整合触控与压力感测的装置及其方法与流程

本发明有关于一种感测装置及其方法，特别是一种整合触控与压力感测的装置及其方法。

背景技术：

轻薄短小的行动装置带动触控显示面板的潮流，且由于触控的人机界面技术成熟与使用者对3d触控的操作需求不断提升，压力触控的技术也随之推陈出新。现有的压力触控显示面板往往将微机电的压力传感器置于显示面板的边缘或角落，借以感测面板表面的触碰压力，不仅传感器成本高昂且贴合不易。现有的压力触控显示面板也有以复杂制程制作细微可变形的弹性微结构，增加压力与变形量的相关性，借此产生较多的物理量变动以利侦测；因此压力感测触控面板仍有改善的空间。

技术实现要素：

为改善上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种整合触控与压力感测的装置及其方法。

为达成本发明的上述目的，本发明提供一种整合触控与压力感测的装置，包括：一上基板，包含一第一表面与相对于该第一表面的一第二表面；一第一电极层设置于该上基板的第二表面且包含多个彼此交错的多边形的触控感应电极，其中每一多边形触控感应电极具有一斜边；一第二电极层，位于该第一电极层背对该上基板的一侧，其包含至少一个压力感应电极；一弹性介电材料层，位于该第一电极层与该第二电极层之间；及一电容侦测模块，于触控侦测操作时依序或随机将一触控电容感应激励信号施加于选定的至少一触控感应电极，并自该选定的触控感应电极输入一触控感应信号，将一与触控电容感应激励信号同相位的辅助信号施加于相对的至少一个压力感应电极；于压力侦测操作时，该电容侦测模块将一压力电容感应激励信号施加于该至少一个压力感应电极并自该压力感应电极输入一压力感应信号，依序或随机将一对应激励信号施加于该选定的触控感应电极。

为达成本发明的上述一目的，本发明提供一种整合触控与压力感测的方法，其包含提供一整合触控与压力感测的装置，该整合触控与压力感测的装置包含：一上基板，其一表面布植有一第一电极层，该第一电极层包含多个彼此交错的多边形的触控感应电极，其中每一多边形触控感应电极具有一斜边；一第二电极层，其包含有至少一个压力感应电极；一弹性介电材料层，位于该第一电极层与第二电极层之间，该弹性介电材料层遇压力时体积压缩变形，并于除去压力时回复原有的体积与形状；及一电容侦测模块；进行一触控侦测时序，于该触控侦测时序时依序将一触控电容感应激励信号施加于选定的触控感应电极，并自该选定的触控感应电极输入一触控感应信号作触控侦测；进行一压力侦测时序，于该压力侦测时序时将一压力电容感应激励信号施加于该至少一个压力感应电极，并自该选定压力感应电极输入一压力感应信号作压力侦测。

本发明具有的优点在于：借由彼此交错的多边形触控感应电极，可有利于触控感应电极设置在单层平面；借由施加辅助信号，可降低弹性介电材料层受压翘曲而产生电容的干扰。

附图说明

图1为依据本发明一实施例的整合触控与压力感测的装置的上视图。

图2为依据本发明另一实施例的整合触控与压力感测的装置的上视图。

图3为依据本发明另一实施例的整合触控与压力感测的装置的上视图。

图4为依据本发明另一实施例的整合触控与压力感测的装置的上视图。

图5为依据本发明另一实施例的整合触控与压力感测的装置的上视图。

图6为依据本发明另一实施例的整合触控与压力感测的装置的上视图。

图7为依据本发明另一实施例的整合触控与压力感测的装置的上视图。

图8a为依据本发明一实施例的整合触控与压力感测的装置的示意图。

图8b为依据本发明另一实施例的整合触控与压力感测的装置的示意图。

图9a为依据本发明一实施例的整合触控与压力感测的装置的示意图。

图9b为依据本发明另一实施例的整合触控与压力感测的装置的示意图。

图10a为依据本发明另一实施例的整合触控与压力感测的装置的示意图。

图10b为依据本发明另一实施例的整合触控与压力感测的装置的示意图。

图11为依据本发明的一具体实例的自电容侦测电路的示意图。

图12为依据本发明的一实施例的整合触控感测与压力感测的方法流程图。

图中：

10…整合触控与压力感测的装置；

100…上基板；

100a…第一表面；

100b…第二表面；

110…第一电极层；

200…弹性介电材料层；

300…第二电极层；

310…压力感应电极；

400…胶合层；

500…下基板；

500a…第一表面；

500b…第二表面；

111,121…邻边；

112,122…对边；

113,123…斜边；

114,124…导线；

125…底边；

50…电容侦测模块；

50'…自电容侦测电路；

52…电容激励驱动电路；

520…信号源；

522…驱动器；

54…电容读取电路；

56…同相放大器；

59…反相放大器；

vc1…触控感应信号；

vc2…压力感应信号；

vt…触控电容感应激励信号；

vt1…辅助信号；

vp…压力电容感应激励信号；

vp1…遮蔽信号；

vcount…对应激励信号；

te1~16…触控感应电极；

542…第一阻抗；

522a…第二阻抗；

522b…第三阻抗；

540…差动放大器；

544…第一电容；

60…感应电极；

62…第一杂散电容；

64…第二杂散电容；

540a,540b…输入端；

540c…输出端；

600…微处理器；

700…轴线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

请参考图8a，为依据本发明一具体实例的整合触控与压力感测的装置10的示意图。该整合触控与压力感测的装置10包含一由上而下的一上基板100、一弹性介电材料层200、一第二电极层300及一胶合层400，其中该上基板100具有一第一表面100a、一第二表面100b及在第二表面100b上的第一电极层110。该第一电极层110包含多个对叉或是交错的多边形触控感应电极，例如如此图所示的触控感应电极te1-te15，但是须知此图所示仅为一侧视图，因此触控感应电极的数量及分布方式不限于此，该多边形为具有一斜边的多边形，例如三角形或是梯形。该第二电极层300设置于该第一电极层110背对该上基板100的一侧，其包含至少一个压力感应电极310，(例如图1所示的第二电极层300包含一个压力感应电极310；而图2所示的第二电极层300包含两个压力感应电极310)；此外该整合触控与压力感测的装置10尚且包含一电容侦测模块50，该电容侦测模块50包含一电容激励驱动电路52及一电容读取电路54。其中该弹性介电材料层200遇压力时体积压缩变形，并于除去压力时回复原有的体积与形状，其包含一弹性胶质材料、此弹性胶质材料例如可为（但是不限于）聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，pdms）材料或一透明的光学胶。

复参考图8a，为说明本发明的整合触控与压力感测的装置10用于触控感测的操作状况。此电容激励驱动电路52包含一信号源520及一驱动器522，并依序或随机将一触控电容感应激励信号vt施加于选定的一触控感应电极（例如触控感应电极te7）。此外电容激励驱动电路52将该触控电容感应激励信号vt送至一同相放大器56，该同相放大器56的增益值较佳为一，以产生与触控电容感应激励信号vt同相位的辅助信号(auxiliarysignal)vt1，此辅助信号vt1施加于相对的至少一个压力感应电极310，此处所谓的相对，指由投影角度观之，选定的触控感应电极（例如图8a所示触控感应电极te7）与压力感应电极310至少有部分重叠。由于在相对的至少一个压力感应电极310施加与触控电容感应激励信号vt同相位的信号，等效上即可在选定触控感应电极te7与相对的至少一个压力感应电极310之间产生没有电压差或是几乎没有电压差的状态，亦即不会有电容产生或是仅有微量电容产生（不至于影响触控感测结果的微量电容），即可避免在侦测对应选定触控感应电极te7的触控操作时，因为弹性介电材料层200受压翘曲而产生电容的干扰，同时亦阻绝了经由压力感应电极310与接地点间电容并联效应引发的干扰。

同理，该辅助信号vt1亦可同时施加于该选定触控感应电极(te7)周遭的触控感应电极，以消除该选定触控感应电极与其周遭的触控感应电极之间的杂散电容效应，并对该选定触控感应电极上方的电力线产生聚集与顶高的效果，增强其近接感测的灵敏度。

再者，于本发明中，触控感测尚且包含使用者手指接近上基板100的近接感测(proximitysensing)。由于使用者手指实际接触该整合触控与压力感测的装置10或是接近该整合触控与压力感测的装置10之时，都会影响整合触控与压力感测的装置10内部触控感应电极相关的电容值，因此借由感测电容值，都可以侦测是否有手指接触或是近接。于下面说明书中，即以触控感测涵括近接感测作为说明。

借由图8a所示的整合触控与压力感测的装置10，可利用辅助信号vt1减少或是完全消除弹性介电材料层200翘曲或是变形的影响。在电容侦测模块50的电容激励驱动电路52将触控电容感应激励信号vt施加于选定触控感应电极te7后，电容侦测模块50的电容读取电路54可在检测点p读取触控感应信号vc1，即可精确地判断触控位置。

请参考图8b，为说明依据本发明另一实施例的整合触控与压力感测的装置10的示意图，该整合触控与压力感测的装置10用于触控感测的操作状况的示意图。图8b所示实施例与图8a所示者大致相同，此实施例中该电容激励驱动电路52将该信号源520的输出信号直接送至同相放大器56（不经过驱动器522），该同相放大器56的增益值较佳为一，以产生与触控电容感应激励信号vt同相位的辅助信号(auxiliarysignal)vt1。由于在此实例中检测点p与辅助信号vt1分离，因此检测结果不会受到辅助信号vt1的影响。同样地，可利用辅助信号vt1减少或是完全消除介电材料层200翘曲或是变形的影响。在电容侦测模块50的电容激励驱动电路52将触控电容感应激励信号vt施加于选定该触控感应电极(te7)后，电容侦测模块50的电容读取电路54可在检测点p读取触控感应信号vc1，即可精确地判断触控位置。

请参考图6，为依据本发明另一实施例的整合触控与压力感测的装置10的上视图，此整合触控与压力感测的装置10类似图1所示的实施例，主要绘示该整合触控与压力感测的装置10用于触控感测的操作状况时(如图8a-图8b所示)，触控电容感应激励信号vt及辅助信号vt1分布图。

当整合触控与压力感测的装置10依序或随机将一触控电容感应激励信号vt施加于选定的一触控感应电极t07时；此时该电容侦测模块50亦将该触控电容感应激励信号vt处理以产生与触控电容感应激励信号vt同相位的辅助信号vt1，此辅助信号vt1施加于相对的至少一个压力感应电极310(位在第二电极层300上)。由于在相对的至少一个压力感应电极310施加与触控电容感应激励信号vt同相位的辅助信号，等效上即可在对应选定该触控感应电极te7与相对的至少一个压力感应电极之间产生没有电压差或是几乎没有电压差的状态，亦即不会有电容产生或是仅有微量电容产生（不至于影响触控感测结果的微量电容），即可避免在侦测对应选定该触控感应电极te7的触控操作时，因为弹性介电材料层200受压翘曲而产生电容的干扰，同时亦阻绝了经由压力感应电极与接地点间电容并联效应引发的干扰。同理，该辅助信号vt1亦可同时施加于该选定触控感应电极te7周遭的触控感应电极，以消除该选定触控感应电极te7与其周遭触控感应电极之间的杂散电容效应，使得该选定触控感应电极te7周遭的触控感应电极的电压差为零，并对该选定触控感应电极上方的电力线产生聚集与顶高的效果，增强其近接感测的灵敏度。其中于触控感测时，该非选定触控感应电极被施加电压可能为参考电压（例如一零电位电压）、不连接电压(nc)或是同相位电压(如辅助信号vt1)。

配合参考图1，为依据本发明一实施例的整合触控与压力感测的装置10的上视图。主要绘示该上基板100、该触控感应电极110、该压力感应电极310、该电容侦测模块50及该自电容侦测电路50’，该多个触控感应电极(te1-te16)的形状为图1所示的彼此交错的多边形，该多边形为具有一斜边的多边形，例如三角形或是梯形。于本实施例中，该触控感应电极te1的电极形状与该触控感应电极te2的电极形状为两两相交错的触控感应电极。其中触控感应电极te1的邻边111及对边112互相垂直；触控感应电极te2的邻边121及对边122也互相垂直，且触控感应电极te1的斜边113及触控感应电极te2的斜边123互相平行，以形成两个相交错的直角三角形；触控感应电极te1通过导线114电性连接至该电容侦测模块，触控感应电极te2通过导线124电性连接至该电容侦测模块，使该电容侦测模块50接收或传送该整合触控与压力感测的装置10于触控感测状态时或压力感测状态时传送的信号。

请参考图2，为依据本发明另一实施例的整合触控与压力感测的装置10的上视图，此整合触控与压力感测的装置10类似图1所示的实施例，同样地，此实施例中该第二电极层300包含两个压力感应电极310，其中该触控感应电极te1-te8相对应于一压力感应电极310a、该触控感应电极te9-te16相对应于另一压力感应电极310b。

请参考图3，为依据本发明另一实施例的整合触控与压力感测的装置10的上视图，此整合触控与压力感测的装置10类似图1所示的实施例，此实施例中该触控感应电极(te1-te11)的形状为一彼此交错的多边形，该多边形为具有一斜边的多边形，例如三角形或是梯形，位于边缘的触控感应电极te1及te11为一直角三角形，触控感应电极te1的邻边111及对边112互相垂直，触控感应电极te1的斜边113及触控感应电极te2的斜边123互相平行；该触控感应电极te2为一等腰三角形，由两个斜边123及一个底边125所组成，触控感应电极te3-te10均为等腰三角形，且两个相邻的触控感应电极的斜边两两互相平行。

请参考图4，为依据本发明另一实施例的整合触控与压力感测的装置10的上视图，此整合触控与压力感测的装置10类似图1所示的实施例，此实施例中该触控感应电极(te1-te12)的形状为一有缺口或突起的彼此交错的多边形，其中触控感应电极te1的斜边113上有向内凹部分，该多个触控感应电极te3、te5、te7、te9、te11的形状大体如触控感应电极te1的形状；触控感应电极te2的斜边123上有向外凸起部分，该多个触控感应电极te4、te6、te8、te10、te12的形状大体如触控感应电极te2的形状。换言之，在本实施例中，触控感应电极的斜边具有可互相囓合的凹凸部分。

请参考图5，为依据本发明另一实施例的整合触控与压力感测的装置10的上视图，此实施例中触控感应电极te1-te12的形状与触控感应电极te13-te24的形状为通过一轴线700对称且沿着横向排列为两排，其中触控感应电极te1-te12为第一排，触控感应电极te13-te24为第二排，且每一触控感应电极均通过导线电性连接至该电容侦测模块，使该电容侦测模块接收或传送该整合触控与压力感测的装置10于触控感测状态时或压力感测状态时传送的信号。请参考图9a，为说明本发明的整合触控与压力感测的装置用于压力感测的操作状况。本发明的整合触控与压力感测的装置10的压力感测阶段，例如可以延续如图8a所示的触控感测操作阶段之后立即进行；更具体而言，此压力感测在对于选定触控感应电极te7进行完触控感测后，对于和选定触控感应电极te7相对的压力感应电极进行或是所有压力感应电极进行。此整合触控与压力感测的装置10的电容侦测模块50具有一同相放大器56，该同相放大器56的增益值较佳为一，可对于此压力电容感应激励信号vp做同相放大以产生遮蔽信号vp1，此遮蔽信号vp1施加到非选定的触控感应电极te1-te5,te9-te15，亦即除了选定触控感应电极te7外的至少部分其他触控感应电极。再者，此整合触控与压力感测的装置10的电容侦测模块50具有一反相放大器59，该反相放大器59的增益小于或等于零。亦即其输出可为零电位，或借由反相放大器59产生与压力电容感应激励信号vp反相的交变信号，以作为对应激励信号vcount，该对应激励信号vcount施加于选定触控感应电极te7，此对应激励信号vcount施加方式可为依序或是随机；同样地，也可增强相对的压力感应电极的压力感测灵敏度。

请参考图9b，为说明依据另一实施例的本发明的整合触控与压力感测的装置10，且此整合触控与压力感测的装置10用于压力感测的操作状况。此整合触控与压力感测的装置10类似图9a所示的实施例，同样地，此实施例的整合触控与压力感测的装置10由反相放大器59输出零电位或与压力电容感应激励信号vp反相的交变信号，以作为对应激励信号vcount；也可增强相对的第二感应电极的压力感测灵敏度。此外，此实施例的电容侦测模块50中用于产生遮蔽信号vp1的同相放大器56输入不连接到电容读取电路54的输入点，例如可直接连接到信号源520，以避免来自电容读取电路54输入点的压力感应信号vc2的影响。

请参考图10a，为说明依据另一实施例的本发明的整合触控与压力感测的装置10，且此整合触控与压力感测的装置10用于压力感测的操作状况。此实施例大致与图9a所示者类似，然而在此实施例中，电容侦测模块50也具有一直流参考信号源53以取代反相放大器59，将与压力电容感应激励信号vp做同相的遮蔽信号vp1施加到非选定的触控感应电极（亦即非为选定触控感应电极te7的至少部分触控感应电极），以遮蔽来自手指操作的电容变化，提高压力感测精确度。再者，将一具有预定位准的对应激励信号vo施加到选定触控感应电极te7，以增强相对的第二感应电极的压力感测灵敏度。电容侦测模块50的电容读取电路54可在检测点p读取来自第二感应电极（例如第二感应电极310a）的压力感应信号vc2，即可精确地判断该处是否有按压动作与压力的大小。

请参考图10b，为说明依据另一实施例的本发明的整合触控与压力感测的装置10，且此整合触控与压力感测的装置10用于压力感测的操作状况。此实施例大致与图10a所示者类似，然在此实施例中，电容侦测模块50中用于产生遮蔽信号vp1的同相放大器56输入不连接到电容读取电路54的检测点p，例如可直接连接到信号源520，以避免来自电容读取电路54检测点p的压力感应信号vc2的影响。

请参考图7，为依据本发明另一实施例的整合触控与压力感测的装置10的上视图，此整合触控与压力感测的装置10类似图1所示的实施例，主要绘示该整合触控与压力感测的装置10用于压力感测的操作状况时(如图9a-图10b所示)，压力电容感应激励信号vp及遮蔽信号vp1分布图。

当该电容感应电路50施加一用于压力感测的压力电容感应激励信号vp于一对应选定的压力感应电极310（位在第二电极层300上）时，该电容侦测模块50处理该压力电容感应激励信号vp以产生同相放大的遮蔽信号vp1，将该遮蔽信号vp1施加到非选定的触控感应电极110，以遮蔽来自手指操作的电容变化，提高压力感测精确度。再者，将一与压力电容感应激励信号vp反相的交变信号（或具有预定位准）的对应激励信号vcount施加到选定触控感应电极te7及te8，以增强相对的压力感应电极的压力感测灵敏度与施压点的分辨精确度。再者，施加到非选定的触控感应电极的信号也可为一参考电压（例如一零电位电压）或是不连接电压(nc)。

值得特别说明的是在上述各个实施例中，各相邻触控感应电极间的间隙需尽量缩小，使本发明的整合触控与压力感测的装置10于压力感测操作时，该等触控感应电极能形成该压力感应电极310的良好遮蔽，使外界的人手或带电体不能干扰压力电极作压力侦测。

请参考图11，其为本发明的一具体实例的自电容侦测电路的示意图。该自电容侦测电路50'包含一电容激励驱动电路52及一电容读取电路54，以侦测电容读取点p的电容变化值。该电容激励驱动电路52包含一信号源520、一驱动器522（包含第二阻抗522a及第三阻抗522b）。该电容读取电路54包含一差动放大器540、一第一阻抗542及一第一电容544，以侦测一感应电极60上的电容变化，此感应电极60有附带的第一杂散电容62及一第二杂散电容64。

该信号源520电性连接至该第一阻抗542及该第二阻抗522a；该第一阻抗542电性连接至该第一电容544；该第一电容544电性连接至该差动放大器540的该第一输入端540a；该第二阻抗522a电性连接至该差动放大器540的该第二输入端540b；该感应电极60经由该自电容侦测电路50'的一接点而连接至该第二阻抗522a及该差动放大器540的该第二输入端540b；该第一杂散电容62电性连接至该接脚；该第二杂散电容64电性连接至该感应电极60。

在图11所示的自电容侦测电路50'中，该感应电极60感应手指或各类导体或对象的触碰而接收一触控信号；该信号源520一周期性的输入信号至该第三阻抗522b，且该第一阻抗542的阻抗值等于该第二阻抗522a的阻抗值；该差动放大器540依据该输入信号及该触控信号使得该输出端540c输出差动放大后的一触控信号，该第一电容544的电容值等于该第一杂散电容62及该第二杂散电容64并联的电容值，当手指或各类导体或物件接近该感应电极60时，该第二杂散电容64的电容值会改变以使得该第一输入端540a及该第二输入端540b的电压值不同，经由该差动放大器540差动放大之后，该输出端540c输出放大后的该触控信号，通过量测该差动放大器540的输出变化，以分辨该感应电极60所产生的微量电容值改变，可以有效排除电路、电源等噪声所造成的干扰，并量测到微量电容值改变。此外，此自电容侦测电路50'的更完整细节可参见同一申请人的发明i473001微量阻抗变化检测装置所揭露的自电容侦测电路技术。

请参考图12，为依据本发明的一实施例的整合触控感测与压力感测的方法，其包含(s10)提供一整合触控与压力感测的装置，该整合触控与压力感测的装置包含：一上基板100，其一表面布植有一第一电极层110，该第一电极层110包含多个彼此交错的多边形的触控感应电极；一第二电极层300，其包含有至少一个压力感应电极310；一弹性介电材料层200，位于该第一电极层110与第二电极层300之间，该弹性介电材料层200遇压力时体积压缩变形，并于除去压力时回复原有的体积与形状；一电容侦测模块50（包含图11所示的自电容侦测电路50'）；及一微处理器600；(s20)进行一触控侦测时序，于该触控侦测时序时依序将一电容感应激励信号施加于选定的触控感应电极，并自该选定触控感应电极输入一触控感应信号作触控侦测；(s30)进行一压力侦测时序，于该压力侦测时序时将一电容感应激励信号施加于该至少一个压力感应电极，并自该选定压力感应电极输入一压力感应信号作压力侦测。此外，在前述的步骤s20进行的触控侦测时序结束后，可随机判断有否侦测到触碰，若有触碰，则该微处理器600设置一触碰旗标并记录该触碰点的坐标，若无则清除或重置该触碰旗标，依据触碰旗标的设置与否决定是否执行该压力侦测时序。

于上述的触控侦测时序s20，可随选地将一与该电容感应激励信号同相位的辅助信号施加于该至少一个压力感应电极。于上述的触控侦测时序s20时，可随选地将一与该电容感应激励信号同相的辅助(反射)信号施加于该选定的触控感应电极周遭的触控感应电极。在压力侦测时序s30中，又将一对应激励信号施加于选定的触控感应电极，该对应激励信号为一直流参考电压（例如一零电位的接地信号）或该压力电容感应激励信号的反相信号。于该压力侦测时序s30时更可将该第二电容感应激励信号的同相位信号（遮蔽信号）施加于该多个非选定的触控感应电极。

再者，于上述侦测时序中，该电容感应激励信号为一交变信号，如一弦波，方波，三角波或梯形波；该电容感应激励信号亦可为一电流源；该直流参考电压为一零电位的接地信号；该电容侦测模块包含至少一自电容侦测电路。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。