电容式触控面板的制作方法
【专利摘要】本发明揭露一种电容式触控面板，包括复数条扫描线、复数条读取线以及复数个电容感测装置，电容感测装置包括晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，该控制端用以接收第一控制信号以控制该晶体管的导通或截止；感测单元，该感测单元具有第三端以及第四端，该第三端电性耦接该第一端于操作节点，且该第四端用以接收第二控制信号，该感测单元用以于该操作节点产生动态信号；以及读取电路，电连接于该第二端，用来于该晶体管被导通时依据该操作节点的该动态信号输出感应输出值。本发明的电容感测装置可提升被触控后的触控判断精准度，实现触控面板大尺寸化。
【专利说明】电容式触控面板
【技术领域】
[0001]本发明关于一种触控面板，尤其涉及一种电容式触控面板。
【背景技术】
[0002]请参见图1和图2，图1所示为现有技术中的电容式触控面板的示意图，图2所示为图1中的电容感测装置的等效电路图。电容式触控面板I包含复数条扫描线Gl?Gn(其中，η为正整数)、复数条读取线Rl?Rn (其中，η为正整数)、复数个以阵列方式来排列的电容感测装置4以及位置判断单元5。其中，扫描线与读取线垂直而交错设置，且并界定出复数个区域，每一区域设置有对应的电容感测装置4。电容感测装置4包括有感测电容Cv(其中亦以Cv表示其电容值)以及读取电路2，感测电容Cv具有第一端6以及第二端7，感测电容Cv的第一端6接收扫描信号，读取电路2通过对应的读取线与感测电容Cv的第二端7电性连接。电容感测装置4用以侦测触控事件，而复数条扫描线Gl?Gn、复数条读取线Rl?Rn分别用以传输扫描信号和感测信号。
[0003]假设以读取线延伸方向为列，以扫描线延伸方向为行，则以同一列中的所有电容感测装置4都连接至同一读取电路2为例进行说明。如图2所示，电容感测装置4主要是通过感测电容Cv的电容值的变化来判断是否有外力施加或人体(手指或其他导体)接触于感测电容Cv上。以手指触碰为例，一个解析度为4X5的触控面板，当手指没接触或触碰到电容式触控面板I时，读取线Ri (其中i为1-η中的任意正整数)所感应到的电压讯号接近于Λ V (Cv/ (5Cv+Cr))，其中Λ V为扫描线Gl的电压变化、Cr为读取线Rl上的电容，当手指触碰到电容式触控面板I时，Ri所感应到的电压讯号接近于Λ V(Cv’ /(5Cv+Cr))，其中Cv’为感测电容因手指接触发生电容值变化后的电容值，因此有手触控与没手触控的电压信号差异接近Λ V [ (Cv-Cv’) / (5Cv+Cr)]，位置判断单元5根据此电压信号差异以及扫描线Gi的扫描信号时序便可判断电容式触控面板I是否有被触控以及被触控的位置。
[0004]然而，当电容式触控面板尺寸越来越大时，电容式触控面板解析度势必也将越来越高，有手触控与没手触控的电压信号差异将越来越小。例如，当一个解析度为200X100的电容式触控面板，其有手触控与没手触控的电压信号差异接近Λ V [(Cv-Cv’ )/(lOOCx+Cr)]，其与解析度为4X5的电容式触控面板相比，电压信号差异可能会小于10倍以上，在不提高后端IC解析能力的情况下，有可能造成后端IC无法判读，使得电容式触控面板实现于大尺寸触控面板的难度增加。
【发明内容】
[0005]因此，本发明的目的之一在于提供一种电容式触控面板，提升电容感测装置被触控后的触控判断精准度，实现触控面板大尺寸化。
[0006]为达上述目的，本发明提供一种电容式触控面板，该电容式触控面板包括:复数条扫描线，用以传输扫描信号；复数条读取线；以及复数个电容感测装置。该电容感测装置包括晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，该控制端用以接收第一控制信号以控制该晶体管的导通或截止；感测单元，该感测单元具有第三端以及第四端，该第三端电性耦接该第一端于操作节点，且该第四端用以接收第二控制信号，该感测单元用以于该操作节点产生动态信号；以及读取电路，通过对应的该读取线电连接于该第二端，用来于该晶体管被导通时依据该操作节点的该动态信号输出感应输出值。
[0007]作为可选的技术方案，该感测单元为感测电容，该感测单元根据电容值的改变，产生对应的该动态信号。
[0008]作为可选的技术方案，该第一控制信号为该扫描信号，且该第一控制信号与该第二控制信号相同。
[0009]作为可选的技术方案，该第二控制信号为该扫描信号，该晶体管的该控制端耦接于独立控制信号产生器，该独立控制信号产生器产生该第一控制信号予该晶体管。
[0010]作为可选的技术方案，该第一控制信号的开启时间优先于该第二控制信号的开启时间。
[0011]作为可选的技术方案，于该控制端电性耦接该第三端以及该第一端于该操作节点，该第一控制信号为该操作节点的动态信号。
[0012]作为可选的技术方案，该读取电路包括积分电路，该积分电路耦接于该第二端，该积分电路包括:运算放大器，包括第一输入端、第二输入端以及输出端，该第一输入端耦接参考信号，该第二输入端接收该动态信号，所述运算放大器依据该动态信号以及该参考信号，输出该感应输出值；回授电容，电性I禹接于该第二输入端与该输出端之间；以及第一开关元件，与该回授电容并联，并在作动后重置该回授电容的电荷量。
[0013]作为可选的技术方案，该读取电路还包括第二开关元件，该第二开关元件的一端耦接该第二端，该第二开关元件的另一端耦接参考信号；或者该读取电路还包括差分器。
[0014]作为可选的技术方案，该晶体管为薄膜晶体管开关，该晶体管的控制端为栅极，该第一端为漏极，该第二端为源极。
[0015]作为可选的技术方案，该电容式触控面板还包括位置判断单元，该位置判断单元电性耦接复数个该读取电路，并依据该感应输出值判断该电容式触控面板上的触碰位置。
[0016]与现有技术相比，本发明的电容式触控面板，其电容感测装置于感测电容与读取电路之间设置晶体管，通过晶体管的导通与截止来导通或隔断感测电容与读取电路之间的连接，使得读取电路仅读取单一电容感测装置的感测电容的感应输出值，提升电容感测装置被触控后的触控判断精准度，实现触控面板大尺寸化。
[0017]关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1所示为现有技术中的电容式触控面板的示意图；
[0019]图2所示为图1中的电容感测装置的等效电路图；
[0020]图3所示为根据本发明的电容式触控面板的示意图；
[0021]图4所示为根据本发明的第一实施方式的电容感测装置的等效电路示意图；
[0022]图5所示为根据本发明的电容感测装置的信号波形图；
[0023]图6所示为根据本发明的第二实施方式的电容感测装置的等效电路示意图；
[0024]图7所示为根据本发明的第三实施方式的电容感测装置的等效电路示意图；
[0025]图8所示为图7中的电容感测装置的输出信号波形图；
[0026]图9所示为根据本发明的第四实施方式的电容感测装置的等效电路示意图；
[0027]图10所示为根据本发明的第五实施方式的电容感测装置的等效电路示意图；
[0028]图11所示为根据本发明的第六实施方式的电容感测装置的等效电路示意图；
[0029]图12所示为根据本发明的第六实施方式的电容感测装置的控制信号的时序图。
【具体实施方式】
[0030]本发明的概念将搭配不同实施例与相关图标来进行说明。其中，于不同图标中具有相同标号的组件或装置代表着其有相似的操作原理与技术功效。故，以下内文将会省略重复性的叙述。再者，文中不同实施例中所提及的不同技术特征，并不局限于该实施例，事实上，于本发明的合理范围中，可通过对某个实施例的适当修改，以使其具备其它实施例所特有的技术特征。
[0031]请参见图3，图3所示为根据本发明的电容式触控面板的示意图。本发明提供一种电容式触控面板10，电容式触控面板的应用范例可包含触控感测显示装置，例如桌上型显示器、手机的显示面板或笔记型计算机的显示面板等。电容式触控面板10包含复数条扫描线Gl?Gn (其中，η为正整数)、复数条读取线Rl?Rn (其中，η为正整数)以及复数个以阵列方式来排列的电容感测装置14，其中，复数条扫描线Gl?Gn与复数条读取线Rl?Rn垂直而交错设置，且并界定出复数个区域，每一区域设置有对应电容感测装置14。电容感测装置14用以侦测触控事件的发生，而复数条扫描线Gl?Gn、复数条读取线Rl?Rn分别用以传输扫描信号和感测信号。当然，如果电容式触控面板为内建式的触控面板，则其还包括有像素单元，用来显示影像。由于这些组件的操作与原理为本发明所属【技术领域】人士所知悉，在此不多作赘述。而且需说明的是，依据不同的实施方式，前述电容式触控面板10还可包括其它电路或元件(如:数据驱动电路、栅极驱动电路、数据线…等等)，然而为方便及清楚说明起见，图3仅例示性地绘示部分电路及元件，但其并非用以限制本发明。
[0032]其中，假设以读取线延伸方向为列，以扫描线延伸方向为行，则以同一列中的电容感测装置都连接至同一读取电路为例进行说明，亦即复数个电容感测装置中属于电容式触控面板10中同一列的共享一条读取线及读取电路的，属于同一行的则共享一条扫描线。当然也并不以此为限，亦可是同一列中的所有电容感测装置中的至少两者连接至同一读取电路，此处可以根据具体需要而设定。
[0033]此外，电容式触控面板10还包括位置判断单元15，位置判断单元15电性耦接电容感测装置14的读取电路12，并依据读取电路12输出的感应输出值判断电容式触控面板10上的触碰位置。
[0034]请同时参见图4，图4所示为根据本发明的第一实施方式的电容感测装置的等效电路图，其中本发明以其中一区域(例如扫描线Gl、G2以及读取线Rl所界定的区域)中的电容感测装置14为例进行说明，并非用以限定本发明。电容感测装置14包括晶体管Tl、感测单元以及读取电路12。晶体管Tl具有控制端21、第一端22以及第二端23，控制端21用以接收第一控制信号以控制晶体管Tl的导通或截止。读取电路12通过对应的读取线与晶体管Tl的第二端23电性连接。本实施方式中，晶体管Tl的控制端21电性连接至扫描线G1，接收扫描线Gl上的扫描信号。也就是说，以扫描线Gl上的扫描信号作为控制晶体管Tl截止或导通的第一控制信号。举例来说，高电位的第一控制信号可使晶体管Tl导通，其中，晶体管Tl可例如是金属氧化物半导体场效应晶体管开关或薄膜晶体管开关。晶体管Tl的控制端21例如为栅极，第一端22例如为漏极，第二端23例如为源极。
[0035]感测单元具有相对的第三端24以及第四端25，第三端24电性耦接晶体管Tl的第一端22于操作节点Y，且第四端25用以接收第二控制信号，感测单元用以于操作节点Y产生动态信号。本实施方式中，感测单元的第四端25亦电性连接至扫描线G1，因而第二控制信号也为扫描线Gl扫描信号，亦即第二控制信号与晶体管Tl的控制端21接收的第一控制信号相同。其中感测单元例如为感测电容Cv，感测单元Cv根据电容值的改变，产生对应的动态信号。由于感测电容Cv的电容值改变后会导致其端部节点即操作节点Y的电流或电压发生变化，所以这里的动态信号可以理解为电流信号或电压信号。另外，电容感测装置可为自电容型电容感测装置、互电容型电容感测装置或其他任何形式的电容感测装置。自电容检测的是每个感应单元的电容(也就是寄生电容)的变化，有手指存在时寄生电容会增力口，从而判断有触摸存在。而互电容是检测行列交叉处的互电容(也就是耦合电容)的变化，当行列交叉通过时，行列之间会产生互电容(包括:行列感应单元之间的边缘电容，行列交叉重叠处产生的耦合电容)，有手指存在时互电容会减小，就可以判断触摸存在，并且准确判断每一个触摸点位置。而感测电容Cv的电容值的改变可以通过多种方式，例如是施力改变感测电容Cv在结构上的间隙距离以改变电容值，或是利用人体如手指的碰触改变感测电容Cv的电容值。
[0036]请参见图5，图5所示为根据本发明的电容感测装置的信号波形图，VGl表示扫描线Gl的信号波形，Vl表示电容感测装置14未被触控时，读取线Rl上的电压波形；V2表示电容感测装置14被触控时，读取线Rl上的电压波形。比较上述V1、V2，当电容感测装置14被触控时，触控位置相对的感测电容Cv的电容值会发生变化，与感测电容Cv连接的读取线Rl上的电压亦会发生变化。在图5所示的波形中，对应触控位置的电容感测装置14输出的电压增加。
[0037]读取电路12电连接于晶体管Tl的第二端23，用来于晶体管Tl被导通时依据操作节点Y的动态信号输出感应输出值，且在本实施方式中读取电路12是通过读取线Rl与晶体管Tl的第二端23电性连接的。而读取电路12会通过读取线Rl来读取电容感测装置14所产生的感应输出值并输出，之后位置判断单元15会依据感应输出值来判断触碰操作是否进行以及该触碰操作于电容式触控面板上的触碰位置。此外，在读取线Rl上例如还可设置有电容Cr。
[0038]另外，由于为简化电容式触控面板的电路设计及制造成本等，一般都会将同一列中的所有像素区域的电容感测装置连接至同一读取线或读取电路12，如此当读取电路12通过读取线Rl来读取复数个电容感测装置中的某一个电容感测装置14的感应输出值时，若其它电容感测装置14也同时输出感应输出值至对应的读取线Rl时，将会干扰原本的读取操作。而晶体管Tl的存在可隔离其它电容感测装置的操作节点Y的感应输出值的输出，且唯有当电容感测装置操作在读取阶段时，晶体管Tl才会通过第一控制信号的控制而被导通，使得操作节点Y的动态信号得以通过晶体管Tl输出至读取线Rl上，借此避免交互干扰，增加信噪比，进行触碰状态检测的解析度将可以有效增加。
[0039]进而的，位置判断单元15则会依据读取电路12输出的感应输出值及扫描线的时序信号，判断电容式触控面板10上被触碰的位置。
[0040]请参见图6，图6所示为根据本发明的第二实施方式的电容感测装置的等效电路图。本实施方式中，电容感测装置34与第一实施方式中的电容感测装置14类似，不同之处在于，晶体管Tl的控制端21电性耦接感测单元Cv的第三端24以及晶体管Tl的第一端22于操作节点Y，晶体管Tl的控制端21接受的第一控制信号即来自于操作节点Y的动态信号。
[0041]请参见图7，图7所示为根据本发明的第三实施方式的电容感测装置的等效电路图。本实施方式中，电容感测装置44与第一实施方式中的电容感测装置14类似，不同之处在于，读取电路12还包括积分电路40，积分电路40耦接于晶体管Tl的第二端23，积分电路40包括运算放大器41、回授电容43以及第一开关元件42。运算放大器41包括第一输入端、第二输入端以及输出端，第一输入端耦接参考电压Vr，第二输入端连接电性连接晶体管Tl的第二端23以接收操作节点Y的动态信号，运算放大器41依据动态信号(例如动态电压Vy)以及参考信号Vr，输出感应输出值Vo。回授电容43电性耦接于运算放大器41的第二输入端与输出端之间；第一开关元件42则与回授电容43并联，并在作动后重置回授电容43的电荷量。
[0042]请参见图8，图8所示为根据图7中的电容感测装置的感应输出值的信号波形图。其中Vo1表示电容感测装置未被触控时，读取电路12 (以读取电路为积分器为例)的输出端输出的感应输出值的电压波形；Vo2表不电容感测装置被触控时，读取电路12的输出端输出的感应输出值的电压波形。比较上述％、V2, Vo1, Vo2，当电容感测装置被触控时，触控位置相对的感测电容Cv的电容值会发生变化，与该感测电容Cv连接的读取线Rl上的电压亦会发生变化，从而使读取电路12输出的电压发生变化。结合图5和图8所示的波形中，可知本实施方式中对应触控位置的电容感测装置输出的电压是增加的。
[0043]请参见图9，图9所示为根据本发明的第四实施方式的电容感测装置的等效电路图。本实施方式中，电容感测装置54与第一实施方式中的电容感测装置14类似，不同之处在于读取电路12还包括第二开关元件51，第二开关元件51的一端耦接晶体管Tl的第二端23，另一端耦接参考电压Vr。
[0044]另一实施方式中，读取电路12例如还包括差分器，用以放大读取电路12接收的来自操作节点Y的动态信号。请参见图10，图10所示为根据本发明的第五实施方式的电容感测装置的等效电路图。本实施方式中，电容感测装置64与第一实施方式中的电容感测装置14类似，不同之处在于读取电路12还包括差分器61。其中，差分器61的第一输入端耦接电容感测装置64的读取线Rl，第二输入端耦接电容感测装置65的读取线R2，其中电容感测装置64与电容感测装置65为位于电容式触控面板10上同一行共享一条扫描线(例如扫描线Gl)的两个电容感测装置。其中一电容感测装置(例如为电容感测装置64)被触控，另一电容感测装置(例如为电容感测装置65)未被触控，差分器61对电容感测装置64的操作节点Yl以及电容感测装置65的操作节点Y2对应的动态电压进行差值比较。也就是说，感测电容Cv的电容值是依据感测电容Cv对应于电容式触控面板10上的位置是否被触碰而决定。当感测电容Cv1 (例如为电容感测装置64)对应于电容式触控面板10上的位置被触碰时，电容感测装置64的感测电容Cvl的电容值会产生一对应的变化。其他的感测电容Cv2 (例如为电容感测装置65)的电容值可作为测量电容感测装置64的感测电容Cv1时的参考信号。差分器61进行差值比较，比较并放大感测电容Cv1的动态信号及参考信号的电压差值(Vop-Von)，并输出至位置判断单元15，位置判断单元15依据电压差值信号判断触碰动作发生的位置，以提升判断触碰位置的准确率。
[0045]请参见图11和图12，图11所示为根据本发明的第六实施方式的电容感测装置的等效电路图，图12所示为根据本发明的第六实施方式的电容感测装置的控制信号的时序图。本实施方式中，电容感测装置74与第一实施方式中的电容感测装置14类似，不同之处在于第二控制信号为扫描信号，例如为扫描线Gl的扫描信号，而晶体管Tl的控制端21耦接于独立控制信号产生器，该独立控制信号产生器产生第一控制信号Ctrl (例如栅极控制信号)予晶体管Tl。另外，由于在触控面板运作中，很多情况下，晶体管都是操作在Vgs (控制端与第一端的电压差)小于O的状态下，因此长期操作下，晶体管电流电压曲线都会发生偏移，晶体管变得容易漏电，造成触控感应的误判。因而为补偿晶体管在对应电容感测装置被触控后感测信号(即操作节点的动态信号)传输或感测的准确度，第一控制信号Ctrl的开启时间较佳地优先于该第二控制信号(本实施方式中即为扫描线Gl的扫描信号)的开启时间。
[0046]而在其他实施方式中，任何可感测感测电容的电压变动的电路都可用来实现读取电路。
[0047]综上所述，本发明的电容式触控面板，其电容感测装置于感测电容与读取电路之间设置晶体管，通过晶体管的导通与截止来导通或隔断感测电容与读取电路之间的连接，使得读取电路仅读取单一电容感测装置的感测电容的感应输出值，提升电容感测装置被触控后的触控判断精准度，实现触控面板大尺寸化。
[0048]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，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的保护范围加以限制。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权利要求的保护范围内。因此，本发明所申请的权利要求的保护范围应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。
【权利要求】
1.一种电容式触控面板,其特征在于该电容式触控面板包括: 复数条扫描线，用以传输扫描信号； 复数条读取线；以及 复数个电容感测装置，该电容感测装置包括 晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，该控制端用以接收第一控制信号以控制该晶体管的导通或截止； 感测单元，该感测单元具有第三端以及第四端，该第三端电性耦接该第一端于操作节点，且该第四端用以接收第二控制信号，该感测单元用以于该操作节点产生动态信号；以及 读取电路，通过对应的该读取线电连接于该第二端，用来于该晶体管被导通时依据该操作节点的该动态信号输出感应输出值。
2.如权利要求1所述的电容式触控面板，其特征在于该感测单元为感测电容，该感测单元根据电容值的改变，产生对应的该动态信号。
3.如权利要求1所述的电容式触控面板，其特征在于该第一控制信号为该扫描信号，且该第一控制信号与该第二控制信号相同。
4.如权利要求1所述的电容式触控面板，其特征在于该第二控制信号为该扫描信号，该晶体管的该控制端耦接于独立控制信号产生器，该独立控制信号产生器产生该第一控制信号予该晶体管。
5.如权利要求4所述的电容式触控面板，其特征在于该第一控制信号的开启时间优先于该第二控制信号的开启时间。
6.如权利要求1所述的电容式触控面板，其特征在于该控制端电性耦接该第三端以及该第一端于该操作节点，该第一控制信号为该操作节点的动态信号。
7.如权利要求1所述的电容式触控面板，其特征在于该读取电路包括积分电路，该积分电路耦接于该第二端，该积分电路包括: 运算放大器，包括第一输入端、第二输入端以及输出端，该第一输入端I禹接参考信号，该第二输入端接收该动态信号，所述运算放大器依据该动态信号以及该参考信号，输出该感应输出值； 回授电容，电性耦接于该第二输入端与该输出端之间；以及 第一开关元件，与该回授电容并联，并在作动后重置该回授电容的电荷量。
8.如权利要求1所述的电容式触控面板，其特征在于该读取电路还包括第二开关元件，该第二开关元件的一端耦接该第二端，该第二开关元件的另一端耦接参考信号；或者该读取电路还包括差分器。
9.如权利要求1所述的电容式触控面板，其特征在于该晶体管为薄膜晶体管开关，该晶体管的该控制端为栅极，该第一端为漏极，该第二端为源极。
10.如权利要求1所述的电容式触控面板，其特征在于该电容式触控面板还包括位置判断单元，该位置判断单元电性耦接复数个该读取电路，并依据该感应输出值判断该电容式触控面板上的触碰位置。
【文档编号】G06F3/044GK104182099SQ201310188483
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月21日 优先权日:2013年5月21日
【发明者】钟岳宏, 徐雅玲, 廖烝贤 申请人:友达光电股份有限公司