TW201319909A - 互容式主動觸控系統 - Google Patents

Abstract

本發明構建了一種設置有主動裝置的互電容結構的觸控屏。主動裝置陣列隔離觸控屏上各觸控感測單元，使螢幕上各個感測單元以相互獨立地互電容的方式，感測觸控屏各感測單元以互電容方式各自獨立感測觸控物的觸控。排除了觸控訊號在不同感測電極間的擴散和串擾，將被觸位置的探測引入到空間的數位化。讓偵測後的判斷程式大大簡化，可以大量節省後處理晶片的資源，整體成本有可能變得更低，讓觸控屏更容易實現標準化。在觸控屏上引入主動元件，不但讓對多點觸控的判斷變得不成問題，更可以實現全點觸控，對觸控偵測能力從點擴展到面，讓觸控屏提高到一個新的水準。

Description

互容式主動觸控系統

本發明關於觸控屏，尤其有關於互容式主動觸控屏及其驅動電路。

觸摸是人類最重要的感知方式，是人與機器進行互動之最自然的方式。觸控屏發展至今已廣泛用於個人電腦、智慧型電話、公共資訊、智慧家電、工業控制等眾多領域。在目前的觸控領域，主要有電阻式觸控屏、光電式觸控屏、超聲波式觸控屏、平面電容式觸控屏，近年來投射電容式觸控屏發展迅速。

電阻式觸控屏仍是目前市場上的主導產品，但電阻式觸控屏的雙層基板的結構，使得觸控屏和顯示面板重疊在一起使用時，觸控屏的反光非常影響顯示的亮度、對比度、色飽和度等顯示品質，使整個顯示品質大大下降，而加大顯示面板背光的亮度，還會使功耗大漲；模擬式電阻觸控屏還存在定位漂移的問題，不時要進行位置校準；另外，電阻式觸控屏電極接觸的工作方式，又使得觸控屏的壽命較短。

紅外線式觸控屏和超聲波式觸控屏不會影響顯示品質。但紅外線式觸控屏和超聲波式觸控屏成本高，水滴和塵埃都會影響觸控屏工作的可靠性，特別是紅外線式觸控屏和超聲波式觸控屏結構複雜、功耗大，使得紅外線式觸控屏和超聲波式觸控屏基本無法應用在可擕式產品上。

目前的電容屏都是通過測量手指或其他觸控物對觸控屏電極間耦合電容的影響，實際是通過測量手指或其他觸控物對觸控屏電極充放電的影響，來探測手指或其他觸控物在觸控屏上的位置。所謂平面電容式觸控屏的感測方式，是從一個面狀檢測電極的四角對檢測電極施加觸控激發，並分別偵測檢測電極四個角上觸控訊號電流的大小。當人的手指或其他觸控物靠近面狀檢測電極時，觸控物與檢測電極間都會形成耦合電容，檢測電極上的觸控訊號就會通過此耦合電容部分洩漏出去。四個角向面狀檢測電極提供的觸控訊號電流的大小，與觸控物距四角距離成反比，觸控電路通過分別偵測四個角觸控訊號電流的大小，找出觸控物在觸控基板上的位置。所謂自電容式觸控屏的感測方式，是兩組正交的檢測電極線分別施加觸控激發，並偵測該施加有觸控激發的檢測電極線上觸控訊號的變化；當人的手指或其他觸控物靠近兩條檢測電極線的交叉處時，觸控物與兩條檢測電極線間都會形成耦合電容，檢測電極線上的觸控訊號就會通過此耦合電容部分洩漏出去，觸控電路通過偵測各條檢測電極線上觸控訊號的變化，找出被觸的檢測電極線，從而找出觸控物在觸控基板上的位置。所謂互電容式觸控屏的感測方式，是在一個方向的激發電極線上施加觸控激發，在與其正交的、另一組未施加觸控激發的檢測電極線上，偵測從激發電極線上傳遞過來的觸控訊號；當人的手指或其他觸控物靠近或接觸某激發電極線和檢測電極線的交叉處時，觸控物與激發電極線和訊號電極線間都會形成耦合電容，激發電極線和檢測電極線上的觸控訊號就會通過此耦合電容部分洩漏出去，觸控電路通過偵測各條檢測電極線上觸控訊號的變化，找出被觸的激發電極線和檢測電極線，從而找出觸控物在觸控基板上的位置。

電容式觸控屏的結構使得觸控屏和顯示面板重疊在一起使用時，觸控屏對顯示品質的影響不大，但不同的感測電極線間存在著訊號的擴散和串擾，定位點需要經過類比計算，而非真正的數位式觸控屏。製造和使用環境中的分佈電容都會影響觸控屏工作的可靠性，顯示驅動訊號及其他電訊號的干擾都會影響觸控屏的工作，水滴也會影響觸控屏工作的可靠性。

隨著近年來iPhone手機和Windows 7作業系統的推出，人們對多點觸控的興趣驟然提升。無論是電阻式還是電容式觸控屏，由於螢幕上每一感測線直接連接多個感測單元，各感測單元之間並不完全獨立。為了能夠分辨多個觸控點，相對單點觸控來說，要麼偵測的掃描方式變得十分複雜，偵測要花費大量時間和功耗；要麼偵測後的判斷程式變得十分複雜，需要強大的計算能力和存儲空間，也要花費大量時間和功耗。直接改善觸控屏，並相應改變偵測方式，使螢幕上各個感測單元完全獨立，讓多點觸控變得輕鬆自然。

本發明就是為了提供一種互電容結構的主動觸控屏。在構建的互電容結構的觸控屏上設置主動元件陣列，隔離觸控屏上各觸控感測單元，使螢幕上各個感測單元以相互獨立之互電容的方式，感測觸控屏各感測單元上耦合電容的變化。

本發明的主動觸控系統之基本工作原理是：

在觸控基板上陣列狀地設置主動元件單元和感測電極單元，以及激發電極、兩組相交的控制電極線和訊號電極線，訊號電極線通過主動元件單元連接感測電極單元。觸控電路對激發電極施加觸控激發訊號，激發電極上的觸控訊號會通過激發電極與感測電極單元間的電容傳送到感測電極單元上，在觸控電路通過控制電極線讓主動元件單元處於導電狀態時，從訊號電極線上可以偵測到感測電極單元上的觸控信訊號。觸控電路以掃描的方式，逐行開啟主動元件單元，並同步偵測各行感測電極單元上的觸控訊號。當人的手指或其他觸控物靠近或接觸某感測電極單元時，觸控物與感測電極單元間形成耦合電容，感測電極單元上的觸控訊號就會通過此耦合電容部分洩漏出去，觸控電路在訊號電極線上偵測到的觸控訊號，就與感測電極單元未被觸控時的觸控訊號不一樣，觸控電路通過偵測各條訊號電極線上觸控訊號的變化，找出觸控訊號變化最大的或觸控訊號變化超過某閾值的訊號電極線，再結合此時開啟主動元件單元的控制電極線，來確定被觸的感測電極單元，從而找出觸控物在觸控基板上的位置。

薄膜場效應電晶體即TFT(Thin Film Transistor)是主動矩陣元件的典型代表，薄膜電晶體TFT柵極(Gate)連接至水準方向的控制電極線，源極(Source)連接至垂直方向的訊號電極線，漏極(Drain)則連接至感測電極單元(這裏的漏極、源極的定義只是習慣性定義，源極電平並不專指源極電極的電平，而是這裡說的源極和漏極兩電極中電平較小的那個電平)。陣列排列的主動元件陣列讓每個感測電極單元均配置一個半導體開關元件，可以通過脈衝進行選通，因而每個感測電極單元相對獨立。

薄膜場效應電晶體(TFT)有NMOS型和PMOS型兩種。目前絕大部分的TFT是採用非晶矽(amorphous silicon，a-Si)制程，其柵極絕緣層是氮化矽(SiNx)，容易攫取正電荷，要在非晶矽半導體層中形成溝道，恰好利用氮化矽中的正電荷來幫助吸引電子以形成溝道，因此使用非晶矽制程的TFT多為NMOS型。本發明之內容主要是以NMOS型薄膜電晶體為代表進行闡述，PMOS型薄膜電晶體可遵循相同的原理，不再單獨列舉表述。

本發明之技術問題藉由以下的技術特徵予以解決：

一種主動觸控系統，由觸控基板、觸控電極和觸控電路等組成，觸控電極具有感測電極、控制電極、訊號電極和激發電極，觸控電路具有觸控激發源、訊號偵測電路和控制電路，觸控電極用於偵測操作者手指或其他觸控物在觸控基板上的位置；觸控基板上製備有陣列排列的主動元件單元、陣列排列的感測電極單元、不少於兩組相交的控制電極線和訊號電極線、以及激發電極，各控制電極線和各訊號電極線相交處有絕緣層相隔離，激發電極與各感測電極單元、各控制電極線、各訊號電極線間相互絕緣隔離；感測電極單元連接主動元件單元，主動元件單元連接控制電極線和訊號電極線；激發電極連接觸控電路中的觸控激發源，觸控激發源對激發電極施加觸控激發訊號，訊號電極線連接觸控電路中的訊號偵測電路，控制電極線連接觸控電路中的控制電路；觸控電路通過控制電極線控制主動元件陣列上主動元件單元的導電狀態，在部分主動元件單元處於導電狀態時，訊號偵測電路偵測訊號電極線上觸控訊號之變化，來確定觸控點的位置。

本發明的技術問題藉由以下的技術特徵進一步予以解決：

根據本發明的另一個具體方面，所述主動元件陣列中之主動元件單元內具有一個或多個主動元件。

根據本發明的另一個具體方面，所述主動元件陣列中的主動元件單元是薄膜電晶體(TFT)單元，控制電極線和訊號電極線分別連接TFT的柵極和源極，TFT的漏極連接感測電極單元。

根據本發明的另一個具體方面，所述激發電極可以是條狀電極組，也可以是塊狀電極，也可以是其他形狀的電極。

根據本發明的另一個具體方面，所述激發電極是相互連接的陣列排列的激發電極單元，所述激發電極單元處於兩條相鄰的控制電極線和兩條相鄰的訊號電極線所圍成的區域內。

根據本發明的另一個具體方面，所述激發電極與觸控操作面處於所述感測電極單元的不同側，激發電極與部分或全部的感測電極單元具有重疊的部分。

根據本發明的另一個具體方面，在兩條相鄰的控制電極線和兩條相鄰的訊號電極線所圍成的區域內，所述激發電極單元與所述感測電極單元具有不重疊的部分。

根據本發明的另一個具體方面，在觸控基板設置有遮罩電極，遮罩電極與其他電極以及主動元件陣列都以絕緣層相隔離。

根據本發明的另一個具體方面，所述觸控基板是撓性的或硬性的透明基板，所述感測電極單元是透明電極。

根據本發明的另一個具體方面，所述控制電極線或訊號電極線是透明電極。

根據本發明的另一個具體方面，所述控制電極線或訊號電極線具有折線段，折線段上兩相鄰直線的夾角大於20°小於160°。

根據本發明的另一個具體方面，所述觸控電路對激發電極所施加的觸控激發訊號頻率不小於10KHz。

根據本發明的另一個具體方面，所述訊號偵測電路偵測訊號電極線上觸控訊號之變化，是藉由訊號電極線偵測其所連接感測電極單元充電或放電的幅值特徵或時間特徵。

根據本發明的另一個具體方面，所述訊號偵測電路偵測訊號電極線上觸控訊號的變化，是藉由訊號電極線偵測其所連接感測電極單元漏電流的幅值特徵或相位特徵。

根據本發明的另一個具體方面，所述訊號偵測電路偵測訊號電極線上觸控訊號之變化，是偵測觸控訊號的變化量或觸控訊號之變化率。

根據本發明的另一個具體方面，所述觸控電路以訊號偵測電路偵測到觸控訊號變化達到觸控定位條件的訊號電極線為被觸訊號電極線，以對應於訊號偵測電路偵測到觸控訊號變化達到觸控定位條件的訊號電極線時，與其相連接的TFT單元處於導電狀態的控制電極線係為被觸控制電極線；所述觸控基板上的被觸點是被觸控制電極線和被觸訊號電極線共同連接的TFT單元所連接的感測電極單元的位置。

根據本發明的另一個具體方面，所述觸控定位條件是觸控訊號變化量或觸控訊號變化率最大的，或是觸控訊號變化量或觸控訊號變化率超過某設定閾值的，或是觸控訊號變化量或觸控訊號變化率最大並超過某設定閾值的。

根據本發明的另一個具體方面，觸控電路通過偵測各條訊號電極線上觸控訊號變化的差別，來計算確定訊號電極線之間的被觸位置；觸控電路通過偵測同一條訊號電極線上不同時刻觸控訊號變化的差別，來計算確定控制電極線之間的被觸位置。

本發明與現有技術對比的有益效果是：

本發明構建了一種設置有主動元件的互電容結構的觸控屏，使得螢幕上各個感測電極單元能夠相互獨立、快速地，以互電容方式各自感測觸控物的觸控。在觸控系統前端的硬體傳感環節上加以改善，排除了觸控訊號在不同感測電極間的擴散和串擾，將被觸位置的探測引入到空間的數位化，讓觸控訊號的來源準確到每一感測電極單元。根據相鄰感測電極單元訊號的大小，或根據有觸控訊號的感測電極單元區域訊號的分佈，被觸位置定位的準確性甚至可提高到相鄰感測電極單元間的細小位置；互電容的觸控激發電極，可以遮罩來自於顯示面板之干擾訊號，以及排除支撐機架上分佈電容對觸控訊號的影響，讓觸控屏更容易實現標準化。

在觸控屏上引入主動元件，在觸控系統的硬體感測環節改善觸控訊號之獲取方法，讓偵測後的判斷程式大大簡化，可以大量節省後處理晶片的資源，讓探測速度變得更快，可靠性提高，整體成本有可能變得更低。

在觸控屏上引入主動元件，使得螢幕上各個感測電極單元完全獨立工作，不但讓對多點觸控的判斷變得不成問題，更可以實現全點觸控，對觸控偵測能力從點擴展到面，讓觸控屏提高到一個新的水準。

具體實施方式一

如第1圖所示之主動觸控系統100，包括觸控基板110、主動元件陣列120、觸控電極、觸控電路140等。三端主動元件陣列120和觸控電極設置在觸控基板110上。觸控電極由感測電極陣列131、兩組相交的行控制電極線組132和列訊號電極線組133、以及激發電極134組成，各控制電極線和各訊號電極線相交處有絕緣層相隔離；感測電極陣列131是透明ITO電極，各感測電極單元處於兩條相鄰的控制電極線和兩條相鄰的訊號電極線所圍成的區域內；激發電極134是面狀透明ITO電極，重疊覆蓋感測電極陣列131所有感測電極單元，並處於遠離基板表面與感測電極陣列131之不同層上，層之間有絕緣層相隔離，激發電極134與行控制電極線組132和列訊號電極線組133絕緣隔離。觸控基板110是透明基板，感測電極陣列131、行控制電極線組132和列訊號電極線組133、激發電極134都設置在觸控基板110背向使用者的非觸摸面上。觸控電路140具有觸控激發源141、訊號偵測電路142和控制電路143。

控制電極線組132和訊號電極線組133的各控制電極線和各訊號電極線，分別連接三端主動元件陣列120的各主動元件單元的兩個端子；感測電極陣列131的各感測電極單元分別連接各主動元件單元的另一端子；訊號電極線組133的各訊號電極線連接觸控電路140中的訊號偵測電路142；控制電極132的各控制電極線連接觸控電路140中的控制電路143；激發電極134連接觸控電路140中的觸控激發源141。

觸控電路140的觸控激發源141向激發電極134施加頻率不小於10KHz的脈衝方波觸控激發訊號，激發電極134上的觸控訊號會藉由激發電極與感測電極單元間的電容傳送到各感測電極單元上；觸控電路140的控制電路143以掃描方式，逐行向控制電極線組132各行控制電極線輸出開啟訊號，與有開啟訊號的行控制電極線相連的主動元件單元處於導電狀態，與無開啟訊號的行控制電極線相連的主動元件單元處於截止狀態；隨著控制電路143每讓一行控制電極線上的主動元件單元處於導電狀態，藉由主動元件單元與此行控制電極線相連接的感測電極單元上的觸控訊號，就會流入各條列訊號電極線上；觸控電路140的訊號偵測電路142，或同時偵測、或逐列偵測各條訊號電極線上觸控訊號變化之大小。這樣，隨著控制電路143逐行向各行控制電極線輸出開啟訊號，訊號偵測電路142就逐行的偵測通過主動元件單元與此行控制電極線相連接的感測電極單元上觸控訊號變化之大小。

當操作者的手指或其他觸控物靠近或接觸某感測電極單元時，手指或其他觸控物與感測電極單元間形成耦合電容，感測電極單元上的觸控訊號就會通過此耦合電容部分洩漏出去；訊號偵測電路142藉由偵測各條訊號電極線上觸控訊號變化之大小，就可找出觸控訊號變化最大的或觸控訊號變化超過某閾值之訊號電極線，再根據此時開啟主動元件單元的行控制電極線，就可確定被觸的感測電極單元，從而找出手指或其他觸控物在觸控基板110上的位置。主動觸控系統100成為各個感測單元以相互獨立地互電容的方式，感測觸控屏各感測電極單元上觸控情況的觸控系統。

觸控電路140可以根據各條列電極線上觸控訊號變化的差別，來計算確定列控制電極線之間，也就是不同列的感測電極單元之間的被觸位置；觸控電路140也可以通過偵測同一條列電極線上不同時刻觸控訊號變化的差別，來計算確定不同行訊號電極線之間，也就是不同行的感測電極單元之間的被觸位置。

當操作者多隻手指或整個手掌，甚至多個操作者的手指或手掌分別觸摸觸控基板110的多個位置時，訊號偵測電路142就會在多個時刻的多條訊號電極線上，偵測到觸控訊號變化超過某閾值，也就是偵測到多個被觸的感測電極單元，從而找出多個手指分別在觸控基板110上的位置，甚至辨識出整個手掌的位置和形狀。主動觸控系統100也就成為可辨別多點的，甚至是全點的觸控系統。

具體實施方式二

如第2圖所示之主動觸控系統200，包括觸控基板210、薄膜電晶體(TFT)陣列220、觸控電極、觸控電路240等。薄膜電晶體(TFT)陣列220和觸控電極設置在觸控基板210上。觸控電極由感測電極陣列231、兩組相交的行控制電極線組232和列訊號電極線組233、以及激發電極陣列234組成，各控制電極線和各訊號電極線相交處有絕緣層相隔離；在每兩條相鄰的控制電極線和每兩條相鄰的訊號電極線所圍成的區域內，設置一個“E”字型感測電極單元和一個“反E”字型激發電極單元，感測電極陣列231和激發電極陣列234處於同一層上都是透明ITO電極；激發電極陣列234各激發電極單元相互連接，並與行控制電極線組232和列訊號電極線組233絕緣隔離。觸控基板210是透明基板，感測電極陣列231、行控制電極線組232和列訊號電極線組233、激發電極陣列234都設置在觸控基板210朝向使用者的觸摸面上，在感測電極陣列231、行控制電極線組232和列訊號電極線組233、以及激發電極陣列234之上再設置一層絕緣的保護外層。觸控電路240具有觸控激發源241、訊號偵測電路242和控制電路243。

控制電極線組232和訊號電極線組233的各控制電極線和各訊號電極線，分別連接TFT陣列220的各TFT的柵極和源極；感測電極陣列231的各感測電極單元分別連接各TFT的漏極；訊號電極線組233各訊號電極線連接觸控電路240中之訊號偵測電路242；控制電極線組232各控制電極線連接觸控電路240中的控制電路243；激發電極陣列234連接觸控電路240中的觸控激發源241。

觸控電路240的觸控激發源241向激發電極陣列234施加頻率不小於10KHz的脈衝方波觸控激發訊號，激發電極陣列234各激發電極單元上的觸控訊號會藉由激發電極單元與感測電極單元間的耦合電容傳送到各感測電極單元上；觸控電路240的控制電路243以掃描方式，逐行向控制電極線組232各控制電極線輸出開啟訊號，與有開啟訊號的控制電極線相連的TFT處於導電狀態，與無開啟訊號的控制電極線相連的TFT處於截止狀態；隨著控制電路243每讓一行控制電極線上的TFT處於導電狀態，藉由主動元件單元與此行控制電極線相連接的感測電極單元上的觸控訊號，就會流入各條列訊號電極線上；觸控電路240的訊號偵測電路242，或同時偵測、或逐列偵測與各條訊號電極線相連接的各感測電極單元充放電幅值的大小或充放電時間長短。這樣，隨著控制電路243逐行向各控制電極線輸出開啟訊號，訊號偵測電路242就逐行的偵測通過TFT與此行控制電極線相連接的感測電極單元充放電幅值的大小或充放電時間長短。

當非金屬介電性觸控物接觸某感測電極單元時，非金屬介電性觸控物與空氣介電係數的差別，會改變激發電極單元與感測電極單元間之耦合電容的容值；訊號偵測電路242通過偵測與各條訊號電極線相連接的各感測電極單元充放電幅值的大小或充放電時間長短，就可找出充放電幅值或充放電時間變化最大的或超過某閾值的訊號電極線，再根據此時開啟TFT的控制電極線，就可確定被觸的感測電極單元，從而找出觸控物在觸控基板210上的位置。主動觸控系統200成為各個感測單元以相互獨立地互電容的方式，感測觸控屏各感測電極單元上觸控情況的觸控系統。

觸控電路240可以根據各條列電極線上觸控訊號變化的差別，來計算確定行控制電極線之間，也就是不同列的感測電極單元之間的被觸位置；觸控電路240也可以通過偵測同一條列電極線上不同時刻觸控訊號變化的差別，來計算確定不同行訊號電極線之間，也就是不同行的感測電極單元之間的被觸位置。

當操作者用多支非金屬觸控筆，同時在觸控基板210上書寫時，訊號偵測電路242就會在多個時刻的多條訊號電極線上，偵測到觸控訊號充放電特徵變化超過某閾值之感測電極單元，也就是偵測到多個被觸的感測電極單元，從而找出多支觸控筆分別在觸控基板210上的位置。主動觸控系統200也就成為可辨別多支觸控筆的觸控系統。

具體實施方式三

如第3圖所示之主動觸控系統300，包括觸控基板310、薄膜電晶體(TFT)陣列320、觸控電極、觸控電路340等。薄膜電晶體(TFT)陣列320和觸控電極設置在觸控基板310上。觸控電極由感測電極陣列331、兩組相交的行控制電極線組332和列訊號電極線組333、以及塊狀激發電極陣列334組成，各控制電極線和各訊號電極線相交處有絕緣層相隔離；在每兩條相鄰的控制電極線和每兩條相鄰的訊號電極線所圍成的區域內，設置一個感測電極單元和一個激發電極單元，感測電極陣列331和激發電極陣列334處於同一層上都是透明ITO電極；塊狀激發電極陣列334同一行的激發電極單元以連接線335相互連接，並與行控制電極線組332和列訊號電極線組333絕緣隔離。觸控基板310是透明基板，感測電極陣列331、行控制電極線組332和列訊號電極線組333、塊狀激發電極陣列334及其連接線335都設置在觸控基板310背向使用者之觸摸面上。觸控電路340具有觸控激發源341、訊號偵測電路342和控制電路343。

控制電極線組332和訊號電極線組333的各控制電極線和各訊號電極線，分別連接TFT陣列320的各TFT的柵極和源極；感測電極陣列331的各感測電極單元分別連接各TFT的漏極；訊號電極線組333各訊號電極線連接觸控電路340中之訊號偵測電路342；控制電極線組332各控制電極線連接觸控電路340中的控制電路343；塊狀激發電極陣列334的各條連接線335連接觸控電路340中的觸控激發源341。

觸控電路340的控制電路343以掃描方式，逐行向控制電極線組332各控制電極線輸出開啟訊號，與有開啟訊號的控制電極線相連的TFT處於導電狀態，與無開啟訊號的控制電極線相連的TFT處於截止狀態；觸控電路340的觸控激發源341，與控制電路343向各控制電極線輸出開啟訊號的掃描同步，逐行向塊狀激發電極陣列334各條行塊激發電極單元，施加頻率不小於10KHz的脈衝方波觸控激發訊號，同一行的激發電極單元上的觸控訊號，會藉由激發電極單元與感測電極單元間的電容傳送到同一各感測電極單元上；隨著控制電路343每讓一行控制電極線上的TFT處於導電狀態，藉由主動元件單元與此行控制電極線相連接的感測電極單元上的觸控訊號，就會流入各條列訊號電極線上；觸控電路340的訊號偵測電路342，或同時偵測、或逐列偵測與各條訊號電極線相連接的各感測電極單元充放電幅值之大小或充放電時間長短。這樣，隨著控制電路343逐行向各控制電極線輸出開啟訊號，訊號偵測電路342就逐行的偵測通過TFT與此行控制電極線相連接之感測電極單元充放電幅值的大小或充放電時間長短。

當操作者的手指或其他觸控物靠近或接觸某感測電極單元時，手指或其他觸控物與感測電極單元間形成耦合電容，感測電極單元上的觸控訊號就會藉由此耦合電容部分洩漏出去；訊號偵測電路342藉由偵測與各條訊號電極線相連接的各感測電極單元充放電幅值之大小或充放電時間長短，就可找出充放電幅值或充放電時間變化最大的或超過某閾值的訊號電極線，再根據此時開啟TFT的控制電極線，就可確定被觸的感測電極單元，從而找出觸控物在觸控基板310上的位置。主動觸控系統300成為各個感測電極單元以相互獨立地互電容之方式，感測觸控屏各感測電極單元上觸控情況的觸控系統。

觸控電路340可以根據各條列電極線上觸控訊號變化的差別，來計算確定行控制電極線之間，也就是不同列的感測電極單元之間的被觸位置；觸控電路340也可以藉由偵測同一條列電極線上不同時刻觸控訊號變化的差別，來計算確定不同行訊號電極線之間，也就是不同行的感測電極單元之間的被觸位置。

當操作者多隻手指或整個手掌，甚至多個操作者的手指或手掌分別觸摸觸控基板310的多個位置時，訊號偵測電路342就會在多個時刻的多條訊號電極線上，偵測到觸控訊號變化超過某閾值，也就是偵測到多個被觸的感測電極單元，從而找出多個手指分別在觸控基板310上的位置，甚至辨識出整個手掌的位置和形狀。主動觸控系統300也就成為可辨別多點的，甚至是全點的觸控系統。

具體實施方式四

如第4圖所示之主動觸控系統400，包括觸控基板410、薄膜電晶體(TFT)陣列420、觸控電極、觸控電路440和顯示幕450等。薄膜電晶體(TFT)陣列420和觸控電極設置在觸控基板410上。觸控電極由感測電極陣列431、兩組相交的行控制電極線組432和列訊號電極線組433、激發電極陣列434、以及遮罩電極435組成，各控制電極線和各訊號電極線相交處有絕緣層相隔離；在每兩條相鄰的控制電極線和每兩條相鄰的訊號電極線所圍成的區域內，設置一個感測電極單元和一個激發電極單元，感測電極陣列431和激發電極陣列434處於同一層上都是透明ITO電極；激發電極陣列434各激發電極單元相互連接，並與行控制電極線組432和列訊號電極線組433絕緣隔離；在觸控基板410背向使用者一側，與感測電極陣列431、行控制電極線組432、列訊號電極線組433和激發電極陣列434之不同層上，設置面狀的遮罩電極435，防止顯示幕450內的電訊號對感測電極陣列431和訊號電極433上觸控訊號之影響；遮罩電極435與TFT陣列420以及其他電極都以絕緣層相隔離。觸控基板410是透明基板，感測電極陣列431、行控制電極線組432和列訊號電極線組433、激發電極陣列434、遮罩電極435都設置在觸控基板410背向使用者之非觸摸面上。觸控電路440具有觸控激發源441、訊號偵測電路442、控制電路443和遮罩訊號輸出端444。

控制電極線組432和訊號電極線組433的各控制電極線和各訊號電極線，分別連接TFT陣列420的各TFT的柵極和源極；感測電極陣列431的各感測電極單元分別連接各TFT的漏極；訊號電極線組433各訊號電極線連接觸控電路440中之訊號偵測電路442；控制電極線組432各控制電極線連接觸控電路440中的控制電路443；激發電極陣列434連接觸控電路440中的觸控激發源441；遮罩電極435連接觸控電路440的遮罩訊號輸出端444。

觸控電路440的觸控激發源441向激發電極陣列434施加頻率不小於10KHz的交流觸控激發訊號，激發電極陣列434各激發電極單元上的觸控訊號會藉由激發電極單元與感測電極單元間的電容傳送到各感測電極單元上；觸控電路440的控制電路443以掃描方式，逐行向控制電極線組432各控制電極線輸出開啟訊號，與有開啟訊號之控制電極線相連的TFT處於導電狀態，與無開啟訊號之控制電極線相連的TFT處於截止狀態；隨著控制電路443每讓一行控制電極線上的TFT處於導電狀態，藉由TFT與此行控制電極線相連接的感測電極單元上的觸控訊號，就會流入各條列訊號電極線上；觸控電路440的訊號偵測電路442，或同時偵測、或逐列偵測各條訊號電極線上觸控訊號變化的大小。這樣，隨著控制電路443逐行向各控制電極線輸出開啟訊號，訊號偵測電路442就逐行的偵測藉由TFT與此行控制電極線相連接的感測電極單元上觸控訊號變化的大小。

當操作者的手指或其他觸控物靠近或接觸某感測電極單元時，手指或其他觸控物與感測電極單元間形成耦合電容，感測電極單元上的觸控訊號就會藉由此耦合電容部分洩漏出去；由於設置了遮罩電極435，顯示器內的電訊號也不會對感測電極陣列431、訊號電極線組433和激發電極陣列434上的觸控訊號產生影響。訊號偵測電路442藉由偵測各條訊號電極線上觸控訊號變化的大小，就可找出觸控訊號變化最大的或觸控訊號變化超過某閾值的訊號電極線，再根據此時開啟TFT的控制電極線，就可確定被觸的感測電極單元；從而找出手指或其他觸控物在觸控基板410上的位置。主動觸控系統400成為各個感測電極單元以相互獨立地互電容的方式，感測觸控屏各感測電極單元上觸控情況的觸控系統。

觸控電路440可以根據各條列電極線上觸控訊號變化的差別，來計算確定行控制電極線之間，也就是不同列的感測電極單元之間的被觸位置；觸控電路440也可以通過偵測同一條列電極線上不同時刻觸控訊號變化的差別，來計算確定不同行訊號電極線之間，也就是不同行的感測電極單元之間的被觸位置。

當操作者多隻手指或整個手掌，甚至多個操作者的手指或手掌分別觸摸觸控基板410的多個位置時，訊號偵測電路442就會在多個時刻的多條訊號電極線上，偵測到觸控訊號變化超過某閾值，也就是偵測到多個被觸的感測電極單元，從而找出多個手指分別在觸控基板410上的位置，甚至辨識出整個手掌的位置和形狀。主動觸控系統400也就成為可辨別多點的，甚至是全點的觸控系統。

具體實施方式五

如第5圖所示之主動觸控屏500，包括觸控基板510、薄膜電晶體(TFT)陣列520和觸控電極等。TFT陣列520和觸控電極設置在觸控基板510上。觸控電極由感測電極陣列531、兩組相交的行控制電極線組532和列訊號電極線組533、以及激發電極534組成，各控制電極線和各訊號電極線相交處有絕緣層相隔離；控制電極線組532和訊號電極線組533的各控制電極線和各訊號電極線，分別連接TFT陣列520的各TFT的柵極和源極；感測電極陣列531的各感測電極單元分別連接各TFT的漏極；激發電極534是覆蓋所有感測電極單元的面狀透明ITO電極。觸控基板510是透明基板，感測電極陣列531的各感測電極單元是透明ITO電極，行控制電極線組532和列訊號電極線組533是不透明的金屬電極線。

為了在主動觸控屏500與顯示幕重疊使用時，防止不透明的行電極線和列電極線、以及透明的感測電極邊緣對顯示效果的影響；讓行電極線和列電極線在有效觸控區域都呈折線，折線上兩相鄰直線的夾角大於20°小於160°，行電極線和列電極線相交重疊部分相互絕緣；透明的感測電極單元的形狀是相鄰的兩條行電極線和相鄰的兩條列電極線所圍成的多邊形。行控制電極線組532和列訊號電極線組533在他們的交叉處，藉由TFT陣列520中的TFT和感測電極陣列531中的感測電極單元相連接。主動觸控屏500在與顯示幕組合使用，不透明的行控制電極線組532和列訊號電極線組533中的傾斜線段不會與顯示幕中不透明的顯示行列電極形成衍射條紋；透明的感測電極陣列531的折線邊緣不會與顯示幕中透明的顯示圖元電極形成衍射或干涉條紋；盡可能地避免了對顯示品質的影響。

具體實施方式六

如第6圖所示之主動觸控屏600，包括觸控基板610、薄膜電晶體(TFT)陣列620和觸控電極等。TFT陣列620和觸控電極設置在觸控基板610上。觸控電極由感測電極陣列631、兩組相交的行控制電極線組632和列訊號電極線組633、以及激發電極陣列634組成，各控制電極線和各訊號電極線相交處有絕緣層相隔離；在每兩條相鄰的控制電極線和每兩條相鄰的訊號電極線所圍成的區域內，設置一個感測電極單元和一個激發電極單元；控制電極線組632和訊號電極線組633的各控制電極線和各訊號電極線，分別連接TFT陣列620的各TFT的柵極和源極；感測電極陣列631的各感測電極單元分別連接各TFT的漏極；激發電極陣列634各激發電極單元相互連接，並與行控制電極線組632和列訊號電極線組633絕緣隔離。觸控基板610是透明基板，感測電極陣列631和激發電極陣列634都是透明ITO電極，行控制電極線組632和列訊號電極線組633也是透明ITO電極線。

為了在主動觸控屏600與顯示幕重疊使用時，防止透明的行電極線邊緣和列電極線邊緣、以及透明的感測電極邊緣對顯示效果的影響；讓行電極線和列電極線在有效觸控區域都呈折線，折線上兩相鄰直線的夾角大於20°小於160°，行電極線和列電極線相交重疊部分相互絕緣；透明的感測電極單元的形狀是相鄰的兩條行電極線和相鄰的兩條列電極線所圍成的多邊形。行控制電極線組632和列訊號電極線組633在他們的交叉處，通過TFT陣列620中的TFT和感測電極陣列631中的感測電極單元相連接。主動觸控屏600在與顯示幕組合使用，透明的行控制電極線組632和列訊號電極線組633中的傾斜線段不會與顯示幕中不透明的顯示行列電極形成衍射或干涉條紋；透明的感測電極陣列631的折線邊緣不會與顯示幕中透明的顯示圖元電極形成衍射或干涉條紋；盡可能地避免了對顯示品質的影響。

具體實施方式七

如第7圖所示之主動觸控屏700，包括觸控基板710、薄膜電晶體(TFT)陣列720、觸控電極等。薄膜電晶體(TFT)陣列720和觸控電極設置在觸控基板710上。觸控電極由感測電極陣列731、兩組相交的行控制電極線組732和列訊號電極線組733、以及塊狀激發電極陣列734組成，各控制電極線和各訊號電極線相交處有絕緣層相隔離；在每兩條相鄰的控制電極線和每兩條相鄰的訊號電極線所圍成的區域內，設置一個感測電極單元和一個激發電極單元，感測電極陣列731和激發電極陣列734都是透明ITO電極，處於不同層上，兩層之間絕緣隔離；塊狀激發電極陣列734的各激發電極單元以連接線735相互連接，並與行控制電極線組732和列訊號電極線組733絕緣隔離。觸控基板710是透明基板，感測電極陣列731、行控制電極線組732和列訊號電極線組733、塊狀激發電極陣列734及其連接線735都設置在觸控基板710背向使用者之觸摸面上，激發電極與觸控操作面處於所述感測電極單元之不同側。

控制電極線組732和訊號電極線組733的各控制電極線和各訊號電極線，分別連接TFT陣列720的各TFT的柵極和源極；感測電極陣列731的各感測電極單元分別連接各TFT的漏極；各感測電極單元與各激發電極單元之間層疊，增大了感測電極單元與激發電極單元的電容，從而增加了觸控偵測的精確度。

具體實施方式八

如第8圖所示之主動觸控屏800，包括觸控基板810、薄膜電晶體(TFT)陣列820、觸控電極等。薄膜電晶體(TFT)陣列820和觸控電極設置在觸控基板810上。觸控電極由感測電極陣列831、兩組相交的行控制電極線組832和列訊號電極線組833、以及塊狀激發電極陣列834組成，各控制電極線和各訊號電極線相交處有絕緣層相隔離；在每兩條相鄰的控制電極線和每兩條相鄰的訊號電極線所圍成的區域內，設置一個感測電極單元和一個激發電極單元，感測電極陣列831和激發電極陣列834處於同一層上都是透明ITO電極，各感測電極單元將各激發電極單元半包圍；塊狀激發電極陣列834的各激發電極單元以連接線835相互連接，並與行控制電極線組832和列信訊號電極線組833絕緣隔離。觸控基板810是透明基板，感測電極陣列831、行控制電極線組832和列訊號電極線組833、塊狀激發電極陣列834及其連接線835都設置在觸控基板810背向使用者之觸摸面上。

控制電極線組832和訊號電極線組833的各控制電極線和各訊號電極線，分別連接TFT陣列820的各TFT的柵極和源極；感測電極陣列831的各感測電極單元分別連接各TFT的漏極；各感測電極單元與各激發電極單元之間的半包圍結構，增大了感測電極單元與激發電極單元的電容，從而增加了觸控偵測的精確度。

具體實施方式九

如第9圖所示之主動觸控屏900，包括觸控基板910、薄膜電晶體(TFT)陣列920、觸控電極等。薄膜電晶體(TFT)陣列920和觸控電極設置在觸控基板910上。觸控電極由感測電極陣列931、兩組相交的行控制電極線組932和列訊號電極線組933、以及塊狀激發電極陣列934組成，各控制電極線和各訊號電極線相交處有絕緣層相隔離；在每兩條相鄰的控制電極線和每兩條相鄰的訊號電極線所圍成的區域內，設置一個感測電極單元和一個激發電極單元，感測電極陣列931和激發電極陣列934處於同一層上都是透明ITO電極，各激發電極單元將各感測電極單元半包圍；塊狀激發電極陣列934的各激發電極單元以連接線935相互連接，並與行控制電極線組932和列訊號電極線組933絕緣隔離。觸控基板910是透明基板，感測電極陣列931、行控制電極線組932和列訊號電極線組933、塊狀激發電極陣列934及其連接線935都設置在觸控基板910背向使用者之觸摸面上。

控制電極線組932和訊號電極線組933的各控制電極線和各列號電極線，分別連接TFT陣列920的各TFT的柵極和源極；感測電極陣列931的各感測電極單元分別連接各TFT的漏極；各激發電極單元與各感測電極單元之間的半包圍結構，增大了感測電極單元與激發電極單元的電容，從而增加了觸控偵測的精確度。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。

100、200、300、400．．．主動觸控系統

500、600、700、800、900．．．主動觸控屏

110、210、310、410、510、610、710、810、910．．．觸控基板

120．．．主動元件陣列

131、231、331、431、531、631、731、831、931．．．感測電極陣列

132、232、332、432、532、632、732、832、932．．．控制電極線組

133、233、333、433、533、633、733、833、933．．．訊號電極線組

134．．．激發電極

140、240、340、440．．．觸控電路

141、241、341、441．．．觸控激發源

142、242、342、442．．．訊號偵測電路

143、243、343、443．．．控制電路

220、320、420、520、620、720、820、920．．．薄膜電晶體(TFT)陣列

234、334、434、634、734、834、934．．．激發電極陣列

335、735、835、935．．．連接線

435．．．遮罩電極

444．．．遮罩訊號輸出端

450．．．顯示幕

534．．．激發電極

第1圖 為本發明具體實施方式一之電氣連接示意圖。
第2圖 為本發明具體實施方式二之電氣連接示意圖。
第3圖 為本發明具體實施方式三之電氣連接示意圖。
第4圖 為本發明具體實施方式四之電氣連接示意圖。
第5圖 為本發明具體實施方式五之結構示意圖。
第6圖 為本發明具體實施方式六之結構示意圖。
第7圖 為本發明具體實施方式七之結構示意圖。
第8圖 為本發明具體實施方式八之結構示意圖。
第9圖 為本發明具體實施方式九之結構示意圖。

200．．．主動觸控系統

210．．．觸控基板

220．．．薄膜電晶體(TFT)陣列

231．．．感測電極陣列

232．．．控制電極線組

233．．．訊號電極線組

234．．．激發電極陣列

240．．．觸控電路

241．．．觸控激發源

242．．．訊號偵測電路

243．．．控制電路

Claims (18)

1. 一種互容式主動觸控系統，係由一觸控基板、一觸控電極和一觸控電路等組成，該觸控電極具有一感測電極、一控制電極、一訊號電極和一激發電極，該觸控電路具有一觸控激發源、一訊號偵測電路和一控制電路，該觸控電極用於偵測操作者手指或其他觸控物在該觸控基板上的位置，其中該觸控基板上製備有陣列排列之一主動元件單元、陣列排列之一感測電極單元、不少於兩組相交之一控制電極線和一訊號電極線、以及一激發電極，各該控制電極線和各該訊號電極線相交處有一絕緣層相隔離，該激發電極與各該感測電極單元、各該控制電極線、各該訊號電極線間相互絕緣隔離；該感測電極單元係連接該主動元件單元，該主動元件單元係連接該控制電極線和該訊號電極線；該激發電極係連接該觸控電路中之該觸控激發源，該觸控激發源係對該激發電極施加一觸控激發訊號，該訊號電極線係連接該觸控電路中之該訊號偵測電路，該控制電極線係連接該觸控電路中之該控制電路；該觸控電路藉由該控制電極線控制一主動元件陣列上該主動元件單元的導電狀態，在部分該主動元件單元處於導電狀態時，該訊號偵測電路係偵測該訊號電極線上該觸控訊號之變化，來確定一觸控點的位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之互容式主動觸控系統，其中該主動元件陣列中之該主動元件單元內具有一個或多個主動元件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之互容式主動觸控系統，其中該主動元件陣列中之該主動元件單元是一薄膜電晶體(TFT)單元，該控制電極線和該訊號電極線分別連接TFT的柵極和源極，TFT之漏極係連接該感測電極單元。
4. 如申請專利範圍第1項所述之互容式主動觸控系統，其中該激發電極可以是條狀電極組，也可以是塊狀電極，也可以是其他形狀之電極。
5. 如申請專利範圍第1項所述之互容式主動觸控系統，其中該激發電極是相互連接之陣列排列的一激發電極單元，該激發電極單元係處於兩條相鄰的該控制電極線和兩條相鄰的該訊號電極線所圍成之區域內。
6. 如申請專利範圍第4或5項所述之互容式主動觸控系統，其中該激發電極與一觸控操作面係處於該感測電極單元之不同側，該激發電極與部分或全部的該感測電極單元係具有重疊的部分。
7. 如申請專利範圍第5項所述之互容式主動觸控系統，其中在兩條相鄰的該控制電極線和兩條相鄰的該訊號電極線所圍成之區域內，該激發電極單元與該感測電極單元係具有不重疊的部分。
8. 如申請專利範圍第1項所述之互容式主動觸控系統，其中在該觸控基板係設置有一遮罩電極，該遮罩電極與其他電極以及該主動元件陣列都以該絕緣層相隔離。
9. 如申請專利範圍第1項所述之互容式主動觸控系統，其中該觸控基板是撓性的或硬性的透明基板，該感測電極單元是透明電極。
10. 如申請專利範圍第1項所述之互容式主動觸控系統，其中該控制電極線或該訊號電極線是透明電極。
11. 如申請專利範圍第1項所述之互容式主動觸控系統，其中該控制電極線或該訊號電極線係具有一折線段，該折線段上兩相鄰直線之夾角係大於20°小於160°。
12. 如申請專利範圍第1項所述之互容式主動觸控系統，其中該觸控電路係對該激發電極所施加的該觸控激發訊號頻率不小於10KHz。
13. 如申請專利範圍第1項所述之互容式主動觸控系統，其中該訊號偵測電路偵測該訊號電極線上該觸控訊號之變化，係藉由該訊號電極線偵測其所連接該感測電極單元之充電或放電的幅值特徵或時間特徵。
14. 如申請專利範圍第1項所述之互容式主動觸控系統，其中該訊號偵測電路偵測該訊號電極線上該觸控訊號之變化，係藉由該訊號電極線偵測其所連接該感測電極單元之漏電流的幅值特徵或相位特徵。
15. 如申請專利範圍第1項所述之互容式主動觸控系統，其中該訊號偵測電路偵測該訊號電極線上該觸控訊號之變化，係偵測該觸控訊號之變化量或該觸控訊號之變化率。
16. 如申請專利範圍第1項所述之互容式主動觸控系統，其中該觸控電路以該訊號偵測電路係偵測到該觸控訊號之變化達到一觸控定位條件之該訊號電極線為一被觸訊號電極線，以對應於該訊號偵測電路偵測到該觸控訊號之變化達到該觸控定位條件之該訊號電極線時，與其相連接的一TFT單元處於導電狀態的該控制電極線為一被觸控制電極線；該觸控基板上的一被觸點是該被觸控制電極線和該被觸訊號電極線共同連接的該TFT單元所連接之該感測電極單元的位置。
17. 如申請專利範圍第16項所述之互容式主動觸控系統，其中該觸控定位條件是該觸控訊號之變化量或該觸控訊號之變化率係最大的，或是該觸控訊號之變化量或該觸控訊號之變化率超過某設定閾值的，或是該觸控訊號之變化量或該觸控訊號之變化率係最大並超過某設定閾值的。
18. 如申請專利範圍第1項所述之互容式主動觸控系統，其中該觸控電路係藉由偵測各該條訊號電極線上該觸控訊號之變化的差別，來計算確定該訊號電極線之間的一被觸位置；該觸控電路藉由偵測同一條該訊號電極線上不同時刻該觸控訊號之變化的差別，來計算確定該控制電極線之間的該被觸位置。