大於或等於基線電壓，且絕對值大於第二門檻值時，觸碰控制器32判斷物體50為導體，且根據感應電壓VM紀錄導體對應電極陣列之位置。在本發明之某些實施例中，當觸碰控制器32判斷絕對值持續一第一預設時段大於第一門檻值時，觸碰控制器32根據感應電壓VM紀錄非導體對應電極陣列之位置。在本發明之某些實施例中，當觸碰控制器32判斷絕對值持續一第二預設時段大於第二門檻值時，觸碰控制器32根據感應電壓VM紀錄導體對應電極陣列之位置。第一預設時段與第二預設時段可以根據需求進行調整，設定第一預設時段與第二預設時段的用意是為了避免觸碰控制器32接收到瞬時的雜訊而造成誤判的情形。

從第4圖可知，當物體50為導體時，隨著物體50與電極陣列之間的最短距離愈短，感應電容值CM愈低，且遠低於基線電容值C0。當物體50為非導體時，隨著物體50與電極陣列之間的最短距離愈短，感應電容值CM愈高，且略高於基線電容值C0。在感應互電容48對應的充電電流與充電時間都固定的前提下，感應電容值CM與感應電壓VM成反比。因此，本發明判斷感應電壓VM小於基線電壓時，物體50為非導體，並判斷感應電壓VM大於或等於基線電壓時，物體50為導體。此外，因為當物體50為導體時，感應電容值CM之變化較大，當物體50為非導體時，感應電容值CM之變化較小，所以第二門檻值需大於第一門檻值，本發明利用二個不同的門檻值去判斷導體及非導體之觸碰行為是否有效，以提升非導體或導體之觸控靈敏度，並降低懸浮(Hover)現象。

在本發明之某些實施例中，積分器28更包含一第一電子開關52、一第二電子開關54、一電子重置開關56、一重置電容58與一放大器60。第一電子開關52與第二電子開關54之一端電性連接感應互電容48之一端，第一電子開關52之另一端接地，第二電子開關54之另一端電性連接放大器60之負輸入端，放大器60之正輸入端接地，重置電容58之二端分別電性連接放大器60之負輸入端與輸出端，重置開關56電性並聯重置電容58，放大器60之輸出端電性連接類比數位轉換器30。第一電子開關52、第二電子開關54與電子重置開關56分別接收第一切換電壓S1、第二切換電壓S2與重置電壓RST，以進行開關切換，使放大器60之輸出端輸出感應電壓VM。

以下介紹本發明之觸碰控制方法之第一實施例之運作流程，請參閱第1圖、第3圖、第4圖、第5圖與第7圖。首先，如步驟S10所示，在物體50靠近電極陣列時，積分器28配合驅動交流電壓AD擷取感應互電容48之感應電容值CM，並轉換感應電容值CM為感應電壓VM，且觸碰控制器32接收感應電壓VM，並取得感應電壓VM與基線電壓之差值之絕對值。接著，如步驟S12所示，觸碰控制器32判斷感應電壓VM是否小於對應基線電容值C0之基線電壓，若是，進行步驟S14，若否，進行步驟S16。在步驟S14中，觸碰控制器32判斷物體50為非導體，並判斷絕對值是否大於第一門檻值，若是，進行步驟S18，若否，回至步驟S10。根據本發明之某些實施例，在步驟S14中，觸碰控制器32判斷物體50為非導體，並判斷絕對值是否持續第一時段大於第一門檻值，若是，進行步驟S18，若否，回至步驟S10。在步驟S18中，觸碰控制器32根據感應電壓VM紀錄非導體對應電極陣列之位置。在步驟S16中，觸碰控制器32判斷物體50為導體，並判斷絕對值是否大於第二門檻值，若是，進行步驟S20，若否，回至步驟S10。根據本發明之某些實施例，在步驟S16中，觸碰控制器32判斷物體50為導體，並判斷絕對值是否持續第二預設時段大於第二門檻值，若是，進行步驟S20，若否，回至步驟S10。在步驟S20中，觸碰控制器32根據感應電壓VM紀錄導體對應電極陣列之位置。

除了第2圖與第3圖外，本發明之電極陣列亦可有其他結構，請參閱第8圖與第9圖。電極陣列包含一感測基板38與複數個電極群組40，每一電極群組40包含彼此相隔之一第一觸控電極42、至少一第二觸控電極44與一第三觸控電極46，在此電極陣列中，第二觸控電極44之數量為一個，其係位於第一觸控電極42與第三觸控電極46之間。第二觸控電極44與第一觸控電極42形成觸碰互電容47，第三觸控電極46與第一觸控電極42形成感應互電容48，每一電極群組40具有一基線(baseline)電容值C0。為了方便解說，僅繪製第一觸控電極42、第二觸控電極44與一第三觸控電極46之位置佈局，實際上在x方向上的第一觸控電極42會彼此串接，y方向上的第二觸控電極44會彼此串接，y方向上的第三觸控電極46亦會彼此串接。此電極陣列之觸碰互電容47之電容值CA與感應互電容48之電容值CM的變化同樣如第4圖所示，故應用在第一實施例時，相關的連接關係與運作方式皆與上述內容相同，於此不再贅述。

請參閱第10圖與第11圖，以下介紹本發明之觸碰控制裝置之第二實施例，其與第一實施例差別在於第二實施例更包含一昇壓型電源轉換器62，其係電性連接觸控顯示面板36與觸碰控制器32，觸碰控制器32根據導體或非導體對應電極陣列之位置，利用昇壓型電源轉換器62驅動觸控顯示面板36，其餘元件的連接關係與運作方式和第一實施例相同，於此不再贅述。第二實施例之運作流程如第11圖所示，步驟S10、S12、S14、S16、S18與S20皆與第一實施例之各步驟流程相同。在步驟S18或S20後，進行步驟S22。在步驟S22中，觸碰控制器32根據導體或非導體對應電極陣列之位置，利用昇壓型電源轉換器62驅動觸控顯示面板36，以提升非導體或導體之觸控靈敏度。

請參閱第12圖與第13圖。以下介紹本發明之觸碰控制裝置之第三實施例，其與第二實施例差別在於第三實施例更包含一類比數位轉換器64，其係電性連接積分器28與觸碰控制器32。此外，在第一實施例與第二實施例中，上述感應電壓VM、絕對值、差值、基線電壓、第一門檻值與第二門檻值皆為類比數值，但在第三實施例中，上述感應電壓VM、絕對值、差值、基線電壓、第一門檻值與第二門檻值皆為數位值。類比數位轉換器64接收感應電壓VM，以轉換感應電壓VM為數位值，以供觸碰控制器32接收。第三實施例之運作流程如第13圖所示，步驟S12、S14、S16、S18、S20與S22皆與第二實施例之各步驟流程相同。在步驟S10中，在物體50靠近電極陣列時，積分器28配合驅動交流電壓AD擷取感應互電容48之感應電容值CM，並轉換感應電容值CM為感應電壓VM，類比數位轉換器64接收感應電壓VM，以轉換感應電壓VM為數位值，且觸碰控制器32接收為數位值之感應電壓VM，並取得感應電壓VM與基線電壓之差值之絕對值。本發明之第三實施例將所有電壓值轉換為數位值進行處理，更能大幅提升非導體或導體之觸控靈敏度，並有效降低懸浮現象。

綜上所述，本發明設定第一門檻值與第二門檻值以提升非導體或導體之觸控靈敏度，並降低懸浮現象。

以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

26:觸碰控制裝置 28:積分器 32:觸碰控制器 36:觸控顯示面板 38:感測基板 40:電極群組 42:第一觸控電極 44:第二觸控電極 46:第三觸控電極 47:觸碰互電容 48:感應互電容 50:物體 52:第一電子開關 54:第二電子開關 56:電子重置開關 58:重置電容 60:放大器 62:昇壓型電源轉換器 64:類比數位轉換器

第1圖為本發明之觸碰控制裝置之第一實施例之示意圖。第2圖為觸控顯示面板之電極陣列之示意圖。第3圖為第2圖之沿b-b’線之結構剖視圖。第4圖為物體與電極陣列之間的最短距離相對電極群組之感應電容值之曲線圖。第5圖為本發明之積分器之一實施例之示意圖。第6圖為本發明之驅動交流電壓、第一切換電壓、第二切換電壓、重置電壓與感應電壓之波形圖。第7圖為本發明之觸碰控制方法之第一實施例之流程圖。第8圖為觸控顯示面板之電極陣列之另一示意圖。第9圖為第8圖之沿c-c’線之結構剖視圖。第10圖為本發明之觸碰控制裝置之第二實施例之示意圖。第11圖為本發明之觸碰控制方法之第二實施例之流程圖。第12圖為本發明之觸碰控制裝置之第三實施例之示意圖。第13圖為本發明之觸碰控制方法之第三實施例之流程圖。

Claims

一種觸碰控制裝置，包含：一積分器，電性連接一觸控顯示面板，該觸控顯示面板具有一電極陣列，該電極陣列包含複數個電極群組，每一該電極群組包含彼此相隔之一第一觸控電極、至少一第二觸控電極與一第三觸控電極，該至少一第二觸控電極位於該第一觸控電極與該第三觸控電極之間，該第一觸控電極與該第三觸控電極形成一感應互電容，每一該電極群組具有一基線(baseline)電容值，該感應互電容之一端接收一驅動交流電壓，另一端電性連接該積分器，在一物體靠近該電極陣列時，該積分器配合該驅動交流電壓擷取該感應互電容之感應電容值，並轉換該感應電容值為一感應電壓；以及一觸碰控制器，電性連接該積分器，該觸碰控制器存有對應該基線電容值之一基線電壓、一第一門檻值與大於該第一門檻值之一第二門檻值，該觸碰控制器接收該感應電壓，並取得該感應電壓與該基線電壓之差值之絕對值，在該觸碰控制器判斷該感應電壓小於該基線電壓，且該絕對值大於該第一門檻值時，該觸碰控制器判斷該物體為非導體，且根據該感應電壓紀錄該非導體對應該電極陣列之位置，在該觸碰控制器判斷該感應電壓大於或等於該基線電壓，且該絕對值大於該第二門檻值時，該觸碰控制器判斷該物體為導體，且根據該感應電壓紀錄該導體對應該電極陣列之位置。
如請求項1所述之觸碰控制裝置，更包含一類比數位轉換器，其係電性連接該積分器與該觸碰控制器，並接收該感應電壓，以轉換該感應電壓為數位值，且該絕對值、該差值、該基線電壓、該第一門檻值與該第二門檻值皆為數位值。
如請求項1所述之觸碰控制裝置，更包含一昇壓型電源轉換器，其係電性連接該觸控顯示面板與該觸碰控制器，該觸碰控制器根據該導體或該非導體對應該電極陣列之該位置，利用該昇壓型電源轉換器驅動該觸控顯示面板。
如請求項1所述之觸碰控制裝置，其中該觸碰控制器判斷該絕對值持續一第一預設時段大於該第一門檻值時，該觸碰控制器根據該感應電壓紀錄該非導體對應該電極陣列之該位置。
如請求項1所述之觸碰控制裝置，其中該觸碰控制器判斷該絕對值持續一第二預設時段大於該第二門檻值時，該觸碰控制器根據該感應電壓紀錄該導體對應該電極陣列之該位置。
一種應用於請求項1所述之觸碰控制裝置之觸碰控制方法，包含：在該物體靠近該電極陣列時，擷取該感應互電容之該感應電容值，並轉換該感應電容值為該感應電壓，且取得該感應電壓與該基線電壓之該差值之該絕對值；以及判斷該感應電壓是否小於該基線電壓：若是，判斷該物體為該非導體，並判斷該絕對值是否大於該第一門檻值：若是，根據該感應電壓紀錄該非導體對應該電極陣列之位置；以及若否，回至擷取該感應電容值，並轉換該感應電容值為該感應電壓，且取得該絕對值之步驟；以及若否，判斷該物體為該導體，並判斷該絕對值是否大於該第二門檻值：若是，根據該感應電壓紀錄該導體對應該電極陣列之位置；以及若否，回至擷取該感應電容值，並轉換該感應電容值為該感應電壓，且取得該絕對值之步驟。
如請求項6所述之觸碰控制方法，其中該感應電壓、該絕對值、該差值、該基線電壓、該第一門檻值與該第二門檻值皆為數位值。
如請求項6所述之觸碰控制方法，其中在根據該絕對值紀錄該導體或該非導體對應該電極陣列之該位置之步驟後，根據該導體或該非導體對應該電極陣列之該位置，驅動該觸控顯示面板。
如請求項6所述之觸碰控制方法，其中在判斷該絕對值是否大於該第一門檻值之步驟中，判斷該絕對值是否持續一第一預設時段大於該第一門檻值。
如請求項6所述之觸碰控制方法，其中在判斷該絕對值是否大於該第二門檻值之步驟中，判斷該絕對值是否持續一第二預設時段大於該第二門檻值。