TWI395121B - 感壓式觸控裝置 - Google Patents

Description

感壓式觸控裝置

本發明係關於一種觸控裝置之設計，特別是關於一種結合電容式及電阻式觸控操作方式之感壓式觸控裝置。

電阻式觸控面板係由一ITO(氧化銦錫)薄膜和一導電玻璃(ITO Glass)所組成，中間由複數個絕緣隔點所隔開，在ITO薄膜和ITO玻璃之間施加一預定之驅動電壓，藉由一觸控物件(例如觸控筆)去觸壓ITO薄膜形成下壓凹陷，使其與下層的ITO玻璃接觸而產生電壓的變化，經由將類比訊號轉為數位訊號，再由微處理器之運算處理取得受觸壓點之座標位置。

電容式觸控面板基本上是利用排列之透明電極與導電體之間的電容耦合變化，從所產生之誘導電流來檢測其受觸壓點之座標位置。在電容式觸控面板之結構中，最外層為一薄的二氧化矽硬化處理層透明基材，第二層為ITO層，在玻璃表面建立一均勻電場，當一觸控物件(例如手指)接觸到螢幕透明基材之表面時，觸控物件就會與外側導電層上的電場產生電容耦合，而產生微小的電流的變化。各電極負責測量來自各個角落的電流，再由微處理器計算出觸控物件觸控之座標位置。

然而，電阻式觸控板與電容式觸控板在操作上有其限制條件及缺點。其中電阻式觸控板雖具有價格較低之優點，但在觸控時需使驅動導電層及感測導電層接觸，故需施加一定程度之觸壓力，較容易使導電層損壞，且其敏感度也較低。而電容式觸控板雖敏感度較高，但因其作用原理的關係，在觸控物件之選用上必須是一導電體，例如手指或是接有地線的觸頭，以便傳導電流，若是以絕緣體作為觸控物件則觸控板無法進行感測。

再者，在目前具有觸控輸入功能之電子裝置中，已廣泛使用到筆寫輸入的功能。在使用者進行筆寫輸入時，一般是由使用者手持觸控筆以一預定的觸壓壓力及一般書寫文字的方式，在電子裝置之觸控操作面上產生連續座標位置，微處理器即依據感測到之數個連續座標位置而計算出觸控物件在觸控操作面上之手寫軌跡。電容式觸控板應用在此一筆寫輸入的應用方面，存在了書寫操作不順暢、感應不良之問題。

本發明之目的是提供一種可依據使用者觸控操作方式而對應不同觸控位置感測模式之觸控裝置，當使用者輕觸該觸控裝置之觸控操作面時，觸控裝置會操作於電容式觸控位置感測模式，而當使用者觸壓該觸控裝置之觸控操作面、或以筆寫輸入操作該觸控裝置之觸控操作面時，觸控裝置會操作於電阻式觸控位置感測模式。

本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係設計一種結合電容式及電阻式觸控操作模式之觸控裝置，用以感測一觸控物件在該觸控裝置上之觸控操作動作。該觸控裝置主要包括一導電層、一第一電極圖型、一第二電極圖型、一微處理器。導電層形成於一第一基材上並施加一驅動電壓。第一電極圖型與導電層之間形成一第一電容，第二電極圖型與導電層之間形成一第二電容。

當使用者輕觸該觸控裝置之觸控操作面時，位在該操作位置處之導電層因受壓，而使導電層與第一電極圖型間之距離、及導電層與第二電極圖型間之距離改變，故使導電層與第一電極圖型間之電容、及導電層與第二電極圖型間之電容耦合變化，使觸控裝置操作於電容式觸控位置感測模式，微處理器依據該導電層與該第一電極圖型之電容耦合變化、以及該導電層與第二電極圖型之電容耦合變化，計算出一觸控物件位在該導電層上之操作位置。

當使用者觸壓該觸控裝置之觸控操作面、或以筆寫輸入操作該觸控裝置之觸控操作面時，位在該操作位置處之導電層因受壓，而使導電層與第一電極圖型之條狀電極接觸，此時兩者間之間距為零，使觸控裝置操作於電阻式觸控位置感測模式，該導電層受觸壓而與該第一電極圖型接觸，微處理器依據該受觸壓之第一電極圖型之電壓變化，而計算出該觸控物件位在該導電層上之至少一操作位置。

經由本發明所採用之技術手段，僅需搭配本發明之感壓式觸控裝置配合簡易的掃描感測流程，即可兼具電容式及電阻式觸控板之觸控操作模式。不需受限於習知電阻式觸控板或電容式觸控板之觸控物件限制，可使得使用者之觸控操作更為簡便，在不同之操作方式下應用較佳之觸控感應模式。本發明之設計，可使增加觸控裝置之應用範圍，並兼具兩種觸控操作模式之觸控板之優點。

本發明之設計，可因應不同使用者在使用觸控裝置時之不同操作習慣，而自動操作於適當的觸控位置感測模式。本發明之設計也特別適合應用在需要作筆寫輸入的觸控應用領域中，可有效解決一般電容式觸控板所存在之書寫操作不順暢、感應不良之問題。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及附呈圖式作進一步之說明。

參閱第1圖，其係顯示本發明第一實施例之系統方塊圖。第2圖係顯示第1圖中主要構件之立體分解圖。如圖所示，本發明之觸控裝置100主要包括一第一基材10、一第二基材20及一微處理器30。

第一基材10係為一透明絕緣薄層，其具有一導電層結合面11及一觸控操作面12(同時參閱第4圖所示)。第一基材10之導電層結合面11上形成有一導電層13，該導電層13主要為導電材料所組成，當該導電材料為ITO(氧化銦錫)時，可組成一層透明的導電層。

一驅動電壓供應電路40可在微處理器30之控制之下產生一驅動電壓V施加於該導電層13，以使該導電層13作為電阻式觸控時之驅動導電層。

第二基材20具有一相對應於第一基材10之導電層結合面11之電極圖型結合面21，在該電極圖型結合面21上方形成一第一電極圖型22及一第二電極圖型23。如第2圖及第4圖所示，第一電極圖型22及第二電極圖型23之間，利用一絕緣層24予以隔開。第一電極圖型22與第一基材10之導電層13之間之距離被定義為第一預定距離d1。第二電極圖型23與第一基材10之導電層13之間之距離被定義為第二預定距離d2。

第一電極圖型22具有複數個條狀電極s1、s2、s3、s4、s5及s6，並可與第一基材10之導電層13之間形成一第一電容Cx。第一電極圖型22之各個條狀電極s1、s2、s3、s4、s5及s6係相互平行且彼此間隔地形成在絕緣層24上。在絕緣層24與第一基材10之導電層13之間，未佈設條狀電極s1、s2、s3、s4、s5及s6之處，各別設置至少一絕緣隔點60。藉由各個絕緣隔點60，可避免第一基材10之導電層13與第一電極圖型22直接接觸。

第二電極圖型23具有複數個條狀電極s1’、s2’、s3’、s4’、s5’及s6’，並可與第一基材10之導電層13之間形成一第二電容Cy。各個條狀電極s1’、s2’、s3’、s4’、s5’及s6’係相互平行且彼此間隔地形成在第二基材20之電極圖型結合面21上。

在本實施例中，第一電極圖型22及第二電極圖型23係分別以六個條狀電極為例，但條狀電極之數目大於或小於此數目亦可實施。

以第一電極圖型22為例，其各個條狀電極s1、s2、s3、s4、s5及s6彼此間平行、保持一預定之間距，且沿著第一軸向Y延伸。而第二電極圖型23之各個條狀電極s1’、s2’、s3’、s4’、s5’及s6’彼此間亦為平行、保持一預定之間距，且沿著第二軸向X延伸。第一電極圖型22之各個條狀電極s1、s2、s3、s4、s5及s6係垂直或以其它角度對應於第二電極圖型23之各個條狀電極s1’、s2’、s3’、s4’、s5’及s6’。

第一電極圖型22之各個條狀電極s1、s2、s3、s4、s5及s6分別經由一第一掃描電路51連接至微處理器30。而第二電極圖型23之各個條狀電極s1’、s2’、s3’、s4’、s5’及s6’分別經由一第二掃描電路52連接至微處理器30。

參閱第3圖及第5圖，第3圖係顯示第一基材10與第二基材20在結合後，第一電極圖型22及第二電極圖型23之相對位置關係，而第5圖係顯示本發明第一實施例之第二基材之俯視圖。如圖所示，第一電極圖型22之各個條狀電極s1、s2、s3、s4、s5及s6係分別與第二電極圖型23之各個條狀電極s1’、s2’、s3’、s4’、s5’及s6’呈交疊之對應關係，各個交疊位置分別代表觸控裝置100上之一觸控位置。

參閱第6圖，其係顯示本發明第二實施例之第二基材之俯視圖。如圖所示，本實施例第二基板20之主要元件與第一實施例大多相同，相同元件以相同圖號標示，在此不再贅述。主要不同之處在於第一電極圖型22a之各個條狀電極s1”、s2”、s3”、s4”、s5”、s6”與第二電極圖型23之各個條狀電極s1’、s2’、s3’、s4’、s5’、s6’交疊處係分別具有對應之內凹區段221，以減少第一電極圖型22a對第二電極圖型23所產生之遮蔽作用，使導電層13與第二電極圖型23間之電容耦合效應更好。

同時參閱第7A、7B圖及第8圖，第7A、7B圖係顯示本發明觸控裝置在受到使用者手指操作時之操作示意圖，第8圖係顯示第7A、7B圖中各觸控位置與對應之電容值表。

首先在本應用例中將第一電極圖型22之條狀電極s3與第二電極圖型23之條狀電極s3’交疊之操作位置定義為操作位置P1，而將第一電極圖型22之條狀電極s5與第二電極圖型23之條狀電極s3’交疊之操作位置定義為操作位置P2(其俯視位置可參閱第3圖)。在本應用例中用以觸控操作觸控裝置100之觸控物件7係可為例如手指、導電物或其它操作物件。

以下針對本發明之實施原理作一說明。當靜止狀態時(即未受操作時)，導電層13與第一電極圖型22、第二電極圖型23之間分別存在了一電容耦合(electric capacity coupling)之效應，使得導電層13與第一電極圖型22之間存在了第一電容Cx，而導電層13與第二電極圖型23之間存在了第二電容Cy。但由於導電層13與第一電極圖型22、第二電極圖型23之間並未受到觸壓，故並無距離變化，也無電容耦合變化。

當以觸控物件7輕觸第一基材10之觸控操作面12之一操作位置P1(如第7A圖所示)，但導電層13與該第一電極圖型22之間並未接觸時，位在該操作位置P1處之導電層13因受壓，而使導電層13與該第一電極圖型22之間之第一預定距離d1改變為d1’(其中0<d1’<d1)，且導電層13與該第二電極圖型23之間之第二預定距離d2改變為d2’(其中0<d2’<d2)，故使導電層13與第一電極圖型22之間之第一電容Cx變化為第一電容Cx1，同時導電層13與第二電極圖型23之間之第二電容Cy變化為第二電容Cy1。

此時觸控裝置100會操作於電容式觸控位置感測模式，由第一掃描電路51掃描感測導電層13與第一電極圖型22之各個條狀電極s1、s2、s3、s4、s5及s6之電容耦合變化，並送出一掃描感測信號N1至微處理器30。而第二掃描電路52同樣經由掃描感測導電層13與第二電極圖型23之各個條狀電極s1’、s2’、s3’、s4’、s5’及s6’之電容耦合變化後，送出一掃描感測信號N2至微處理器30。

觸控裝置100依據接收到之第一電容Cx1與第二電容Cy1之電容耦合變化，而計算出該觸控物件7位在第一基材10之觸控操作面12上之操作位置，以決定出觸控物件7之觸控位置係位於第二軸向X之條狀電極s3與第一軸向Y之條狀電極s3’交疊之操作位置P1。

而當觸控物件7以一移動方向L由第一基材10之觸控操作面12之操作位置P1移動至操作位置P2時(如第7B圖所示)，位在該操作位置P2處之導電層13因受壓，使導電層13與第一電極圖型22之間之第一預定距離d1改變為d1’(其中0<d1’<d1)，且導電層13與該第二電極圖型23之間之第二預定距離d2改變為d2’(其中0<d2’<d2)，故使導電層13與第一電極圖型22之間之第一電容Cx變化為第一電容Cx2，同時導電層13與第二電極圖型23之間之第二電容Cy變化為第二電容Cy2，再經由相同之掃描感測方式，以測得觸控位置移至操作位置P2，其相同之實施原理在此不再贅述。

參閱第9圖，其係顯示本發明之觸控裝置以觸控物件操作之示意圖。如圖所示，首先將本應用例中第一電極圖型22之條狀電極s4與第二電極圖型23之條狀電極s3’交疊之位置定義為操作位置P3。而本應用例中用以觸控操作觸控裝置100之觸控物件7a係可為導電或非導電觸控物件(例如觸控筆或其它任何物件)。

同時參閱第10圖，其係顯示配合第9圖之觸控物件7a在進行觸控操作之系統方塊圖。當使用者以觸控物件7a以一預定觸壓方向I觸壓第一基材10之觸控操作面12之操作位置P3時，位在該操作位置P3處之導電層13與第一電極圖型22之條狀電極s4因受壓接觸，此時兩者間之第一預定間距d1=0(同時參閱第4圖)。

此時，觸控裝置100會操作於電阻式觸控位置感測模式，經由驅動電壓供應電路40送出驅動電壓V至第一基材10之導電層13，並經由該導電層13將該驅動電壓V施加至第一電極圖型22之對應位置。故當第一基材10之導電層13與第一電極圖型22之條狀電極s4因受壓而在受觸壓位置接觸時，驅動電壓V會施加至第一電極圖型22之條狀電極s4上，並經由第一掃描電路51掃描感測第一電極圖型22之條狀電極s4之電壓變化，輸出一掃描感測信號N3至微處理器30。微處理器30依據第一電極圖型22之條狀電極s4之電壓變化，即可計算出觸控物件7a位在第一基材10之觸控操作面12上之操作位置P3。

參閱第11A、11B、11C圖所示，其係顯示本發明之觸控裝置以觸控物件進行手寫輸入之示意圖，而第12圖係顯示配合第11A、11B、11C圖觸控物件在進行手寫輸入操作之系統圖。

當使用者經觸控物件7a觸壓第一基材10之觸控操作面12以筆寫輸入方式位移時，位在各個操作位置處之導電層13與第一電極圖型22因受壓接觸，會使觸控裝置100操作於電阻式觸控位置感測模式。使用者筆寫輸入之操作，會產生以移動方向L移位之數個操作位置P4、P5、P6所形成之手寫軌跡，在每一個操作位置P4、P5、P6時，驅動電壓供應電路40送出驅動電壓V至第一基材10之導電層13，並經由導電層13將該驅動電壓V施加至第一電極圖型22之各個對應操作位置。故當第一基材10之導電層13與第一電極圖型22之條狀電極s3接觸時，驅動電壓V會施加至第一電極圖型22之條狀電極s3上，並經由第一掃描電路51掃描感測第一電極圖型22之條狀電極s3之電壓變化，輸出一掃描感測信號N4至微處理器30。微處理器30依據第一電極圖型22之條狀電極s3之電壓變化，即可計算出觸控物件7a位在第一基材10之觸控操作面12上之操作位置P4。如此連續地順序感測各個操作位置P4、P5、P6，並由第一掃描電路51順序地輸出一序列掃描感測信號N4送至微處理器30。微處理器30依據感測到之數個操作位置P4、P5、P6而計算出觸控物件7a位在第一基材10之觸控操作面12上之手寫軌跡。

同時參閱第13、14圖，第13圖係顯示本發明第三實施例之系統方塊圖，第14圖係顯示本發明第三實施例之剖視圖。如圖所示，本實施例之觸控裝置100a和第一實施例之結構相似，其主要差異在於本實施例觸控裝置100a之第二基材20上，僅包括結合有第一電極圖型22之各個條狀電極s1、s2、s3、s4、s5、s6，且各條狀電極s1、s2、s3、s4、s5、s6和第一基材10之導電層13相距一第三預定距離d3，且分別經由第一掃描電路51連接至微處理器30，其他相同元件之部份以相同之標號顯示，故不再贅述。

本實施例之實施方式與前述實施例相似，同樣包括結合電容式及電阻式觸控操作方式。當觸控裝置100a之觸控操作面12未受到觸壓操作時，第一電極圖型22之各條狀電極s1、s2、s3、s4、s5、s6和第一基材10之導電層13相距第三預定距離d3，而在第一電極圖型22與導電層13之間形成第一電容Cx。

當觸控物件輕觸第一基材10之觸控操作面12、但導電層13與第一電極圖型22之間並未接觸時，位在該操作位置處之導電層13因受壓，而使導電層13與第一電極圖型22之間之第三預定距離d3改變，故使導電層13與第一電極圖型22之間之電容耦合變化，使觸控裝置100a操作於電容式觸控位置感測模式。藉由第一掃描電路51掃描感測導電層13與第一電極圖型22間之電容耦合變化，送出掃描感測信號N1至微處理器30。微處理器30依據接收到之電容耦合變化，而計算出觸控之操作位置。

與第一實施例相似，當觸控物件觸壓該觸控裝置100a之觸控操作面12或以筆寫輸入操作該觸控裝置100a之觸控操作面12時，位在該操作位置處之導電層13與第一電極圖型22間因受壓接觸，此時第一預定間距d3=0，使觸控裝置100a操作於電阻式觸控位置感測模式。此時，第一基材10之導電層13與第一電極圖型22之其中一條狀電極(例如條狀電極s4)接觸時，驅動電壓V會施加至該條狀電極上，並經由第一掃描電路51掃描感測第一電極圖型22之該條狀電極s4之電壓變化，使微處理器30依據其電壓變化，計算出觸控之操作位置。

由以上之實施例可知，本發明所提供之感壓式觸控裝置確具產業上之利用價值，故本發明業已符合於專利之要件。惟以上之敘述僅為本發明之較佳實施例說明，凡精於此項技藝者當可依據上述之說明而作其它種種之改良，惟這些改變仍屬於本發明之發明精神及以下所界定之專利範圍中。

100、100a．．．觸控裝置

10．．．第一基材

11．．．導電層結合面

12．．．觸控操作面

13．．．導電層

20．．．第二基材

21．．．電極圖型結合面

22、22a．．．第一電極圖型

221．．．內凹區段

23．．．第二電極圖型

24．．．絕緣層

30．．．微處理器

40．．．驅動電壓供應電路

51．．．第一掃描電路

52．．．第二掃描電路

60．．．絕緣隔點

7、7a．．．觸控物件

Cx、Cx1、Cx2．．．第一電容

Cy、Cy1、Cy2．．．第二電容

d1．．．第一預定距離

d2．．．第二預定距離

d3．．．第三預定距離

P1、P2、P3、P4、P5、P6．．．操作位置

V．．．驅動電壓

N1．．．掃描感測信號

N2．．．掃描感測信號

N3．．．掃描感測信號

N4．．．掃描感測信號

s1、s2、s3、s4、、s5、s6．．．條狀電極

s1’、s2’、s3’、s4’、s5’、s6’．．．條狀電極

s1”、s2”、s3”、s4”、s5”、s6”．．．條狀電極

X．．．第二軸向

Y．．．第一軸向

I．．．觸壓方向

L．．．移動方向

第1圖係顯示本發明第一實施例之系統方塊圖；

第2圖係顯示第1圖中主要構件之立體分解圖；

第3圖係顯示第1圖中第一基材與第二基材在結合後，第一電極圖型及第二電極圖型之相對位置關係；

第4圖係顯示第3圖之4-4斷面之剖視圖；

第5圖係顯示本發明第一實施例之第二基材之俯視圖；

第6圖係顯示本發明第二實施例之第二基材之俯視圖；

第7A、7B圖係顯示本發明之觸控裝置在受到使用者手指操作時之操作示意圖；

第8圖係顯示第7A、7B圖中各觸控位置與對應之電容值表；

第9圖係顯示本發明之觸控裝置以觸控物件操作之示意圖；

第10圖係顯示配合第9圖觸控物件在進行觸控操作之系統方塊圖；

第11A、11B、11C圖係顯示本發明之觸控裝置以觸控物件進行手寫輸入之示意圖；

第12圖係顯示配合第11A、11B、11C圖觸控物件在進行手寫輸入操作之系統圖；

第13圖係顯示本發明第三實施例之系統方塊圖；

第14圖係顯示本發明第三實施例之剖視圖。

100．．．觸控裝置

10．．．第一基材

11．．．導電層結合面

13．．．導電層

20．．．第二基材

21．．．電極圖型結合面

22．．．第一電極圖型

23．．．第二電極圖型

24．．．絕緣層

30．．．微處理器

40．．．驅動電壓供應電路

51．．．第一掃描電路

52．．．第二掃描電路

N1．．．掃描感測信號

N2．．．掃描感測信號

V．．．驅動電壓

s1、s2、s3、s4、s5、s6．．．條狀電極

s1’、s2’、s3’、s4’、s5’、s6’．．．條狀電極

X．．．第二軸向

Y．．．第一軸向

Claims (5)

1. 一種感壓式觸控裝置，具有可供一觸控物件操作之觸控操作面，該裝置包括：一導電層，施加有一驅動電壓；一第一電極圖型，位在該導電層之下方位置，並與該導電層之間保持一第一預定距離；一第二電極圖型，位在該第一電極圖型之下方位置，並與該導電層之間保持一第二預定距離；一微處理器，電連接於該導電層、第一電極圖型與該第二電極圖型；當該觸控物件輕觸該觸控裝置之觸控操作面時，位在操作位置之導電層因受壓，該導電層與該第一電極圖型之間之距離改變，而使該導電層與該第一電極圖型間之電容耦合變化，且該導電層與該第二電極圖型之間之距離亦改變，而使該導電層與該第二電極圖型間之電容耦合變化，使該觸控裝置操作於電容式觸控位置感測模式，該微處理器依據該導電層與該第一電極圖型間之電容耦合變化、以及該導電層與該第二電極圖型間之電容耦合變化，計算出該觸控物件位在該觸控操作面上之操作位置；當該觸控物件觸壓該觸控裝置之觸控操作面或以筆寫輸入操作該觸控裝置之觸控操作面時，位在該操作位置之導電層因受壓，該導電層與該第一電極圖型之至少一相 對應之受觸壓位置接觸，使該觸控裝置操作於電阻式觸控位置感測模式，經由該導電層將該驅動電壓施加至該第一電極圖型之對應位置，該微處理器即依據該第一電極圖型之電壓變化，而計算出該觸控物件位在該觸控操作面上之至少一操作位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之感壓式觸控裝置，其中該第一電極圖型與該第二電極圖型分別包括有複數個相互平行且彼此間隔之條狀電極。
3. 如申請專利範圍第2項所述之感壓式觸控裝置，其中該第一電極圖型之各個條狀電極分別經由一第一掃描電路連接至該微處理器，該第二電極圖型之各個條狀電極分別經由一第二掃描電路連接至該微處理器。
4. 如申請專利範圍第2項所述之感壓式觸控裝置，其中該微處理器經由一驅動電壓供應電路供應該驅動電壓至該導電層。
5. 如申請專利範圍第1項所述之感壓式觸控裝置，其中該第一電極圖型經由一第一掃描電路連接至該微處理器，該第二電極圖型經由一第二掃描電路連接至該微處理器。