TWI792297B

TWI792297B - 觸控辨識裝置及其觸控辨識方法

Info

Publication number: TWI792297B
Application number: TW110115988A
Authority: TW
Inventors: 李尚禮; 李�浩
Original assignee: 意象無限股份有限公司
Priority date: 2021-05-04
Filing date: 2021-05-04
Publication date: 2023-02-11
Also published as: TW202244706A

Abstract

一種觸控辨識裝置，包括：複數條第一投射式電容電極；複數條第二投射式電容電極，與複數條第一投射式電容電極交錯排列；複數條第一壓力電極，相對複數條第一投射式電容電極設置於複數條第二投射式電容電極之另一側；複數條第二壓力電極，面對複數條第一壓力電極而設置；複數個隔離點設置於複數條第一壓力電極與複數條第二壓力電極之間，用以界定出一隔離空間；以及，一控制器訊號連接複數條第一投射式電容電極、複數條第二投射式電容電極、複數條第一壓力電極及複數條第二壓力電極，且用以提供一第一驅動訊號給複數條第二壓力電極，及提供一第二驅動訊號給複數條第二投射式電容電極；其中，當觸控辨識裝置受到一指向元件施壓時，複數條第一壓力電極中至少其一者與複數條第二壓力電極中至少其一者相互接觸時，產生一壓力感測訊號。

Description

觸控辨識裝置及其觸控辨識方法

本發明關於一種觸控辨識裝置及其感測方法，特別是關於一種具有壓力感測之觸控辨識裝置。

觸控面板或觸控螢幕是主要的現代人機介面之一，作為一種位置辨識裝置，能夠巧妙的結合輸入和顯示介面，故具有節省裝置空間和操作人性化的優點，目前已非常廣泛應用在各式消費性或者工業性電子產品上。舉例：個人數位助理(personal digital assistant，PDA)、掌上型電腦(palm-sized PC)、平板電腦(tablet computer)、行動電話(mobile phone)、資訊家電(Information Appliance)、銷售櫃員機(Point-Of-Sale，POS)等裝置上。

隨著觸控辨識裝置廣泛應用在各式電子產品上，為了進一步提升人機介面的多元使用體驗，更加新穎地是在觸控辨識裝置的原有觸控功能上增加壓力感測的功能。目前具有壓力感測的觸控辨識裝置至少包括一觸控感測模組及一壓力感測模組，其中觸控感測模組包括一組觸控面板及一觸控控制器，壓力感測模組則包括一組壓力感測器及一壓力控制器。

然而，為了達成觸控面板加入壓力辨識的功能，通常利用二電極接觸的電流強度來判斷壓力大小及是否接觸來驅動/感測壓力訊號，也就是說，需要同時使用壓力控制器及觸控控制器，這兩種控制器才能使得觸控辨識裝置具有壓力感測之功能，造成整體產品成本提高。此外，一般的壓力感測模組需要外加在觸控面板的邊緣，亦造成機構組裝的困難。

鑑於上述發明背景，本發明通過採用單一控制器來提供不同的驅動訊號給投射式電容電極及壓力電極，可以有效降低整體成本以及達到模組薄型化的需求，並且將前述壓力感測模組與觸控面板結合在一起，容易機構組裝。另外藉由壓力電極的分區感測設計，可以加快壓力感測的判定及穩定度。

為了達到上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明實施例提供一種觸控辨識裝置，包括：複數條第一投射式電容電極；複數條第二投射式電容電極，與複數條第一投射式電容電極交錯排列；複數條第一壓力電極，相對複數條第一投射式電容電極設置於複數條第二投射式電容電極之另一側；複數條第二壓力電極，面對複數條第一壓力電極而設置；複數個隔離點設置於複數條第一壓力電極與複數條第二壓力電極之間，用以界定出一隔離空間；以及，一控制器訊號連接複數條第一投射式電容電極、複數條第二投射式電容電極、複數條第一壓力電極及複數條第二壓力電極，且用以提供一第一驅動訊號給複數條第二壓力電極，及提供一第二驅動訊號給複數條第二投射式電容電極；其中，當觸控辨識裝置受到一指向元件施壓時，複數條第一壓力電極中至少其一者與複數條第二壓力電極中至少其一者相互接觸時，產生一壓力感測訊號。

在一實施例中，複數條第一壓力電極電性連接一類比數位轉換單元，以接收壓力感測訊號。

在一實施例中，複數條第一壓力電極選擇性地電性連接一接地電位。

在一實施例中，複數條第二壓力電極通過一訊號處理接腳單元(GPIO)與控制器電性連接，以接收第一驅動訊號。

在一實施例中，複數條第二壓力電極分成數個區，每一區的複數條第二壓力電極通過一訊號處理接腳單元(GPIO)與控制器電性連接。在一實施例中，控制器執行一觸控壓力量測，觸控壓力量測包括一壓力量測循環，壓力量測循環包括：控制器將全部的複數條第一壓力電極及複數條第二壓力電極切換至一接地電位；控制器將複數條第二壓力電極之某一該區切換至接收第一驅動訊號，以將複數條第二壓力電極之該某一區充電至一驅動電位；以及，控制器將複數條第一壓力電極切換至電性連接一類比數位轉換單元，以讀取通過複數條第二壓力電極之某一區的第一驅動訊號；判斷對應複數條第二壓力電極之該某一區中第一壓力電極的任一者電位是否高於一門檻值，例如接地電位；以及，當第一壓力電極的該任一者電位高於門檻值，則複數條第一壓力電極之至少其一者與複數條第二壓力電極中某一區相互接觸，產生壓力感測訊號。其中，壓力量測循環更包括；多次重複令複數條第一壓力電極讀取通過複數條第二壓力電極之該某一區的第一驅動訊號，以累加所產生的壓力感測訊號。其中，壓力量測循環更包括：當任一複數條第一壓力電極的電位未高於門檻值，則重複執行壓力量測循環。

在一實施例中，每一第二壓力電極的兩端分別通過一第一訊號線及一第二訊號線連接控制器，第一驅動訊號包括一高電壓訊號及一低電壓訊號，分別通過第一訊號線及第二訊號線至每一第二壓力電極。

在一實施例中，控制器可同時提供或交替地提供該第一驅動訊號及第二驅動訊號，以同時或交替地進行一觸控壓力量測及一觸控位置量測。

為了達到上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明一實施例提供一種觸控辨識裝置之觸控辨識方法，其中觸控辨識裝置包括複數條第一投射式電容電極及與其交錯排列的複數條第二投射式電容電極，複數條第一壓力電極及面對其設置之複數條第二壓力電極，觸控辨識方法之步驟包括：通過一控制器，提供一第一驅動訊號至複數條第二壓力電極，以進行一觸控壓力量測；或/及，通過控制器，提供一第二驅動訊號給複數條第二投射式電容電極，以進行一觸控位置量測；其中，進行觸控壓力量測包括：當觸控辨識裝置受到一指向元件施壓時，複數條第一壓力電極與複數條第二壓力電極相互接觸，產生一壓力感測訊號；以及，控制器通過複數條第一壓力電極接收壓力感測訊號。

在一實施例中，進行觸控位置量測包括：當觸控辨識裝置受到指向元件觸控時，產生一觸控感測訊號；以及，控制器通過複數條第一投射式電容電極接收觸控感測訊號。

在一實施例中，控制器可同時提供或交替地提供第一驅動訊號及第二驅動訊號，以同時或交替地進行觸控壓力量測及觸控位置量測。例如，當壓力感測訊號值大於前述所預設之門檻值時，向主機端傳輸觸控位置訊號；或者，當壓力感測訊號值大於門檻值時，才進行觸控位置量測。不過，本實施例不能與重複執行壓力量測循環同時實施。

在一實施例中，複數條第二壓力電極分成數個區，每一區的複數條第二壓力電極通過一訊號處理接腳單元(GPIO)與控制器電性連接。其中進行觸控壓力量測之步驟更包括：執行一量測循環，包括：將全部的複數條第一壓力電極及複數條第二壓力電極切換至一接地電位；將複數條第二壓力電極之某一區切換至接收第一驅動訊號，以將複數條第二壓力電極之某一區充電至一驅動電位；以及，將複數條第一壓力電極切換至電性連接一類比數位轉換單元，以讀取通過複數條第二壓力電極之某一區的第一驅動訊號；判斷任一複數條第一壓力電極的電位是否高於一門檻值，例如接地電位；以及，當任一複數條第一壓力電極的電位高於門檻值，則複數條第一壓力電極與複數條第二壓力電極中該某一區相互接觸，產生壓力感測訊號。在一實施例中，前述方法更包括：多次重複令複數條第一壓力電極讀取通過複數條第二壓力電極之某一區的第一驅動訊號，以累加所產生的壓力感測訊號。在一實施例中，前述方法更包括：當任一複數條第一壓力電極的電位未高於門檻值，則重複執行量測循環。

100:觸控辨識裝置

110:保護層

120:第一投射式電容電極

130:第二投射式電容電極

140、M-Yn:第一壓力電極(層)

150:第二壓力電極(層)

150a、150b、150c、150d:(第二壓力電極)區

155:訊號處理接腳單元(GPIO)

160:隔離點

170:隔絕層

101、102、103:PET膜層

180:控制器

141、151a、151b、151c、151d:訊號線

151:第一訊號線

152:第二訊號線

Xn:第一投射式電容電極圖案層

M-Xn:第二投射式電容電極圖案層

V:隔離空間

VH:高電壓訊號

VL:低電壓訊號

Y:方向

S100、S200-S230、S300-S330:步驟

圖1及圖1A為本發明實施例中的一種觸控辨識裝置100之示意圖及其仰視示意圖。

圖2為圖1中觸控辨識裝置100之一實施例的局部結構放大仰視圖。

圖3A及圖3B為圖1中觸控辨識裝置100之另一實施例的局部結構仰視圖。

圖4為觸控辨識裝置中第二壓力電極的示意圖。

圖5為本發明一實施例中觸控辨識裝置100執行的觸控辨識方法之流程圖。

圖6A及圖6B為觸控辨識裝置一實施例中第一壓力電極及第二壓力電極的示意圖。

圖7為本發明一實施例中觸控辨識裝置100執行的觸控壓力量測之流程圖。

有關本發明前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是用於參照隨附圖式的方向。因此，該等方向用語僅是用於說明並非是用於限制本發明。

請參照圖1及圖1A，是本發明實施例中的一種觸控辨識裝置100之示意圖及其仰視示意圖。觸控辨識裝置100包括一保護層(Cover glass)110、複數條第一投射式電容電極(PCAP electrode)120、複數條第二投射式電容電極(PCAP electrode)130、複數條第一壓力電極(Bottom dummy electrode)140、複數條第二壓力電極(Force receiving electrode)150、複數個隔離點(Dot spacer)160及一隔絕層(Force resist glass)170。

於本實施例中，第一投射式電容電極120可以是感測電極，其位於保護層110之一側。第二投射式電容電極130則是驅動電極，與第一投射式電容電極120交錯排列，且與第一投射式電容電極120位於保護層110之同一側但不同層。其中，第一投射式電容電極120及第二投射式電容電極130可分別利用透明導電材料(ITO)圖案化形成於PET膜層101及102上。

第一壓力電極140相對複數條第一投射式電容電極120設置於複數條第二投射式電容電極130之另一側。第二壓力電極150面對第一壓力電極140而設置。隔絕層170相對第一壓力電極140，位於第二壓力電極150之另一側。其中，第一壓力電極140可利用透明導電材料(ITO)圖案化形成於PET膜層103上。隔絕層170可以是玻璃基板，第二壓力電極150則可利用透明導電材料(ITO)圖案化直接形成於玻璃基板170上。

同時參照圖1及圖1A，隔離點160設置於複數條第一壓力電極140與複數條第二壓力電極150之間，且可選擇性地設置對應於第二投射式電容電極130。由於第一壓力電極140與第二壓力電極150在沒有任何外力施加於觸控辨識裝置100時需保持隔離，本發明實施例中隔離點160用以界定出一隔離空間V，以避免第一壓力電極140與第二壓力電極150之間相互接觸，而產生誤觸。

控制器180訊號連接複數條第一投射式電容電極120、複數條第二投射式電容電極130、複數條第一壓力電極140及複數條第二壓力電極150，並且用以提供一第一驅動訊號給複數條第二壓力電極150，及提供一第二驅動訊號給複數條第二投射式電容電極130。在本發明實施例中，控制器180可同時提供或交替地提供第一驅動訊號及第二驅動訊號，以同時或交替地進行一觸控壓力量測及一觸控位置量測。

當觸控辨識裝置100受到一指向元件施壓時，複數條第一壓力電極140中至少其一者與複數條第二壓力電極150中至少其一者相互接觸時，第一驅動訊號經由兩者的接觸，由第二壓力電極150傳送到上述第一壓力電極140，轉換而產生一壓力感測訊號。其中，複數條第一壓力電極140電性連接一類比數位轉換單元(未圖示)，經過類比數位轉換單元，第一驅動訊號轉換產生為壓力感測訊號，第一壓力電極140用以接收壓力感測訊號。在一實施例中，複數條第一壓力電極140可選擇性地電性連接一接地電位(或零電位)，以達到EMI雜訊遮蔽。在一實施例中，複數條第二壓力電極150通過一訊號處理接腳單元(GPIO，未圖示)與控制器180電性連接，以接收第一驅動訊號。

請參照圖2，其擷取觸控辨識裝置100之局部結構放大仰視圖。在一較佳實施例中，觸控辨識裝置100包括一第一投射式電容電極120、一第二投射式電容電極130、一第一壓力電極140(如圖2中虛線繪製所示)、一第二壓力電極(未圖示)及隔離點160。為了方便示意說明，圖2僅表現出第一投射式電容電極120、第二投射式電容電極130、第一壓力電極140及隔離點160的圖案形式及其配置關係。於本實施例中，第一投射式電容電極120、第二投射式電容電極130、第一壓力電極140及第二壓力電極中的電極串皆採縱向排列。

請參照圖3A及圖3B，其擷取觸控辨識裝置100之局部結構仰視圖。圖3A以及圖3B分別表現出第一投射式電容電極圖案層120與第二投射式電容電極圖案層130，以及第一壓力電極層140與第二壓力電極層150的圖案形式及其配置關係。如圖3A所示，第一投射式電容電極圖案層Xn/120及第二投射式電容電極圖案層M-Xn/130中的電極串皆採縱向排列。如圖3B所示，於第一壓力電極層M-Yn/140及第二壓力電極層150中的電極串採橫向排列，由於第一壓力電極層140及第二壓力電極層150於仰視時，兩者為上下重疊，因此圖3B為簡化圖示，僅示意第一壓力電極層140的電極串M-Yn。無論電極串採用縱向/橫向排列，第二投射式電容電極圖案層130與第一投射式電容電極圖案層120交錯排列。為了避免短路，第一壓力電極層140之位置對應於第二壓力電極層150；如前所述，第一壓力電極圖案層140和第二壓力電極圖案層150在正視時，兩者的位置重合。複數個隔離點(未繪製)用以避免第一壓力電極層140與第二壓力電極層150之間誤觸。

在觸控辨識裝置的一實施例中，如圖4所示，第一壓力電極作為壓力訊號之感測電極，第二壓力電極作為壓力訊號之驅動電極。每一第二壓力電極150的兩端分別通過一第一訊號線151及一第二訊號線152連接控制器(未圖示)，控制器循序提供一驅動訊號，驅動訊號包括一高電壓訊號VH及一低電壓訊號VL(甚至可以是零電壓)分別通過第一訊號線151及第二訊號線152至每一第二壓力電極150。當觸控辨識裝置受到一外力施壓時，第二壓力電極150中至少其一者與第一壓力電極中至少其一者相互接觸，依據高低電壓差分布的情形，經由兩者的接觸可以知道壓力觸控在Y方向的位置，再依據驅動訊號的循序性，可以判定壓力觸控在Y方向的位置，進而轉換產生一壓力感測訊號。

請參考圖5，本發明另一實施例揭露上述觸控辨識裝置100執行的觸控辨識方法S100，觸控辨識裝置100如前所述，包括複數條第一投射式電容電極及與其交錯排列的複數條第二投射式電容電極，複數條第一壓力電極及面對其設置之複數條第二壓力電極，觸控辨識方法S100之步驟包括：

步驟S200：進行一觸控位置量測，包括步驟S210-S230。

步驟S210：通過控制器提供一第一驅動訊號給複數條第二投射式電容電極，以進行觸控位置量測；

步驟S220：當一指向元件觸控觸控辨識裝置時，產生一觸控感測訊號；以及，

步驟S230：控制器通過複數條第一投射式電容電極接收上述觸控感測訊號。

步驟S300：進行一觸控壓力量測，包括步驟S310-S330。

步驟S310：通過控制器提供一第二驅動訊號給該複數條第二壓力電極，以進行觸控壓力量測；

步驟S320：當觸控辨識裝置受到指向元件施壓時，複數條第一壓力電極中至少其一者與複數條第二壓力電極中至少其一者相互接觸，產生一壓力感測訊號；

步驟S330：控制器通過複數條第一壓力電極接收壓力感測訊號。

在一實施例中，觸控辨識方法S100可同時進行一觸控位置量測S200及一觸控壓力量測S300。配合參照圖3A及圖3B，控制器同時對第二壓力電極150(M-Yn)提供第一(壓力)驅動訊號，且對第二投射式電容電極130(M-Xn)提供第二(位置)驅動訊號；再同時量測第一壓力電極140(M-Yn)及第一投射式電容電極120(Xn)上所分別接收的一壓力感測訊號及一觸控感測訊號(位置訊號)。

在另一實施例中，觸控辨識方法S100不同時而採用交替式進行一觸控位置量測S200及一觸控壓力量測S300；也就是說，進行觸控壓力量測(Force measurement)的時機，與進行觸控位置量測(PCAP measurement)的時間是輪流的。舉例來說，配合參照圖3A及圖3B，控制器先對第二壓力電極150(M-Yn)提供第一(壓力)驅動訊號，且量測第一壓力電極140(M-Yn)所接收的一壓力感測訊號；再對第二投射式電容電極130(M-Xn)提供第二(位置)驅動訊號，並量測第一投射式電容電極120(Xn)上所接收的一觸控感測訊號(位置訊號)。在本實施例中，當執行觸控壓力量測S300時，控制器雖對第二壓力電極150(M-Yn)提供驅動訊號；但當執行觸控位置量測S200時，第一壓力電極140(M-Yn)會連接接地電位，以降低執行量測時，可能產生的雜訊干擾。

請參考圖6A及圖6B，第一壓力電極140通過一訊號線141連接至控制器180；以及，複數條第二壓力電極分成數個區150a、150b、150c及150d，每一區的複數條第二壓力電極150a、150b、150c及150d分別通過一訊號線151a、151b、151c及151d通過一訊號處理接腳單元(GPIO)155連接至控制器180。當觸控辨識裝置受到一外力例如一指向元件施壓時，第一壓力電極140中至少其一者與某一區150a、150b、150c或150d中的第二壓力電極150中至少其一者相互接觸，驅動訊號經由兩者的接觸，由上述某一區150a、150b、150c或150d中的第二壓力電極150傳送到第一壓力電極140，轉換而產生一壓力感測訊號。在一實施例中，進行前述觸控壓力量測時，若控制器接收到壓力感測訊號，則同時接收觸控感測訊號；或者，若控制器未接收到壓力感測訊號，則拒絕接收觸控感測訊號。在另一實施例中，複數條第二壓力電極如圖6B所示分成數個區，進行觸控壓力量測時，若控制器接收到某一區之壓力感測訊號，則接收該區之觸控感測訊號；或者，若控制器未接收到某一區之壓力感測訊號，則拒絕該區之觸控感測訊號。

在另一實施例中，若進行觸控壓力量測時，採用分條循序掃描，則可做更精確的壓力訊號與觸控訊號的對應。當控制器接收到複數條第一壓力電極中至少其一者與複數條第二壓力電極中至少其一者之壓力感測訊號，則接收對應該複數條第一壓力電極中至少其一者與該複數條第二壓力電極中至少其一者的位置上的觸控感測訊號；或者，當控制器未接收到該壓力感測訊號，則拒絕該位置上的該觸控感測訊號。舉例來說，以圖3A及3B所示，當觸控位置相對應的第Xn條壓力電極收到壓力感測訊號時，才接受該觸控感測訊號。

以下步驟詳細說明，通過前述第二壓力電極分成數個區的設計，控制器以執行一觸控壓力量測。配合參照圖7，觸控壓力量測S300更包括一壓力量測循環S301，執行量測循環S301之步驟包括：步驟S302：控制器將全部的複數條第一壓力電極及複數條第二壓力電極切換至一接地電位或是零電位；步驟S303：控制器將複數條第二壓力電極之某一區切換至接收第一驅動訊號，以將複數條第二壓力電極之該某一區充電至一驅動電位；步驟S304：控制器將複數條第一壓力電極切換至電性連接一類比數位轉換單元(ADC)，以讀取通過複數條第二壓力電極之該某一區的第一驅動訊號；步驟S305：判斷對應步驟S304之所述該區中第一壓力電極的任一者電位是否高於一門檻值，例如接地電位；當第一壓力電極的該任一者電位高於門檻值，則如圖5中所述步驟S320：第一壓力電極之至少其一者與第二壓力電極中該某一區相互接觸，產生壓力感測訊號。

在一較佳實施例中，壓力量測循環S301更包括步驟S306：多次重複令複數條第一壓力電極讀取通過複數條第二壓力電極之該某一區的第一驅動訊號，以累加所產生的壓力感測訊號。也就是說，重複步驟S304-S305，使得讀取壓力感測訊號之訊號量增強，以提升感測穩定度。

在一實施例中，接續步驟S305，當任一複數條第一壓力電極的電位未高於門檻值，則重複執行壓力量測循環S301。

本發明實施例通過將第二壓力電極150分區的感測設計，並配合執行上述壓力量測循環S301，由於配合訊號線分區連接至控制器，觸控辨識裝置所執行的觸控辨識方法可以加快壓力感測訊號的判定。更重要的是，本發明實施例通過採用單一控制器來提供不同的驅動訊號給投射式電容電極及壓力電極，可以有效降低整體成本以及達到模組薄型化的需求。