TWI469011B - 觸控系統及其感應方法 - Google Patents

Description

觸控系統及其感應方法

本發明係有關一種觸控系統及其感應方法，特別是指一種利用關閉訊號作為觸發訊號的偵測方式，予以監控電流變化之觸控系統及其感應方法。

隨著科技不斷的進步，使得各種資訊設備不斷地推陳出新；其中，以資料輸入設備而言，由於現今之資料處理量日益增加，若僅藉由鍵盤或滑鼠輸入資料，並以螢幕輸出資料，則顯得過於緩慢，因此觸控式面板因應而生。觸控式面板具有人性化的輸入介面特性，且能夠更直覺式的操作，使得任何年齡層的使用者都可直接以手指或觸控筆選取觸控式面板上的功能選項，因此，為生活帶來極大的便利。

針對目前觸控式面板的技術而言，如第1圖所示，為先前技術之薄膜電晶體矩陣觸控系統之電路圖。觸控系統包含一觸控基板10及觸控電路12，觸控基板10上以陣列式設置複數個感測電極單元14，以及兩組相交的控制電極線組16和檢測電極線組18。每一感測電極單元14包含一TFT元件142及連接TFT元件142之一感測電極144。控制電極線組16和檢測電極線組18分別連接TFT元件142的閘極及源極，感測電極單元14與TFT元件142的汲極連接。控制電極線組16係用來控制TFT元件142的開啟與關閉，檢測電極線組18係通過TFT元件142連接至感測電極144。

觸控電路12包含一控制電路122、一信號檢測電路124及一驅動源126，信號檢測電路124電性連接驅動源126及檢測電極線組18；控制電路122電性連接控制電極線組16。控制電路122係以掃描方式，逐行向控制 電極線組16之各控制電極線輸出開啟信號，使與有開啟信號的控制電極線相連的TFT元件142處於導通狀態，其餘TFT元件142處於截止狀態。因此，控制電路122逐行控制電極線組16上的TFT元件142處於導通狀態，此時檢測電極線組18會配合開啟信號輸入驅動源126的觸控訊號至檢測電極線，使其上的觸控信號流入通過TFT元件142與該行控制電極線相連的感測電極144內。如此隨著控制電路122逐行向各控制電極線輸出開啟信號，信號檢測電路124就逐行的檢測與此行控制電極線相連接的感測電極單元14上觸控信號變化的大小。當觸碰時，即可找出變化量超過某閥值的檢測電極線；再根據此時開啟TFT元件142的控制電極線，就可確認產生漏電流的感測電極單元14，據以找出觸碰位置。

上述習知架構僅能單純檢測觸控位置，並無法顯示，因此需要外掛另一個顯示基板，例如利用貼合製程將兩個互相獨立的觸控基板與顯示器基板組合為觸控顯示器。然而，此設計會增加電路的複雜度以及體積無法輕薄化的詬病；再者，當檢測電極線上的觸控信號變化較小時，就無法準確的檢測出被觸碰的位置；因此，如何提高檢測的靈敏度以及有效縮小體積、降低成本是亟待解決的問題。

有鑑於此，本發明遂針對上述先前技術之缺失，提出一種觸控系統及其感應方法，以有效克服上述之該等問題。

本發明之主要目的在提供一種觸控系統及其感應方法，其結合顯示電路與觸控電路，並利用顯示用的公共電極以交流訊號作為觸發訊號，可使整體觸控顯示模組的厚度變薄，以因應現代科技追求輕薄短小的趨勢。

本發明之另一目的在提供一種觸控系統及其感應方法，其可調整電壓來放大檢測訊號，以提高檢測的靈敏度。

為達上述之目的，本發明提供一種觸控系統，包括複數條控制電極線、複數條檢測電極線以及複數個感測單元。此些檢測電極線與此些控制電極線交錯設置，複數個感測單元分別連接控制電極線及檢測電極線。每一感測單元包含並聯之一第一開關元件與一第二開關元件以及連接第二開關元件之一感測電極，感測電極耦合一公共電極，此為顯示電路的公共電極，係作為彩色濾光基板上的觸控電晶體陣列的觸發訊號；當觸發訊號為交流訊號時，可由公共電極提供一觸發信號予感測電極。控制電極線選擇性地依序輸出關閉訊號予每一第一開關元件，此時檢測電極線配合關閉訊號對應的檢測感測單元；當觸碰產生時，感測電極據此導通第二開關元件之開啟程度，使檢測電極線檢測感測單元上的電流訊號變化，據以取得至少一觸碰訊息。

本發明另提供一種觸控感應方法，包括下列步驟：提供一觸發訊號至複數個感測單元；依序切換每一感測單元之關閉，並依序對應檢測感測單元的電流訊號；及檢測電流訊號變化，輸出對應之一觸碰訊息，並持續重複檢測感測單元的電流訊號。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

本發明提出一種新穎的觸控系統，係將顯示基板與觸控基板結合為同一電路，相對的也讓製程更簡單化，使產品整體體積有效縮小及降低成本， 容後詳述。如第2圖所示，為本發明之電路架構圖。觸控系統包括複數條控制電極線20、複數條檢測電極線22及複數個感測單元26；其中，複數個感測單元26係以陣列式設於一彩色濾光基板24上，此些檢測電極線22與此些控制電極線20交錯，且每一控制電極線20與每一檢測電極線22的交錯處具有絕緣層相隔離。其中，此些感測單元26可陣列式設置於彩色濾光基板24之上表面或下表面，以省略先前技術需額外新增一層觸控基板來設置此些感測單元的製作成本及複雜度。此些感測單元26分別連接每一條控制電極線20及每一條檢測電極線22；每一感測單元26包含並聯之一第一開關元件262與一第二開關元件264以及連接第二開關元件264之一感測電極266。

其中，每一控制電極線20分別連接於同列第一開關元件262；每一檢測電極線22分別連接於同行串接之此些感測單元26。詳言之，第一開關元件262及第二開關元件264之閘極分別連接於此些控制電極線20及感測電極266；第一開關元件262及第二開關元件264之汲極相連接；第一開關元件262及第二開關元件264之源極相連接。每一檢測電極線22兩端分別連接第一個感測單元26之汲極以及最末個感測單元26之源極(也就是陣列排列的最後一行感測單元)，且感測單元26之汲極與相鄰之另一感測單元之源極串接，據以串列成檢測電極線。

其中，觸控系統更包括一觸控電路28及一顯示電路30，顯示電路30電性連接觸控電路28。觸控電路28包含一控制電路282及一信號檢測電路284，分別連接此些控制電極線20及此些檢測電極線22。每一感測單元的感測電極266係耦合一公共電極32，且公共電極32連接於顯示電路30， 此公共電極32為顯示用之公共電極，可由公共電極32提供交流電壓的一觸發信號予感測電極266。控制電路282係以掃瞄方式驅動此些控制電極線20逐行輸出一關閉訊號予第一開關元件262，此時，信號檢測電路284配合關閉訊號以對應偵測此些檢測電極線22上的電流訊號變化。值得注意的是，當此些控制電極線20未提供關閉訊號時，此些第一開關元件262係呈現持續開啟狀態，而第一開關元件262處於封閉電路，因此，感測電極266持續提供交流電壓的觸發信號至第二開關元件264，使得第二開關元件264開啟程度大小會隨著公共電極32所提供的交流電壓而變化，且第二開關元件264之開啟程度小於第一開關元件262。由於一般顯示液晶僅能接受0~4伏的電壓，故設計公共電極32的啟動電壓約為±2~3伏的電壓，換言之，當公共電極32提供觸發信號予感測電極266時，兩者間即形成耦合作用，此時，於未觸碰的情況下，感測電極266可提供穩定的交流觸發信號至第二開關元件264；當然，第二開關元件264的開啟程度勢必會小於第一開關元件262，因為第一開關元件262為薄膜電晶體，其特性是需要15伏的啟動電壓才能完全打開閘極形成導通狀態。

請同時參閱第2圖、第3圖及第4圖，第3圖為本發明的感測單元之電路圖；第4圖為本發明電路信號的波形圖。控制電路282係以掃瞄方式驅動此些控制電極線20逐行輸出一關閉訊號予第一開關元件262，如控制電極線20輸出的Vsel信號波形圖，N至N+5係表示為逐行輸出Vsel信號，以依序控制陣列排列的此些感測單元26，例如第一行為N，第二行為N+1，以此類推的輸出關閉訊號。公共電極32持續提供交流的觸發信號(如公共電極信號的波形圖)予感測電極266，使兩者間形成耦合作用，如耦合電容 (C_com )，於未被碰觸得情況下，感測電極266所控制的第二開關元件264之開啟程度是規律的變化。當至少一感測單元26被觸碰時，感測電極266對應產生一感應電容34，此時，會將感測電極266上的電流洩放，讓第二開關元件264之閘極上的電壓變小，使其產生對應之開啟程度；進而讓檢測電極線22檢測到感測單元26上的電流訊號變化，據以取得至少一觸碰訊息，如檢測電極信號的波形圖。換言之，感測單元26被觸碰期間，感測電極266的確會產生漏電流現象，進而造成檢測電極線22之電流規律性受到影響。其中，每一感測單元26更包括一被動元件36，如電容，其兩端分別連接於第一開關元件262之閘極與控制電極線20。由於公共電極32僅提供±2~3伏的交流電壓，因此感測電極266控制第二開關元件264的開啟程度也只是微小的變化，有可能無法被檢測到的情事發生。因此，為了能提高檢測的靈敏度，故本發明於電路設計上，將此些檢測電極線22之兩端分別連接於信號檢測電路284之一電源端(Vdd)及一接地端(Vss)，也就是陣列排列的第一行感測單元26作為初始端，連接至電源端；而陣列排列的最末一行感測單元26作為末端，連接至接地端，進行形成電壓差，可調整電源端的電壓來放大檢測訊號，讓至少一感測單元26被觸碰時，感測單元26上微小的電流變化也能夠被檢測到，據以提升檢測的靈敏度。

請同時參閱第2圖及第5圖，第5圖為本發明的步驟流程圖。如步驟S10，提供一交流電壓的觸發訊號至複數個感測單元26。此些感測單元26係以陣列式排列，並透過互相交錯垂直之複數條控制電極線20及複數條檢測電極線22連接，再如步驟S12，藉由此些控制電極線20依序切換每一感測單元之26關閉，再經此些檢測電極線22依序對應檢測感測單元26的電 流訊號。反之，未切換此些感測單元26為關閉時，每一感測單元26之第一開關元件262呈持續開啟狀態，此時，每一感測單元26之感測電極266係提供觸發信號至並聯於第一開關元件262之第二開關元件264，使第二開關元件264之開啟程度小於第一開關元件262，並依序對應檢測感測單元26上的電流訊號，進而偵測感測單元26上的電流訊號是否產生變化；再如步驟S14，檢測感測單元26上的電流訊號變化，輸出對應之觸碰訊息，並持續重複執行步驟S12。

綜上所述，本發明結合顯示電路與觸控電路，並利用顯示系統的公共電極以交流訊號作為觸發訊號，可使整體觸控顯示模組的厚度變薄，以因應現代科技追求輕薄短小的趨勢。再者，本發明的偵測方式係以開啟訊號為正常狀態，關閉訊號為觸發狀態，其偵測電流變化訊號的方式與先前技術截然不同；且可調整電壓來放大檢測訊號，以提高檢測的靈敏度，以改善先前技術檢測精準度差的問題。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10‧‧‧觸控基板

12‧‧‧觸控電路

122‧‧‧控制電路

124‧‧‧信號檢測電路

126‧‧‧驅動源

14‧‧‧感測電極單元

142‧‧‧TFT元件

144‧‧‧感測20電極

16‧‧‧控制電極線組

18‧‧‧檢測電極線組

20‧‧‧控制電極線

22‧‧‧檢測電極線

24‧‧‧彩色濾光基板

26‧‧‧感測單元

262‧‧‧第一開關元件

264‧‧‧第二開關元件

266‧‧‧感測電極

28‧‧‧觸控電路

282‧‧‧控制電路

284‧‧‧信號檢測電路

30‧‧‧顯示電路

32‧‧‧公共電極

34‧‧‧感應電容

36‧‧‧被動元件

第1圖為先前技術之薄膜電晶體矩陣觸控系統之示意圖。

第2圖為本發明之電路架構圖。

第3圖為本發明的感測單元之電路圖。

第4圖為本發明電路信號的波形圖。

第5圖為本發明之步驟流程圖。

20‧‧‧控制電極線

22‧‧‧檢測電極線

24‧‧‧彩色濾光基板

26‧‧‧感測單元

262‧‧‧第一開關元件

264‧‧‧第二開關元件

266‧‧‧感測電極

28‧‧‧觸控電路

282‧‧‧控制電路

284‧‧‧信號檢測電路

30‧‧‧顯示電路

32‧‧‧公共電極

Claims (19)

1. 一種觸控系統，包括：複數條控制電極線；複數條檢測電極線，其與該些控制電極線交錯；以及複數個感測單元，分別連接該控制電極線及該檢測電極線，每一該感測單元包含並聯之一第一開關元件與一第二開關元件以及連接該第二開關元件之一感測電極，該感測電極耦合一公共電極，由該公共電極提供一觸發信號予該感測電極；該控制電極線選擇性地依序輸出關閉訊號予每一該第一開關元件，此時該檢測電極線配合該關閉訊號對應的檢測該感測單元；觸碰產生時，該感測電極據此導通該第二開關元件之開啟程度，使該檢測電極線檢測該感測單元上的電流訊號變化，據以取得至少一觸碰訊息。
2. 如請求項1所述之觸控系統，其中該些控制電極線未提供該關閉訊號時，該些第一開關元件呈持續開啟狀態，此時，該感測電極係提供該觸發信號至該第二開關元件，使該第二開關元件之該開啟程度小於該第一開關元件。
3. 如請求項1所述之觸控系統，其中至少一該感測單元被觸碰時，該感測電極對應產生一感應電容，使該第二開關元件之閘極的電壓變小，使其產生對應之該開啟程度，進而讓該檢測電極線檢測到該感測單元上的該電流訊號變化，據以取得該觸碰訊息。
4. 如請求項1所述之觸控系統，其中該第一開關元件及該第二開關元件係為薄膜電晶體。
5. 如請求項1所述之觸控系統，其中該些感測單元係以陣列式排列，每一該控制電極線分別連接於同列該第一開關元件，每一該檢測電極線分別連接於同行串接之該些感測單元。
6. 如請求項5所述之觸控系統，其中該第一開關元件及該第二開關元件之閘極分別連接於該些控制電極線及該感測電極，該第一開關元件及該第二開關元件之汲極相連接，該第一開關元件及該第二開關元件之源極相連接，每一該檢測電極線兩端分別連接第一個該感測單元之該汲極以及最末個該感測單元之該源極，且該感測單元之該汲極與相鄰之另一該感測單元之該源極串接。
7. 如請求項1所述之觸控系統，其中每一該感測單元更包括一被動元件，其兩端分別連接於該第一開關元件之該閘極與該控制電極線。
8. 如請求項7所述之觸控系統，其中該被動元件為電容。
9. 如請求項1所述之觸控系統，更包括一觸控電路，其包含一控制電路及一信號檢測電路，分別連接該些控制電極線及該些檢測電極線，該控制電路以掃瞄方式驅動該些控制電極線逐行輸出該關閉訊號予該第一開關元件，該信號檢測電路之該關閉訊號以對應偵測該些檢測電極線上的該電流訊號變化。
10. 如請求項1所述之觸控系統，其中該些感測單元係以陣列式設置於一彩色濾光基板之上表面或下表面。
11. 如請求項1所述之觸控系統，更包括一顯示電路，其連接該公共電極，並提供一交流電壓之該觸發信號予該感測電極，使其與該公共電極間形成耦合作用，據此導通該第二開關元件之開啟程度。
12. 如請求項9所述之觸控系統，其中該些檢測電極線之兩端分別連接於該信號檢測電路之一電源端及一接地端，據以產生一電壓差，該些檢測電極線上之該電流訊號會對應該感測單元上的電流大小變化。
13. 一種應用於請求項1之觸控系統的觸控感應方法，包括下列步驟：提供該觸發信號至該些感測單元，依序切換每一該感測單元之關閉，並依序對應檢測該感測單元的該電流訊號；及檢測該電流訊號變化，輸出對應之該觸碰訊息，並持續重複前步驟之檢測該感測單元的該電流訊號。
14. 如請求項13所述之觸控感應方法，其中未切換該些感測單元為關閉時，每一該感測單元之該第一開關元件呈持續開啟狀態，此時，每一該感測單元之該感測電極係提供該觸發信號至並聯於該第一開關元件之該第二開關元件，使該第二開關元件之開啟程度小於該第一開關元件，並依序對應檢測該感測單元的電流訊號。
15. 如請求項14所述之觸控感應方法，其中於檢測到該電流訊號產生變化的步驟中，至少一該感測單元被觸碰，此時其上之該些感測電極對應產生一感應電容，使連接該感測電極之該第二開關元件之閘極的電壓變小，使其產生對應之該開啟程度，據以檢測到該些感測單元上的該電流訊號變化，即輸出對應之該觸碰訊息。
16. 如請求項13所述之觸控感應方法，其中該些感測單元係以陣列式排列，並透過互相交錯垂直之該些控制電極線及該些檢測電極線連接，由該些控制電極線依序切換每一該感測單元之關閉，再經該些檢測電極線依序 對應檢測該感測單元的該電流訊號。
17. 如請求項16所述之觸控感應方法，其中該些控制電極線係根據一控制電路之驅動以掃瞄方式依序切換每一該感測單元之關閉，並利用一信號檢測電路依序偵測該些檢測電極線上的該電流訊號。
18. 如請求項17所述之觸控感應方法，其中該信號檢測電路檢測到該些檢測電極線上該電流訊號產生變化，即輸出對應之該觸碰訊息。
19. 如請求項13所述之觸控感應方法，其中該觸發訊號係為交流電壓。