TWI547851B

TWI547851B - 電容式觸控顯示裝置

Info

Publication number: TWI547851B
Application number: TW101101351A
Authority: TW
Inventors: 賴志章; 李俊賢
Original assignee: 聯詠科技股份有限公司
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2016-09-01
Also published as: US20130181940A1; TW201329828A

Description

電容式觸控顯示裝置

本發明係指一種電容式觸控顯示裝置，尤指一種藉由增加空洞於接收電極中以增加感應訊號強度之電容式觸控顯示裝置。

由於觸控顯示裝置提供使用者更直覺及便利的操作方式，因而廣泛地運用於各種消費性電子產品中。電容式觸控顯示裝置具有高準確率、多點觸控、高耐用性、以及高觸控解析度等優點，已成為目前中高階消費性電子產品使用之主流觸控技術。

一般來說，觸控顯示裝置係由一顯示器及一透明觸控板所組成，並且經由將透明觸控面板貼合於顯示器上而能同時實現觸控及顯示功能。電容式觸控技術主要透過偵測人體(或物體)與觸控顯示裝置上之觸控點接觸時，因靜電結合所產生之感應電容變化，來判斷觸控事件。關於目前採用電容式觸控技術的觸控顯示裝置，請參考第1A圖及第1B圖，第1A圖為習知一電容式觸控顯示裝置10的側視圖，第1B圖為電容式觸控顯示裝置10中之一感應裝置100的上視圖。如第1A圖所示，電容式觸控顯示裝置10係由感應裝置100、顯示器120以及玻璃保護層140所組成。感應裝置100係由透明的銦錫氧化層(Indium Tin Oxide，ITO)所製成，設置於顯示器120與玻璃保護層140之間。當使用者觸碰到電容式觸控顯示裝置10時，人體電場和感應裝置100表面會形成一個耦合電容，在此情況下，可透過感應裝置100偵測出相關的電容變化，並據以計算出使用者觸碰的位置。

詳細來說，如第1B圖所示，感應裝置100包括複數個第一感應電極14C、複數個第二感應電極14D與複數個橋接器(bridge)11，其中每一感應電極為菱形之結構。第一感應電極14C與第二感應電極14D交替排列，且各第二感應電極14D與水平方向X相鄰之第二感應電極14D互相連結，而各第一感應電極14C則利用橋接器11與在垂直方向Y相鄰的第一感應電極14C互相連結。電容式觸控顯示裝置10主要是於感應電極14C(或14D)輸入驅動電壓訊號並據以在感應電極14D(或14C)偵測觸控點的電容變化，以利用X軸及Y軸的連結線將訊號回傳完成定位。

然而，由於感應裝置100的感應電極14C、14D完全地暴露於顯示器120之上，使得感應電極14C、14D極易接收到來自顯示器120的雜訊而造成觸控定位的靈敏度不佳。

另一方面，為了阻隔來自顯示器的雜訊，習知技術提出了雙層結構的感應裝置以解決此問題，請參考第2A圖及第2B圖。第2A圖為習知一電容式觸控顯示裝置20的側視圖，第2B圖為第2A圖之感應裝置200的上視圖。觸控顯示裝置20係由感應裝置200、顯示器220以及玻璃保護層240所組成。其中，感應裝置200包含一驅動訊號層201以及一接收訊號層202。在此情況下，驅動訊號層201將可阻隔來自顯示器220的雜訊，而避免接收訊號層202直接暴露於雜訊源(即顯示器220)之上。

進一步說明，請繼續參考第2B圖，如第2B圖所示，驅動層201包含有複數個驅動電極24D，沿X方向延伸；接收層202包含有複數個接收電極24C，沿Y方向延伸。感應裝置200主要係依序於各個驅動電極24D輸入一驅動訊號，使接收電極24C上產生一感應訊號。接著，根據回傳的感應訊號來計算出相對應的觸控點的座標。然而，第2A圖與第2B圖中雙層結構的感應裝置200雖可減少接收雜訊的機會，但由於驅動訊號僅具有很小的電壓值，使得接收電極24C所產生的感應訊號通常極為微弱，如此一來，將導致無法有效且精準地估測出觸控位置。

簡言之，習知雙層結構的感應裝置，雖已降低雜訊的干擾，但是接收電極24C所感應到的接收訊號仍存有訊號強度不足的問題。因此，如何增強感應訊號的大小，使得電容式觸控顯示裝置能更靈敏準確地辨識出觸控位置，是目前亟需解決的問題。

因此，本發明之主要目的在於提供一種電容式觸控顯示裝置，尤指一種藉由增加空洞於接收電極中以增加感應訊號強度之電容式觸控顯示裝置。

本發明揭露一種電容式觸控顯示裝置，包含有一顯示器；一玻璃保護層；一驅動訊號層，設置於該顯示器之上，該驅動訊號層包含有複數個驅動電極，用來依序輸出一驅動訊號於該複數個驅動電極之上；以及一接收訊號層，設置於該玻璃保護層與該驅動訊號層之間，該接收訊號層包含有複數個接收電極，用來感應該驅動訊號，並據以輸出複數個接收訊號，其中該複數個接收電極之至少一接收電極包含有至少一空洞，以增強訊號感應。

關於本發明詳細的實施方式請參考第3圖，第3圖為本發明實施例一電容式觸控顯示裝置之一感應裝置300之示意圖。感應裝置300與感應裝置200的結構類似，同樣採用雙層的結構設計。即感應裝置300包含一驅動訊號層301及一感應訊號層302，驅動訊號層係設置於觸控顯示裝置之一顯示器之上。接收訊號層係設置於觸控顯示裝置之一玻璃層與驅動訊號層301之間，如此一來，將可避免驅動訊號層301完全暴露於雜訊源(顯示器)之上，以減少感應訊號的雜訊。如第3圖所示，感應裝置300的驅動訊號層301係由驅動電極D1～DM所組成，接收訊號層302係由接收電極R1～RN所組成。驅動電極D1～DM用來依序輸出驅動訊號D_sig1～D_sigM。接收電極R1～RN用來感應驅動訊號D_sig1～D_sigM，並據以輸出接收訊號R_sig1～R_sigN。值得注意的是，感應裝置300與感應裝置200的差別在於，接收電極R1～RN中的至少一個接收電極會包含有至少一個空洞31。輸入驅動訊號D_sig1～D_sigM可依序被輸入至驅動電極D1～DM，使得驅動電極D1～DM會分別輸出輸入驅動訊號D_sig1～D_sigM至運算單元306。值得注意的是，感應裝置300與習知技術主要的差別在於，接收電極R1～RN會包含有至少一空洞31，以增強訊號感應。

由於驅動電極D1～DM與接收電極R1～RN通常是採交錯排列的方式設置，因此，較佳地，可將空洞31設計於各驅動電極於相對應接收電極上之投影區域內。換言之，空洞31會與驅動電極於相對應接收電極上之投影區域重疊。舉例來說，空洞31之至少一部份會位於驅動電極在相對應接收電極上之投影區域內，或者是，空洞31會完全位於驅動電極在相對應接收電極之投影區域內。在此情況下，當人體觸碰感應裝置300時，大部分在接收電極R1～RN上的感應電力線經由空洞31傳導至人體，使得接收訊號R_sig1～R_sigN的訊號大小大幅地降低，因而有效地改善接收訊號的訊雜比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)。如此一來，將能更靈敏且準確地辨識出觸控位置。

簡言之，本發明之電容式觸控顯示裝置藉由接收電極上具有縷空的圖案設計，來增加使用者接觸觸控裝置時產生的電容變化量，進而增加接收訊號的強度，以改善電容式觸控顯示裝置的訊雜比。

此外，感應裝置300另包含有一運算單元306，耦接至驅動電極D1～DM與接收電極R1～RN。驅動訊號D_sig1～D_sigM可週期性地依序被輸入至驅動電極D1～DM。接收電極R1～RN則感應驅動訊號D_sig1～D_sigM，並據以輸出接收訊號R_sig1～R_sigN至運算單元306。在此情況下，運算單元306可根據相關於驅動訊號D_sig1～D_sigM，以及比較手指觸碰電容式觸控顯示裝置前後的接收訊號R_sig1～R_sigN所產生的差值運算結果，來產生一觸控偵測結果，並據以判斷出有無觸控事件發生及使用者所觸碰之觸控位置。例如，當差值運算結果小於一臨限值時，觸控偵測結果表示未發生任何觸碰事件。當差值運算結果大於或等於一臨限值時，觸控偵測結果表示發生一觸碰事件，運算單元306再根據該差值運算結果、驅動電極D1～DM之位置與接收電極R1～RN之位置，判斷出使用者所觸碰之觸控位置。因此，藉由感應訊號層302之接收電極上具有縷空的圖案設計，將可增加驅動訊號及接收訊號間的差值，使運算單元306可輕易辨識出差值是否大於臨限值，而較易於判斷觸控事件其觸控位置。

另一方面，第3圖也標示了感應裝置300在實際應用上的實作尺寸。舉例來說，驅動電極在Y方向的寬度D_wd為5mm；兩個驅動電極間的間距D_gap為100um；接收電極在X方向的寬度R_wd為2.5mm；兩個接收電極之間的間距為R_gap為2.5mm；空洞31在X方向的寬度H_wd為1.5mm；兩個空洞在Y方向上的間距H_gap為1.1mm。請注意，第3圖中標示的尺寸僅為本發明實施例之一參考尺寸，通常知識者當可依照不同產品類別、製造規格等設計需求，適當改變感應裝置的尺寸大小，而不限於此。

為了具體描述感應裝置300的運作原理，請參考第4A至4B圖。第4A至4B圖分別描繪有無人體接觸感應裝置300時，接收電極上的感應電力線分布圖。以下利用第3圖中的驅動電極D1～D3及接收電極R2、R3為例來作說明。如第4A圖所示，假設驅動電極D2接收到並傳輸驅動訊號D_sig2，使得驅動電極D2與相對應接收電極R2、R3交疊區域上產生感應電力線，即驅動電極D2於接收電極R2、R3上之投影區域，以產生接收訊號R_sig2、R_sig3。其餘驅動電極D1、D3～DM皆耦接至接地端(或零電位)，因此未產生感應電力線於其上。

值得注意的是，由於接收電極R2、R3特殊的縷空圖案設計，感應電力線可於空洞31的邊緣形成，使分布在接收電極R2、R3邊緣上的感應電力線數量較習知接收電極的感應電力線數量多。

當人體接觸電容式觸控顯示裝置30的情形，請參考第4B圖，第4B圖描述一手指Fng碰觸感應裝置300時的運作方式。誠如本領域所熟知，手指Fng為一導體，可吸取接收電極R2上的感應電力線至手指Fng。由於接收電極R1～RN特殊的縷空圖案設計，當手指Fng觸碰接收電極R2時，吸取大量的感應電力線，使得接收訊號R_sig2的電壓讀值遠小於其他接收訊號R_sig1、R_sig3～R_sigN的電壓讀值，因此當運算單元306判斷接收訊號R_sig2與手指Fng未觸碰時的接收訊號R_sig2的差值大於臨限值時，運算單元306即可輕易辨識出手指Fng觸碰於驅動電極D2與接收電極R2的交界處。

根據上述說明，本發明的主要目的在於，透過接收電極R1～RN縷空的圖案設計，增加驅動訊號D_sig在接收電極R1～RN上感應出的感應電力線，用來增加手指Fng觸碰感應裝置時吸取感應電力線的電量，以增加於手指Fng觸碰前後之接收訊號的差值，使運算單元306所接收到的訊號之訊雜比能夠提升。請參考第5圖，第5圖為運算單元306由有無增加縷空圖案於各接收電極之接收訊號的電壓-時間圖。當無觸控事件時，接收訊號(以實線表示)的電壓值最高，表示沒有人體將感應電力線吸走；次高的電壓值(以長短線表示)為習知技術；最低的電壓值(以點線表示)為增加縷空圖案於接收電極之結果。由第5圖可知，本發明的判斷差值ΔV大於習知技術的判斷差值ΔV’，因此在相同的雜訊之下，本發明的接收訊雜比優於習知的接收訊雜比。

另外，第3圖所描繪之空洞31為矩形，但不限於此，空洞31可以係任意的幾何圖形，只要能增加接收電極上的感應電力線即可。本領域具通常知識者當可據此加以修飾變化，而不限於此實施例。舉例來說，請參考第6A至6F圖，第6A至6D圖繪示了不同形狀的空洞。於第6A圖中，接收電極的空洞61為圓形；於第6B圖中，接收電極的空洞61為不規則形。第6C圖繪示了每個接收電極僅有單一空洞61的情形，說明空洞61可存在於接收電極與驅動電極重疊或未重疊之區域。第6D圖繪示了接收電極相對應驅動電極投影區重疊之部分含有空洞62、63。再者，第6E、6F圖即分別描述矩形及半圓形的空洞61亦可位於接收電極兩側的邊緣上。如此一來，設計者可適當地變化空洞之形狀、面積等，以改變接收電極上的感應電力線數量，如此可作為調整電容式觸控顯示裝置之感應靈敏度的方式之一，增加電容式觸控顯示裝置的設計彈性。

值得注意的是，為了使接收電極R1～RN上的感應電力線數量均等，較佳地，每個接收電極R1～RN相對應驅動電極D1～DM投影區重疊之面積相等，使得接收訊號R_sig1～R_sigN的訊號大小大致均等，避免電容式觸控顯示裝置感應靈敏度不均的情形發生。第7圖繪示了U形的接收電極。如第7圖所示，為了保持感應靈敏度均等，接收電極R1～RN於相對應驅動電極D1～DM之投影區重疊之面積相等。再者，單一個U形的接收電極亦可等效為兩個接收電極相連接，同樣能達到增加感應電力線之目的。

綜上所述，為了增加電容式觸控顯示裝置中感應訊號的強度，本發明透過增加空洞於接收電極中，以增加人體接觸電容式觸控顯示裝置時的感應電容變化量，增加感應訊號的強度，使得電容式觸控顯示裝置能更快速準確地辨識出觸控位置。除此之外，本發明亦採用雙層結構之感應裝置，以避免接收電極完全暴露於雜訊源(顯示螢幕)之上。如此一來，本發明不僅可有效地提升感應訊號強度，亦可降低接收雜訊，使得電容式觸控顯示裝置的訊雜比大幅地提升。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10、20．．．觸控顯示裝置

100、200、300．．．感應裝置

120、220．．．顯示器

140、240．．．玻璃保護層

14C．．．第一感應電極

14D．．．第二感應電極

11．．．橋接器

201、301．．．驅動訊號層

202、302．．．接收訊號層

24 C、R1～RN．．．接收電極

24 D、D1～DM．．．驅動電極

306．．．運算單元

D_sig、D_sig1～D_sigM．．．驅動訊號

R_sig1～R_sigN．．．接收訊號

D_gap、R_gap、H_gap．．．間距

D_wd、R_wd、H_wd．．．寬度

ΔV、ΔV’．．．差值

31、61、62、63．．．空洞

X、Y．．．方向

第1A圖為習知一電容式觸控顯示裝置的側視圖。

第1B圖為第1A圖之感應裝置的上視圖。

第2A圖為習知電容式觸控顯示裝置的另一側視圖。

第2B圖為第2A圖之感應裝置的上視圖。

第3圖為本發明實施例一感應裝置之示意圖。

第4A至4B圖分別為有無人體接觸感應裝置時，接收電極上的感應電力線分布圖。

第5圖為接收訊號的電壓-時間圖。

第6A至6F圖為本發明實施例具有不同空洞及空洞位置之感應裝置之示意圖。

第7圖為本發明實施例感應裝置之另一示意圖。

300．．．感應裝置

301．．．驅動訊號層

302．．．接收訊號層

306．．．運算單元

D1～DM．．．驅動電極

R1～RN．．．接收電極

D_sig1～D_sigM．．．驅動訊號

R_sig1～R_sigN．．．接收訊號

31．．．空洞

D_gap、R_gap、H_gap．．．間距

D_wd、R_wd、H_wd．．．寬度

Claims

一種電容式觸控顯示裝置，包含有：一顯示器；一玻璃保護層；一感應裝置；一驅動訊號層，設置於該顯示器之上，該驅動訊號層包含有複數個驅動電極，用來依序輸出複數個驅動訊號；以及一接收訊號層，設置於該玻璃層與該驅動訊號層之間，該接收訊號層包含有複數個接收電極，用來感應該複數個驅動訊號，並據以輸出複數個觸控感測訊號，其中該複數個接收電極包含有至少一空洞，以增強訊號感應；以及一運算單元，包含有複數個輸出端、輸入端，分別耦接於該複數個驅動電極以及該複數個接收電極，用來根據相關於該複數個驅動訊號及比較一手指觸碰該電容式觸控顯示裝置前後之該複數個接收訊號所產生之一差值運算結果，產生一觸控偵測結果，以判斷出一使用者所觸碰之一觸控位置；其中每一空洞之至少一部份會與該複數個接收電極中之一驅動電極於該相對應接收電極上之投影區域不重疊。
如請求項1所述之電容式觸控顯示裝置，其中每一空洞具有一幾何形狀。
如請求項2所述之電容式觸控顯示裝置，其中該幾何形狀係一矩形、一圓形或一不規則形。
如請求項1所述之電容式觸控顯示裝置，其中每一接收電極符合一U形。
如請求項1所述之電容式觸控顯示裝置，其中該複數個驅動電極分別依序輸出相對應之一驅動訊號。
如請求項1所述之電容式觸控顯示裝置，其中該複數個驅動電極之其中之一驅動電極輸出相對應之一驅動訊號之時，其餘驅動電極耦接至一接地部。
如請求項1所述之電容式觸控顯示裝置，其中該複數個接收電極分別用來感應該複數個驅動訊號，並據以輸出相對應之一觸控感測訊號。
如請求項1所述之電容式觸控顯示裝置，其中當該差值運算結果小於一臨限值時，該觸控偵測結果表示發生一未觸碰事件。
如請求項1所述之電容式觸控顯示裝置，其中當該差值運算結果大於或等於一臨限值時，該觸控偵測結果表示發生一觸碰事件。
如請求項9所述之電容式觸控顯示裝置，其中該運算單元根據該差值運算結果、該複數個驅動電極之位置與該複數個接收電極之位置，判斷出該使用者所觸碰之該觸控位置。