互容式触控面板及触控系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供单层结构互容式触控面板，受一控制器的控制以运作，其包含第一驱动电极、第二驱动电极、环绕于该第一驱动电极的N个第一接收电极、环绕于该第二驱动电极的M个第二接收电极、一驱动通道和(N+M)个接收通道。该控制器透过该驱动通道对第一驱动电极和第二驱动电极同时发送一驱动信号。该控制器于发送该驱动信号时透过(N+M)个接收通道接收(N+M)个感应结果。该N个第一接收电极与该M个第二接收电极各对应不同的接收通道。
【专利说明】互容式触控面板及触控系统
【技术领域】
[0001]本发明与触控系统相关，并且尤其与利用单层电极实现触控功能的技术相关。
【背景技术】
[0002]随着科技日益进步，近年来各种电子产品的操作介面都愈来愈人性化。举例而言，透过触控屏幕，使用者可直接以手指或触控笔在屏幕上操作程式、输入讯息/文字/图样，省去使用键盘或按键等输入装置的麻烦。实际上，触控屏幕通常由一感应面板及设置于感应面板后方的显示器组成。电子装置根据使用者在感应面板上所触碰的位置，以及当时显示器所呈现的画面，来判断该次触碰的意涵，并执行相对应的操作结果。
[0003]现有的触控技术大致分为电阻式、电容式、电磁感应式、超音波式以及光学式几类。电容式触控技术又可进一步分为自容式(self-capacitance)和互容式(mutual-capacitance)两类。相对于互容式触控面板，自容式触控面板能藉由制程较单纯的单层电极结构实现，却存在难以达成多点触控功能的问题。因此，互容式触控面板的应用范围远高于自容式触控面板。
[0004]图1为一互容式触控面板范例。如图1所示，感应面板后方设有构成矩阵图样的透明电极。此例中平行于X方向者为驱动电极，平行于Y方向者为接收电极。每条驱动电极各自连接至一驱动器12，每条接收电极各自连接至一接收器14。一般而言，这些驱动器12会依序送出驱动信号，这些接收器14则持续接收感应信号。当触碰发生时，对应于触碰点的驱动电极和接收电极间会出现电容耦合现象，导致与互容量相关的感应信号发生变化。根据触碰发生时送出驱动信号的驱动器12的位置，以及检测到感应信号发生变化的接收器14的位置，后续电路即可判断触碰点在X/Y方向上的座标。
[0005]传统上，驱动电极和接收电极是分别设置在不同平面的透明电极。图2(A)为目前最为广泛使用的菱形电极图样。Y座标相同的深色菱形电极16彼此串接，构成平行于X方向的驱动电极；X座标相同的浅色菱形电极18彼此串接，构成平行于Y方向的驱动电极。由于深色菱形电极16及浅色菱形电极18是位于不同平面，所以两种电极在图面中重迭的部份实体上并未相连。
[0006]为了降低材料成本，许多制造商将前述双层电极结构压缩为单层电极结构。在现行单层电极结构中，深色菱形电极16及浅色菱形电极18的各菱形主体是设置在同一平面，两种电极在图2(A)中重迭的部份则是以如图2 (B)所示的立体跨桥结构实现。在此范例中，两个深色菱形电极16之间的连接线与菱形主体位于同一平面，但两个浅色菱形电极18间的连接线被设计为曲起状(高于该平面)，以便跨越图中标示为深色的连接线。由此可看出，现行的单层电极结构实际上并非真正的单层结构。由于立体跨桥结构制作不易且良率低，整体而言，为互容式触控面板采用现行单层电极结构可能反而增加制造程序的困难度与成本。
[0007]另一方面，实际上，驱动器12和接收器14通常设置于与感应面板以印刷电路板相连的电路芯片中。耦接于感应面板和电路芯片间的驱动/接收通道(channel)愈多，电路芯片的脚位数量也必须随之增加，意味着更高的生产成本。
【发明内容】
[0008]为了兼顾采用单层电极结构、实现多点触控、减少面板与电路芯片间的脚位数量等需求，本发明提出一种新的互容式触控面板及互容式触控系统，采用不需要立体跨桥结构的单层电极，并且藉由适当配置驱动电极和接收电极，使电极可共用面板与电路芯片间的通道。相较于先前技术，根据本发明的面板及系统能有效降低制程难度、节省生产成本，并提供多点触控的功能。
[0009]根据本发明的一具体实施例为一种单层结构互容式触控面板，受一控制器的控制以运作，该触控面板包含一第一驱动电极、一第二驱动电极、N个第一接收电极、M个第二接收电极、一驱动通道及(N+M)个接收通道。N个第一接收电极环绕该第一驱动电极。M个第二接收电极环绕该第二驱动电极。该控制器透过该驱动通道对该第一驱动电极和该第二驱动电极同时发送一驱动信号。该(N+M)个接收通道各自对应于该N个第一接收电极之一、该M个第二接收电极之一，该N个第一接收电极与该M个第二接收电极各对应不同的接收通道。该控制器于发送该驱动信号时透过该(N+M)个接收通道接收(N+M)个感应结果。N和M为正整数。
[0010]根据本发明的另一具体实施例为一种与一控制器协同运作的单层结构互容式触控面板，其中包含一第一驱动电极、一第二驱动电极、多个第一接收电极、多个第二接收电极、两驱动通道及一接收通道。多个第一接收电极环绕该第一驱动电极。多个第二接收电极环绕该第二驱动电极。两驱动通道分别对应于该第一驱动电极和该第二驱动电极。该控制器以时间交错的方式透过该两驱动通道对该第一驱动电极和该第二驱动电极各自发送一驱动信号。该接收通道，供连接至该多个第一接收电极的一与该多个第二接收电极之一，该控制器透过该接收通道接收一感应结果。
[0011]根据本发明的另一具体实施例为一种单层结构互容式触控系统，其中包含一第一驱动电极、一第二驱动电极、N个第一接收电极、M个第二接收电极、一驱动通道、(N+M)个接收通道及一控制器。N个第一接收电极环绕该第一驱动电极。M个第二接收电极环绕该第二驱动电极。(N+M)个接收通道各自对应于该N个第一接收电极之一、该M个第二接收电极之一，该N个第一接收电极与该M个第二接收电极各对应不同的接收通道。该控制器透过该驱动通道对该第一驱动电极和该第二驱动电极同时发送一驱动信号。该控制器于发送该驱动信号时透过该(N+M)个接收通道接收(N+M)个感应结果。N和M为正整数。
[0012]根据本发明的另一具体实施例为一种单层结构互容式触控系统，包含一第一驱动电极、一第二驱动电极、多个第一接收电极、多个第二接收电极、两驱动通道、一接收通道及一控制器。多个第一接收电极环绕该第一驱动电极。多个第二接收电极环绕该第二驱动电极。两驱动通道分别对应于该第一驱动电极和该第二驱动电极。该多个第一接收电极的一与该多个第二接收电极的一连接至该接收通道。该控制器以时间交错的方式透过该两驱动通道对该第一驱动电极和该第二驱动电极各自发送一驱动信号。该控制器透过该接收通道接收至少一感应结果。
[0013]关于本发明的优点与精神可以藉由以下发明详述及附图得到进一步的了解。【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1绘示了一互容式触控面板范例。
[0015]图2㈧为菱形电极图样示意图。图2(B)用以说明现行单层电极结构中的立体跨桥结构。
[0016]图3(A)为根据本发明的一实施例中的电极配置范例。图3(B)及图3(C)用以说明电极间的感应区域。
[0017]图4(A)为根据本发明的一实施例中的电极配置范例，图4(B)绘示这些电极的通道布线范例。
[0018]图5(A)为根据本发明的另一实施例中的电极配置范例。
[0019]图5(B)及图5(C)用以说明这些电极的运作逻辑。
[0020]主要元件符号说明
[0021]12:驱动器14:接收器
[0022]16、18:电极Dl~D6、A~F:驱动电极
[0023]町18、&1:接收电极广8:可变电极
【具体实施方式】
[0024] 根据本发明的一实施例为一互容式触控面板，其中的驱动电极和接收电极各自的平面轮廓为菱形；图3(A)为这些电极的配置范例。为便于说明，图3(A)仅呈现该互容式触控面板中的三个驱动电极(D1~D3)及其邻近的接收电极(R1~R8)。
[0025]会受到使用者触碰影响的电力线主要分布在驱动电极及其邻近接收电极相互平行的边线间。举例而言，驱动电极Dl和接收电极Rl之间定义有一感应区域，驱动电极Dl和接收电极R2之间定义有另一感应区域。依此类推，驱动电极DfD3各自对应于四个不同的感应区域。当与此互容式触控面板协同运作的控制器(未绘示)对驱动电极Dl发送驱动信号时，该控制器可同时令接收电极Rl、R2、R5、R6接收感应结果，并根据这四个感应结果判断使用者是否碰触驱动电极Dl周围的四个感应区域。同理，当控制器对驱动电极D3发送驱动信号时，该控制器可同时令接收电极R3、R4、R7、R8接收感应结果，并根据这四个感应结果判断使用者是否碰触驱动电极D3周围的四个感应区域。
[0026]于此实施例中，控制器同时对驱动电极Dl、D3发送一驱动信号，并且于发送该驱动信号时接收来自接收电极Rf R8的感应结果。由于驱动电极Dl以及D3相对应的八个感应区域RfRS各自独立，即便使用者同时触碰其中的多个感应区域，控制器亦可明确辨认，不致混淆，因此能实现多点触控的功能。举例而言，若控制器发现接收电极R5、R4、R8提供的感应信号同时出现变化，即可判定使用者同时触碰如图3(B)中以虚线标示的三个区域。
[0027]由上述运作逻辑可看出，既然控制器同时对驱动电极D1、D3发送同样的驱动信号，驱动电极D1、D3可共用连接至控制器的驱动通道。相较于令驱动电极D1、D3透过不同的驱动通道连接至控制器，共用驱动通道可节省控制器所在芯片的脚位。即使不共用驱动通道，控制器亦可同时对驱动电极Dl、D3发送驱动信号，以节省扫描整个互容式触控面板的时间。简言之，共用同一通道的两电极必为同时受到驱动/接收感应，而未共用同一通道的两电极亦可能同时受到驱动/接收感应。
[0028]另一方面，为避免控制器混淆感应结果，当驱动电极D1、D3共用连接至控制器的驱动通道，或控制器同时对驱动电极D1、D3发送驱动信号时，接收电极RfRS中的任两个接收电极必定不能共用连接至控制器的接收通道。易言之，接收电极RfRS和控制器之间必须设有八个不同的接收通道，分别对应于接收电极Rf R8。实务上，控制器可同时接收来自接收电极RfRS的感应结果，亦可于发送驱动信号的期间依序接收这八个感应结果。
[0029]相对地，在此实施例中，由于驱动电极Dl、D2共同对应于接收电极R2、R6，控制器不会同时对驱动电极Dl、D2发送驱动信号。若控制器同时对驱动电极Dl、D2发送驱动信号，当控制器发现接收电极R2提供的感应信号出现变化，控制器将无法分辨是图3(C)中的哪一个以虚线标示的感应区域被使用者碰触。
[0030]图4(A)进一步呈现根据本发明一实施例的互容式触控面板中的更多个驱动电极及其邻近的接收电极。在此实施例中，共用通道的电极被标以相同的名称。以图4(A)中的两个驱动电极Dl为例，对应于左侧的驱动电极Dl的四个接收电极(R1、R2、R5、R6)和对应于右侧的驱动电极Dl的四个接收电极(R3、R4、R7、R8)完全未重复，且这八个接收电极的接收通道亦各不相同。换句话说，只要两驱动电极所对应的接收电极本身以及所连接的接收通道皆不重复，这两个驱动电极便可共用同一驱动通道。
[0031]换个角度来说，在不同时间点受控制器驱动的两驱动电极便可在实体上共用至少一接收电极(例如最左侧的驱动电极Dl、D3共用接收电极R5、R6)，更精确地说，可共用连接至同一接收通道的接收电极(例如最左侧的驱动电极D1、D5共用实体不同但连接至相同接收通道的接收电极Rl、R2、R5、R6)。
[0032]须说明的是，设计者可依实务需求(例如成本或绕线需求)选择性地让驱动电极/接收电极共用驱动通道/接收通道。图4(A)所示的实施例中同时包含有共用驱动通道的驱动电极和共用接收通道的接收电极，并极大化共用驱动通道以及共用接收通道的数量。在完全未共用通道的情况下，原本需要12个不同的驱动通道及20个不同的接收通道；采用根据本发明的共用概念极大化共用驱动通道以及共用接收通道的数量后，仅仅需要6个驱动通道及8个接收通道。在另一实施例中，设计者可仅令驱动电极共用驱动通道，或者是仅令接收电极共用接收通道。于另一实施例中，设计者亦可仅令部分驱动电极共用驱动通道，或者是仅令部分接收电极共用接收通道，自不待言。
[0033]图4(B)进一步呈现了这些电极间的驱动通道/接收通道布线的一实施例。值得注意的是，这些驱动电极(DfD6)、接收电极(RfRS)及通道都可被设置于同一平面，且所有的驱动通道和接收通道的布线不会互相重迭，因此不需要先前技术中的立体跨桥结构。实务上，电极元件的数量、形状和排列方式皆不以图4(B)所示的实施例为限，且这些布线可被更密集地配置，以缩短相邻电极元件的间距。须说明的是，通道的相连可以在触控面板和控制器之间的印刷电路板上实现，不限定在触控面板本身的电路走线便相连。
[0034]由以上说明可知，根据本发明的互容式触控面板可兼顾采用单层电极结构、实现多点触控、减少面板与电路芯片间的脚位数量等需求。
[0035]根据本发明的另一实施例为一互容式触控面板，其中的驱动电极和接收电极各自的平面轮廓为一三角形；图5(A)显示一实施例中电极的配置。为保持图面清晰，连接电极和控制器的通道未绘示于图5(A)中；编号相同的电极连接至同一通道。编号的电极为固定的接收电极，编号A>的电极为固定的驱动电极，编号1-8的电极则为可变电极(有时被切换为接收电极、有时被切换为驱动电极)。图5(B)用以说明控制器将可变电极1-8设定为接收电极且透过同一驱动通道驱动左半平面的六个驱动电极A的运作。图5(B)中于各电极间所标示的黑色实心圆点即为此状况下能检测使用者碰触的感应区域的中心位置。图5(C)用以说明控制器将可变电极1、5设定为驱动电极且将可变电极3、7设定为接收电极时的运作，图中所标示的黑色实心圆点即为此状况下能检测使用者碰触的感应区域的中心位置。透过轮流分时驱动驱动电极A>及可变电极f 8，即可完整感测整个互容式触控面板。其他电极的控制逻辑可依此类推，不再赘述。
[0036]如先前所述，只要两驱动电极所对应的接收电极本身或所连接的接收通道皆不重复，这两个驱动电极便可共用同一驱动通道。此外，只要两接收电极所对应的驱动电极不会被同时驱动，这两个接收电极便可共用同一接收通道。由图5(A)可看出，上述实施例总共需要6个驱动通道、9个接收通道和8个可变通道；这些通道的数量显然少于电极的数量。与前一个实施例相同的是，这些电极和通道皆可被设置于同一平面，不需要跨桥结构。
[0037]根据本发明的另一实施例是除了前述互容式触控面板(图样可为如图4(A)或图5(A)所示)之外进一步包含一控制器的互容式触控系统。举例而言，根据本发明的互容式触控面板可被整合于包含触控面板控制器的移动通讯设备、平板电脑、个人电脑或是互动式资讯显示看板等电子系统中。
[0038]如上所述，为了兼顾采用单层电极结构、实现多点触控、减少面板与电路芯片间的脚位数量等需求，本发明提出一种新的互容式触控面板及互容式触控系统，采用不需要立体跨桥结构的单层电极，并且藉由适当配置驱动电极和接收电极，使电极可共用面板与电路芯片间的通道。相较于先前技术，根据本发明的面板及系统能有效降低制程难度、节省生产成本，并提供多点触控的功能。
[0039]藉由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示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。
【权利要求】
1.一种单层结构互容式触控面板，受一控制器的控制以运作，该触控面板包含: 一第一驱动电极； 一第二驱动电极； N个第一接收电极，环绕该第一驱动电极； M个第二接收电极，环绕该第二驱动电极； 一驱动通道，该控制器透过该驱动通道对该第一驱动电极和该第二驱动电极同时发送一驱动信号；以及 (N+M)个接收通道，各自对应于该N个第一接收电极之一或该M个第二接收电极之一，该N个第一接收电极与该M个第二接收电极各对应不同的接收通道，该控制器于发送该驱动信号时透过该(N+M)个接收通道接收(N+M)个感应结果，N和M为正整数。
2.如权利要求1所述的互容式触控面板，其特征在于，该第一驱动电极与该第二驱动电极连接至同一驱动通道。
3.如权利要求1所述的互容式触控面板，其特征在于，该控制器同时透过该(N+M)个接收通道接收该(N+M)个感应结果。
4.如权利要求1所述的互容式触控面板，其特征在于，该第一驱动电极、该第二驱动电极、该N个第一接收电极与该M个第二接收电极的平面轮廓为一菱形或一三角形。
5.如权利要求1所述的互容式触控面板，其特征在于，进一步包含: 一第三驱动电极，该控制器以时间交错的方式驱动该第三驱动电极与该第一驱动电极；以及 P个第三接收电极，各自对应于该第三驱动电极，P为一正整数，且该P个第三接收电极的一与该N个第一接收电极的一连接至同一接收通道。
6.如权利要求5所述的互容式触控面板，其特征在于，该第一驱动电极、该第二驱动电极、该第三驱动电极、该N个第一接收电极、该M个第二接收电极与该P个第三接收电极的平面轮廓为一菱形。
7.如权利要求6所述的互容式触控面板，其特征在于，N、M、P分别等于4，该第一驱动电极、该第三驱动电极和该第二驱动电极以顶点相邻排为一列，该四个第一接收电极环绕该第一驱动电极的四个边线排列，该四个第二接收电极环绕该第二驱动电极的四个边线排列，该四个第三接收电极环绕该第三驱动电极的四个边线排列；该四个第一接收电极中有两个第一接收电极同时为该四个第三接收电极中的两个第三接收电极，且该四个第二接收电极中有两个第二接收电极同时为该四个第三接收电极中的另外两个第三接收电极。
8.一种单层结构互容式触控面板，与一控制器协同运作，该触控面板包含: 一第一驱动电极； 一第二驱动电极； 多个第一接收电极，环绕该第一驱动电极； 多个第二接收电极，环绕该第二驱动电极； 两驱动通道，分别对应于该第一驱动电极和该第二驱动电极，该控制器以时间交错的方式透过该两驱动通道对该第一驱动电极和该第二驱动电极各自发送一驱动信号；以及 一接收通道，供连接至该多个第一接收电极的一与该多个第二接收电极之一，该控制器透过该接收通道接收一感应结果。
9.如权利要求8所述的互容式触控面板，其特征在于，连接至该接收通道的该第一接收电极与该第二接收电极为同一接收电极。
10.如权利要求8所述的互容式触控面板，其特征在于，该第一驱动电极、该第二驱动电极、该多个第一接收电极与该多个第二接收电极各自的平面轮廓为一菱形或一三角形。
11.一种单层结构互容式触控系统，包含: 一第一驱动电极； 一第二驱动电极； N个第一接收电极，环绕该第一驱动电极； M个第二接收电极，环绕该第二驱动电极； 一驱动通道； (N+M)个接收通道，各自对应于该N个第一接收电极之一或该M个第二接收电极之一，该N个第一接收电极与该M个第二接收电极各对应不同的接收通道；以及 一控制器，透过该驱动通道对该第一驱动电极和该第二驱动电极同时发送一驱动信号，且该控制器于发送该驱动信号时透过该(N+M)个接收通道接收(N+M)个感应结果，N和M为正整数。
12.如权利要求11所述的互容式触控系统，其特征在于，该第一驱动电极与该第二驱动电极连接至同一驱动通道。
13.如权利要求11所·述的互容式触控系统，其特征在于，该控制器同时透过该(N+M)个接收通道接收该(N+M)个感应结果。
14.如权利要求11所述的互容式触控系统，其特征在于，该第一驱动电极、该第二驱动电极、该N个第一接收电极与该M个第二接收电极的平面轮廓为一菱形或一三角形。
15.如权利要求11所述的互容式触控系统，其特征在于，进一步包含: 一第三驱动电极，该控制器不同时驱动该第三驱动电极与该第一驱动电极；以及P个第三接收电极，各自对应于该第三驱动电极，P为一正整数，且该P个第三接收电极的一与该N个第一接收电极的一连接至同一接收通道。
16.如权利要求15所述的互容式触控系统，其特征在于，该第一驱动电极、该第二驱动电极、该第三驱动电极、该N个第一接收电极、该M个第二接收电极与该P个第三接收电极的平面轮廓为一菱形。
17.如权利要求16所述的互容式触控系统，其特征在于，N、M、P分别等于4，该第一驱动电极、该第三驱动电极和该第二驱动电极以顶点相邻排为一列，该四个第一接收电极环绕该第一驱动电极的四个边线排列，该四个第二接收电极环绕该第二驱动电极的四个边线排列，该四个第三接收电极环绕该第三驱动电极的四个边线排列；该四个第一接收电极中有两个第一接收电极同时为该四个第三接收电极中的两个第三接收电极，且该四个第二接收电极中有两个第二接收电极同时为该四个第三接收电极中的另外两个第三接收电极。
18.—种单层结构互容式触控系统，包含: 一第一驱动电极； 一第二驱动电极； 多个第一接收电极，环绕该第一驱动电极； 多个第二接收电极，环绕该第二驱动电极；两驱动通道，分别对应于该第一驱动电极和该第二驱动电极； 一接收通道，供连接至该多个第一接收电极的一与该多个第二接收电极之一；以及一控制器，该控制器以时间交错的方式透过该两驱动通道对该第一驱动电极和该第二驱动电极各自发送一驱动信号，且该控制器透过该接收通道接收一感应结果。
19.如权利要求18所述的互容式触控系统，其特征在于，连接至该接收通道的该第一接收电极与该第二接收电极为同一接收电极。
20.如权利要求18所述的互容式触控系统，其特征在于，该第一驱动电极、该第二驱动电极、该多个第一接收电极与该多个第二接收电极各自的平面轮廓为一菱形或一三角形。
【文档编号】G06F3/041GK103576955SQ201210265881
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月23日 优先权日:2012年7月23日
【发明者】洪国强, 叶丁豪 申请人:晨星软件研发(深圳)有限公司, 晨星半导体股份有限公司