CN103049145A - 互容式触控感应装置及包含互容式触控感应装置的电子系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及互容式触控感应装置及包含互容式触控感应装置的电子系统，所述互容式触控感应装置包含感应面板、多个驱动电极及多个感应电极。该感应面板实质平行于一参考平面。这些驱动电极和这些感应电极被设置为构成矩阵。该矩阵包含多个单位感应区域。各单位感应区域与至少一驱动电极和至少一感应电极相关。该至少一驱动电极和该至少一感应电极间存在一间隙。该间隙投影于该参考平面上的长度大于各该单位感应区域的二对角线长度总和。

Description

互容式触控感应装置及包含互容式触控感应装置的电子系统

技术领域

本发明与触控技术相关，并且尤其与用以增强触控装置的噪声抵抗能力的技术相关。

背景技术

随着科技日益进步，各种电子产品的操作介面都愈来愈人性化。举例而言，透过触控屏幕，使用者可直接以手指或触控笔在屏幕上操作程序、输入讯息/文字/图样，省去使用其它输入装置的麻烦。实际上，触控屏幕通常是由一感应面板及设置于感应面板后方的一显示器组成。根据使用者在感应面板上所触碰的位置以及当时显示器所呈现的画面，电子装置可判断该次触碰的意涵，并执行相对应的操作结果。现有的触控技术大致分为电阻式、电容式、电磁感应式、超音波式以及光学式几类。互容式(mutual-capacitance)触控技术具有可实现多点触控方案的优点，因此近年来被广泛应用在许多产品中。

互容式触控感应装置的感应面板包含多以透明导电材料制成的电极，这些电极交错布满整个感应面板。请参阅图1(A)所示的感应装置俯视图，此例中多平行于X方向的电极12均为驱动电极(drive electrode)，多平行于Y方向的电极14均为感应电极(sense electrode)。上述两种不同的电极构成包含多个单位感应区域的矩阵图样(pattern)。如图1(A)所示，每列驱动电极12各自连接至一驱动器16，每栏感应电极14各自连接至一接收器18。一般而言，这些驱动器16会依序送出驱动信号，这些接收器18则会持续接收感应信号。

图1(B)为图1(A)的局部放大图，图1(C)为图1(B)的前视图。如前所述，一单位感应区域20由驱动电极12和感应电极14定义。于此范例中，驱动电极12和感应电极14设置于相互平行且垂直于Z方向的两个不同平面。由于两电极被设计为具有不同的电位，因此其间存在一定数量的电力线32。当使用者的手指30接近单位感应区域20时，由于手指30具有一类似接地的性质，驱动电极12和感应电极14间的部分电力线32会被手指30吸引，导致驱动电极12和感应电极14间的互容量降低。连接至该感应电极14的接收器18的输出信号会反应出此互容变化量。根据该接收器18的位置以及触碰发生时送出驱动信号的驱动器16的位置，后续电路即可判断触碰点在X/Y方向上的座标。

须说明的是，受到手指30影响的电力线主要分布在图1(B)中所标示的区域22A和22B，也就是驱动电极12和感应电极14在俯视图中的交会处的两个边缘区域。由于屏蔽效应的缘故，感应电极14和驱动电极12的交会处下方大部分的电力线不会受到手指30太大的影响。易言之，上述互容变化量主要来自于区域22A和22B的电力线改变。

在图1(A)所示的先前技术中，驱动电极12和感应电极14为宽度相同的长条形电极。然而现存感应面板的电极图样不限于此，图2(A)和图3(A)为另外两种现存的电极图样。在图2(A)中，驱动电极12比感应电极14宽。不过，对图2(A)中的各个单位感应区域而言，使用者的触碰会影响电力线分布的区域同样限于驱动电极12和感应电极14交会处的两个边缘区域，如图2(B)中标示的区域23A和23B。

在图3(A)中，每一个驱动电极12和感应电极14分别为一菱形。图3(B)为图3(A)的局部放大图。同一列中的相邻驱动电极12以平行于X方向的跨桥相连；同一栏中的相邻感应电极14以平行于Y方向的跨桥相连。此范例中的单位感应区域20由两个驱动电极12和两个感应电极14定义。对图3(B)中的单位感应区域20来说，主要是区域24A-24D中的电力线分布会受到使用者的触碰影响。由图3(B)可看出，区域24A-24D大致等同于单位感应区域20的对角线的邻近范围。

为了提供一定程度的触控精确度，图1(B)、图2(B)和图3(B)中的单位感应区域20面积通常大致相同，例如皆为5毫米*5毫米。对单一单位感应区域来说，使用者造成的互容变化量愈大，愈不容易受到噪声干扰，后续电路也愈能正确判读触碰点的位置。目前在某些采用多点触控功能的电子系统中，为了增加互容变化量，以对抗多指同时动作所引入的噪声，驱动电极12和感应电极14间的电位差被提高到十几伏特。除了耗电量高之外，这种做法的缺点在于，相关电路都必须具有能承受高电压的特性，因此导致触控屏幕的硬体成本大幅上升。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种新的互容式触控感应装置。藉由适当设计驱动电极和感应电极的形状及配置，在同样大小的单位感应区域中可有效包含更多会受到使用者的触碰影响的区域，进而提升互容变化量，也就是提升感应信号的信号噪声比(signal to noise ratio，SNR)。根据本发明的互容式触控感应装置及电子系统具有良好的定位准度与抗噪声能力。相较于采用高电位差的先前技术，根据本发明的互容式触控感应装置较为省电，硬体成本也较低。

根据本发明的一具体实施例为一互容式触控感应装置，其中包含一感应面板、多个驱动电极及多个感应电极。该感应面板大致平行于一参考平面。这些驱动电极和这些感应电极被设置为构成矩阵。该矩阵包含多个单位感应区域。各单位感应区域系与至少一驱动电极和至少一感应电极相关。该至少一驱动电极和该至少一感应电极间存在一间隙。该间隙投影于该参考平面上的长度大于该单位感应区域的对角线长度总和。

根据本发明的另一具体实施例为一电子系统，其中包含一感应面板、多个驱动电极、多个感应电极、一分析模块及一控制模块。该感应面板大致平行于一参考平面。这些驱动电极和这些感应电极被设置为构成一矩阵。该矩阵包含多个单位感应区域。该分析模块用以根据这些感应电极的输出信号判断是哪一个单位感应区域被触动。控制模块用以根据该分析模块提供的分析结果决定该电子系统的被触动后反应。各单位感应区域与至少一驱动电极和至少一感应电极相关。该至少一驱动电极和该至少一感应电极间存在一间隙，该间隙投影于该参考平面上的长度大于该单位感应区域的对角线长度总和。

关于本发明的优点与精神可藉由以下发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1(A)-图1(C)、图2(A)、图2(B)、图3(A)、图3(B)为传统触控感应装置的电极图样示意图。

图4(A)-图4(C)、图5(A)-图5(C)、图6(A)-图6(C)、图7(A)-图7(C)、图8(A)-图8(C)、图9(A)-图9(C)为根据本发明的实施例中的触控感应装置的电极图样示意图。

主要元件符号说明

12、42、52、62、72、82、92：驱动电极

14、44、54、64、74、84、94：感应电极

20、40、50、60、70、80、90：单位感应区域

22A、22B、23A、23B、24A-24D：贡献互容变化量的区域

41A、51A、51C、61A、71A、81A：中心区域

41B、51B、51D、61B、71B、81B：延伸区域

16：驱动器                18：接收器

30：手指                  32：电力线

46：间隙                  46A：间隙区段

91A、91C：连结区域        91B、91D：延伸区域

具体实施方式

在图3(A)及图3(B)所示的先前技术中，两种电极的间隙投影在X-Y平面的长度为单位感应区域20的对角线长度总和，长于图2(B)中的区域23A、23B在Y方向的长度，更长于图1(B)中的区域22A、22B在Y方向的长度。经由模拟实验可发现，在单位感应面积大小、电极材质等条件相同的情况下，图1、图2和图3所示的电极图样受到相同的使用者触碰时，在单位感应面积中会出现的互容变化量由大到小依序为图3、图2、图1。

由上述实验结果可推论，增大单位感应面积中电力线分布会受到使用者的触碰影响的区域的面积，于受到相同的使用者触碰时，能够使单位感应面积产生较大的互容变化量。因此，本发明的主要概念之一在于，藉由适当设计驱动电极和感应电极的形状及配置，在同样大小的单位感应区域中包含更大面积的会受到使用者的触碰影响的区域。

根据本发明的一具体实施例为一互容式触控感应装置。于实际应用中，该互容式触控感应装置可被整合于移动通信装置、平板电脑、个人电脑或是互动式资讯显示看板等电子系统中，但不以这些应用为限。该互容式触控感应装置包含一感应面板、多个驱动电极及多个感应电极。图4(A)为本实施例中的单一电极的形状示意图，图4(B)为本实施例中驱动电极和感应电极的配置示意图。

于此实施例中，每个驱动电极和每个感应电极各自如图4(A)所示，包含一中心区域41A及四个延伸区域41B。这些延伸区域41B环绕中心区域41A设置且分别连接至中心区域41A。如图4(B)所示，同一列中的相邻驱动电极42以平行于X方向的跨桥相连；同一栏中的相邻感应电极44以平行于Y方向的跨桥相连。多驱动电极42和多感应电极44构成一矩阵。该矩阵包含多个单位感应区域，且各单位感应区域与至少一驱动电极42和至少一感应电极44相关。

图4(C)为图4(B)的局部放大图。本实施例中的单位感应区域40由两个驱动电极42和两个感应电极44定义。实务上，驱动电极42和感应电极44可被设置于相互平行且垂直于Z方向(同时垂直于X方向和Y方向)的两个不同平面，亦可大致设置于同一平面。易言之，根据本发明的互容式触控感应装置可采用单层电极结构，也可采用双层电极结构。如图4(C)所示，无论是上述两种结构中的哪一种，在X-Y平面上，除了在跨桥部份有极小的重迭之外，驱动电极42和感应电极44之间都存在一间隙46。

由于驱动电极42和感应电极44的电位不同，其间因而存在跨越间隙46的电力线。对单位感应区域40来说，间隙46的邻近范围也就是主要会受到使用者的触碰影响其电力线分布的区域。间隙46投影于X-Y平面(亦即大致平行于感应面板的一参考平面)的长度愈长，能受到使用者的触碰影响并贡献互容变化量的范围就愈大。间隙46投影于X-Y平面的长度显然大于单位感应区域40的对角线长度总和。实验结果亦证明，在单位感应面积大小、电极材质等条件相同的情况下，图4(B)所示的电极设计确实能较图1、图2、图3等先前技术提供更大的互容变化量。

实务上，间隙的长度并非电极图样可决定的单位感应区域中互容变化量的唯一变因。举例而言，间隙46投影于X-Y平面的宽度愈窄，两种电极间的电力线耦合力愈强，使用者的触碰愈难以影响电力线分布。另一方面，若间隙46的宽度太宽，两种电极间固有的电力线总量就会较少，亦不利于产生较大的互容变化量。此外，若两相邻间隙区段(例如图4(C)中相邻且大致相互平行的两间隙区段46A)的间距太小，也会发生电力线耦合力太强的情况。为了平衡上述考量，于根据本发明的一实施例中，间隙46投影于X-Y平面上的宽度被设计在0.03微米-0.3毫米间，任意两相邻间隙区段则被设计为相隔0.7毫米-1毫米。此处所述的尺寸设计概念同样可应用在以下其他实施例中。

图5(A)为另一实施例中的单一电极的形状示意图，图5(B)为此实施例中驱动电极和感应电极的配置示意图。于此实施例中，每个驱动电极各自如图5(A)所示，包含一中心区域51A及四个延伸区域51B；每个感应电极各自如图5(A)所示，包含一中心区域51C及四个延伸区域51D。值得注意的是，本实施例可表彰两种电极的形状未必要相同。多驱动电极52和多感应电极54构成的矩阵亦包含多个单位感应区域。图5(C)为图5(B)的局部放大图。本实施例中的单位感应区域50由两个驱动电极52和两个感应电极54定义。同样地，驱动电极52和感应电极54之间隙投影于X-Y平面的长度被设计为大于单位感应区域50的对角线长度总和。

图6(A)为另一实施例中的单一电极的形状示意图，图6(B)为此实施例中驱动电极和感应电极的配置示意图。于此实施例中，每个驱动电极和感应电极各自如图6(A)所示，包含一中心区域61A及多个延伸区域61B。值得注意的是，本实施例可表彰各个延伸区域61B的形状未必要相同。多驱动电极62和多感应电极64构成的矩阵亦包含多个单位感应区域。图6(C)为图6(B)的局部图。本实施例中的单位感应区域60由两个驱动电极62和两个感应电极64定义。同样地，驱动电极62和感应电极64之间隙投影于X-Y平面的长度被设计为大于单位感应区域60的对角线长度总和。

图7(A)为另一实施例中的单一电极的形状示意图，图7(B)为此实施例中驱动电极和感应电极的配置示意图。于此实施例中，每个驱动电极和感应电极各自如图7(A)所示，包含一中心区域71A及四个延伸区域71B。多驱动电极72和多感应电极74构成的一矩阵亦包含多个单位感应区域。图7(C)为图7(B)的局部图。本实施例中的单位感应区域70由两个驱动电极72和两个感应电极74定义。同样地，驱动电极72和感应电极74之间隙投影于X-Y平面的长度被设计为大于单位感应区域70的对角线长度总和。

图8(A)为另一实施例中的单一电极的形状示意图，图8(B)为此实施例中驱动电极和感应电极的配置示意图。于此实施例中，每个驱动电极和感应电极各自如图8(A)所示，包含一中心区域81A及四个延伸区域81B。多驱动电极82和多感应电极84构成的一矩阵亦包含多个单位感应区域。图8(C)为图8(B)的局部图。本实施例中的单位感应区域80由两个驱动电极82和两个感应电极84定义。同样地，驱动电极82和感应电极84之间隙投影于X-Y平面的长度被设计为大于单位感应区域80的对角线长度总和。

图9(A)为另一实施例中的单一电极的形状示意图，图9(B)为此实施例中驱动电极和感应电极的配置示意图。于此实施例中，每个驱动电极各自如图9(A)所示，包含一连结区域91A及两个延伸区域91B；每个感应电极各自如图9(A)所示，包含一连结区域91C及两个延伸区域91D。多驱动电极92和多感应电极94构成的一矩阵亦包含多个单位感应区域。图9(C)为图9(B)的局部放大图。本实施例中的单位感应区域90由一个驱动电极92和一个感应电极94定义。同样地，驱动电极92和感应电极94之间隙投影于X-Y平面的长度被设计为大于单位感应区域90的对角线长度总和。

除了能提供较先前技术更大的互容变化量之外，上述各种实施例还有另一个优点是能提供较均匀的互容感应变化。以图3(B)为例，若使用者的手指宽度与单位感应区域20的边长相当，且沿X方向划过单位感应区域20，在单位感应区域20的中心点和左右两侧所引发的互容变化量均较小，而在中心点和左右两侧边中间的互容变化量则较大，互容感应变化较为不均匀。相对而言，若将同样的测试套用至图4-图9所示的电极图样，都能获得较均匀的互容感应变化。

根据本发明的另一具体实施例为包含如图4-图9所示的触控式感应装置之一的电子系统。除了感应面板和电极之外，该电子系统还进一步包含一控制模块与一分析模块。该分析模块用以根据这些感应电极的输出信号判断是哪一个单位感应区域被触动。该控制模块用以根据该分析模块提供的分析结果决定该电子系统的一被触动后反应。举例而言，若该电子系统为一平板电脑，该控制模块可根据使用者在触控感应面板上的动作决定要开启或关闭应用程序，或者是将多个被触控点连接起来，转换为文字/图样内容。该电子系统中的触控感应装置的详细实施方式可参考先前的段落，不再赘述。

如上所述，本发明提出一种新的互容式触控感应装置。藉由适当设计驱动电极和感应电极的形状及配置，在同样大小的单位感应区域中可有效包含更多会受到使用者的触碰影响的区域，进而提升互容变化量，也就是提升感应信号的信号噪声比。根据本发明的互容式触控感应装置及电子系统具有良好的定位准度与抗噪声能力。相较于采用高电位差的先前技术，根据本发明的互容式触控感应装置较为省电，硬体成本也较低。

藉由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (21)

1.一种互容式触控感应装置，包含：

一感应面板，实质地平行于一参考平面；

多个驱动电极；以及

多个感应电极，这些驱动电极和这些感应电极构成一矩阵，该矩阵包含多个单位感应区域；

其中，各单位感应区域与至少一驱动电极和至少一感应电极相关，该至少一驱动电极和该至少一感应电极间存在一间隙，该间隙投影于该参考平面上的长度大于该各单位感应区域的二对角线长度总和。

2.如权利要求1所述的互容式触控感应装置，其特征在于，每一个驱动电极和每一个感应电极各自包含一中心区域及多个延伸区域，这些延伸区域环绕该中心区域设置且分别连接至该中心区域。

3.如权利要求2所述的互容式触控感应装置，其特征在于，每一个感应电极的该中心区域以及每一驱动电极的该中心区域分别为一矩形区域，每一感应电极之这些延伸区域自该矩形区域的四边延伸而出，每两延伸区域之间形成一凹口，每一感应电极的该多个凹口各自供容纳不同驱动电极的这些延伸区域之一。

4.如权利要求2所述的互容式触控感应装置，其特征在于，每一个感应电极的这些延伸区域实质上为多枝状区域。

5.如权利要求2所述的互容式触控感应装置，其特征在于，每一个感应电极的这些延伸区域实质上为多矩形区域。

6.如权利要求2所述的互容式触控感应装置，其特征在于，这些感应电极与这些驱动电极具有互补的形状。

7.如权利要求2所述的互容式触控感应装置，其特征在于，这些感应电极与这些驱动电极具有对称的形状。

8.如权利要求1所述的互容式触控感应装置，其特征在于，该间隙具有包含两个以上转折点的弯曲形状，且其每一部分投影于该参考平面上的宽度大致相同。

9.如权利要求8所述的互容式触控感应装置，其特征在于，各该单位感应区域所包含的该间隙具有实质相同的形状。

10.如权利要求1所述的互容式触控感应装置，其特征在于，各该单位感应区域包含一驱动电极的一部分、另一驱动电极的其余部分、一感应电极的一部分以及另一感应电极的其余部分。

11.如权利要求10所述的互容式触控感应装置，其特征在于，该驱动电极的一部分具有该驱动电极的一半面积，且该感应电极的一部分具有该感应电极的一半面积。

12.如权利要求1所述的互容式触控感应装置，其特征在于，每一个驱动电极和每一个感应电极各自包含一连结区域及多个延伸区域，这些延伸区域设置于该连结区域的一侧且分别连接至该连结区域。

13.如权利要求1所述的互容式触控感应装置，其特征在于，该间隙投影于该参考平面上的宽度在0.03微米-0.3毫米之间。

14.如权利要求1所述的互容式触控感应装置，其特征在于，该间隙包含相邻且大致相互平行的两间隙区段，该两间隙区段相隔0.7毫米-1毫米。

15.如权利要求1所述的互容式触控感应装置，其特征在于，于一触碰发生于各该单位感应区域时，各该单位感应区域具有一较均匀的互容感应变化。

16.一种电子系统，包含：

一感应面板，实质地平行于一参考平面；

多个驱动电极；

多个感应电极，这些驱动电极和这些感应电极被设置为构成一矩阵，该矩阵包含多个单位感应区域；

一分析模块，用以根据这些感应电极之输出信号判断是否各单位感应区域被触动，以产生一分析结果；以及

一控制模块，用以根据该分析模块提供的分析结果决定该电子系统的一被触动后反应；

其中各单位感应区域与至少一驱动电极和至少一感应电极相关，该至少一驱动电极和该至少一感应电极间存在一间隙，该间隙投影于该参考平面上的长度大于该各单位感应区域的二对角线长度总和。

17.如权利要求16所述的电子系统，其特征在于，每一个驱动电极和每一个感应电极各自包含一中心区域及多个延伸区域，这些延伸区域环绕该中心区域设置且分别连接至该中心区域。

18.如权利要求16所述的电子系统，其特征在于，每一个驱动电极和每一个感应电极各自包含一连结区域及多个延伸区域，这些延伸区域设置于该连结区域的一侧且分别连接至该连结区域。

19.如权利要求16所述的电子系统，其特征在于，该间隙投影于该参考平面上的宽度在0.03微米-0.3毫米之间。

20.如权利要求16所述的电子系统，其特征在于，该间隙包含相邻且大致相互平行的两间隙区段，该两间隙区段相隔0.7毫米-1毫米。

21.如权利要求16所述的电子系统，其特征在于，于一触碰发生于各该单位感应区域时，各该单位感应区域具有一较均匀的互容感应变化。

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