TWM480114U - 高精確度之單邊單層電容式觸控面板裝置 - Google Patents

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Description

高精確度之單邊單層電容式觸控面板裝置
本創作係關於一種具有觸控板的結構，尤指一種高精確度之單邊單層電容式觸控面板裝置。
電容式觸控面板應用領域廣泛，主要應用於消費性電子產品如PDA、掌上型電腦、電子字典、行動電話、Web pad、電子書、Tablet PC、數位像機、自助點餐系統、存貨管理盤點機、POS結帳機、信用卡POS簽名機、醫療監控系統等。
電阻式觸控面板主要由上下兩組氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)導電層疊合而成，使用時利用壓力使上下電極導通，經由控制器測知面板電壓變化而計算出接觸點位置進行輸入。當使用者在觸摸螢幕上的某一點時，電流通過導通而動作，此時電腦會計算該動作點的位置，而驅動程式會將此動作翻譯成系統能了解的語言。
單層電容式觸控面板配置方式主要為將導電層兩端連接至偵測電路以量測導電層上的電流、電壓變化，例如美國專利案號US 6,961,049 "CAPACTIVE TOUCH SENSOR ARCHITECTURE WITH UNIQUE SENSOR BAR ADDRESSING"、以及US 7,735,383 "BALANCED RESISTANCE CAPACITIVE SENSING APPARATUS"所揭露。然而，此種配置方式需於基板兩側設置連接線路，且會影響觸控面板整體的美觀，對於產品的設計，係造成不小的影響，側邊的走線會影響位置的判斷造成誤差。
針對上述問題，一種解決方法是在於基板之一 側設置連接線路。圖1係一習知單層單邊電容式觸控面板裝置及觸控偵測電路之示意圖。如圖1所示，單層單邊電容式觸控面板裝置1包括一基板10、複數導電線101~110、及一觸控偵測電路11。該等複數導電線101~110係為長條形，且並列設置、貼合於基板10上，並通過一連接線路19電性連接至觸控偵測電路11。複數導電線101~110係由基板10之第一側邊10a延伸至第二側邊10b，每一導電線101~110具有一接近該第二側邊10b之連接端101b~110b。觸控偵測電路11係經由連接線路19電性連接至導電線101~110之連接端101b~110b，以偵測該複數導電線101~110之電性變化而判定於基板10上之至少一接觸點A。
圖1的接觸點偵測係偵測該等複數導電線 101~110之間的電容變化，以判斷接觸點A的Y方向座標(例如導電線108)，再偵測導電線108的電阻變化，以判斷接觸點A的X方向座標。此種偵測方法確有兩難的局面。當導電線101~110的線寬加粗時，各導電線101~110的間距變小，有助於偵測該等複數導電線101~110之間的電容變化， 然而由於導電線101~110的線寬加粗，使得各導電線101~110的電阻變小，而難以偵測導電線的電阻變化。當導電線101~110的線寬變細時，使得各導電線101~110的電阻變大，有助於偵測導電線的電阻變化，然而卻使各導電線101~110的間距變大且讓電容變小，不利於偵測該等複數導電線101~110之間的電容變化。因此，習知單邊單層電容式觸控面板裝置結構仍有改善的空間。
本創作之主要目的係在提供一種高精確度之單邊單層電容式觸控面板裝置，僅需於單邊設置連接線路，另外三邊不需配置。由此，另外三邊可採無框設計，以簡化觸控面板之配置，同時可提昇接觸點偵測的準確度。。
為達成上述之目的，本創作提出一種高精確度之單邊單層電容式觸控面板裝置，包括一基板、複數導電線、及一觸控偵測電路。該基板具有一表面及相對之第一側邊及第二側邊。該複數導電線分別具有一等效電阻值及一等效電容值，該等複數導電線係並列設置於該基板之表面上，而由該基板之第一側邊延伸至第二側邊，每一導電線具有一導電走線，該導走電線的兩側邊設置有複數個三角形感應電極，每一個三角形感應電極以一連接部與該導走電線連接，每一導電線僅具有一接近該第二側邊之一連接端。該觸控偵測電路係經由一連接線路電性連接至該複數導電線之連接端，以偵測該複數導電條之該等效電阻值 及該等效電容值之變化而判定於該基板上之至少一碰觸位置。
1‧‧‧單層單邊電容式觸控面板裝置
10‧‧‧基板
101~110‧‧‧導電線
11‧‧‧觸控偵測電路
19‧‧‧連接線路
10a‧‧‧第一側邊
10b‧‧‧第二側邊
101b~110b‧‧‧連接端
200‧‧‧高精確度之單邊單層電容式觸控面板裝置
210‧‧‧基板
22-1~22-N‧‧‧導電線
230‧‧‧觸控偵測電路
250‧‧‧連接線路
210a‧‧‧第一側邊
210b‧‧‧第二側邊
231‧‧‧多工選擇器
232‧‧‧第一開關
233‧‧‧第二開關
234‧‧‧第三開關
235‧‧‧第四開關
236‧‧‧電容
237‧‧‧電阻
238‧‧‧類比數位轉換器
239‧‧‧積分電路
240‧‧‧微控制器
310‧‧‧導電走線
320‧‧‧三角形感應電極
330‧‧‧連接部
22-1b~22-Nb‧‧‧連接端
圖1係一習知單層單邊電容式觸控面板裝置及觸控偵測電路之示意圖。
圖2係本創作一種高精確度之單邊單層電容式觸控面板裝置的示意圖。
圖3係本創作導電線的示意圖。
圖4係本創作導電線的另一示意圖。
圖5係本創作一較佳實施例之第二示意圖。
圖6係本創作一較佳實施例之第三示意圖。
圖7係本創作一較佳實施例之第一等效電路圖。
圖8係本創作一較佳實施例之第二等效電路圖。
圖9係本創作一較佳實施例之第三等效電路圖。
圖10係本創作一較佳實施例之第四等效電路圖。
圖2係本創作一種高精確度之單邊單層電容式觸控面板裝置200的示意圖，包括一基板210、複數導電線22-1~22-N、及一觸控偵測電路230。該基板210具有一表面及相對之第一側邊210a及第二側邊210b。該複數導電線22-1~22-N分別具有一等效電阻值及一等效電容值，該等複 數導電線22-1~22-N係並列設置於該基板210之表面上，而由該基板之第一側邊210a延伸至第二側邊210b。為方便說明，本實施例以N條導電線22-1~22-N為例說明，N為大於1之整數。
圖3係本創作導電線22-1~22-N的示意圖。每 一導電線具有一導電走線310，該導走電線的相對兩側邊設置有複數個三角形感應電極320，每一個三角形感應電極320以一連接部330與該導走電線310連接，每一導電線220僅具有一接近該第二側邊210b之一連接端22-1b~22-Nb。該觸控偵測電路230係經由一連接線路250電性連接至該複數導電線22-1~22-N之連接端22-1b~22-Nb，以偵測該複數導電線22-1~22-N之該等效電阻值及該等效電容值之變化而判定於該基板210上之至少一碰觸位置。較佳地，本創作導電線22-1~22-N係由氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)材質所製成，該連接線路250係為一軟性電路板(Flexible Printed Circuit,FPC)。
如圖3所示，第i條導電線22-i之導電走線310 的第一側邊的該複數個三角形感應電極321與第二側邊的該複數個三角形感應電極322係設置於該i條導電線22-i之導電走線310的相同位置(分別對齊設置)，該第一側邊的該複數個三角形感應電極321之相鄰兩個係相隔一第一間距(2d)而設置。該第i條導電線22-i之導電走線310的第一側邊的該複數個三角形感應電極321之一個與第i+1條導電線22-(i+1)之導電走線的第一側邊的複數個三角形感應電極 323之最近的一個係相隔一第二間距(d)而設置，該第一間距(2d)係為第二間距(d)的兩倍。該第i條導電線22-i之導電走線310的第二側邊的該複數個三角形感應電極322之一個與第i+1條導電線22-(i+1)之導電走線310的第二側邊的該複數個三角形感應電極324之最近的一個係相隔一第二間距(d)而設置。
圖4係本創作導電線22-1~22-N的另一示意 圖。第i條導電線22-i之導電走線310的第一側邊的該複數個三角形感應電極321之一個與第二側邊的該複數個三角形感應電極322之最近的一個係相隔一第一間距(d)而設置，而該第一側邊的該複數個三角形感應電極321之相鄰兩個係相隔一第二間距(2d)而設置，該第二間距(2d)係為第一間距(d)的兩倍。該第i條導電線22-i之導電走線310的第一側邊的該複數個三角形感應電極321與第i+1條導電線22-(i+1)之導電走線310的第一側邊的該複數個三角形感應電極323係分別設置於該第i條導電線22-i之導電走線310及該第i+1條導電線22-(i+1)之導電走線310的相同位置(分別對齊設置)。該第i條導電線22-i之導電走線310的第二側邊的該複數個三角形感應電極322與第i+1條導電線22-(i+1)之導電走線310的第二側邊的該複數個三角形感應電極324係分別設置於該第i條導電線22-i之導電走線310及該第i+1條導電線22-(i+1)之導電走線310的相同位置(分別對齊設置)。
本創作之主要特徵在於：導電線22-1~22-N係 並列設置於基板210上，並僅透過單邊連接端22-1b~22-Nb與連接線路250、觸控偵測電路230連接。除了圖2所提供之橫式配置方式之外，本創作亦可採取直式之配置方式，其示意圖如圖5所示；或者，可採用橫式配置方式，但連接線路250由底端連接至觸控偵測電路230，其示意圖如圖6所示。
本創作之基板210較佳地係為一矩形結構，並 具相對之第一側邊210a及第二側邊210b。複數導電線22-1~22-N係由基板210之第一側邊210a延伸至第二側邊210b。每一導電線221~22N具有一接近該第二側邊210b之連接端22-1b~22-Nb。觸控偵測電路230係經由連接線路250電性連接至導電線22-1~22-N之連接端22-1b~22-Nb，以偵測該複數導電線220之電性變化而判定於基板210上之至少一接觸點A。
本實施例試舉一例說明本創作如何偵測碰觸 位置。請參考圖2，其係本創作一較佳實施例之系統架構圖。如圖所示，本創作之觸控偵測電路230包括：一多工選擇器231、一第一開關232、一第二開關233、一第三開關234、一第四開關235、一電容236、一電阻237、一類比數位轉換器238、一積分電路239、及一微控制器240。
其中，多工選擇器231係通過連接線路250電 性連接至該等導電線22-1~22-N。第一開關232之第一端a係電性連接至多工選擇器231，第二端b係連接至第二開關233之第二端b，第三端c係連接至電容236。第二開關233 之第一端a係電性連接至電阻237及積分電路239，第二端b係連接至第一開關232之第二端b，第三端c係連接至電容236。第三開關234之第一端a係電性連接至電容236及第一開關232的第三端c，第二端b係連接至一直流電源V，第三端c係連接至第四開關235的第二端b。第四開關235之第一端a係連接至類比數位轉換器238，第二端b係連接至第三開關234的第三端c，第三端c則連接至積分電路239。
電阻237具有一電阻值R，電容236具有一電 容值C。該等複數導電線22-1~22-N係分別具有一等效電阻值及一等效電容值。為方便說明，本實施例以導電線22-8為例，當使用者以手指觸碰導電線22-8之觸控點A時，該導電線之等效電阻值為R'，等效電容值為C'，其等效電路如圖7所示。
多工選擇器231係依次選擇導電線22-1~22-N， 故每條導電線22-1~22-N均通過相同之方式量測等效電阻值及等效電容值。當多工選擇器231掃描至導電線228時，第三開關234的第一端a係切換至第二端b以連接直流電源V與電容236，第二開關233的第一端a係切換至第三端c以連接電容236與電阻237。此時，該直流電源V係對電容236進行充電，其等效電路則如圖8所示。待充電週期完成後，第三開關234的第一端a係切換至第三端c，第四開關235的第一端a係切換至第二端b，以使類比數位轉換器238電性連接至電容236而讀取充電後之電壓值V1，並將積分電路239歸零。
接著，第一開關232的第一端a係切換至第三 端c，第二開關233的第一端a亦切換至第三端c，以使電容236對導電線228進行充電，積分電路239開始累加流經電阻237之電流的平方值，其等效電路則如圖9所示。
而後，第一開關232與第二開關233同時動作， 第一開關232的第一端a係切換至第二端b，第二開關233的第一端a亦切換至第二端b，以致使該導電線228進行放電，其等效電路如圖10所示。積分電路239係繼續累加流經電阻237之電流的平方值。
第一開關232、第二開關233係再次切換至電 容236多數次，以使電容236對導電線228進行充電、及導電線228本身放電多數次，積分電路239並持續累加流經電阻237之電流的平方值。
最後，積分電路239停止記錄流經電阻237的 電流的平方值，其所得到的總電流平方值為I2 。第二開關233的第一端a切換至第三端c，第三開關234的第一端a切換至第三端c，第四開關235的第一端a切換至第二端b，以使類比數位轉換器238連接至電容236而讀取電容236放電後的電壓值V2。
該類比數位轉換器238將第一電壓值V1、第二 電壓值V2、及總電流I傳送至微控制器240，根據能量守恆原理與電荷不滅原理，可計算出導電線22-8之等效電容值C'及等效電阻值R'，其計算公式為：，(電荷不滅定律)
，(能量守恆定律) 由於使用者以手指接觸導電線228，將使得導電線22-8之等效電容值C'增加，與相較於其他導電線22-1~22-N，電線22-8之等效電容值C'將明顯提高，配合內插法計算可以準確的取得垂直軸的座標，由此，微控制器240可判斷接觸點A係位於導電線22-8上。其次，等效電阻值R'係和接觸點A與連接端22-8b之距離成正比，因此，通過比例關係，可計算出接觸點A在導電線22-8上之水平座標位置。是故，通過讀取第一電壓值V1、第二電壓值V2、及電流的I，微控制器240便可得知接觸點A在基板210上之平面座標位置。
如圖3圓圈B處所示，該第i條導電線22-i之導電走線310的三角形感應電極322與第i+1條導電線22-(i+1)之導電走線310的三角形感應電極323由於面積有效地增大，因此有助於觸控偵測電路230偵測該等複導電線22-1~22-N之間的電容變化，而由於複數個三角形感應電極320係設置於導電走線310的兩側邊，因此可以將導電線之導電走線310的線寬變細，可提昇導電走線310的電阻值，觸控偵測電路230偵測導電走線310的電阻值的電阻變化，故本案觸碰位置偵測的準確度可較習知技術有著顯著的提昇。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本 創作所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
200‧‧‧高精確度之單邊單層電容式觸控面板裝置
210‧‧‧基板
22-1~22-N‧‧‧導電線
230‧‧‧觸控偵測電路
250‧‧‧連接線路
210a‧‧‧第一側邊
210b‧‧‧第二側邊
231‧‧‧多工選擇器
232‧‧‧第一開關
233‧‧‧第二開關
234‧‧‧第三開關
235‧‧‧第四開關
236‧‧‧電容
237‧‧‧電阻
238‧‧‧類比數位轉換器
239‧‧‧積分電路
240‧‧‧微控制器
310‧‧‧導電走線
320‧‧‧三角形感應電極
330‧‧‧連接部
22-1b~22-Nb‧‧‧連接端

Claims (9)

  1. 一種高精確度之單邊單層電容式觸控面板裝置，包括：一基板，具有一表面及相對之第一側邊及第二側邊；複數導電線，其分別具有一等效電阻值及一等效電容值，該等複數導電線係並列設置於該基板之表面上，而由該基板之第一側邊延伸至第二側邊，每一導電線具有一導電走線，該導走電線的兩側邊設置有複數個三角形感應電極，每一個三角形感應電極以一連接部與該導走電線連接，每一導電線僅具有一接近該第二側邊之一連接端；以及一觸控偵測電路，其係經由一連接線路電性連接至該複數導電線之連接端，以偵測該複數導電條之該等效電阻值及該等效電容值之變化而判定於該基板上之至少一碰觸位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之高精確度之單邊單層電容式觸控面板裝置，其中，該導電走線的第一側邊的該複數個三角形感應電極與第二側邊的該複數個三角形感應電極係設置於該導電走線的相同位置以分別對齊設置，該第一側邊的該複數個三角形感應電極之相鄰兩個係相隔一第一間距而設置。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之高精確度之單邊單層電容式觸控面板裝置，其中，一第i條導電線之導電走線的第一側邊的該複數個三角形感應電極之一個與第i+1條導電線之導電走線的第一側邊的該複數個三角形感應電極之最近的一個係相隔一第二間距而設置，該第一間距係為第二間距的兩倍，i為正整數。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之高精確度之單邊單層電容式觸控面板裝置，其中，該導電走線的第一側邊的該複數個三角形感應電極之一個與第二側邊的該複數個三角形感應電極之最近的一個係相隔一第一間距而設置，該第一側邊的該複數個三角形感應電極相鄰兩個係相隔一第二間距而設置，該第二間距係為第一間距的兩倍。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之高精確度之單邊單層電容式觸控面板裝置，其中，一第i條導電線之導電走線的第一側邊的該複數個三角形感應電極與第i+1條導電線之導電走線的第一側邊的該複數個三角形感應電極係分別設置於該第i條導電線之導電走線及該第i+1條導電線之導電走線的相同位置，以分別對齊設置，i為正整數。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之高精確度之單邊單層電容式觸控面板裝置，其中，該觸控偵測電路包括：一多工選擇器，其係電性連接至該等複數導電線；一第一開關，其係電性連接至該多工選擇器；一電阻，其具有一第一電阻值；一第二開關，其係電性連接至該電阻、及該第一開關；一電容，其具有一電容值，該電容係電性連接至該第一開關、及該第二開關；一第三開關，其係電性連接至該電容；一類比數位轉換器，其係電性連接至一微控制器；一第四開關，其係電性連接至該類比數位轉換器、及該第三開關；以及一積分電路，其係電性連接至該第二開關、及該第四開關。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之高精確度之單邊單層電容式觸控面板裝置，其中，該等複數導電線係由氧化銦錫材質所製成。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之高精確度之單邊單層電容式觸控面板裝置，其中，該基板係為一矩形結構。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之高精確度之單邊單層電容式觸控面板裝置，其中，該連接線路係為一軟性電路板。
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