TWI522875B - Since the capacitance change detecting method for a touch panel and a self-capacitance sensing means - Google Patents

Description

用於觸控面板的自電容變化檢測方法及自電容感測裝置

本發明係關於感測訊號的檢測方法及實現該方法的裝置，特別是關於用於觸控面板的、將觸控資訊轉換為自電容變化量的方法及實現該方法的裝置。

自電容觸控面板作為電容式觸控面板的一種，以自電容感測裝置為基礎。該電容感測裝置將對觸控面板的觸控資訊轉換為自電容變化訊號，並根據自電容變化訊號確定觸控位置座標。所述自電容感測裝置不僅可以用於製造獨立的觸控面板，還可以結合應用在相關設備中，例如將自電容感測裝置結合在顯示設備上，製成觸控顯示螢幕。所述自電容感測裝置由於其只需要單層佈局佈線，生產技術簡單，良率高，成本低，在智慧型手機和平板電腦上得到了越來越廣泛的應用。先前技術單層自電容感測裝置的電極佈置結構圖如第12圖所示，採用三角形或者類三角形的電極91，各電極91成對設置成互補的電極對92，各電極對92重複堆疊而佈滿整個觸控面板或者顯示螢幕的面板。從第12圖所示電極佈置結構中就可以明顯看出，各電極91之間沒有交叉走線的情況，使生產程序較為簡單。先前技術自電容感測裝置更包括電連接各電極91的自電容檢測單元。

第13圖和第14圖示出自電容檢測的基本原理。在電極91上通常覆蓋一層用透明絕緣介質材料製成的蓋板93。自電容感測裝置的自電容，即 電極91到地的電容，如第13圖所示的Cp。當人體94觸控到蓋板93上時，由於人體近似於一個大地，相當於電極91上的又並聯了一個到地的電容Cf，從而使電極91到地的自電容增加，如第13圖和第14圖所示。透過偵測自電容變化情況，可以判斷出是否發生觸控。

如第12圖所示，長底邊位於左側的電極91按911L、912L、...、 91(M-1)L、91ML、91(M+1)L、...編號，長底邊位於右側的電極91按911R、912R、...、91(M-1)R、91MR、91(M+1)R、...編號，M代表一自然數。相同數位編號的兩電極91構成一電極對，例如，編號是91ML與91MR的電極91構成電極對。當發生觸控時自電容檢測單元透過檢測各電極91的自電容變化量。 觸控點99引起六個電極91發生自電容變化，它們的編號分別是91(M-1)L、91ML、91(M+1)L、91(M-1)R、91MR和91(M+1)R。相應地自電容變化量分別是Dp1、Dp2、Dp3、Dp4、Dp5和Dp6。首先找出縱向方向上變化量最大的通道為觸控發生的通道，即變化量是Dp2、編號是91ML對應電極91的通道，結合其上下通道的變化量，求出其重心位置，即為觸控點的縱軸座標；透過變化量最大的通道及其對面三角形電極變化量的比值，得出橫軸方向上的座標。先前技術自電容感測裝置還存在以下的缺陷和不足之處：1.生產技術複雜；先前技術自電容感測裝置的電極91，在實際生產中一般皆無法做出真正的三角形，而以類三角形的梯形代替；為了在X軸方向上獲得比較好的精度，通常要求梯形窄的一邊，例如第12圖所示編號是911L的電極91的右側，寬度越小越好，通常要求在0.3mm甚至更小，這對技術能力有一定要求，成為影響生產成本降低的因素之一；2.生產程序多；傳統結構的最小檢測單元是一對三角形，而且為了改善 畫線線性度，還會把每個三角形拆成兩個或更多個小三角形並聯，這樣的電極結構，對於雷射技術來說，需要切割很多次，成為又一個影響生產成本降低的因素；3.對於採用軟性基材的觸控面板模組，例如用薄膜材料製成基材，如果在這種基材上採用先前技術自電容感測裝置的電極91，由於三角形電極91的尖端很細，在生產、運輸、測試過程中如果基材發生彎折，可能會導致電極區用於製造電極的透明導電材料，例如氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)發生斷裂，而使得自電容感測裝置，乃至觸控面板損壞；所述三角形電極91的易損結構也是影響生產成本降低的因素；4.電極材料要求高；對於一些新型製造電極91的材料，例如金屬網(metal mesh)材料，為了保證構成金屬網的金屬絲之間搭接良好，電極91的最小寬度會比現有的氧化銦錫(ITO)材料大，應當在1mm以上，該最小寬度對於將先前技術三角形電極91用於製造自電容感測裝置很難接受；5.抗靜電放電(Electro-Static Discharge,ESD)效果差；對於現有主流的透明導電材料氧化銦錫(ITO)，其阻抗較大，如果發生靜電放電(ESD)事件，在氧化銦錫(ITO)寬度較小的區域，例如寬度在0.1mm以下，比較容易發生靜電放電(ESD)，導致氧化銦錫(ITO)電極間短路。

本發明要解決的技術問題在於避免先前技術的不足之處而提出一種用於觸控面板的自電容變化檢測方法，以及應用該方法的自電容感測裝置，透過改進電極結構，採用新的自電容檢測方法，使自電容感測裝置的生產成本降低，提升其總體效能。

本發明解決所述之技術問題可以透過採用以下技術手段來實現：提出一種用於觸控面板的自電容變化檢測方法，基於自電容感測裝置，該自電容感測裝置包括至少一電極。所述電極包括在沿著第一方向的第一端和第二端。所述方法針對每個電極執行以下步驟，A.在電極的第一端電連接定電流源、箝位電路和電荷收發檢測電路，將該電極的第二端接地；所述定電流源向電極輸出定電流值的電流；所述箝位電路使所電連接電極的一端的電位限定於定電位；所述電荷收發檢測電路能夠輸出電荷或者接收電荷，並檢測電荷輸出量或者接收量，量化電荷輸出量為自電容變化量；B.電荷收發檢測電路檢測是否有電荷輸出；如果有電荷輸出，則量化電荷輸出量為第一自電容變化量，隨後執行步驟C；如果沒有電荷輸出，直接執行步驟E；C.在電極的第二端電連接定電流源、箝位電路和電荷收發檢測電路，將該電極的第一端接地；D.電荷收發檢測電路量化電荷輸出量為第二自電容變化量；E.針對所述電極的自電容變化檢測結束。

具體而言，步驟A所述之定電流源向電極輸出的定電流值是I，所述箝位電路使所電連接電極的一端的電位限定的定電位是V1，那麼應當滿足V1/I=R，R是箝位電路和定電流源所電連接電極的電阻。

本發明解決之技術問題還可以透過採用以下技術手段來實現：設計、製造一種用於觸控面板的自電容感測裝置，包括至少一 電極，以及電連接各電極的自電容變化檢測單元。所述電極呈矩形，包括用於電連接自電容變化檢測單元的、沿著該電極延伸方向的第一端和第二端。所述自電容變化檢測單元包括至少一變數採集模組。該變數採集模組包括電連接於第一節點的定電流源、箝位電路和電荷收發檢測電路，以及接地的第二節點。 在針對一個電極的檢測過程中，所述變數採集模組的第一節點先電連接電極的第一端，且第二節點電連接電極的第二端，採集到第一自電容變化量之後，變數採集模組的第一節點再電連接該電極的第二端，且第二節點電連接電極的第一端，以採集第二自電容變化量。所述箝位電路將所電連接電極一端的電位限定在定電位，所述定電流源向所電連接電極提供定電流；所述電荷收發檢測電路因其所電連接電極的自電容變化向該電極輸出電荷，並檢測電荷輸出量，量化電荷輸出量為自電容變化量。

所述箝位電路將所電連接電極一端的電位限定的定電位是V1， 所述定電流源向所電連接電極提供的定電流是I，那麼應當滿足V1/I=R，R是箝位電路和定電流源所電連接電極的電阻。

具體而言，所述箝位電路包括一運算放大器，該箝位電路所限 定的定電位由該運算放大器正向輸入端的輸入電壓控制。所述電荷收發檢測電路包括所述用作箝位電路的運算放大器，電連接在該運算放大器反相輸入端與輸出端之間的電荷收發電容，以及電連接所述運算放大器的輸出端的交直流轉換子模組。所述定電流源的電流輸出端和運算放大器的反相輸入端皆電連接於第一節點。

為了在每次檢測後重設電路狀態，在所述電荷收發電容的兩端之間更電連接有重設開關。

一種電極的具體結構是，所述電極的至少一個頂角被切除形成直線段斜邊，從而電極被加工成帶有斜邊的矩形電極。

另一種電極的具體結構是，所述電極的至少一個頂角被切除形成圓弧邊，從而電極被加工成帶有圓弧邊的矩形電極。

還有一種電極的具體結構是，所述電極的至少一條邊加工有至少兩個凹槽，在兩相鄰兩凹槽之間形成凸齒，從而電極被加工成帶有鋸齒邊的矩形電極。

具體應用中，所述電極用氧化銦錫、金屬網或者碳奈米材料製成。

關於電極的設置，所述自電容感測裝置更包括用樹脂合成薄膜材料或者用玻璃製成的基板，所述電極附著在該基板上。

當自電容感測裝置與顯示設備結合時，所述自電容感測裝置安裝在液晶顯示螢幕內。該液晶顯示螢幕包括第一液晶基板和第二液晶基板，以及夾在第一液晶基板與第二液晶基板之間的液晶材料、像素電極、彩色濾光層和黑矩陣。所述電極附著在所述第一液晶基板的上層或者下層，或者第二液晶基板的上層或者下層。

一種電極掃描檢測方式，所述自電容變化檢測單元包括一套變數採集模組；該套變數採集模組受控地按照設定的時序依次電連接所述各電極，即分時地電連接各電極以完成對各電極的自電容變化檢測。

另一種電極掃描檢測方式，所述變數採集模組的數量少於電極的數量；各變數採集模組受控地按照設定的時序依次一對一地電連接所有電極中的部分電極，即分時分區域地電連接各電極以完成對各電極的自電容變化檢 測。

還可以用一對一的電極掃描檢測方式，所述變數採集模組一對一地電連接所述電極。

當自電容感測裝置與顯示設備結合時，所述自電容感測裝置安裝在液晶顯示螢幕內。該液晶顯示螢幕由顯示驅動電路晶片控制。所述自電容變化檢測單元整合在所述顯示驅動電路晶片內。

當自電容感測裝置與顯示設備結合時，為了協調液晶驅動與自電容檢測，所述自電容感測裝置更包括協調檢測模組。所述自電容感測裝置安裝在液晶顯示螢幕內。該液晶顯示螢幕由顯示驅動電路控制。所述協調檢測模組電連接所述自電容變化檢測單元和顯示驅動電路，以使自電容變化檢測單元和顯示驅動電路互不干擾地分時段和/或分區域完成各自功能。

本發明解決所述技術問題又可以透過採用以下技術手段來實現：作為所述用於觸控面板的自電容變化檢測方法在資料處理方面的延伸，提出一種觸控點座標資料處理方法，基於申請專利範圍第16項所述之用於觸控面板的自電容變化檢測方法，所述各電極沿著垂直於第一方向的第二方向依序排列，其中所述方法包括：F.當一個觸控點使K個電極的自電容發生變化時，獲取到關於該觸控點的K對自電容變化量，即2K個自電容變化量；G.選擇2K個自電容變化量中最大的一個；該最大自電容變化量所屬電極是沿著第二方向的第T個電極，該最大自電容變化量是所述第T個電極的第一自電容變化量，即DTU，第T個電極的另一個自電容變化量是該電極的第二自電容變化量，即DTV，從而第T個電極沿著第二方向兩側電極各自的第一自 電容變化量分別是D(T+1)U，D(T+2)U，...，D(T+W1)U，以及D(T-1)U，D(T-2)U，...，D(T-W2)U；第二自電容變化量分別是D(T+1)V，D(T+2)V，...，D(T+W1)V，以及D(T-1)V，D(T-2)V，...，D(T-W2)V，W1+W2+1=K；H.若各電極沿著第一方向的長度是X0，沿著第二方向的長度是Y0，那麼步驟F所述觸控點沿著第二方向座標Y是， 步驟F所述觸控點沿著第一方向橫向座標X是，

同先前技術相比較，本發明之“用於觸控面板的自電容變化檢測方法及自電容感測裝置”的技術效果在於：1.生產技術簡單；本發明電極形狀為矩形，電極縱向寬度比較寬，降低了對技術精度的要求，能夠減少生產成本；2.生產效率高；本發明電極形狀採用矩形結構，最小檢測單元只要切割一刀即可完成，生產效率高；3.可靠性佳，不易斷裂；本發明電極採用矩形結構，寬度值比較大，即使電極所附著基材用軟性材料製成，基材彎折時電極也不易斷裂；4.對材料要求低；本發明電極採用矩形結構，其最小寬度值較大，使電極能夠採用金屬網(metal mesh)新材料製成；5.抗靜電放電(ESD)效果好；現有主流的電極製造材料氧化銦錫ITO，抗 靜電放電(ESD)能力隨著寬度降低而降低，本發明中電極的寬度值比較大，抗靜電放電(ESD)能力比較強。

10‧‧‧電極

101‧‧‧矩形電極

102‧‧‧矩形電極

103‧‧‧矩形電極

111‧‧‧斜邊

112‧‧‧圓弧邊

113‧‧‧凹槽

114‧‧‧凸齒

115‧‧‧金屬絲

2‧‧‧自電容變換檢測單元

21‧‧‧變數採集模組

211‧‧‧電荷收發檢測電路

2111‧‧‧交直流轉換子模組

212‧‧‧定電流源

213‧‧‧箝位電路

3‧‧‧液晶顯示螢幕

31‧‧‧第一液晶基板

32‧‧‧第二液晶基板

33‧‧‧液晶材料

34‧‧‧像素電極

35‧‧‧彩色濾光層

36‧‧‧黑矩陣

91‧‧‧電極

911L‧‧‧電極

912L‧‧‧電極

91(M-1)L‧‧‧電極

91ML‧‧‧電極

91(M+1)L‧‧‧電極

911R‧‧‧電極

912R‧‧‧電極

91(M-1)R‧‧‧電極

91MR‧‧‧電極

91(M+1)R‧‧‧電極

92‧‧‧電極對

93‧‧‧蓋板

94‧‧‧人體

99‧‧‧觸控點

{0}~{k}‧‧‧點

[1]~[n]‧‧‧埠

a‧‧‧第一節點

b‧‧‧第二節點

c‧‧‧受控埠

d‧‧‧受控埠

Cc‧‧‧電荷收發電容

Ct‧‧‧電容

DTU‧‧‧第一自電容變化量

DTV‧‧‧第二自電容變化量

OP‧‧‧運算放大器

R1~Rk‧‧‧電阻

S1~Sn‧‧‧電極

SnL‧‧‧第一端

SnR‧‧‧第二端

SW‧‧‧重設開關

Vf‧‧‧輸入電壓

第1圖是本發明自電容感測裝置的電極佈置結構示意圖。

第2圖是本發明自電容感測裝置的電原理示意圖。

第3圖是本發明自電容感測裝置在發生觸控時第一自電容變化量檢測的電原理示意圖。

第4圖是本發明自電容感測裝置在發生觸控時第二自電容變化量檢測的電原理示意圖。

第5圖是本發明自電容感測裝置的實施例的電原理示意圖。

第6圖是本發明帶有斜邊的矩形電極101的結構示意圖。

第7圖是本發明帶有圓弧邊的矩形電極102的結構示意圖。

第8圖是本發明帶有鋸齒邊的矩形電極103的結構示意圖。

第9圖是用金屬網(metal mesh)製成的電極10的結構示意圖。

第10圖是用一套變數採集模組分時檢測各電極10的實例電原理示意圖。

第11圖是液晶顯示螢幕的橫截面結構示意圖。

第12圖是先前技術單層自電容感測裝置的電極佈置結構示意圖。

第13圖是先前技術自電容感測裝置在發生觸控時的自電容示意圖。

第14圖是先前技術自電容感測裝置在發生觸控時的等效電原理示意圖。

以下結合附圖所示實施例作進一步詳述。

本發明為了摒除先前技術三角形電極帶來的生產技術複雜、生產程序多、易折損、電極材料要求高和抗靜電放電(ESD)效果差的缺陷，而採用矩形電極。矩形電極相比三角形電極顯然生產技術簡化、減少了生產程序。矩形電極由於具有較大的縱向寬度，電極附著在軟性基材上，即使基材彎折也不易折損；並且矩形電極較大的縱向寬度滿足金屬網(metal mesh)材料對最小寬度的要求，適於用金屬網材料製成電極；同樣由於矩形電極具有較大的縱向寬度，也提高了電極的抗靜電放電(ESD)效果。如第1圖所示，本發明提出的自電容感測裝置包括矩形電極10，電極10按直角坐標系的橫坐標方向延伸，各電極10沿著直角坐標系的縱坐標方向互相平行的佈滿整個觸控區域內。當然，電極10按直角坐標系的縱坐標方向延伸，各電極10沿著直角坐標系的橫坐標方向互相平行的佈滿整個觸控區域，也是一種等同的可行技術手段。如第1圖所示，為了便於後文說明，各電極10用S1、...、Sn標明了各自的編號，其中n是取值是自然數的變數，因而編號是Sn的電極10可以代表適於所有電極10的任一電極10。各電極10沿著延伸方向，即直角坐標系的X軸方向具有兩端，電極10各自包括第一端L和第二端R，那麼編號S1的電極10就具有第一端S1L和第二端S1R，以此類推，編號是Sn的電極10包括第一端SnL和第二端SnR。

如第2圖所示，本發明自電容感測裝置更包括電連接各電極10的自電容變化檢測單元2，透過該自電容變化檢測單元2實現對各電極自電容變化的檢測。該自電容變換檢測單元2具體透過變數採集模組21完成針對與該變數採集模組21電連接的電極10的自電容變化量的偵測和採集。對於編號是Sn的任一電極10，電極10的第一端SnL分別連接到電荷收發檢測電路211、定電流源212和箝位電路213。電極10的第二端SnR連接地。從而電荷收發檢測電 路211、定電流源212和箝位電路213皆電連接於變數採集模組21的第一節點a，該變數採集模組21的第二節點b接地。定電流源212流入或流出一固定大小的電流。箝位電路213將第一節點a，即電極10的第一端SnL端箝位至一固定電壓，電荷收發檢測電路211可以流入或流出電荷，並能檢測出所流入或流出的電荷量的大小。

箝位電路213所箝位的電壓為V1，電極10兩端間的電阻為R，定電流源212的電流為I，他們之間的關係為：V1/R=I。這樣，未發生觸控的情況下，定電流源212提供的電流I剛好使得電極10的電阻連接電流源和箝位電路的第一端SnL的電壓維持在V1，而不需要電荷收發檢測電路211流入或流出電荷，即未發生觸控時電荷收發檢測電路211檢測到的電荷為0。

電極10可以等效為k個電阻R1、R2、R3、...、Rj、...、Rk的串聯，其阻值相等，每個電阻上端節點分別為{0}、{1}、{2}......{k-1}，最後一個電阻的下極板節點為{k}，節點{0}和{k}即分別為電極10的第一端SnL和第二端SnR。

當節點{0}接到箝位電路213一端時，即第一節點a電連接電極10的第一端SnL，且第二節點b電連接電極10的第二端SnR時，節點0的電壓為V1，節點{k}接地，則節點{j}上的電壓為：

當節點{k}接箝位電路213一端時，即第一節點a電連接電極10的第二端SnR，且第二節點b電連接電極10的第一端SnL時，節點{k}的電壓為V1，節點{0}接地，節點{j}上的電壓為：

當節點{j}發生觸控時，如第3圖所示，這一事件可以等效為觸控點{j}和地之間連接了一個電容Ct。

如第3圖，當電極10的第一端SnL端接箝位電路213時，即第一節點a電連接電極10的第一端SnL，且第二節點b電連接電極10的第二端SnR時，由式(1)，Ct上的電壓為 則Ct上將存儲的電荷Q1為

由於定電流源212只能提供電阻串上流過的電流，這一電荷Q1就由電荷收發檢測電路211提供，並可由其量化成為第一自電容變化量。

上述檢測完成後，再將電極10的第一端SnL改為接地，該電極10的第二端SnR接箝位電路212，即第一節點a電連接電極10的第二端SnR，且第二節點b電連接電極10的第一端SnL，如第4圖所示。由式(2)，此時Ct上的電壓為： 則Ct上將存儲的電荷Q2為

由於定電流源212只能提供電阻串上流過的電流，這一電荷由電荷收發檢測電路211提供，並可由其量化成為第二自電容變化量。

從而變數採集模組21對於發生觸控電極10將採集獲得第一自電容變化量和第二自電容變化量共兩個自電容變化量資料。

就此，本發明提出一種用於觸控面板的自電容變化檢測方法， 基於自電容感測裝置，該自電容感測裝置包括至少一電極。所述電極包括在沿著第一方向的第一端和第二端。具體到本發明如第1圖所示的實施例中，所述第一方向就是實施例中直角坐標系的橫坐標X軸方向。所述方法針對每個電極執行以下步驟，A.在電極的第一端電連接定電流源、箝位電路和電荷收發檢測電路，將該電極的第二端接地；所述定電流源向電極輸出定電流值的電流；所述箝位電路使所電連接電極的一端的電位限定於定電位；所述電荷收發檢測電路能夠輸出電荷或者接收電荷，並檢測電荷輸出量或者接收量，量化電荷輸出量為自電容變化量；B.電荷收發檢測電路檢測是否有電荷輸出；如果有電荷輸出，則量化電荷輸出量或者電荷接收量為第一自電容變化量，隨後執行步驟C；顯然出現該步驟的情況就是所述電極被觸控的情況；如果沒有電荷輸出，直接執行步驟E；C.在電極的第二端電連接定電流源、箝位電路和電荷收發檢測電路，將該電極的第一端接地；D.電荷收發檢測電路量化電荷輸出量為第二自電容變化量；E.針對所述電極的自電容變化檢測結束。

所述方法是針對每個電極執行一次上述步驟，完成一次針對該電極的自電容變化檢測。可見所述方法在步驟B中如果沒有檢測到電荷輸出或者接收電荷，就直接完成對該電極的自電容變化的檢測。只有檢測到電荷輸出或者接收電荷的情況下，才進行第一節點和第二節點與電極第一端和第二端互換電連接的操作，並繼續檢測。當然，無論電荷收發檢測電路是否檢測到有電 荷輸出或者接收電荷，在一個相對固定的時間段內，皆進行第一節點和第二節點與電極第一端和第二端互換電連接的操作，並繼續檢測的操作過程也應當是本發明上述技術手段的一種可替代的技術手段，應當還在本發明的保護範圍之內。

如上所述之步驟A的定電流源向電極輸出的定電流值是I，所述箝位電路使所電連接電極的一端的電位限定的定電位是V1，那麼應當滿足V1/I=R，R是箝位電路和定電流源所電連接電極的電阻。

在上述方法基礎上本發明還提出一種用於觸控面板的自電容感測裝置，包括至少一電極10，以及電連接各電極10的自電容變化檢測單元2。所述電極10呈矩形，包括用於電連接自電容變化檢測單元的、沿著該電極延伸方向的第一端和第二端。在本發明實施例中，電極延伸方向就是矩形電極的長邊所在方向，也就是第1圖所示直角坐標系中的橫坐標X軸方向。從而所述電極10包括第一端SnL和第二端SnR。所述自電容變化檢測單元2包括至少一變數採集模組21。該變數採集模組21包括電連接於第一節點a的定電流源212、箝位電路213和電荷收發檢測電路211，以及接地的第二節點b。在針對一個電極10的檢測過程中，所述變數採集模組21的第一節點a先電連接電極10的第一端SnL，且第二節點b電連接電極的第二端SnR，採集到第一自電容變化量之後，變數採集模組21的第一節點a再電連接該電極10的第二端SnR，且第二節點b電連接電極10的第一端SnL，以採集第二自電容變化量。所述箝位電路213將所電連接電極10一端的電位限定在定電位，所述定電流源212向所電連接電極10提供定電流；所述電荷收發檢測電路211因其所電連接電極10的自電容變化，向該電極10輸出電荷，並檢測電荷輸出量或者電荷接收量，量化電荷輸 出量為自電容變化量。

所述箝位電路將所電連接電極一端的電位限定的定電位是V1，所述定電流源向所電連接電極提供的定電流是I，那麼應當滿足V1/I=R，R是箝位電路和定電流源所電連接電極的電阻。

作為用於觸控面板的自電容變化檢測方法後續將自電容變化量資料轉換成座標資料的方法，本發明提出一種觸控點座標資料處理方法，基於所述步驟A至步驟E的用於觸控面板的自電容變化檢測方法，所述各電極沿著垂直於第一方向的第二方向依序排列。在本發明實施例中，所述第一方向是第1圖所示直角坐標系的橫坐標X軸方向，從而第二方向就是第1圖所示直角坐標系的縱坐標Y軸方向。所述方法包括：F.當一個觸控點使K個電極的自電容發生變化時，獲取到關於該觸控點的K對自電容變化量，即2K個自電容變化量；G.選擇2K個自電容變化量中最大的一個；該最大自電容變化量所屬電極是沿著第二方向的第T個電極，該最大自電容變化量是所述第T個電極的第一自電容變化量，即DTU，第T個電極的另一個自電容變化量是該電極的第二自電容變化量，即DTV，從而第T個電極沿著第二方向兩側電極各自的第一自電容變化量分別是D(T+1)U，D(T+2)U，...，D(T+W1)U，以及D(T-1)U，D(T-2)U，...，D(T-W2)U；第二自電容變化量分別是D(T+1)V，D(T+2)V，...，D(T+W1)V，以及D(T-1)V，D(T-2)V，...，D(T-W2)V，W1+W2+1=K；H.若各電極沿著第一方向的長度是X0，沿著第二方向的長度是Y0，那麼步驟F所述之觸控點沿著第二方向座標Y是， 步驟F所述之觸控點沿著第一方向橫向座標X是，

上述方法具體到本發明實施例中，所述變數採集模組21採集到的第一、第二自電容變化量資料傳輸給專用的座標資料處理器單元，或者帶有座標資料處理功能的資料處理器。基於本發明採集的第一、第二自電容變化量資料，觸控座標資料可依據上述方法透過如下具體的技術手段獲取，如第1圖所示，假設觸控點影響三個相鄰電極10，處於中間位置的編號是Sn的電極10的在上述兩次檢測中獲得第一自電容變化量D3，第二自電容變化量D4，其中第一自電容變化量D3為所有變化量的最大值。那麼編號是S(n-1)的電極在兩次檢測中獲得第一自電容變化量D1和第二自電容變化量D2。編號是S(n+1)的電極10的兩次檢測獲得第一自電容變化量D5和第二自電容變化量D6。若每個電極10沿著直角坐標系的Y軸方向的長度為Y0，那麼觸控點的Y軸座標是， 若電極10在X軸總長度為X0，那麼觸控點的X軸座標採用比例演算法得到，具體為：

本發明提出一實現變數採集模組21的實施例，如第5圖所示，所述箝位電路213包括一運算放大器OP，箝位電路213所限定的定電位由該運算放大器OP正向輸入端的輸入電壓Vf控制。運算放大器OP透過與電荷收發 電容Cc構成的回授電路，使電位Vf在運算放大器OP的反向輸入端形成箝位電壓。所述電荷收發檢測電路211包括所述用作箝位電路213的運算放大器OP，電連接在該運算放大器OP反相輸入端與輸出端之間的電荷收發電容Cc，以及電連接所述運算放大器OP的輸出端的交直流轉換子模組2111。所述定電流源212的電流輸出端和運算放大器OP的反相輸入端皆電連接於第一節點a。所述定電流源212可以使用現有的電流源產品，或者實現電流源功能的電路。當有電荷流入或流出運算放大器OP的反相輸入端時，該運算放大器OP能夠透過電荷收發電容Cc提供電荷，並以運算放大器OP的輸出電壓形式量化出來，該輸出電壓電壓的變化量與電荷收發電容Cc成反比。運算放大器OP的輸出電壓變化透過交直流轉換子模組2111轉換為數位量，從而輸出至資料處理器進行進一步處理。

SW電路的作用是重設，每次檢測完畢後它就閉合一次，將OP的輸出端電壓恢復為初始值，再進行下一次檢測。

本發明上述實施例中為了在每次檢測後重設電路狀態，如第5圖所示，在所述電荷收發電容Cc的兩端之間更電連接有重設開關SW。每次檢測完畢後重設開關SW就閉合一次，將運算放大器OP的輸出端電壓恢復為初始值，再進行下一次檢測。

本發明的矩形電極還可以有多種等同結構。如第6圖所示，一種電極的具體結構是，所述電極10的至少一個頂角被切除形成直線段斜邊111，從而電極10被加工成帶有斜邊111的矩形電極101。如第7圖所示，另一種電極10的具體結構是，所述電極10的至少一個頂角被切除形成圓弧邊112，從而電極10被加工成帶有圓弧邊112的矩形電極102。如第8圖所示，還有一種電 極10的具體結構是，所述電極10的至少一條邊加工有至少兩個凹槽113，在兩相鄰兩凹槽113之間形成凸齒114，從而電極10被加工成帶有鋸齒邊的矩形電極103。

本發明所述之電極10用氧化銦錫(ITO)、金屬網(metal mesh)或者碳奈米材料製成。如第9圖所示，電極10用金屬網(metal mesh)製成，所述金屬網是由金屬絲115搭接成網狀而成，第9圖中的虛線部分就是金屬網所等效成的矩形電極形狀。

關於電極的鋪設結構，所述自電容感測裝置更包括用樹脂合成薄膜材料或者用玻璃製成的基板，所述電極附著在該基板上。所述電極可以藉由黏貼、蝕刻、切割或者焊接技術附著在基板之上。

本發明可以採用的一種電極掃描檢測方式是，所述自電容變化檢測單元包括一套變數採集模組。該套變數採集模組受控地按照設定的時序依次電連接所述各電極，即分時地電連接各電極以完成對各電極的自電容變化檢測。舉例來說，如第10圖所示，第1圖所示各電極10兩端皆電連接在自電容變化檢測單元2的n對埠上。所述自電容變化檢測單元2設置一對受控分時電連接各對埠的受控埠c、d。所述自電容變化檢測單元2內僅設置一套變數採集模組21。開始檢測時，受控埠c、d先電連接序號是[1]的一對埠，該對埠分別電連接編號是S1的電極10的第一端S1L和第二端S1R。所述變數採集模組21按照本發明所述之方法，將第一節點a和第二節點b倒換地電連接受控埠c、d，從而完成對編號是S1的電極10的檢測，檢測結構由變數採集模組21輸出至相應的資料處理器單元。此後受控埠c、d按設定的時序電連接序號是[2]的一對埠，對編號是S2的電極10檢測。依此類推，受控埠電連接序號是[n]的一對埠，對 編號是Sn的電極10檢測，直到所有電極10皆被檢測後，完成一次電極掃描的過程。此種掃描方式就是用一套變數採集模組分時地檢測所有電極。

另一種電極掃描檢測方式，所述變數採集模組的數量少於電極的數量；各變數採集模組受控地按照設定的時序依次一對一地電連接所有電極中的部分電極，即分時分區域地電連接各電極以完成對各電極的自電容變化檢測。本技術手段與上述實例情況相類似，只是用多套變數採集模組對由多個電極組成的區域分時完成檢測，是一種分時分區域的電極掃描方式。

還可以用一對一的電極掃描檢測方式，所述變數採集模組一對一地電連接所述電極。此種掃描方式既可以實現分時掃描，也可以實現分時分區域掃描。

所述自電容感測裝置既可以用於構成獨立的、作為輸入設備的觸控面板，也可以與顯示設備結合而構成觸控顯示螢幕。

當自電容感測裝置與顯示設備結合時，所述自電容感測裝置安裝在液晶顯示螢幕內。如第11圖所示，該液晶顯示螢幕3包括第一液晶基板31和第二液晶基板32，以及夾在第一液晶基板31與第二液晶基板32之間的液晶材料33、像素電極34、彩色濾光層35和黑矩陣36。所述電極附著在所述第一液晶基板31的上層或者下層，或者第二液晶基板32的上層或者下層。所述電極可以藉由黏貼、蝕刻、切割或者焊接技術附著在第一液晶基板31或者第二液晶基板32上。

當自電容感測裝置與顯示設備結合時，在電路方面可以採用與液晶顯示螢幕的固有電路整合在同一晶片內的結構，所述自電容感測裝置安裝在液晶顯示螢幕內。該液晶顯示螢幕由顯示驅動電路晶片控制。所述自電容變 化檢測單元整合在所述顯示驅動電路晶片內。

當自電容感測裝置與顯示設備結合時，在控制方面為了避免電極掃描檢測與液晶掃描互相干擾，所述自電容感測裝置更包括協調檢測模組。 所述自電容感測裝置安裝在液晶顯示螢幕內。該液晶顯示螢幕由顯示驅動電路控制。此時顯示驅動電路既可以與自電容變化檢測單元在同一晶片內，也可以互相獨立地存在於各自所屬晶片內。所述協調檢測模組電連接所述自電容變化檢測單元和顯示驅動電路，以使自電容變化檢測單元和顯示驅動電路互不干擾地分時段和/或分區域完成各自功能。所述分時段完成各自功能是指，在一個設定的時間段內，分配給自電容變化檢測單元一個以上的時段完成掃描檢測，該時段內顯示驅動電路不工作，將剩餘的時段分配給顯示驅動電路完成掃描，此時段內自電容變化檢測單元不工作。所述分區域完成各自功能是指，將面板分成多個互不重合的區域，協調分配自電容變化檢測單元和顯示驅動電路在不同的區域內實施掃描，也就是對於同一區域，進行自電容檢測掃描的時候，不進行顯示驅動掃描，而進行顯示驅動掃描的時候，不進行自電容檢測掃描。

10‧‧‧電極

2‧‧‧自電容變換檢測單元

21‧‧‧變數採集模組

211‧‧‧電荷收發檢測電路

212‧‧‧定電流源

213‧‧‧箝位電路

{0}~{k}‧‧‧點

a‧‧‧第一節點

b‧‧‧第二節點

R1~Rk‧‧‧電阻

SnL‧‧‧第一端

SnR‧‧‧第二端

Claims (18)

1. 一種用於觸控面板的自電容感測裝置，包括至少一電極，以及電連接各電極的自電容變化檢測單元；其特徵在於：所述電極呈矩形，包括用於電連接自電容變化檢測單元的、沿著該電極延伸方向的第一端和第二端；所述自電容變化檢測單元包括至少一變數採集模組；該變數採集模組包括電連接於第一節點的定電流源、箝位電路和電荷收發檢測電路，以及接地的第二節點；在針對一個電極的檢測過程中，所述變數採集模組的第一節點先電連接電極的第一端，且第二節點電連接電極的第二端，採集到第一自電容變化量之後，變數採集模組的第一節點再電連接該電極的第二端，且第二節點電連接電極的第一端，以採集第二自電容變化量；以及所述箝位電路將所電連接電極一端的電位限定在定電位，所述定電流源向所電連接電極提供定電流；所述電荷收發檢測電路因其所電連接電極的自電容變化向該電極輸出電荷，並檢測電荷輸出量，量化電荷輸出量為自電容變化量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於觸控面板的自電容感測裝置，其中：所述箝位電路將所電連接電極一端的電位限定的定電位是V1，所述定電流源向所電連接電極提供的定電流是I，那麼應當滿足V1/I=R，R是箝位電路和定電流源所電連接電極的電阻。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用於觸控面板的自電容感測裝置，其中： 所述箝位電路包括一運算放大器，該箝位電路所限定的定電位由該運算放大器正向輸入端的輸入電壓控制；所述電荷收發檢測電路包括所述用作箝位電路的運算放大器，電連接在該運算放大器反相輸入端與輸出端之間的電荷收發電容，以及電連接所述運算放大器的輸出端的交直流轉換子模組；所述定電流源的電流輸出端和運算放大器的反相輸入端皆電連接於第一節點。
4. 如申請專利範圍第3項所述之用於觸控面板的自電容感測裝置，其中：在所述電荷收發電容的兩端之間更電連接有重設開關。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用於觸控面板的自電容感測裝置，其中：所述電極的至少一個頂角被切除形成直線段斜邊，從而電極被加工成帶有斜邊的矩形電極。
6. 如申請專利範圍第1項所述之用於觸控面板的自電容感測裝置，其中：所述電極的至少一個頂角被切除形成圓弧線段邊，從而電極被加工成帶有圓弧邊的矩形電極。
7. 如申請專利範圍第1項所述之用於觸控面板的自電容感測裝置，其中：所述電極的至少一條邊加工有至少兩個凹槽，在兩相鄰兩凹槽之間形成凸齒，從而電極被加工成帶有鋸齒邊的矩形電極。
8. 如申請專利範圍第1項所述之用於觸控面板的自電容感測裝置，其中：所述電極用氧化銦錫、金屬網或者碳奈米材料製成。
9. 如申請專利範圍第1項所述之用於觸控面板的自電容感測裝置，其中： 更包括用樹脂合成薄膜材料或者用玻璃製成的基板，所述電極附著在該基板上。
10. 如申請專利範圍第1項所述之用於觸控面板的自電容感測裝置，其中：所述自電容感測裝置安裝在液晶顯示螢幕內；該液晶顯示螢幕包括第一液晶基板和第二液晶基板，以及夾在第一液晶基板與第二液晶基板之間的液晶材料、像素電極、彩色濾光層和黑矩陣；所述電極附著在所述第一液晶基板的上層或者下層，或者第二液晶基板的上層或者下層。
11. 如申請專利範圍第1項所述之用於觸控面板的自電容感測裝置，其中：所述自電容變化檢測單元包括一套變數採集模組；該套變數採集模組受控地按照設定的時序依次電連接所述各電極，即分時地電連接各電極以完成對各電極的自電容變化檢測。
12. 如申請專利範圍第1項所述之用於觸控面板的自電容感測裝置，其中：所述變數採集模組的數量少於電極的數量；各變數採集模組受控地按照設定的時序依次一對一地電連接所有電極中的部分電極，即分時分區域地電連接各電極以完成對各電極的自電容變化檢測。
13. 如申請專利範圍第1項所述之用於觸控面板的自電容感測裝置，其中：所述變數採集模組一對一地電連接所述電極。
14. 如申請專利範圍第1項所述之用於觸控面板的自電容感測裝置，其中：所述自電容感測裝置安裝在液晶顯示螢幕內；該液晶顯示螢幕由顯示驅動電路晶片控制；所述自電容變化檢測單元整合在所述顯示驅動電路晶片內。
15. 如申請專利範圍第1項所述之用於觸控面板的自電容感測裝置，其中： 更包括協調檢測模組；所述自電容感測裝置安裝在液晶顯示螢幕內；該液晶顯示螢幕由顯示驅動電路控制；所述協調檢測模組電連接所述自電容變化檢測單元和顯示驅動電路，以使自電容變化檢測單元和顯示驅動電路互不干擾地分時段和/或分區域完成各自功能。
16. 一種用於觸控面板的自電容變化檢測方法，基於自電容感測裝置，該自電容感測裝置包括至少一電極；所述電極包括在沿著第一方向的第一端和第二端；其特徵在於所述方法針對每個電極執行以下步驟：A.在電極的第一端電連接定電流源、箝位電路和電荷收發檢測電路，將該電極的第二端接地；所述定電流源向電極輸出定電流值的電流；所述箝位電路使所電連接電極的一端的電位限定於定電位；所述電荷收發檢測電路能夠輸出電荷或者接收電荷，並檢測電荷輸出量或者接收量，量化電荷輸出量為自電容變化量；B.電荷收發檢測電路檢測是否有電荷輸出；如果有電荷輸出，則量化電荷輸出量為第一自電容變化量，隨後執行步驟C；如果沒有電荷輸出，直接執行步驟E；C.在電極的第二端電連接定電流源、箝位電路和電荷收發檢測電路，將該電極的第一端接地；D.電荷收發檢測電路量化電荷輸出量為第二自電容變化量；E.針對所述電極的自電容變化檢測結束。
17. 如申請專利範圍第16項所述之用於觸控面板的自電容變化檢測方法，其中： 步驟A所述之定電流源向電極輸出的定電流值是I，所述箝位電路使所電連接電極的一端的電位限定的定電位是V1，那麼應當滿足V1/I=R，R是箝位電路和定電流源所電連接電極的電阻。
18. 一種觸控點座標資料處理方法，如申請專利範圍第16項所述之用於觸控面板的自電容變化檢測方法，所述各電極沿著垂直於第一方向的第二方向依序排列，其特徵在於所述方法步驟包括：F.當一個觸控點使K個電極的自電容發生變化時，獲取到關於該觸控點的K對自電容變化量，即2K個自電容變化量；G.選擇2K個自電容變化量中最大的一個；該最大自電容變化量所屬電極是沿著第二方向的第T個電極，該最大自電容變化量是所述第T個電極的第一自電容變化量，即DTU，第T個電極的另一個自電容變化量是該電極的第二自電容變化量，即DTV，從而第T個電極沿著第二方向兩側電極各自的第一自電容變化量分別是D(T+1)U，D(T+2)U，...，D(T+W1)U，以及D(T-1)U，D(T-2)U，...，D(T-W2)U；第二自電容變化量分別是D(T+1)V，D(T+2)V，...，D(T+W1)V，以及D(T-1)V，D(T-2)V，...，D(T-W2)V，W1+W2+1=K；H.若各電極沿著第一方向的長度是X0，沿著第二方向的長度是Y0，那麼步驟F所述之觸控點沿著第二方向座標Y是， 步驟F所述之觸控點沿著第一方向橫向座標X是，