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TWI607361B - 內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法以及使用其之行動裝置 - Google Patents

內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法以及使用其之行動裝置 Download PDF

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TWI607361B
TWI607361B TW105118689A TW105118689A TWI607361B TW I607361 B TWI607361 B TW I607361B TW 105118689 A TW105118689 A TW 105118689A TW 105118689 A TW105118689 A TW 105118689A TW I607361 B TWI607361 B TW I607361B
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施博盛
鄭建勇
黃正岱
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敦泰電子有限公司
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Description

內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法以及使用其之行動裝置
本發明係關於一種內嵌式觸控顯示裝置的技術，更進一步來說，本發明係關於一種內嵌式觸控顯示裝置(In-cell Touch Display)的壓力檢測方法以及使用其之行動裝置。
市面上現有的觸控技術以輕觸為主。壓力感測觸控(Force Touch)為新一代觸控技術，透過壓力感測器，讓觸控面板上同一個觸控點，因輕觸或用力按下等不同的觸控力道，而產生不同功能或反應。
第1圖繪示為先前技術的具有壓力感測功能的行動裝置之示意圖。請參考第1圖，此行動裝置包括一內嵌式觸控顯示面板10以及一行動裝置設備11。內嵌式觸控顯示面板10包括一顯示層101以及一觸控感應層102。行動裝置設備11包括一壓力感應電路103。在此架構中，為了感測到手指下壓的壓力，外加額外的壓力感 應電路103是必須的。此外加額外的壓力感應電路103被用來感測壓力大小。此壓力感應電路103利用玻璃與顯示器的變形，以檢測下壓的壓力。
上述架構之缺點在於需要額外的壓力感應電路103，對於成本的減低以及產品體積與產品重量的縮小造成障礙。
本發明的一目的在於提供一種內嵌式觸控顯示裝置(In-cell Touch Display)的壓力檢測方法以及使用其之行動裝置，用以減少元件的使用，利用原本存在的感應器，進行壓力檢測。同時，可達到節省製造成本及輕薄化的目的。
有鑒於此，本發明提供一種內嵌式觸控顯示裝置(In-cell Touch Display)的壓力檢測方法。此內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法包括下列步驟：在一內嵌式觸控顯示裝置內，提供一共接電壓平面，對應多個觸控感應電極；檢測上述觸控感應電極的電容讀取值；當判斷出此內嵌式觸控顯示裝置被觸控時，由觸控之中心點，設定一第一範圍以及一第二範圍，其中，上述第二範圍包含上述第一範圍；以及排除上述第一範圍內的觸控感應電極的至少部分電容讀取值，以上述第二範圍內剩餘之觸控感應電極的電容讀取值作為一壓力檢測值，以判斷內嵌式觸控顯示裝置所承受之壓力大小。
本發明另外提出一種行動裝置。此行動裝置包括一內嵌式觸控顯示裝置以及一顯示驅動與觸控整合電路(Integrated Driver & Controller，IDC)。內嵌式觸控顯示裝置包括多個掃描線、多個觸控感應電極以及對應多個觸控感應電極的一共接電壓平面。顯示驅動與觸控整合電路包括多數個接腳，分別耦接上述多個掃描線以及上述多個觸控感應電極，其中，顯示驅動與觸控整合電路檢測上述多個觸控感應電極的電容讀取值。當判斷出內嵌式觸控顯示裝置被觸控時，由觸控之中心點，設定一第一範圍以及一第二範圍，其中，該第二範圍包含該第一範圍；以及排除第一範圍內的該些觸控感應電極的至少部分電容讀取值，以第二範圍內剩餘之觸控感應電極的電容讀取值作為一壓力檢測值，以判斷內嵌式觸控顯示裝置所承受之壓力大小。
依照本發明較佳實施例所述之內嵌式觸控顯示裝置(In-cell Touch Display)的壓力檢測方法以及使用其之行動裝置，更包括在壓力檢測完畢之後，每一預設時間，累加一形變計數值；根據壓力檢測值的大小，設定一上限計數值；在形變計數值到達該上限計數值之前，判斷是否該內嵌式觸控顯示裝置再次被觸控；當判斷出該內嵌式觸控顯示裝置再次被觸控時，由觸控之中心點，設定第一範圍以及第二範圍，其中，第二範圍包含第一範圍；排除第一範圍內的該些觸控感應電極的至少部分電容讀取值，以該第二範圍內剩餘之觸控感應電極的電容 讀取值作為壓力檢測值；根據形變計數值，提供一壓力增益值；以及根據壓力檢測值以及壓力增益值，以判斷內嵌式觸控顯示裝置所承受之壓力大小。
本發明的精神在於利用感應電極對共接電壓平面的形變量所造成的電容變化，並排除手指或下壓的物體本身的電容量之影響，來進行外界物品對內嵌式觸控顯示裝置的壓力之判斷。藉此，本發明無須增加外加的Z軸感應元件，利用感應電極搭配本發明之檢測方法，可以達到檢測外界物品對內嵌式觸控顯示裝置的壓力，更一進步可達成3D觸控感測。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
10‧‧‧內嵌式觸控顯示面板
11‧‧‧行動裝置設備
101‧‧‧顯示層
102‧‧‧觸控感應層
103‧‧‧壓力感應電路
201‧‧‧內嵌式觸控顯示裝置
202‧‧‧顯示驅動與觸控整合電路
203‧‧‧控制電路
204‧‧‧觸控感應電極
301‧‧‧保護玻璃層
302‧‧‧觸控感應層
303‧‧‧顯示面板層
304‧‧‧背光電路
305‧‧‧液晶顯示模組金屬框
401‧‧‧手指加上施力對觸控感應層302所造成的電容感應值變化
402‧‧‧純手指對觸控感應層302所造成的電容感應值變化
404‧‧‧具有手指對觸控感應層302所造成的電容感應值影響的位置
403、405‧‧‧施力對觸控感應層302所造成的電容感應值影響的位置
S501~S505‧‧‧本發明一較佳實施例的內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法的流程步驟
601‧‧‧第一範圍
602‧‧‧第二範圍
701‧‧‧電容讀取值-壓力查找表
S801~S808‧‧‧本發明一較佳實施例的內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法的流程步驟
900‧‧‧參考平面
901‧‧‧觸控感應層302在未受壓力時的所在位置
902‧‧‧第一次受到例如500G的壓力時，觸控感應層302的所在位置
903‧‧‧受到例如500G的壓力後，再經過一預設時間T之後，觸控感應層302的所在位置
第1圖繪示為先前技術的具有壓力感測功能的行動裝置之示意圖。
第2圖繪示為本發明一較佳實施例的行動裝置之電路方塊圖。
第3圖繪示為本發明一較佳實施例的內嵌式觸控顯示裝置201被下壓後的示意圖。
第4圖繪示為本發明一較佳實施例的內嵌式觸控顯示裝置201被下壓後的示意圖。
第5圖繪示為本發明一較佳實施例的內 嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法的流程圖。
第6A圖繪示為本發明一較佳實施例之內嵌式觸控顯示裝置201被500g力量下壓後，顯示驅動與觸控整合電路202擷取到的數值之示意圖。
第6B圖繪示為本發明一較佳實施例之內嵌式觸控顯示裝置201被200g力量下壓後，顯示驅動與觸控整合電路202擷取到的數值之示意圖。
第6C圖繪示為本發明一較佳實施例之內嵌式觸控顯示裝置201被10g力量下壓後，顯示驅動與觸控整合電路202擷取到的數值之示意圖。
第7圖繪示為本發明一較佳實施例的行動裝置之電路方塊圖。
第8圖繪示為本發明一較佳實施例的內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法的流程圖。
第9圖繪示為本發明一較佳實施例的內嵌式觸控顯示裝置201被下壓後回復之示意圖。
第2圖繪示為本發明一較佳實施例的行動裝置之電路方塊圖。請參考第2圖，在此實施例中，行動裝置包括一內嵌式觸控顯示裝置201、一顯示驅動與觸控整合電路202以及一控制電路203。控制電路203用以根據使用者的操作，控制顯示驅動與觸控整合電路202以進行顯示。內嵌式觸控顯示裝置201包括多個觸控感應電 極204。每一個觸控感應電極204分別地被耦接到顯示驅動與觸控整合電路202。另外，顯示驅動與觸控整合電路202還用以進行掃描線的驅動以及顯示資料的驅動。
第3圖繪示為本發明一較佳實施例的內嵌式觸控顯示裝置201被下壓後的示意圖。請參考第3圖，在此實施例中，內嵌式觸控顯示裝置201包括保護玻璃層301、觸控感應層302、顯示面板層303、背光電路304以及液晶顯示模組的金屬框(LCM Bezel)305。當內嵌式觸控顯示裝置201被下壓的時候，觸控感應層302、顯示面板層303會連同外層的保護玻璃層301一起往下變形。背光電路304會有液晶顯示模組的金屬框305作支撐。在此實施例中，可以提供一參考電位給金屬框305，同時金屬框305可作為壓力感應層。此參考電位可以是接地。在其它實施例中，也可以使用銅泊或其它導電層作為壓力感應層。
當觸控感應層302因下壓而變形的時候，觸控感應層302除了感應到上方手指的電容之外，觸控感應層302與下方參考電壓(液晶顯示模組金屬框305)的距離也會改變，如第3圖所示。因此，觸控感應層302回傳給顯示驅動與觸控整合電路202的電容讀值會因為壓力大小而有不同的表現。當使用不同的壓力去按壓，除了手指所構成的電容變化數值會被感應到，隨著壓力變大，觸控感應層302與液晶顯示模組的金屬框305間的距離產生變化，使得顯示驅動與觸控整合電路202由觸控感應層 302讀取到的電容變化值也因而擴張。
第4圖繪示為本發明一較佳實施例的內嵌式觸控顯示裝置201被下壓後的示意圖。請參考第4圖，Y軸表示強度，亦或表示電容讀取值。X軸表示被觸控的位置。標號401表示手指加上施力對觸控感應層302所造成的電容感應值變化；標號402表示純手指對觸控感應層302所造成的電容感應值變化，也就是說不含施加的壓力。由此第4圖可以明顯的看出，在標號404的位置範圍內，其電容讀取值皆包含了手指對觸控感應層302所造成的電容感應值。在標號403以及標號405的位置範圍內，僅包含了施力對觸控感應層302所造成的電容感應值變化。在本發明的實施例中，為了準確的讀取壓力值，較佳的方式可以是排除上述標號404的位置範圍內的電容值。當然，也可以是排除上述標號404位置範圍內的部分電容值。
第5圖繪示為本發明一較佳實施例的內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法的流程圖。請參考第5圖，此內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法包括下列步驟：
步驟S501：開始。
步驟S502：對應一內嵌式觸控顯示裝置，提供一共接電壓平面，對應多個觸控感應電極。例如是上述液晶顯示模組金屬框305，或者是行動裝置的金屬外殼。
步驟S503：檢測上述觸控感應電極的電容讀取值，以判斷是否被觸控。顯示驅動與觸控整合電路202藉由檢測每一個觸控感應電極204獲得觸控感應電極204的電容讀取值。當判斷未被觸控，回到步驟S503繼續判斷。當判斷出被觸控，進行步驟S504。
步驟S504：當判斷出內嵌式觸控顯示裝置被觸控時，由觸控之中心點，設定一第一範圍以及一第二範圍，其中，第二範圍包含第一範圍。第6A圖繪示為本發明一較佳實施例之內嵌式觸控顯示裝置201被500g力量下壓後，顯示驅動與觸控整合電路202擷取到的數值之示意圖。第6B圖繪示為本發明一較佳實施例之內嵌式觸控顯示裝置201被200g力量下壓後，顯示驅動與觸控整合電路202擷取到的數值之示意圖。第6C圖繪示為本發明一較佳實施例之內嵌式觸控顯示裝置201被10g力量下壓後，顯示驅動與觸控整合電路202擷取到的數值之示意圖。請參考第6A圖、第6B圖以及第6C圖，所屬技術領域具有通常知識者可以看出，被手指影響的觸控感應電極所檢測到的數值比起壓力所影響的數值要大很多。
為了去除手指的影響，在觸控之中心點確定後，先設定第一範圍601以及第二範圍602。第一範圍601一般來說會包含手指影響的數值，但是並不一定只包含手指影響的數值。舉例來說，第一範圍601的定義可以是大於300的數值所構成的矩形範圍，或者是預先定義好的範圍，本發明不以此為限。第二範圍602則是包含第 一範圍601，且比第一範圍601更大的範圍。
步驟S505：排除第一範圍內的觸控感應電極的電容讀取值，以第二範圍內剩餘之觸控感應電極的電容讀取值作為一壓力檢測值，以判斷該內嵌式觸控顯示裝置所承受之壓力大小。在此步驟S505中，可以例如用一個電容讀取值-壓力查找表，如第7圖所示，第7圖繪示為本發明一較佳實施例的行動裝置之電路方塊圖。在第7圖中，行動裝置額外增加一電容讀取值-壓力查找表701。此電容讀取值-壓力查找表701的輸入是上述步驟505的電容讀取值的總和，輸出則是壓力值。另外，除了用上述步驟505的電容讀取值的總和作為電容讀取值-壓力查找表701的輸入外，還可以採用上述步驟S505的電容讀取值的平均值。故本發明不以此為限。
另外，上述實施例雖是排除第一範圍601內的全部觸控感應電極作為舉例，所屬技術領域具有通常知識者應當知道，設計者亦可以選擇性的設計僅排除部分第一範圍601內的觸控感應電極。故本發明不以此為限。另外，上述第一範圍601與第二範圍602雖是以方形區域做舉例，然所屬技術領域具有通常知識者應當知道，亦可以採用其他幾何圖形定義第一範圍601與第二範圍602或不規則圖形定義第一範圍601與第二範圍602，且第一範圍601與第二範圍602的幾何形狀並不一定要同一形狀，此為設計者的選擇性的設計。故本發明不以此為限。
上述實施例，藉由排除手指(或帶電體) 所造成的電容變化，以檢測內嵌式觸控顯示面板的形變所造成的電容變化，藉此獲得手指(或帶電體)對內嵌式觸控顯示裝置所施加的壓力。然而，內嵌式觸控顯示面板在形變之後，因為例如玻璃的基板或保護玻璃的彈性較差，需要較久的時間才會回復原狀。若在內嵌式觸控顯示面板還沒回復到原始狀態時再度下壓，保護玻璃的變形量會比第一次施加壓力時下降還少，故得到的電容數值會也降低。因此，本發明另外提出一個補償上述情況的壓力檢測方法。
第8圖繪示為本發明一較佳實施例的內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法的流程圖。請參考第8圖，此內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法係接續第5圖的內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法的步驟S504。此內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法包括：
步驟S801：根據上次壓力檢測值的大小，設定一上限計數值。
步驟S802：在壓力檢測完畢之後，每一預設時間，累加一形變計數值。第9圖繪示為本發明一較佳實施例的內嵌式觸控顯示裝置201被下壓後回復之示意圖。請參考第9圖，900表示參考平面，例如是上述液晶顯示模組的金屬框305。901表示未受壓力時，觸控感應層302所在位置。902表示第一次受到例如500G的壓力時，觸控感應層302的所在位置。903表示受到例如500G的壓力後，再經過一預設時間T之後，觸控感應層302的 所在位置。由此第9圖可以看出，在受到500G的下壓力道後，若時間不夠長，觸控感應層302仍無法回復到原本的位置。另外，觸控感應層302僅能根據形變量，給予電容讀取值，故在預設時間T之後，第二次以500G力道下壓後的觸控感應層302之形變量僅第一次以500G力道下壓後的觸控感應層302之形變量的一半，故需要一個增益值對此情況進行修正。
步驟S803：判斷形變計數值是否到達上限計數值。若判斷為否，進行步驟S804。若判斷為是，回到步驟S503。若形變計數值到達上限計數值，就表示觸控感應層302已經恢復到原本的位置。故此情況則無須進行修正，直接回到步驟S503。若形變計數值尚未到達上限計數值，表示觸控感應層302尚未恢復到原本的位置。此種情況則需要進行修正，故進行步驟S804。
步驟S804：在形變計數值到達上限計數值之前，判斷是否內嵌式觸控顯示裝置再次被觸控。若判斷為否，則回到步驟S802，繼續累加形變計數值。若判斷為是，則進行步驟S805。
步驟S805：當判斷出內嵌式觸控顯示裝置再次被觸控時，由觸控之中心點，設定第一範圍以及第二範圍，其中，第二範圍包含第一範圍。
步驟S806：排除第一範圍內的觸控感應電極的電容讀取值，以第二範圍內剩餘之觸控感應電極的電容讀取值作為壓力檢測值。
步驟S807：根據該形變計數值，提供一壓力增益值。此壓力增益值可以藉由內建查找表的方式實施。
步驟S808：根據該壓力檢測值以及該壓力增益值，以判斷該內嵌式觸控顯示裝置所承受之壓力大小。
綜上所述，本發明的精神在於利用感應電極對與共接電壓平面間的距離變化所造成的電容變化，並排除手指或施加壓力的物體本身的電容量之影響，來進行外界物品對內嵌式觸控顯示裝置的壓力之判斷。藉此，本發明無須增加外掛的Z軸感應元件，僅利用原本存在的感應電極，便可以達到檢測外界物品對內嵌式觸控顯示裝置的壓力，進而可以提供使用者3D觸控的體驗。
在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S501~S505‧‧‧本發明一較佳實施例的內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法的流程步驟

Claims (10)

  1. 一種內嵌式觸控顯示裝置(In-cell Touch Display)的壓力檢測方法，包括：在一內嵌式觸控顯示裝置內，提供一共接電壓平面，對應多個觸控感應電極；檢測該些觸控感應電極的電容讀取值；當判斷出該內嵌式觸控顯示裝置被觸控時，由觸控之中心點，設定一第一範圍以及一第二範圍，其中，該第二範圍包含該第一範圍；以及排除該第一範圍內的該些觸控感應電極的至少部分電容讀取值，以該第二範圍內剩餘之觸控感應電極的電容讀取值作為一壓力檢測值，以判斷該內嵌式觸控顯示裝置所承受之壓力大小，其中，該第一範圍與該第二範圍小於一面板觸控範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法，更包括：在壓力檢測完畢之後，每一預設時間，累加一形變計數值；根據該壓力檢測值的大小，設定一上限計數值在該形變計數值到達該上限計數值之前，判斷是否該內嵌式觸控顯示裝置再次被觸控；當判斷出該內嵌式觸控顯示裝置再次被觸控時，由觸 控之中心點，設定該第一範圍以及該第二範圍，其中，該第二範圍包含該第一範圍；排除該第一範圍內的該些觸控感應電極的電容讀取值，以該第二範圍內剩餘之觸控感應電極的電容讀取值作為該壓力檢測值；根據該形變計數值，提供一壓力增益值；以及根據該壓力檢測值以及該壓力增益值，以判斷該內嵌式觸控顯示裝置所承受之壓力大小。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法，其中，排除該第一範圍內的該些觸控感應電極的電容讀取值，以該第二範圍內剩餘之觸控感應電極的電容讀取值作為壓力檢測值，以判斷該內嵌式觸控顯示裝置所承受之壓力大小，包括：提供一讀取值-壓力查找表；以及將所擷取的該些觸控感應電極之電容讀取值之總和輸入該讀取值-壓力查找表，找出對應的壓力值。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法，其中，排除該第一範圍內的該些觸控感應電極的電容讀取值，以該第二範圍內剩餘之觸控感應電極的電容讀取值作為壓力檢測值，以判斷該內嵌式觸控顯示裝置所承受之壓力大小，包括：提供一讀取值-壓力查找表；以及 將所擷取的該些觸控感應電極之電容讀取值之平均值輸入該讀取值-壓力查找表，找出對應的壓力值。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法，其中該共接電壓平面包括一壓力感應層。
  6. 如申請專利範圍第5項所記載之內嵌式觸控顯示裝置的壓力檢測方法，其中該壓力感應層包括一金屬鐵框或一導電層。
  7. 一種行動裝置，包括：一內嵌式觸控顯示裝置，其中，該內嵌式觸控顯示裝置包括多個掃描線、多個觸控感應電極以及對應多個觸控感應電極的一共接電壓平面；一顯示驅動與觸控整合電路(Integrated Driver & Controller，IDC)，包括多數個接腳，分別耦接該些掃描線以及該些觸控感應電極，其中，該顯示驅動與觸控整合電路檢測該些觸控感應電極的電容讀取值；當判斷出該內嵌式觸控顯示裝置被觸控時，由觸控之中心點，設定一第一範圍以及一第二範圍，其中，該第二範圍包含該第一範圍；以及排除該第一範圍內的該些觸控感應電極的至少部分 電容讀取值，以該第二範圍內剩餘之觸控感應電極的電容讀取值作為一壓力檢測值，以判斷該內嵌式觸控顯示裝置所承受之壓力大小，其中，該第一範圍與該第二範圍小於一面板觸控範圍。
  8. 如申請專利範圍第7項所記載之行動裝置，更包括：一讀取值-壓力查找表，儲存有電容讀取值對壓力值之對應關係，其中，該顯示驅動與觸控整合電路將該些觸控感應電極之電容讀取值之總和輸入該讀取值-壓力查找表，以找出對應的壓力值。
  9. 如申請專利範圍第7項所記載之行動裝置，更包括：一讀取值-壓力查找表，儲存有電容讀取值對壓力值之對應關係，其中，該顯示驅動與觸控整合電路將所擷取的該些觸控感應電極之電容讀取值做平均計算，以獲得一平均值，之後，將該平均值輸入該讀取值-壓力查找表，找出對應的壓力值。
  10. 如申請專利範圍第7項所記載之行動裝置，該顯 示驅動與觸控整合電路在壓力檢測完畢之後，每一預設時間，累加一形變計數值，並且根據該壓力檢測值的大小，設定一上限計數值，另外，在該形變計數值到達該上限計數值之前，判斷是否該內嵌式觸控顯示裝置再次被觸控，當判斷出該內嵌式觸控顯示裝置再次被觸控時，由觸控之中心點，設定該第一範圍以及該第二範圍，其中，該第二範圍包含該第一範圍，以及排除該第一範圍內的該些觸控感應電極的電容讀取值，以該第二範圍內剩餘之觸控感應電極的電容讀取值作為該壓力檢測值，該顯示驅動與觸控整合電路根據該形變計數值，提供一壓力增益值，並根據該壓力檢測值以及該壓力增益值，以判斷該內嵌式觸控顯示裝置所承受之壓力大小。
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