触控侦测电路的制作方法
【专利摘要】一种触控侦测电路。所述触控侦测电路包括触控单元、比较单元以及触控结果产生单元。触控单元依据被触碰状态以提供侦测信号。比较单元耦接触控单元并提供参考电流。比较单元依据侦测信号与第一参考电压的电压差来产生触控状态电流，并比较参考电流以及触控状态电流来产生比较电压。触控结果产生单元耦接比较器，并依据比较电压来提供触控结果信号。本发明的触控侦测电路可藉由分析触控结果信号来得知触控面板目前的触碰状态并得知触控面板上触控点的位置。
【专利说明】触控侦测电路
【技术领域】
[0001] 本发明是有关于一种触控电路，且特别是有关于一种触控侦测电路。
【背景技术】
[0002] 随着科技的发展与进步，电子产品的用户接口也由传统的按键、键盘或鼠标逐渐 演变为更为人性化的触控式接口。举例来说，使用者可利用手指或触控光笔在光感应式的 触控面板上进行触控操作。另一方面，在触控面板中常会利用光侦测电路来感应目前用户 的触控位置。举例来说，图1绘示一种光侦测电路100的示意图。光侦测电路100可应用 于光感应式的触控面板以侦测触控面板的触控点位置。
[0003] 光侦测电路100包括晶体管Q、电容C以及光侦测晶体管P。触控面板的扫描线 SCAN1可用来控制晶体管Q的开关状态。光侦测晶体管P在不同强度的光线照射下会产生 不同的电流Id。电容C的一端耦接于晶体管Q，另一端则耦接于电源VDD。电容C是用来储 存电流Id所产生的电荷。当晶体管Q开启时，电容C中储存的电荷会经由晶体管Q传送至 触控面板的数据线DATA1。由于电流Id不同，电容C中的电荷量也会不同。因此，光侦测电 路100可依据数据线DATA1所接收到的电荷量来判断触控面板目前的触碰情况。
[0004] 然而，当光侦测晶体管P所侦测到的光强度不足或是感光时间不够长时，电容C中 所储存的电荷量过少会使得端点VA的电压不足，导致触控面板无法判断触控点的位置。另 一方面，通常会将光侦测晶体管P的闸极G与源极S两端的电压差（即Vgs)操作在负偏压 下以控制电流Id，但这容易让光侦测晶体管P发生劣化的情形。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种触控侦测电路，藉由增加触控侦测电路的光感应速度以提升触控 面板的光感应敏感度。
[0006] 本发明的触控侦测电路包括触控单元、比较单元以及触控结果产生单元。触控单 元依据被触碰状态以提供侦测信号。比较单元耦接触控单元并提供参考电流。比较单元并 依据侦测信号以及第一参考电压的电压差来产生触控状态电流。比较单元比较参考电流以 及触控状态电流来产生比较电压。触控结果产生单元耦接比较器并依据比较电压来提供触 控结果信号。
[0007] 基于上述，本发明的触控侦测电路中的比较单元藉由比较触控单元在不同的触控 状态下所提供的侦测信号与第一参考电压两者的电压差来产生比较电压。接着，触控结果 产生单元会依据比较电压来提供触控结果信号。如此一来，本发明的触控侦测电路可藉由 分析触控结果信号来得知触控面板目前的触碰状态并得知触控面板上触控点的位置。
[0008] 以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1绘示一种光侦测电路100的示意图。
[0010] 图2?图3A、图4?图8分别绘示本发明多个实施例的触控侦测电路的示意图。
[0011] 图3B绘示图3A触控侦测电路300的读出波形示意图。
[0012] 其中，附图标记
[0013] 100:光侦测电路
[0014] 200、300、400、500、600、700、800 :触控侦测电路
[0015] 202、302、402、502、602、702、802 :触控单元
[0016] 204、304、404、504、604、704、804 :比较单元
[0017] 206、306、406、506、606、706、806 :触控结果产生单元
[0018] A、B:曲线
[0019] C、CT、CR:电容
[0020] DATA1、DATA3 :资料线
[0021] D1 ?D3:二极管
[0022] F :波形周期
[0023] G:闸极
[0024] Id:电流
[0025] IREF1 :参考电流
[0026] IT1、IT2 :触控状态电流
[0027] P、P1?P7 :光侦测晶体管
[0028] S :源极
[0029] SCAN1、SCAN3 :扫描线
[0030] SD1?SD6 :侦测信号
[0031] ST1、ST2 :触控结果信号
[0032] VA、VA1 ?VA3 :端点
[0033] VCOMP、VC0MP1、VC0MP2 :比较电压
[0034] VREF1、VC2、VC4、T1、T2 :参考电压
[0035] VC1、VC3 :参考电压源
[0036] VC5:参考电源
[0037] VDD :电源
[0038] Q、Ml ?M6、ΜΑ、MB1 ?MB4、MCI ?MC2、MD1 ?MD4、MF、
[0039] MN:晶体管
【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解 本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。
[0041] 图2绘示本发明一实施例的触控侦测电路200的示意图。触控侦测电路200包括 触控单元202、比较单元204以及触控结果产生单元206。触控侦测电路200可应用在光感 应式的触控面板中以侦测触控面板上的触控点位置。触控单元202依据被触碰状态以提供 侦测信号SD1。触控单元202可以包括光传感器（Photo Sensor)、光侦测薄膜晶体管（Thin Film Transistor，TFT)或是其他具有光侦测功能的电子组件。触控单元202所感受到的光 强度会随着触控单元202是否被触碰而有所不同。在不同的触碰状态下，触控单元202会 产生不同的侦测信号SD1。其中，侦测信号SD1为电压信号。
[0042] 另一方面，比较单元204可以由TFT或是其他具有比较器功能的电子电路所组成。 比较单元204会耦接触控单元202以接收侦测信号SD1，并比较侦测信号SD1与参考电压 VREF1两者的电压差，来产生不同的触控状态电流。接着，比较单元204会将触控状态电流 与参考电流进行比较，再产生比较电压VC0MP。值得注意的是，参考电流的电流值可以被预 先设定来当作比较基准。
[0043] 触控结果产生单元206耦接比较单元204,触控结果产生单元206接收比较电压 VC0MP后会依据比较电压VC0MP以提供触控结果信号ST1。举例来说，当触控单元202被用 户的手指触碰时，触控单元202接收到的光线会因被使用者的手指遮蔽而减少，侦测信号 SD1的电压会小于参考电压VREF1的电压。比较单元204计算侦测信号SD1的电压与参考 电压VREF1的电压差来产生比较电压VC0MP，并将比较电压VC0MP会传递给触控结果产生单 元206。触控结果产生单元206则可针对比较电压VC0MP进行放大，并提供相对应的触控结 果信号ST1。如此一来，触控侦测电路200可藉由触控结果信号ST1得知目前触控单元202 是处于被触碰的状态。
[0044] 同理可知，当触控单元202未被触碰时，触控单元202因未被物体遮蔽而能接收到 较多的光线，侦测信号SD1的电压会大于参考电压VREF1的电压。如此一来，触控侦测电路 200可藉由与上述范例不同的比较电压VC0MP来得知不同的触控结果信号ST 1，并透过不同 的触控结果信号ST1来得知触控单元202目前未被用户的手指所触碰。
[0045] 更值得一提的，上述的参考电流的电流值可以被设置在第一电流以及第二电流的 电流值间。其中的第一电流是触控单元202有被触碰时比较单元204所对应产生的触控状 态电流，而第二电流则是触控单元202未被触碰时比较单元204所对应产生的触控状态电 流。举例来说，参考电流的电流值可以等于侦测信号SD1的电压与参考电压VREF1的电压 差等于0时，比较单元204对应产生的触控状态电流的电流值。
[0046] 图3A绘示本发明另一实施例的触控侦测电路300的示意图。触控侦测电路300 包括触控单元302、比较单元304以及触控结果产生单元306。触控单元302包括二极管D1 以及光侦测晶体管P1。二极管D1的阳极耦接参考电压源VC1，二极管D1的阴极提供侦测 信号SD2。在此实施例中，光侦测晶体管P1为N型TFT，光侦测晶体管P1具有第一端（例 如汲极）、第二端（例如源极）以及控制端（例如闸极）。光侦测晶体管P1的第一端耦接 二极管D1的阴极，光侦测晶体管P1的第二端及控制端相互耦接至参考电压VC2。从另一个 观点来看，当二极管D1导通时可提供固定的电阻值，而光侦测晶体管P1会随着侦测到的光 强度不同而具有变动的电阻值。因此，触控单元302可视为一个分压电路，其中，二极管D1 与光侦测晶体管P1会针对参考电压源VC1与参考电压VC2的电压差进行分压以产生侦测 信号SD2。
[0047] 比较单元304包括二极管D2以及晶体管Ml。二极管D2的阳极耦接参考电压源 VC3,二极管D2的阴极产生比较电压VC0MP1。二极管D2用以产生参考电流IREF1。在此实 施例中，晶体管Ml为N型TFT，晶体管Ml具有第一端（例如汲极）、第二端（例如源极）以 及控制端（例如闸极）。晶体管Ml的第一端耦接至二极管D2的阴极，晶体管Ml的控制端 用以接收侦测信号SD2,晶体管Ml的第二端则耦接至参考电压VC4。假设侦测信号SD2为 电压信号，晶体管Ml会依据侦测信号SD2与参考电压VC4两者的电压差来产生触控状态电 流 IT1。
[0048] 举例来说，当使用者的手指触碰到触控单元302时，光侦测晶体管P1所接收到的 光线会比使用者的手指未接触触控单元302时来的少。因此，触控单元302在不同的触碰 状态下，光侦测晶体管P1所产生的漏电流也会不同。换句话说，二极管D1的阴极端所提供 的侦测信号SD2也会不同。因此，对晶体管Ml而言，触控单元302在不同的触碰状态下，控 制端与第二端两端所产生的电压差（Vgs)也会有所差异，并使得晶体管Ml所产生的触控状 态电流IT1不相同。在此实施例中，二极管D2所提供的参考电流IREF1可视为一个固定的 参考电流。比较单元304则针对不同的触控状态电流IT1与参考电流IREF1做比较，再依 据比较结果产生比较电压VC0MP1，详细说明请参考后述。
[0049] 触控结果产生单元306包括晶体管MA以及晶体管丽。在此实施例中，晶体管MA 与晶体管MN为N型TFT。晶体管MA具有第一端（例如汲极）、第二端（例如源极）以及控 制端（例如闸极）。晶体管MA的第一端接收参考电源VC5,晶体管MA的控制端耦接比较电 压VC0MP1。晶体管丽具有第一端（例如汲极）、第二端（例如源极）以及控制端（例如 闸极）。晶体管MN的第一端耦接至晶体管Μ的第二端，晶体管MN的控制端耦接至扫描线 SCAN3,晶体管ΜΝ的第二端产生触控结果信号ST2并传至耦接的资料线DATA3。
[0050] 图3Β绘示图3Α触控侦测电路300的读出波形示意图。其中，图3Β的横轴代表时 间，单位可以为微秒（μ s)，纵轴则代表电压，单位可以为毫伏（mV)，F代表波形周期。请同 时参考图3A与图3B，曲线A代表触控单元302未侦测到光线变化时，晶体管Ml汲极的电压 变化。另一方面，曲线B代表触控单元302侦测到光线变化时，晶体管Ml汲极的电压变化。 由曲线B可知，当触控单元302侦测到光线变化时，晶体管Ml汲极的电压只需要0. 01个F 的时间就可达到比较电压VC0MP1。从另一个观点来看，触控侦测电路300可减少光侦测晶 体管P1的感光时间以增加感应速度。
[0051] 以下将详细说明比较单元304与触控结果产生单元306两者之间的动作关系。比 较单元304所产生的比较电压VC0MP1会被传送至晶体管MA的闸极。在此，晶体管MA可以 作为一个放大器，并依据参考电源VC5及控制端所接收的比较电压VC0MP1来进行放大。放 大后的信号则被传送至晶体管MN，并在当晶体管MN被导通后，放大后的信号透过晶体管MN 传递至数据线DATA3以产生触控结果信号ST2。
[0052] 图4绘示本发明再一实施例的触控侦测电路400的示意图。触控侦测电路400包 括触控单元402、比较单元404以及触控结果产生单元406。触控单元402包括晶体管MD1 以及光侦测晶体管P2。在此实施例中，晶体管MD1为N型TFT，晶体管MD1具有第一端（例 如汲极）、第二端（例如源极）以及控制端（例如闸极）。晶体管MD1的第一端耦接参考电 压源VC1，晶体管MD1的第二端及控制端会共同耦接并提供侦测信号SD3。比较单元404包 括晶体管MB1与晶体管M2。在此实施例中，晶体管MB1与晶体管M2为N型TFT，晶体管MB1 具有第一端（例如汲极）、第二端（例如源极）以及控制端（例如闸极）。晶体管MB1的第 一端接收参考电压源VC3,晶体管MB1的控制端以及第二端共同耦接至晶体管M2的第一端。 从另一个观点来看，图3A中的二极管D1可视为图4中的晶体管MD1，二极管D2可视为晶体 管MB1。另一方面，光侦测晶体管P2、晶体管M2、参考电压VC2、参考电压VC4以及触控结果 产生单元406的耦接关系请参考图3A，不在此赘述。
[0053] 以下将说明触控侦测电路400的操作情形，请同时参考图3。晶体管MD1与光侦测 晶体管P2会针对参考电压源VC1与参考电压VC2的电压差进行分压以产生侦测信号SD3。 另一方面，由于晶体管MB1的控制端与第二端相互耦接，因此晶体管MB1的控制端与第二端 两端的电压差为零。比较单元404会比较晶体管MB1的控制端与第二端两端的电压差（为 零）与晶体管M2的控制端与第二端两端的电压差（侦测信号SD3与参考电压VC4的电压 差）。当侦测信号SD3与参考电压VC4两者的电压差大于零时（例如触碰单元402被手指 触碰），端点VA1的电压会趋近于参考电压VC4。另一方面，当晶体管M2的控制端与第二端 两端的电压差小于零时（例如触碰单元402未被手指触碰），端点VA1的电压会趋近于参考 电压源VC3。如此一来，触碰单元402在不同的触碰情况下，端点VA1的电压就会出现明显 的差异。
[0054] 图5绘示本发明又一实施例的触控侦测电路500的示意图。触控侦测电路500包 括触控单元502、比较单元504以及触控结果产生单元506。触控单元502包括晶体管MD2 以及光侦测晶体管P3。比较单元504包括晶体管MB2与晶体管M3。触控结果产生单元506 的作动情形请参考触控结果产生单元306。请同时参考图4与图5,触控侦测电路400与触 控侦测电路500的差异在于，晶体管M3的控制端与第二端分别接收参考电压VC4与侦测信 号SD4。然而，晶体管M2的耦接关系与晶体管M3相反，晶体管M2的控制端与第二端分别接 收侦测信号SD3与参考电压VC4。
[0055] 图6绘示本发明更一实施例的触控侦测电路600的示意图。触控侦测电路600包 括触控单元602、比较单元604以及触控结果产生单元606。触控单元602包括晶体管MD3、 晶体管MCI、光侦测晶体管P4以及光侦测晶体管P5。比较单元604包括晶体管MB3与晶体 管M4。请同时参考图4至图6,触控单元602与触控单元402以及触控单元502相比，触控 单元602中增加了光侦测晶体管P5以及晶体管MCI。光侦测晶体管P5以及晶体管MCI会 针对参考电压源VC1与参考电压VC4的电压差进行分压以产生参考电压T1。晶体管M4的 控制端接收侦测信号SD5,晶体管M4的第二端则接收参考电压T1。
[0056] 在另一实施例中，晶体管MD3可以用二极管来取代，二极管的阳极耦接至参考电 压源VC1，二极管的阴极用以提供侦测信号SD5。另一方面，晶体管MCI也可以用二极管来 取代，二极管的阳极耦接至参考电压源VC1，二极管的阴极用以提供参考电压T1。在图6的 实施例中，当光侦测晶体管P4与光侦测晶体管P5所受到的光照强度改变时，侦测信号SD5 与参考电压T1也会随之改变。另一方面，请参考图4至图6,图4中晶体管M2的第二端与 图5中晶体管M3的控制端都是耦接到参考电压VC4(可视为一个固定的电压）。然而，晶体 管M4的控制端（接收侦测信号SD5)与第二端（接收参考电压T1)两端的电压差会随着光 强度不同而有较大幅度的改变，并藉以提升触控侦测的敏感度。
[0057] 图7绘示本发明又一实施例的触控侦测电路700的示意图。触控侦测电路700包 括触控单元702、比较单元704以及触控结果产生单元706。触控单元702包括晶体管MD4、 晶体管MC2、光侦测晶体管P6以及光侦测晶体管P7。比较单元704包括晶体管MF、晶体管 MB4以及晶体管M5。在此实施例中，晶体管MF、晶体管MB4以及晶体管M5为N型TFT。晶 体管MF具有第一端（例如汲极）、第二端（例如源极）以及控制端（例如闸极）。晶体管 MF的第一端耦接参考电压源VC3,晶体管MF的第二端产生比较电压VCM0P2。晶体管MB4的 第一端耦接晶体管MF的第二端，晶体管MB4的第二端与控制端共同耦接至晶体管MF的控 制端。在另一实施例中，晶体管MB4可以用二极管取代，二极管的阳极耦接至晶体管MF的 第二端，二极管的阴极则耦接至晶体管MF的控制端。二极管可用来产生参考电流。
[0058] 晶体管M5具有第一端（例如汲极）、第二端（例如源极）以及控制端（例如闸极）。 晶体管M5的第一端耦接晶体管MB4的第二端，晶体管M5的控制端接收侦测信号SD6,晶体 管M5的第二端耦接参考电压T2。晶体管MF依据侦测信号SD6与参考电压T2两者的电压 差来产生触控状态电流IT2。请同时参考图6与图7,值得注意的是，将比较单元704与比 较单元604相比，比较单元704中增加了晶体管MF。晶体管MF可限制流向晶体管MC2与光 侦测晶体管P7的电流大小，可限制触控侦测电路700消耗的工作电流。
[0059] 图8绘示本发明另一实施例的触控侦测电路800的示意图。触控侦测电路800可 适用于电容式触控面板。触控侦测电路800包括触控单元802、比较单元804以及触控结果 产生单元806。触控单元802包括触控侦测电容CT与参考电容CR。触控侦测电容CT的第 一端接收侦测信号SD7,触控侦测电容CT的第二端则用来提供侦测信号SD7。参考电容CR 串接在触控侦测电容CT的第二端以及参考接地端GND间。触控结果产生单元806可以是 模拟数字转换器。在此实施例中，触控结果产生单元806可藉由端点VA3的电压变化来得 知触碰面板的触碰情况。
[0060] 综上所述，本发明的触控侦测电路会利用触控单元依据触控面板不同的触控状态 提供不同的侦测信号。接着，比较单元接收到侦测信号后，会将侦测信号与参考电压相比以 产生比较电压。最后，触控结果产生单元会将比较电压的信号进行放大并提供触控结果信 号。如此一来，本发明的触控侦测电路便可依据触控结果信号来得知触控面板的触控情况。 换句话说，本发明的触控侦测电路藉由分析触控面板在不同的触控状态下所产生的电压差 来判断目前触控面板的触碰情形，用以提升侦测的敏感度。因此，本发明的触控侦测电路可 节省光侦测晶体管所需要的光照时间，以增加侦测速度与敏感性。
[0061] 当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟 悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变 形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1. 一种触控侦测电路，其特征在于，包括： 一触控单元，依据被触碰状态以提供一侦测信号； 一比较单元，耦接该触控单元，提供一参考电流，该比较单元并依据该侦测信号以及一 第一参考电压的电压差来产生一触控状态电流，该比较单元比较该参考电流以及该触控状 态电流来产生一比较电压；以及 一触控结果产生单元，耦接该比较单元，依据该比较电压来提供一触控结果信号。
2. 如权利要求1所述的触控侦测电路，其特征在于，该触控单元包括： 一二极管，其阳极耦接一参考电压源，其阴极提供该侦测信号；以及 一光侦测晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接该二极管的阴极，该 光侦测晶体管的第二端及控制端相互耦接至一第二参考电压。
3. 如权利要求2所述的触控侦测电路，其特征在于，该二极管为一晶体管，具有第一 端、第二端以及控制端，该晶体管的第一端耦接该参考电压源，该晶体管的第二端及控制端 共同耦接并提供该侦测信号。
4. 如权利要求2所述的触控侦测电路，其特征在于，该光侦测晶体管以及该二极管用 以对该参考电压源与该第二参考电压的电压差进行分压以产生该侦测信号。
5. 如权利要求1所述的触控侦测电路，其特征在于，该比较单元包括： 一二极管，其阳极耦接一参考电压源，其阴极产生该比较电压，该二极管用以产生该参 考电流；以及 一第一晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，该第一晶体管的第一端耦接至该二极 管的阴极，该第一晶体管的第二端与控制端的其中之一接收该侦测信号，且该第一晶体管 的第二端与控制端的其中之另一耦接该第一参考电压，该第一晶体管依据该侦测信号以及 该第一参考电压的电压差来产生该触控状态电流。
6. 如权利要求5所述的触控侦测电路，其特征在于，该二极管为一第二晶体管，具有第 一端、第二端以及控制端，该第二晶体管的第一端接收该参考电压源，该第二晶体管的控制 端以及第二端共耦接至该第一晶体管的第一端。
7. 如权利要求1所述的触控侦测电路，其特征在于，该触控单元包括： 一第一二极管，其阳极耦接一参考电压源，其阴极提供该侦测信号； 一第一光侦测晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接该第一二极管的 阴极，该第一光侦测晶体管的第二端及控制端相互耦接至一第二参考电压； 一第二二极管，其阳极耦接该参考电压源，其阴极提供该第一参考电压；以及 一第二光侦测晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接该第二二极管的 阴极，该第二光侦测晶体管的第二端及控制端相互耦接至一第三参考电压。
8. 如权利要求1所述的触控侦测电路其特征在于，该比较单元包括： 一第一晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接一参考电压源，其第二 端产生该比较电压； 一二极管，其阳极耦接该第一晶体管的第二端，其阴极耦接至该第一晶体管的控制端， 该二极管用以产生该参考电流；以及 一第二晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，该第一晶体管的第一端耦接至该二极 管的阴极，该第二晶体管的控制端接收该侦测信号，且该第二晶体管的第二端耦接该第一 参考电压，该第一晶体管依据该侦测信号以及该第一参考电压的电压差来产生该触控状态 电流。
9. 如权利要求8所述的触控侦测电路，其特征在于，该二极管为一第三晶体管，具有第 一端、第二端以及控制端，该第三晶体管的第一端耦接至该第一晶体管的第二端，该第三晶 体管的第二端及控制端共同耦接至该第二晶体管的第一端。
10. 如权利要求1所述的触控侦测电路，其特征在于，该触控结果产生单元包括： 一第一晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收一参考电源，该第一晶 体管的控制端耦接该比较电压；以及 一第二晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接至该第一晶体管的第二 端，该第二晶体管的控制端接收一扫描讯号，该第二晶体管的第二端产生该触控结果信号。
11. 如权利要求1所述的触控侦测电路，其特征在于，该触控单元包括： 一触控侦测电容，具有第一端及第二端，该触控侦测电容的第一端接收一侦测信号，该 触控侦测电容的第二端提供该侦测信号；以及 一参考电容，串接在该触控侦测电容的第二端以及一参考接地端间。
12. 如权利要求11所述的触控侦测电路，其特征在于，该触控结果产生单元为模拟数 字转换器。
【文档编号】G06F3/044GK104102384SQ201410347162
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】连崇闵, 徐雅玲, 林刚毅 申请人:友达光电股份有限公司