自电容触控与压力感测装置及自电容触控与压力感测方法与流程

本发明是与触控与压力感测有关，尤其是关于一种自电容触控与压力感测装置及自电容触控与压力感测方法。

背景技术：

一般而言，于传统的电容式触控与压力感测装置的叠构设计中，通常都需要有独立的电容式压力感测元件，并且还需要在电容式压力感测元件下方设置有额外的金属遮蔽层(metalshieldinglayer)，由以避免电容式压力感测元件感应到由下方而来的电容变化量(亦即杂讯)。此外，传统的电容式触控与压力感测装置亦需设置有额外的控制软性印刷电路板(flexibleprintcircuit,fpc)以及压力感测控制接脚或芯片(forcesensingcontrolpinorchip)，这均会导致传统的电容式触控与压力感测装置的叠构及制程均变得较为复杂，并且其制造成本亦会随之增加。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种自电容触控与压力感测装置及自电容触控与压力感测方法，以有效解决现有技术所遭遇到的上述种种问题。

根据本发明的一具体实施例为一种自电容触控与压力感测装置。于此实施例中，自电容触控与压力感测装置可分别操作于一自电容触控感测模式及一自电容压力感测模式下。自电容触控与压力感测装置包含一金属层、一感测元件层、一空气间隔层及一处理模块。感测元件层设置于金属层的上方。空气间隔层形成于金属层与感测元件层之间。处理模块耦接金属层与感测元件层。其中，当自电容触控与压力感测装置操作于自电容触控感测模式时，金属层被驱动与一触控信号同步，致使感测元件层与金属层之间无电容效应产生而感测到一第一电容变化量；当自电容触控与压力感测装置操作于自电容压力感测模式时，金属层接地，致使感测元件层与金属层之间有电容效应产生而感测到一第二电容变化量；处理模块根据第一电容变化量与第二电容变化量得到一第三电容变化量。

于一实施例中，第一电容变化量仅包含触控所造成的电容变化量。

于一实施例中，第二电容变化量包含触控所造成的电容变化量与压力所造成的电容变化量。

于一实施例中，处理模块将第二电容变化量减去第一电容变化量而得到第三电容变化量。

于一实施例中，第三电容变化量仅包含压力所造成的电容变化量。

于一实施例中，金属层为整片或图案化的形式。

于一实施例中，自电容触控与压力感测装置进一步包含一光学导电层，设置于金属层与空气间隔层之间。

于一实施例中，光学导电层为整片或图案化的形式。

于一实施例中，自电容触控与压力感测装置应用于一自电容触控面板。

于一实施例中，自电容触控面板具有一内嵌式(in-cell)叠构、一on-cell叠构或一out-cell叠构。

根据本发明的另一具体实施例为一种自电容触控与压力感测方法。于此实施例中，自电容触控与压力感测方法应用于一自电容触控与压力感测装置。自电容触控与压力感测装置可分别操作于一自电容触控感测模式及一自电容压力感测模式下。自电容触控与压力感测装置包含一金属层、一感测元件层及一空气间隔层。感测元件层设置于金属层的上方，空气间隔层形成于金属层与感测元件层之间。

自电容触控与压力感测方法包含下列步骤：当自电容触控与压力感测装置操作于自电容触控感测模式时，驱动金属层与一触控信号同步，致使感测元件层与金属层之间无电容效应产生而感测到一第一电容变化量；当自电容触控与压力感测装置操作于自电容压力感测模式时，将金属层接地，致使感测元件层与金属层之间有电容效应产生而感测到一第二电容变化量；以及根据第一电容变化量与第二电容变化量得到一第三电容变化量。

于一实施例中，该第一电容变化量仅包含触控所造成的电容变化量。

于一实施例中，该第二电容变化量包含触控所造成的电容变化量与压力所造成的电容变化量。

于一实施例中，该处理模块将该第二电容变化量减去该第一电容变化量而得到该第三电容变化量。

于一实施例中，该第三电容变化量仅包含压力所造成的电容变化量。

于一实施例中，该金属层为整片或图案化的形式。

于一实施例中，该自电容触控与压力感测装置进一步包含一光学导电层，设置于该金属层与该空气间隔层之间。

于一实施例中，该光学导电层为整片或图案化的形式。

于一实施例中，该自电容触控与压力感测装置应用于一自电容触控面板。

于一实施例中，该自电容触控面板具有一内嵌式(in-cell)叠构、一on-cell叠构或一out-cell叠构。

相较于现有技术，根据本发明的自电容触控与压力感测装置及自电容触控与压力感测方法通过控制金属层与自电容感测元件层的电位并配合后端的数码处理，由以在触控感测模式与压力感测模式共用感测元件的情况下，分别得到准确的触控电容变化量及压力电容变化量，其具有下列优点与功效：

(1)当本发明的自电容触控与压力感测装置进行自电容触控感测时，其叠构中的金属层将会被驱动与一触控信号同步，不仅可避免自电容感测元件层受到下方的金属层的影响而导致电阻电容负荷(rcloading)增加，当压力改变导致自电容感测元件层与下方的金属层之间的空气间隔层(airgap)形变时便不会产生任何电容改变的影响，此时，自电容感测元件层将只会感测到上方由于触控所产生的电容变化量，故可有效隔绝来自下方的外在环境杂讯，以提升触控感测的信噪比(signal-noiseratio,snr)。

(2)当本发明的自电容触控与压力感测装置进行自电容压力感测时，由于其叠构中的金属层会接地，可直接取代传统的金属遮蔽层，故能有效避免自电容感测元件层受到下方的杂讯干扰。当压力改变导致自电容感测元件层与下方的金属层之间的空气间隔层形变时的电容变化量亦会被自电容感测元件层所感测到，故自电容感测元件层将会同时感测到由于触控所产生的电容变化量以及由于压力改变所产生的电容变化量。

(3)本发明的自电容触控与压力感测装置可根据自电容压力感测时所感测到的综合电容变化量与自电容压力感测时所感测到的触控电容变化量进行适当处理后，得到准确的压力电容变化量，并可支援多点的压力感测。

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附附图得到进一步的了解。

附图说明

图1为根据本发明的一较佳具体实施例的自电容触控与压力感测装置的示意图。

图2为当本发明的自电容触控与压力感测装置操作于触控感测模式下且尚未有触控发生时的示意图。

图3为当本发明的自电容触控与压力感测装置操作于触控感测模式下且已有触控发生时的示意图。

图4为当本发明的自电容触控与压力感测装置操作于压力感测模式下且尚未有触控发生时的示意图。

图5为当本发明的自电容触控与压力感测装置操作于压力感测模式下且已有触控发生时的示意图。

图6为根据本发明的另一较佳具体实施例的自电容触控与压力感测方法的流程图。

图7a及图7b为本发明的自电容触控与压力感测方法的详细流程图。

主要元件符号说明：

1自电容触控与压力感测装置

10金属层

11背光模块

12光学导电层

13空气间隔层

14下基板

15感测元件层

16上基板

17偏光镜及光学胶

18上盖透镜

19处理模块

190电容感测器

192数码处理单元

fg手指

cfinger感测元件层与手指之间的电容

cfilm感测元件层与金属层之间的电容

s10～s14、s20～s31步骤

具体实施方式

根据本发明的一具体实施例为一种自电容触控与压力感测装置。于此实施例中，自电容触控与压力感测装置可分别操作于一自电容触控感测模式及一自电容压力感测模式下。实际上，自电容触控与压力感测装置可应用于一自电容触控面板，并且自电容触控面板可具有内嵌式(in-cell)叠构、on-cell叠构或out-cell叠构，但不以此为限。

首先，请参照图1，图1为应用于内嵌式自电容触控面板的自电容触控与压力感测装置的示意图。

如图1所示，自电容触控与压力感测装置1至少包含有金属层10、空气间隔层13、感测元件层15及处理模块19。其中，感测元件层15设置于金属层10的上方。空气间隔层13形成于金属层10与感测元件层15之间。处理模块19包含电容感测器190及数码处理单元192。电容感测器190通过模拟汇流排(analogbus)分别耦接金属层10与感测元件层15。数码处理单元192耦接电容感测器190。于实际应用中，金属层10可以是整片的形式或是图案化的形式，并无特定的限制。

此外，自电容触控与压力感测装置1还可包含有背光模块11、光学导电层12、下基板14、上基板16、偏光镜(pol)及光学胶(oca)17及上盖透镜18。其中，背光模块11与光学导电层12设置于金属层10与空气间隔层13之间，并且光学导电层12位于背光模块11上方；感测元件层15位于下基板14与上基板16之间；偏光镜及光学胶17与上盖透镜18设置于上基板16上方，并且上盖透镜18位于偏光镜及光学胶17上方。于实际应用中，光学导电层12可以是整片的形式或是图案化的形式，并无特定的限制。需说明的是，此实施例中的电容感测器190耦接金属层10，但实际上亦可视实际需求将电容感测器190耦接光学导电层12，亦可达到相同的效果。

接着，请参照图2及图3，图2为当本发明的自电容触控与压力感测装置1操作于触控感测模式下且尚未有触控发生时的示意图；图3为当本发明的自电容触控与压力感测装置1操作于触控感测模式下且已有触控发生时的示意图。

如图2及图3所示，当自电容触控与压力感测装置1操作于自电容触控感测模式时，金属层10会被驱动与感测元件层15所接收的触控信号同步，致使感测元件层15与金属层10之间不会有电容效应产生。

需说明的是，若电容感测器190耦接光学导电层12，而不是耦接金属层10，则此时会是光学导电层12被驱动与感测元件层15所接收的触控信号同步，致使感测元件层15与光学导电层12之间不会有电容效应产生，后续均可依此类推，故不再另行赘述。

根据图3可知：当自电容触控与压力感测装置1操作于自电容触控感测模式时，由于感测元件层15与金属层10之间不会有电容效应产生，因此，当受到手指fg的触控时，即使位于金属层10与感测元件层15之间的空气间隔层13的厚度发生改变，亦不会对于感测元件层15造成影响。因此，当电容感测器190发出电容感测信号至感测元件层15时，感测元件层15所感测到的第一电容变化量△c1将会仅包含由触控所造成的电容变化量(亦即图3中的cfinger)，而不会包含由压力所造成的电容变化量，故可有效隔绝来自下方的外在环境杂讯，以提升触控感测时的信噪比(snr)。

此外，驱动金属层10与触控信号同步亦可有效避免感测元件层15受到下方的金属层10的影响而导致电阻电容负荷(rcloading)增加，故可达到降低电阻电容负荷的具体功效。

接着，请参照图4及图5，图4为当本发明的自电容触控与压力感测装置1操作于压力感测模式下且尚未有触控发生时的示意图；图5为当本发明的自电容触控与压力感测装置1操作于压力感测模式下且已有触控发生时的示意图。

如图4及图5所示，当自电容触控与压力感测装置1操作于自电容压力感测模式时，金属层10会接地而感测元件层15仍接收触控信号，致使感测元件层15与金属层10之间会有电容效应产生，亦即图4及图5中的cfilm。需说明的是，接地的金属层10可直接取代传统的金属遮蔽层，故能有效避免感测元件层15受到下方的杂讯干扰。

根据图5可知：当自电容触控与压力感测装置1操作于自电容压力感测模式时，由于感测元件层15与金属层10之间会有电容效应产生，因此，当受到手指fg的触控而导致位于金属层10与感测元件层15之间的空气间隔层13的厚度发生改变时，会造成感测元件层15与金属层10之间的电容cfilm改变而会对感测元件层15的电容感测造成影响。因此，当电容感测器190发出电容感测信号至感测元件层15时，感测元件层15所感测到的第二电容变化量△c2将会同时包含由触控所造成的电容变化量以及由压力所造成的电容变化量。

最后，当处理模块19分别接收到自电容触控与压力感测装置1操作于自电容触控感测模式及自电容压力感测模式下所感测到的第一电容变化量△c1及第二电容变化量△c2时，由于第一电容变化量△c1仅包含由触控所造成的电容变化量，而第二电容变化量△c2同时包含由触控所造成的电容变化量以及由压力所造成的电容变化量，因此，处理模块19即可将第二电容变化量△c2减去第一电容变化量△c1而得到仅包含由压力所造成的电容变化量的第三电容变化量△c3。由此，自电容触控与压力感测装置1即可顺利得到准确的触控电容变化量△c1以及压力电容变化量△c3，并可支援多点的压力感测。

根据本发明的另一具体实施例为一种自电容触控与压力感测方法。于此实施例中，自电容触控与压力感测方法应用于一自电容触控与压力感测装置。自电容触控与压力感测装置可分别操作于一自电容触控感测模式及一自电容压力感测模式下。自电容触控与压力感测装置包含一金属层、一感测元件层及一空气间隔层。感测元件层设置于金属层的上方，空气间隔层形成于金属层与感测元件层之间。

请参照图6，图6为此实施例中的自电容触控与压力感测方法的流程图。如图6所示，自电容触控与压力感测方法包含下列步骤：

步骤s10：当自电容触控与压力感测装置操作于自电容触控感测模式时，驱动金属层与一触控信号同步，致使感测元件层与金属层之间无电容效应产生而感测到一第一电容变化量；

步骤s12：当自电容触控与压力感测装置操作于自电容压力感测模式时，将金属层接地，致使感测元件层与金属层之间有电容效应产生而感测到一第二电容变化量；以及

步骤s14：根据第一电容变化量与第二电容变化量得到一第三电容变化量。

接着，请参照图7a及图7b，图7a及图7b为自电容触控与压力感测方法的详细流程图。如图7a及图7b所示，更详细而言，本发明的自电容触控与压力感测方法可包含下列步骤：

步骤s20：于自电容触控感测模式下，驱动金属层(或光学导电层)与触控信号同步，致使感测元件层与金属层(或光学导电层)之间无电容效应产生；

步骤s21：输入电容感测信号以取得第一感测电容值；

步骤s22：根据第一感测电容值与触控电容参考值得到第一电容变化量；

步骤s23：根据第一电容变化量判断是否有受到触控；

若步骤s23的判断结果为否，则该方法执行步骤s24：计算更新触控电容参考值；

若步骤s23的判断结果为是，代表第一电容变化量即为由触控所造成的电容变化量，则该方法执行步骤s25：切换至自电容压力感测模式下，将金属层(或光学导电层)接地，致使感测元件层与金属层(或光学导电层)之间有电容效应产生；

步骤s26：输入电容感测信号以取得第二感测电容值；

步骤s27：根据第二感测电容值与压力电容参考值得到第二电容变化量；

步骤s28：将第二电容变化量减去第一电容变化量而得到第三电容变化量；

步骤s29：根据第三电容变化量判断是否有受到压力；

若步骤s29的判断结果为否，则该方法执行步骤s30：计算更新压力电容参考值；

若步骤s29的判断结果为是，代表第三电容变化量即为由压力所造成的电容变化量，故该方法执行步骤s31：将第一电容变化量(由触控所造成的电容变化量)以及第三电容变化量(由压力所造成的电容变化量)回报至主机。

相较于现有技术，根据本发明的自电容触控与压力感测装置及自电容触控与压力感测方法通过控制金属层与自电容感测元件层的电位并配合后端的数码处理，由以在触控感测模式与压力感测模式共用感测元件的情况下，分别得到准确的触控电容变化量及压力电容变化量，其具有下列优点与功效：

(1)当本发明的自电容触控与压力感测装置进行自电容触控感测时，其叠构中的金属层将会被驱动与一触控信号同步，不仅可避免自电容感测元件层受到下方的金属层的影响而导致电阻电容负荷增加，当压力改变导致自电容感测元件层与下方的金属层之间的空气间隔层形变时便不会产生任何电容改变的影响，此时，自电容感测元件层将只会感测到上方由于触控所产生的电容变化量，故可有效隔绝来自下方的外在环境杂讯，以提升触控感测的信噪比。

(2)当本发明的自电容触控与压力感测装置进行自电容压力感测时，由于其叠构中的金属层会接地，可直接取代传统的金属遮蔽层，故能有效避免自电容感测元件层受到下方的杂讯干扰。当压力改变导致自电容感测元件层与下方的金属层之间的空气间隔层形变时的电容变化量亦会被自电容感测元件层所感测到，故自电容感测元件层将会同时感测到由于触控所产生的电容变化量以及由于压力改变所产生的电容变化量。

(3)本发明的自电容触控与压力感测装置可根据自电容压力感测时所感测到的综合电容变化量与自电容压力感测时所感测到的触控电容变化量进行适当处理后，得到准确的压力电容变化量，并可支援多点的压力感测。

由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。