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TWI534692B - 電容式觸控面板的主動陣列及相關的電容式觸控面板 - Google Patents

電容式觸控面板的主動陣列及相關的電容式觸控面板 Download PDF

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TWI534692B
TWI534692B TW103113920A TW103113920A TWI534692B TW I534692 B TWI534692 B TW I534692B TW 103113920 A TW103113920 A TW 103113920A TW 103113920 A TW103113920 A TW 103113920A TW I534692 B TWI534692 B TW I534692B
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electrodes
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capacitive touch
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active array
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TW103113920A
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胡家瑋
李瑞倪
戴紳峰
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奇景光電股份有限公司
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Description

電容式觸控面板的主動陣列及相關的電容式觸控面板
本發明係有關於電容式觸控面板，尤指一種電容式觸控面板的電極圖樣設計。
在可撓式顯示器或是其他的可穿戴裝置中，顯示器中每個電容式感應電極的參考接地準位很難被設定的完全相同，因而導致這些電容式感應電極很容易被環境因素所影響。此外，為了解決製造成本的問題，觸控面板與液晶顯示器模組(Liquid Crystal Module，LCM)會使用口字貼合/邊緣貼合(edge lamination，或稱air gap、air bonding)的方式組合在一起，然而，使用口字貼合來黏合觸控面板與液晶顯示器模組會造成觸控面板與液晶顯示器模組之間有空隙，且當有一按壓施加於觸控面板時，觸控面板的撓曲會導致觸控面板中的電容有不均勻的分佈，也影響到了感測訊號。
請同時參考第1圖、第2圖及第3圖，第1圖是一觸控面板100的一主動陣列的示意圖；第2圖為觸控面板100與一液晶顯示器模組210的剖面圖，以及觸控面板100與液晶顯示器模組210中所存在的電容的示意圖；第3圖描述了為當一按壓施加於觸控面板100時，觸控面板100與液晶顯示器模組210的剖面圖，及觸控面板100與液晶顯示器模組210中電容的變化的示意圖。如第1圖所示，主動陣列包含多個第一電極TX1~TX4與多個第二電極RX1~RX4，其中第一電極TX1~TX4是用來接收掃描訊號，而第二電極 RX1~RX4則是連接到一偵測電路(未繪示)，其中偵測電路會偵測第二電極RX1~RX4上電壓的變化以得到電容變化資訊以進一步判斷按壓位置。
第2圖繪示了電容存在於觸控面板100與液晶顯示器模組210中的電容CTX、CRX、CM，其中CTX是每一個第一電極TX1~TX4與液晶顯示器模組210中的一薄膜電晶體陣列(Thin Film Transistor Array，TFT Array)212之間的電容，CRX是每一個第二電極RX1~RX4與薄膜電晶體陣列212之間的電容，而CM是每一個第一電極TX1~TX4與其相鄰的第二電極RX1~RX4之間的互容(mutual capacitor)，其中需注意的是，第2、3圖所示的電容CTX、CRX、CM是寄生電容(parasitic capacitor)，而非是刻意安排的電容。如第2圖所示，電容CTX、CRX具有較低的電容值，而CM具有相對較高的電容值，亦即多數的電荷是存在於電容CM之中。
在第3圖中，當一按壓施加於觸控面板100時，觸控面板100會變形且中間的空隙也會減少，此時一些電容的電容值會因此而改變(例如，第3圖所示的CRX’、CTX’、CM’)，詳細來說，電荷會被傳送到電容CTX與CRX，亦即電容CTX與CRX的電容執會增加，而電容CM的電容值則會減少，因此，由於電容CM的電容值不正常地改變，偵測電路所偵測到的電壓值也會被影響，導致偵測錯誤。
因此，本發明的目的之一在於提供一種電容式觸控面板，其可以減輕觸控面板變形所造成的影響，以解決先前技術中的問題。
依據本發明一實施例，一電容式觸控面板的一主動陣列包含了多個第一電極、多個第二電極及多個第一輔助電極，其中該些第一電極連接到該電容式觸控面板的一掃描訊號傳送電路，且分別用來接收多個掃描訊號； 該些第二電極連接到該電容式觸控面板的一偵測電路；以及該些第一電極與該些第一輔助電極是使用同一金屬層來製作，且該些第一電極與該些第一輔助電極沒有相互連接。
依據本發明另一實施例，一電容式觸控面板的一主動陣列包含了多個第一電極、多個第二電極及多個輔助電極，其中該些第一電極連接到該電容式觸控面板的一掃描訊號傳送電路，且分別用來接收多個掃描訊號；該些第二電極連接到該電容式觸控面板的一偵測電路；以及該些第二電極與該些輔助電極是使用同一金屬層來製作，且該些第二電極與該些輔助電極沒有相互連接。
依據本發明另一實施例，一電容式觸控面板包含了一用來產生多個掃描訊號的掃描訊號傳送電路、一偵測電路以及一主動陣列。該主動陣列包含了多個第一電極、多個第二電極及多個第一輔助電極，其中該些第一電極連接到該掃描訊號傳送電路，且分別用來接收該些掃描訊號；該些第二電極連接到該偵測電路；以及該些第一電極與該些第一輔助電極是使用同一金屬層來製作，且該些第一電極與該些第一輔助電極沒有相互連接。
依據本發明另一實施例，一電容式觸控面板包含了一用來產生多個掃描訊號的掃描訊號傳送電路、一偵測電路以及一主動陣列。該主動陣列包含了多個第一電極、多個第二電極及多個輔助電極，其中該些第一電極連接到該掃描訊號傳送電路，且分別用來接收該些掃描訊號；該些第二電極連接到該偵測電路；以及該些第二電極與該些輔助電極是使用同一金屬層來製作，且該些第二電極與該些輔助電極沒有相互連接。
100‧‧‧觸控面板
210、600‧‧‧液晶顯示器模組
212、612‧‧‧薄膜電晶體陣列
400、500、800‧‧‧電容式觸控面板
410、510、810‧‧‧掃描訊號傳送電路
420、520、820‧‧‧偵測電路
430、530、830‧‧‧主動陣列
CRX、CTX、CM、CL、CRX’、CTX’、CM’、CL’‧‧‧電容
TX1~TX4‧‧‧第一電極
RX1~RX4‧‧‧第二電極
TA1~TA5‧‧‧輔助電極/第一輔助電極
RA1~RA5‧‧‧第二輔助電極
第1圖是一觸控面板的一主動陣列的示意圖。
第2圖為觸控面板與液晶顯示器模組的剖面圖，以及觸控面板與液晶顯示器模組中所存在的電容的示意圖。
第3圖描述了為當一按壓施加於觸控面板時，觸控面板與液晶顯示器模組的剖面圖，及觸控面板與液晶顯示器模組中電容的變化的示意圖。
第4圖為一電容式觸控面板的示意圖。
第5圖為依據本發明一實施例之電容式觸控面板的示意圖。
第6圖為觸控面板與液晶顯示器模組的剖面圖，以及觸控面板與液晶顯示器模組中所存在的電容的示意圖。
第7圖描述了為當一按壓施加於觸控面板時，觸控面板與液晶顯示器模組的剖面圖，及觸控面板與液晶顯示器模組中電容的變化的示意圖。
第8圖為依據本發明另一實施例之電容式觸控面板的示意圖。
請參考第4圖，第4圖為一電容式觸控面板400的示意圖。如第4圖所示，電容式觸控面板400包含一掃描訊號傳送電路410、一偵測電路420以及一主動陣列430，其中主動陣列430包含多個第一電極TX1~TX4及多個第二電極RX1~RX4。一般來說，在電容式觸控面板400中，第一電極TX1~TX4可被稱為驅動線或是掃描線，而第二電極RX1~RX4則被稱為感測線。此外，掃描訊號傳送電路410係用來循序地產生多個掃描訊號VS1~VS4至第一電極TX1~TX4中，偵測電路420則會偵測第二電極RX1~RX4上電壓的變化以得到電容變化資訊以進一步判斷是否有一按壓施加於主動陣列430之上，並判斷該按壓的位置。
第4圖所示的電容式觸控面板400是用來提供一個與後續第5、8圖所示之本發明的電容式觸控面板的比對參考。請參考以下所示的表1.1與 表1.2，表1.1是當一按壓施加於電容式觸控面板400時(假設沒有變形彎曲產生)的模擬結果，且表1.2所示為在不同的彎曲深度下按壓點的周邊區域的模擬結果，其中電容CTX、CRX、CM的定義可參見上述有關於第2圖及第3圖的說明書內容：
需要注意的是，上述表1.1與表1.2中所描寫的數值僅是用來表示電容CTX、CRX、CM的改變，而這些數值本身並不具有物理單位。參考上述表1.1與表1.2，當一按壓施加於電容式觸控面板400時，其周邊區域的電容CTX、CRX、CM的電容值也會跟著改變，特別是當彎曲深度到達0.4公厘或是0.5公厘時，其周邊區域的電容CTX、CRX、CM的電容值會因為太大而使得偵測電路420錯誤地判斷其周邊區域上面也有按壓點。
請參考第5圖，第5圖為依據本發明一實施例之電容式觸控面板500的示意圖，如第5圖所示，電容式觸控面板500包含一掃描訊號傳送電路510、一偵測電路520以及一主動陣列530，其中主動陣列530包含多個第一電極TX1~TX4、多個第二電極RX1~RX4以及多個輔助電極TA1~TA5。此外，掃描訊號傳送電路510係用來循序地產生多個掃描訊號VS1~VS4至第一 電極TX1~TX4中，偵測電路520則會偵測第二電極RX1~RX4上電壓的變化以得到電容變化資訊以進一步判斷是否有一按壓施加於主動陣列530之上，並判斷該按壓的位置。需注意的是，第5圖所示之第一電極、第二電極與輔助電極的數量僅為範例說明，本領域具有通常知識者應能了解這些電極的數量可以依據設計者的考量而有所改變。
在本實施例中，第一電極TX1~TX4與輔助電極TA1~TA5是使用第一金屬層來製作，而第二電極RX1~RX4是使用異於第一金屬層的第二金屬層來製作，其中第一金屬層與第二金屬層可以是任何的導電薄膜材料，例如氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化銦鋅(Indium Zinc Oxide，IZO)、或奈米銀...等等。此外，第一電極TX1~TX4與輔助電極TA1~TA5彼此之間沒有相互連接(亦即，第一電極TX1~TX4與輔助電極TA1~TA5在主動陣列530中彼此電性隔絕)，且從第5圖所示之主動陣列530的上視圖(或是主動陣列530的下視圖)來看，輔助電極TA1~TA5係設置於第一電極TX1~TX4與第二電極RX1~RX4之間。
在本實施例中，輔助電極TA1~TA5被施加一偏壓(直流電壓)，且該偏壓可以是電容式觸控面板500中一電路所提供的系統接地電壓，因此，輔助電極TA1~TA5可以被視為電荷鎖定(charge-locked)電極，以在電容式觸控面板500彎曲時幫助維持互容(亦即，電容CM)中的電荷穩定。請參考第6圖及第7圖，其中第6圖為觸控面板500與一液晶顯示器模組610的剖面圖，以及觸控面板500與液晶顯示器模組610中所存在的電容的示意圖；第7圖描述了為當一按壓施加於觸控面板500時，觸控面板500與液晶顯示器模組610的剖面圖，及觸控面板500與液晶顯示器模組610中電容的變化的示意圖。
第6圖繪示了電容存在於觸控面板500與液晶顯示器模組610中的電容CTX、CRX、CL、CM，其中CTX是每一個第一電極TX1~TX4與液晶顯示器模組210中的一薄膜電晶體陣列612之間的電容，CRX是每一個第二電極RX1~RX4與薄膜電晶體陣列612之間的電容，CL是每一個輔助電極與第一/第二電極之間的電容，而CM是每一個第一電極TX1~TX4與其相鄰的第二電極RX1~RX4之間的互容(mutual capacitor)，其中需注意的是，第6、7圖所示的電容CTX、CRX、CM是寄生電容，而非是刻意安排的電容。如第2圖所示，電容CTX、CRX、CM具有較低的電容值，而CL具有相對較高的電容值，亦即多數的電荷是存在於電容CL之中。
在第7圖中，當一按壓施加於觸控面板500時，觸控面板500會變形且中間的空隙也會減少，此時一些電容的電容值會因此而改變(例如，第7圖所示的CRX’、CTX’、CM’、CL’)，然而，由於電容CL持有大部分的電荷，故電容CM的改變量會很小，因此，偵測電路520所偵測到的電壓值並不會有太大的影響。
詳細來說，請參考以下所示的表2.1與表2.2，表2.1是當一按壓施加於電容式觸控面板500時(假設沒有變形彎曲產生)的模擬結果，且表2.2所示為在不同的彎曲深度下按壓點的周邊區域的模擬結果，其中電容CTX、CRX、CM的定義可參見第6圖及第7圖：
需要注意的是，上述表2.1與表2.2中所描寫的數值僅是用來表示電容CTX、CRX、CM的改變，而這些數值本身並不具有物理單位。參考上述表2.1與表2.2，當一按壓施加於電容式觸控面板500時，雖然其周邊區域的電容CM的電容值會跟著改變，但是其改變是很小的。與第4圖所示的電容式觸控面板400與表1.2的內容相比，當一按壓施加於面板上時，第5圖所示的電容式觸控面板500確實可以降低電容CM的改變量，且由於電容CM是偵測單元520在做判斷時影響最重要的因素，因此，即使在彎曲深度大於0.4公厘時，偵測單元520也可以更準確地判斷出按壓位置。
請參考第8圖，第8圖為依據本發明另一實施例之電容式觸控面板800的示意圖，如第8圖所示，電容式觸控面板800包含一掃描訊號傳送電路810、一偵測電路820以及一主動陣列830，其中主動陣列830包含多個第一電極TX1~TX4、多個第二電極RX1~RX4、多個第一輔助電極TA1~TA5以及多個第二輔助電極RA1~RA5。此外，掃描訊號傳送電路810係用來循序地產生多個掃描訊號VS1~VS4至第一電極TX1~TX4中，偵測電路820則會偵測第二電極RX1~RX4上電壓的變化以得到電容變化資訊以進一步判斷是否有一按壓施加於主動陣列830之上，並判斷該按壓的位置。需注意的是，第8圖所示之第一電極、第二電極、第一輔助電極與第二輔助電極的數量僅為範例說明，本領域具有通常知識者應能了解這些電極的數量可以依據設計者的考量而有所改變。
在本實施例中，第一電極TX1~TX4與第一輔助電極TA1~TA5是 使用第一金屬層來製作，而第二電極RX1~RX4與第二輔助電極RA1~RA5是使用異於第一金屬層的第二金屬層來製作，其中第一金屬層與第二金屬層可以是任何的導電薄膜材料，例如氧化銦錫、氧化銦鋅、或奈米銀...等等。此外，第一電極TX1~TX4與輔助電極TA1~TA5彼此之間沒有相互連接(亦即，第一電極TX1~TX4與輔助電極TA1~TA5在主動陣列830中彼此電性隔絕)，第二電極RX1~RX4與第二輔助電極RA1~RA5彼此之間沒有相互連接(亦即，第二電極RX1~RX4與第二輔助電極RA1~RA5在主動陣列830中彼此電性隔絕)，且從第8圖所示之主動陣列830的上視圖(或是主動陣列830的下視圖)來看，輔助電極TA1~TA5係設置於第一電極TX1~TX4與第二電極RX1~RX4之間。
在本實施例中，第一輔助電極TA1~TA5與第二輔助電極RA1~RA5被施加一偏壓(直流電壓)，且該偏壓可以是電容式觸控面板800中一電路所提供的系統接地電壓，因此，輔助電極TA1~TA5與第二輔助電極RA1~RA5可以被視為電荷鎖定(charge-locked)電極，以在電容式觸控面板800彎曲時幫助維持互容(亦即，電容CM)中的電荷穩定。在另一實施例中，第一輔助電極TA1~TA5可以被施加一第一偏壓，而第二輔助電極RA1~RA5可以被施加異於第一偏壓的一第二偏壓。
請參考以下所示的表3.1與表3.2，表3.1是當一按壓施加於電容式觸控面板800時(假設沒有變形彎曲產生)的模擬結果，且表3.2所示為在不同的彎曲深度下按壓點的周邊區域的模擬結果，其中電容CTX、CRX、CM的定義可參見第6圖及第7圖： 表3.1
需要注意的是，上述表3.1與表3.2中所描寫的數值僅是用來表示電容CTX、CRX、CM的改變，而這些數值本身並不具有物理單位。參考上述表3.1與表3.2，當一按壓施加於電容式觸控面板800時，雖然其周邊區域的電容CM的電容值會跟著改變，但是其改變是很小的。與第4圖所示的電容式觸控面板400與表1.2的內容相比，當一按壓施加於面板上時，第8圖所示的電容式觸控面板800確實可以降低電容CM的改變量，且由於電容CM是偵測單元820在做判斷時影響最重要的因素，因此，即使在彎曲深度大於0.4公厘時，偵測單元820也可以更準確地判斷出按壓位置。
在本發明的另一實施例中，第一輔助電極TA1~TA5可以自電容式觸控面板800中移除，亦即主動陣列830中只包含了第一電極TX1~TX4、第二電極RX1~RX4以及第二輔助電極RA1~RA5，這些設計上的變化均應隸屬於本發明的範疇。
在上述第5圖及第8圖所示的實施例中，輔助電極TA1~TA5、RA1~RA5係被作為電荷鎖定電極，以使得電容CL可以持有多數電荷，而當一按壓施加且電容式觸控面板產生彎曲時，電容CM的電容值也比較不會因為電容式觸控面板產生彎曲而大幅改變。然而，另一方面，輔助電極TA1~TA5、RA1~RA5也可以降低來自液晶顯示器模組的干擾，請參考以下所示的表4.1、 表4.2及表4.3，表4.1為第4圖所示之主動陣列430中的第一電極TX1~TX4與第二電極RX1~RX4受到來自液晶顯示器模組的干擾的模擬結果；表4.2為第5圖所示之主動陣列530中的第一電極TX1~TX4與第二電極RX1~RX4受到來自液晶顯示器模組的干擾的模擬結果；表4.3為第8圖所示之主動陣列830中的第一電極TX1~TX4與第二電極RX1~RX4受到來自液晶顯示器模組的干擾的模擬結果。
在上述的表4.1、表4.2及表4.3中，Cs所表示的是第一電極TX或是第二電極RX的全部電容值，而Cc指的是由液晶顯示器模組的訊號所引 起的耦合電容，參考上述的表格內容，第4圖所示之主動陣列430的第二電極RX所對應到的比值Cc/Cs是12.01%，而第5圖所示之主動陣列530(或是第8圖所示之主動陣列830)的第二電極RX所對應到的比值Cc/Cs則是6.36%，因此，第5圖及第8圖所示的實施例確實可以降低來自液晶顯示器模組的干擾，且電容式觸控面板500/800的訊噪比(Signal to Noise Ratio，SNR)也會是電容式觸控面板400之訊噪比的兩倍。
簡要歸納本發明，在本發明的電容式觸控面板中，主動陣列包含了額外的輔助電極，這些輔助電極係被作為電荷鎖定電極，以使得電容CL可以持有多數電荷，而當一按壓施加且電容式觸控面板產生彎曲時，電容CM的電容值也比較不會因為電容式觸控面板產生彎曲而大幅改變。另外，這些輔助電極同時也可降低來自液晶顯示器模組的干擾以提升訊噪比。
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。
500‧‧‧電容式觸控面板
510‧‧‧掃描訊號傳送電路
520‧‧‧偵測電路
530‧‧‧主動陣列
TX1~TX4‧‧‧第一電極
RX1~RX4‧‧‧第二電極
TA1~TA5‧‧‧輔助電極

Claims (12)

  1. 一電容式觸控面板的一主動陣列，包含有：多個第一電極，連接到該電容式觸控面板的一掃描訊號傳送電路，用以分別接收多個掃描訊號；多個第二電極，連接到該電容式觸控面板的一偵測電路；多個第一輔助電極；以及多個第二輔助電極；其中該些第一電極與該些第一輔助電極是使用一第一金屬層來製作，且該些第一電極與該些第一輔助電極沒有相互連接；以及該些第二電極與該些第二輔助電極是使用不同於該第一金屬層的一第二金屬層來製作，且該些第二電極與該些第二輔助電極沒有相互連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之主動陣列，其中針對該電容式觸控面板之該主動陣列的一上視圖或是一下視圖，該第一輔助電極係設置於該第一電極與該第二電極之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之主動陣列，其中該第一輔助電極係被施加一偏壓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之主動陣列，其中針對該電容式觸控面板之該主動陣列的一上視圖或是一下視圖，該多個第一輔助電與該多個第二輔助電極係交錯排列。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之主動陣列，其中該些第二輔助電極係與該些第二電極平行。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之主動陣列，其中該些第二輔助電極係被施加一偏壓。
  7. 一電容式觸控面板，包含有：一掃描訊號傳送電路，用以產生多個掃描訊號；一偵測電路；以及一主動陣列，包含有：多個第一電極，連接到該掃描訊號傳送電路，用以分別接收該些掃描訊號；多個第二電極，連接到該偵測電路；多個第一輔助電極；以及多個第二輔助電極；其中該些第一電極與該些第一輔助電極是使用同一金屬層來製作，且該些第一電極與該些第一輔助電極沒有相互連接；以及該些第二電極與該些第二輔助電極是使用不同於該第一金屬層的一第二金屬層來製作，且該些第二電極與該些第二輔助電極沒有相互連接。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電容式觸控面板，其中針對該電容式觸控面板之該主動陣列的一上視圖或是一下視圖，該第一輔助電極係設置於該第一電極與該第二電極之間。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之電容式觸控面板，其中該第一輔助電極係被施加一偏壓。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之電容式觸控面板，其中針對該電容式觸控 面板之該主動陣列的一上視圖或是一下視圖，該多個第一輔助電與該多個第二輔助電極係交錯排列。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之電容式觸控面板，其中該些第二輔助電極係與該些第二電極平行。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之電容式觸控面板，其中該些第二輔助電極係被施加一偏壓。
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