技术领域
[0001] 本
发明是有关于一种感测装置,特别是一种互电容式整合触控与压力感测的装置。
背景技术
[0002] 轻薄短小的移动装置带动触控
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;
现有技术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,以感测面板表面的触碰压力,不仅传感器成本高昂且不易贴合。也有以复杂的制作程序制作细微可
变形的弹性微结构,增加压力与变形量的相关性,以此产生较多的物理量变动以便侦测;因此压力感测触控面板仍有改善的空间。
发明内容
[0003] 为改善上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种互电容式整合触控与压力感测的装置。
[0004] 为达成本发明的上述目的,本发明提供一种互电容式整合触控与压力感测的装置,包含:一第一
电极层,包含数个沿第一方向设置的第一电极;一第二电极层,包含数个沿第二方向设置的第二电极,其中,该第一方向与该第二方向垂直;一第三电极层,包含至少一个沿第一方向设置的第三电极;一保护层,设置于该第一电极层的一侧;一弹性介电材料层,位于该第二电极层与该第三电极层之间;及一电容侦测
电路;在触控侦测时序时,该电容侦测电路先
选定数个第二电极及数个第一电极,且依序或随机将一触控发射
信号施加于选定的该些第二电极,并依序或随机自该些选定的第一电极输入一触控感应信号,作触控侦测操作;在压力侦测时序时,该电容侦测电路利用该些第二电极与该第三电极作压力侦测的操作。
[0005] 作为本技术方案的进一步改进,该电容侦测电路将一压力发射信号施加于至少一个第三电极并依序或随机自该些选定的第二电极输入一压力感应信号,以作压力侦测操作。
[0006] 作为本技术方案的又进一步改进,该电容侦测电路依序或随机将一压力发射信号施加于该些选定的第二电极并自该第三电极输入一压力感应信号,以作压力侦测操作。
[0007] 作为本技术方案的又进一步改进,该触控发射信号或该压力发射信号是一交变信号。
[0008] 作为本技术方案的又进一步改进,该保护层为一玻璃
基板或是一高分子材料的
薄膜基板或是一硬质的涂布层。
[0009] 作为本技术方案的又进一步改进,该电容侦测电路在触控侦测操作时又将一参考电位施加于至少一个所述第三电极。
[0010] 作为本技术方案的又进一步改进,该参考电位是一零电位信号。
[0011] 作为本技术方案的又进一步改进,该电容侦测电路在触控侦测操作时将一与该触控发射信号同
相位的辅助信号施加于至少一个该第三电极。
[0012] 作为本技术方案的又进一步改进,该弹性介电材料层包含一弹性胶质材料,该弹性胶质材料遇压力时体积压缩变形,并在除去压力时恢复原有的体积与形状。
[0013] 作为本技术方案的又进一步改进,该电容侦测电路在触控侦测操作时将一参考电位施加于选定的该第二电极周边的该些第二电极。
[0014] 作为本技术方案的又进一步改进,该参考电位是一零电位信号。
[0015] 作为本技术方案的又进一步改进,还包含一基板,设置于该弹性材料层背对该保护层的一侧,其是一玻璃基板或一高分子材料基板。
[0016] 作为本技术方案的更进一步改进,该基板是一显示屏幕的彩色滤光基板,该第三电极层是显示屏幕的静电遮蔽保护层。为达成本发明的上述目的,本发明提供一种互电容式整合触控感测与压力感测的方法,其包含:提供一互电容式整合触控与压力感测的装置,该互电容式整合触控与压力感测的装置包含:一第一电极层,包含数个沿第一方向设置的第一电极;一第二电极层,包含数个沿第二方向设置的第二电极,其中,该第一方向与该第二方向垂直;一第三电极层,包含至少一个沿第一方向设置的第三电极;一保护层,设置于该第一电极层的一侧;一弹性介电材料层,位于该第二电极层与该第三电极层之间;一电容侦测电路;进行一触控侦测时序,该电容侦测电路先选定数个第二电极及数个第一电极,且依序或随机将一触控发射信号施加于该些选定的第二电极,并依序或随机自该些选定的第一电极输入一触控感应信号,作触控侦测操作;及进行一压力侦测时序。
[0017] 作为本技术方案的进一步改进,其中在该压力侦测时序时将一压力发射信号施加于至少一个该些第三电极,并自该些选定的第二电极依序或随机输入一压力感应信号作压力侦测。
[0018] 作为本技术方案的又进一步改进,其中在该压力侦测时序,还将一直流参考
电压施加于该些第一电极。
[0019] 作为本技术方案的又进一步改进,其中在该压力侦测时序时将一压力发射信号依序或随机施加于该些选定的第二电极,并自该至少一个第三电极输入一压力感应信号作压力侦测。
[0020] 作为本技术方案的又进一步改进,其中在该压力侦测时序,还将一直流参考电压施加于该些第一电极。
[0021] 作为本技术方案的又进一步改进,在该触控侦测时序,又将一与该发射信号同相位的辅助信号施加于至少一个该第三电极。
[0022] 作为本技术方案的又进一步改进,其中在该触控侦测时序,又将一直流参考电压施加于该第三电极。
[0023] 作为本技术方案的又进一步改进,其中该直流参考电压是一零电位的接地信号。
[0024] 作为本技术方案的又进一步改进,还包含:在该触控时序结束时判断是否侦测到触碰,若侦测到触碰,则进入压力侦测时序。
[0025] 作为本技术方案的又进一步改进,还包含:在该触控时序时判断是否侦测到触碰,若侦测到触碰,则设置一触碰标记并记录该触碰点的坐标,若未侦测到触碰,则清除或重置该触碰标记。
[0026] 作为本技术方案的又进一步改进,其中依据触碰标记的设置决定是否执行该压力侦测时序。
[0027] 作为本技术方案的更进一步改进,该触控发射信号或该压力发射信号是一交变信号。
[0028] 本发明的有益效果在于,本发明的整合触控与压力感测的装置可有效提高触控与压力感测的抗干扰性,且无需产生较多的物理量变动便可实现良好感测效果,并有效降低了感测装置的成本。
[0029] 此外,由于对触控及压力感测皆采取互电容方式,因此可以增加感测精确度。
附图说明
[0030] 图1为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置叠层的第一
实施例的示意图。
[0031] 图2为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置叠层的第二实施例的示意图。
[0032] 图3为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置叠层的第三实施例的示意图。
[0033] 图4为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置叠层的第四实施例的示意图。
[0034] 图5为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置上视的第一实施例的示意图。
[0035] 图6为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置上视的第二实施例的示意图。
[0036] 图7为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置上视的第三实施例的示意图。
[0037] 图8为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置第一实施例的示意图。
[0038] 图9为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置第二实施例的示意图。
[0039] 图10为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置第三实施例的示意图。
[0040] 图11为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置的互电容侦测电路第一实施例的示意图。
[0041] 图12为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置的互电容侦测电路第二实施例的示意图。
[0042] 图13为本发明互电容式整合触控感测与压力感测方法的一实施例的
流程图。
[0043] 图中符号表示:10互电容式整合触控与压力感测的装置;50 电容侦测模
块;53 直流参考信号源;54 电容读取电路;55 第一
开关单元;55a第一开关单元第一端;55b第一开关单元第二端;55c第一开关单元第三端;56 第一同相
放大器;57 第二开关单元;57a 第二开关单元第一端;
57b 第二开关单元第二端;57c 第二开关单元第三端;58 第二同相放大器;70 互电容侦测电路;100 保护层;100a 第一表面;100b 第二表面;110 第一电极层;112,X1E1 X1E7 第一~
电极;114 假电极;120 第二电极层;122,YE1 YE6 第二电极;130 绝缘层;200 弹性介电材~
料层;300 第三电极层;302,X2E1 X2E7 第三电极;400 基板;520 发射信号源;600 微处理~
器;Vref 直流参考电压;VTRX 触控感应信号;VTTX 触控发射信号;TTX1 触控反射信号;
VPRX 压力感应信号;VPTX 压力发射信号;PRX1 压力反射信号;S10、S20、S30 步骤。
具体实施方式
[0044] 有关本发明的详细说明及技术内容,参阅以下的详细说明和附图说明如下,附图与详细说明仅作为说明之用,并非用于限制本发明的权利保护范围。
[0045] 参考图1,为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置10叠层的第一具体实施例的示意图,该互电容式整合触控与压力感测的装置10包含由上而下的一保护层100、一第一电极层110、一绝缘层130、一第二电极层120、一弹性介电材料层200及一第三电极层300,其中该保护层100具有一第一表面100a、一第二表面100b,该第一电极层110设置于第二表面100b上;该第一电极层110包含数个沿第一方向设置的第一电极112(例如图1所示的第一电极X1E1 X1E7),该第二电极层120包含数个沿第二方向设置的第二电极122(例如图6所示~的第二电极YE1 YE6),但是此图所示仅为一侧视图,因此第一电极112及第二电极122的数~
量及分布方式不限于此。该些第一电极112设置于该保护层100的第二表面100b上,该些第一电极112及该些第二电极122将该绝缘层130夹置其间,且该些第二电极122设置于该绝缘层130背对该保护层100的一侧,即相较于该绝缘层130设置且更远离保护层100。该第三电极层300设置于该第一电极层110背对该保护层100的一侧,且该第三电极层300包含至少一个沿第一方向设置的第三电极302(例如图1所示的第三电极X2E1 X2E7);而该基板400设置~
于该弹性介电材料层200与该第三电极层300之间。
[0046] 参考图3,为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置10叠层的第三具体实施例的示意图,此互电容式整合触控与压力感测的装置10与图1所示类似,然而该第三电极层300与该基板400的
位置交换,即该第三电极层300设置于该基板400与该弹性介电材料层
200之间;在此实施例中该基板400可以是一显示屏幕的彩色滤光基板,且该第三电极层300是显示面板的静电遮蔽保护层。
[0047] 结合参考图6,为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置10上视的第二实施例的示意图,其主要显示该保护层100、该些第一电极112、该些第二电极122及该第三电极302由上所视的分布状况;但是此图标并不是限定该些组件的尺寸关系,而是为了更清楚的显示该些组件的平面配置而特意使其彼此错开而更易说明。此外该互电容式整合触控与压力感测的装置10还可包含一电容侦测模块50。在本实施例中,该些第一电极112(如图所示X1E1 X1E4)为沿第一方向设置,且第一电极112的数量及分布方式不限于此;其次,该些第~
二电极122(如图所示YE1 YE6)为沿第二方向设置,且第二电极122的数量及分布方式不限~
于此,其中该第一方向与该第二方向垂直或略垂直;此外,该些第三电极302(如图所示X2E1
X2E4)为沿第一方向设置,且第三电极302的数量及分布方式不限于此。
~
[0048] 参考图7,为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置10上视的第三实施例的示意图,此互电容式整合触控与压力感测的装置10与图6所示类似,主要显示该保护层100、该些第一电极112、该些第二电极122及该第三电极302由上所视的分布状况;然而在本实施例中第三电极层300仅包含一第三电极302(如图所示X2E1)。此外在图6-7的实施例中,为了提供第三电极层300更好的遮蔽效果,第二电极122之间的间隙最好小于50微米。
[0049] 图8说明本发明互电容式整合触控与压力感测的装置10于触控操作的示意图;如图所示,该电容侦测模块50包含一互电容侦测电路70,该互电容侦测电路70分别电连接到第一电极112、第二电极122及第三电极302;结合参考图6,第一电极112为感测电极,用以侦测其上是否有
手指近接或触碰;而第二电极122为驱动电极。该互电容侦测电路70先选定一或多个第二电极122及一或多个第一电极112作触控侦测。下面以多个选定的第二电极122及多个选定的第一电极112作为说明,但是应当知道本发明的概念也可应用于选定单一第二电极122及单一第一电极112的状况。该互电容侦测电路70依序或是随机将触控发射信号VTTX发送到该些选定的第二电极122,且依序或是随机接收该些选定的第一电极112上的触控感应信号VTRX;由侦测触控感应信号VTRX,即可知道对应第一电极112及第二电极122的交叉位置上是否有触控操作。如图6所示,当施加触控发射信号VTTX至第二电极YE4并自第一电极X1E2接收一触控感应信号VTRX,便可侦测得知该交叉处的触控点T是否有触碰发生。同时该互电容侦测电路70将一直流参考电压Vref(例如一零电位的接地信号)施加于该至少一个的第三电极302,以减少或是完全消除弹性介电材料层200
翘曲或是变形对于触控感测的影响;此外,该互电容侦测电路70也可将一与该触控发射信号VTTX同相位的辅助信号(例如一触控反射信号TTX1)施加于该至少一个的第三电极302,以减少或是完全消除弹性介电材料层200翘曲或是变形对于触控感测的影响。其次,该互电容侦测电路70还将一直流参考电压Vref(例如一零电位的接地信号)施加于该些选定的第二电极122周边的第二电极
122或施加于所有该些非选定的第二电极122(图8未示),以减少该些第二电极122之间杂散电容对触控感应信号VTRX的影响。
[0050] 结合参考图11,为说明本发明具体实例的互电容侦测电路的示意图,此电容侦测模块50包含一发射信号源520、一第一同相放大器56、一第二同相放大器58、一直流参考信号源53、一第一开关单元55及一电容读取电路54,其中该第一开关单元55包含一第一开关单元第一端55a、一第一开关单元第二端55b及一第一开关单元第三端55c。在触控操作时,该发射信号源520传送该触控发射信号VTTX经过该第一同相放大器56传送到至少一个第二电极122,该第一同相放大器56的增益值较佳为一。该电容读取电路54接收至少一个第一电极112上的触控感应信号VTRX。当该第一开关单元55的第一开关单元第一端55a与第一开关单元第三端55c连接时,该直流参考信号源53施加一直流参考电压Vref(例如为一零电位的接地信号)于该第三电极302,如果当该第一开关单元55的第一开关单元第二端55b与第一开关单元第三端55c连接时,该发射信号源520通过该第二同相放大器58以产生与触控发射信号VTTX同相位的辅助信号(例如触控反射信号TTX1),以减少或是完全消除弹性介电材料层200翘曲或是变形对于触控感测的影响,该第二同相放大器58的增益值较佳为与该第一同相放大器56的增益值相同。
[0051] 图9说明本发明互电容式整合触控与压力感测的装置10用于压力感测的示意图;在压力感测时,该互电容侦测电路70依序或是随机将压力发射信号VPTX发送到至少一个第三电极302,且依序或是随机接收至少一个第二电极122上的压力感应信号VPRX;由侦测压力感应信号VPRX,即可知道对应第三电极302及第二电极122交叉点位置上是否进行压力操作;如图6所示,当施加压力发射信号VPTX至第三电极X2E2并自第二电极YE4接收一压力感应信号VPRX,便可侦测得知该交叉处的触控点T是否进行压力操作。其次,在压力感测操作时,也可以将与压力感应信号VPRX同相的压力反射信号PRX1施加到第一电极112;或是将一直流参考电压Vref(例如为一零电位的接地信号)施加于第一电极112,以减少手指电荷影响。
[0052] 图10说明本发明互电容式整合触控与压力感测的装置10用于压力感测的示意图,此图示的实施方式与图9所示类似,但是压力发射信号VPTX及压力感应信号VPRX发射及接收目标不同。也就是,在压力感测时,该互电容侦测电路70依序或是随机将压力发射信号VPTX发送到至少一个选定的第二电极122,且依序或是随机接收至少一个第三电极302上的压力感应信号VPRX;由侦测压力感应信号VPRX,即可知道对应第三电极302及第二电极122交叉点位置上是否进行压力操作;如图6所示,当施加压力发射信号VPTX至第二电极YE4并自第三电极X2E2接收一压力感应信号VPRX,便可侦测得知该交叉处的触控点T是否进行压力操作。此外,在压力感测操作时,也可以将一直流参考电压Vref(例如为一零电位的接地信号)施于该第一电极112与非选定的第二电极122,以形成对第三电极302的遮蔽,由此减少手指电荷对压力侦测的影响。
[0053] 结合参考图12,为说明本发明具体实例的互电容侦测电路的示意图;在压力感测操作时,此电容侦测模块50包含一发射信号源520、一第一同相放大器56、一第二同相放大器58、一直流参考信号源53、一第二开关单元57及一电容读取电路54,其中该第二开关单元57包含一第二开关单元第一端57a、一第二开关单元第二端57b及一第二开关单元第三端
57c。该发射信号源520传送该压力发射信号VPTX经过该第一同相放大器56传送到至少一个第二电极122或至少一个第三电极302,该第一同相放大器56的增益值较佳为一;该电容读取电路54接收至少一个第二电极122或至少一个第三电极302的压力感应信号VPRX;其中,当该第二开关单元57的第二开关单元第一端57a与第二开关单元第三端75c连接时,该直流参考信号源53施加一直流参考电压Vref于该第一电极112,如果当该第二开关单元57的第二开关单元第二端57b与第二开关单元第三端57c连接时,该第二同相放大器58将来自该电容读取电路54输入端的压力感应信号VPRX作同相位放大,以产生压力反射信号PRX1,该第二同相放大器58的增益值较佳为一。此压力反射信号PRX1是送到该第一电极112以遮蔽来自手指的影响。
[0054] 参考图2,为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置10叠层的第二具体实施例的示意图,此互电容式整合触控与压力感测的装置10与图1所示类似,然而在该第一电极层110中,该些第一电极112之间还包含数个假电极(dummy ITO)114,该些假电极114设置于该第二表面100b上,与该些第一电极112设置于同一表面。避免该些第一电极112之间的空隙过大,因此将该些假电极114设置于该些第一电极112之间,以改善该互电容式整合触控与压力感测的装置10透光度的均值性。图4为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置10叠层的第四具体实施例的示意图,此互电容式整合触控与压力感测的装置10与图2所示类似,然而该第三电极层300与该基板400的位置交换,即该第三电极层300设置于该基板
400与该弹性介电材料层200之间;且在此实施例中该基板400可以是一显示屏幕的彩色滤光基板,且该第三电极层300是显示面板的静电遮蔽保护层。结合参考图5,为本发明互电容式整合触控与压力感测的装置10上视的第一实施例的示意图,此互电容式整合触控与压力感测的装置10与图6所示类似,但对应于图2及图4的实施例。图5也主要显示该保护层100、该些第一电极112、该些第二电极122及该第三电极302由上所视的分布状况;然而在本实施例中第一电极层110还包含数个假电极114,该些假电极114设置于该第二表面100b上,与该些第一电极112设置于同一表面。
[0055] 此外,对于图2, 图4及图5所示的互电容式整合触控与压力感测的装置10,其信号操作方式,也可如前述方式而由图8-10及图11-12的实施方式进行。
[0056] 参考图13,为本发明互电容式整合触控感测与压力感测方法的一实施例的流程图,其包含步骤S10提供一互电容式整合触控与压力感测的装置10,该互电容式整合触控与压力感测的装置10包含:一保护层100,其中该保护层100具有一第一表面100a、一第二表面100b;一第一电极层110包含数个沿第一方向设置的第一电极112;一第二电极层包含数个沿第二方向设置的第二电极122;一绝缘层130;一第三电极层300,其包含有至少一个沿第一方向设置的第三电极302;一弹性介电材料层200,设置于该第二电极层120与该第三电极层300之间,该弹性介电材料层200遇压力时体积压缩变形,并在除去压力时恢复原有的体积与形状;一电容侦测模块50(至少包含一互电容侦测电路70);及一
微处理器600;步骤S20进行一触控侦测时序,在该触控侦测时序时,依序或随机将触控发射信号VTTX发送到多个选定的第二电极122(或是将一触控发射信号VTTX发送到一个选定的第二电极122),且依序或是随机接收多个选定的第一电极112上的触控感应信号VTRX(或是接收一选定的第一电极112上的一触控感应信号VTRX),以侦测是否有触控操作及相对应位置;步骤S30进行一压力侦测时序,将一压力发射信号VPTX施加于选定的至少一个该第三电极302(或将一压力发射信号VPTX依序或随机施加于选定的多个第三电极302),且自该些第二电极122依序或随机接收一压力感应信号VPRX作压力侦测。其次,在步骤S30中,也可以下列子步骤替代:将一压力发射信号VPTX依序或随机施加于选定的该些第二电极122,且自该至少一个第三电极
302接收一压力感应信号VPRX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设置一触碰标记并记录该触碰点的坐标(例如在微处理器600内设置该触碰标记并记录该触碰点的坐标),若无触碰则清除或重置该触碰标记,依据触碰标记的设置决定是否执行该压力侦测时序。
[0057] 在上述的触控侦测时序步骤S20中,又可随机地将一参考电位(例如直流参考电压Vref)施加于该至少一个第三电极302;也可将一与该触控发射信号VTTX同相位的辅助信号(例如一触控反射信号TTX1)施加于至少一个第三电极302;其中该直流参考电压Vref是一零电位的接地信号。该压力侦测时序步骤S30时还可将一参考电位(例如直流参考电压Vref)施加于第一电极112;或是将前述的压力反射信号PRX1施加到第一电极112。
[0058] 此外,在上述各实施例及侦测时序中,该保护层100是一玻璃基板、一高分子材料的薄膜基板或是一硬质的涂布层,用以保护触控电极层免于刮擦、触碰与
水气的损坏;该触控发射信号VTTX或该压力发射信号VPTX是一交变信号,如一弦波,方波,三角波或梯形波;该弹性介电材料层200包含一弹性胶质材料,该弹性胶质材料遇压力时体积压缩变形,并在除去压力时恢复原有的体积与形状,该弹性介电材料层200可为但是不限于聚二甲基
硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)材料或一光学胶;该基板400是一玻璃基板或一高分子材料基板;该直流参考电压Vref可为一零电位的接地信号;该电容侦测模块50包含一互电容侦测电路70。
[0059] 以上所述仅为本发明的较佳实施例,但不能限定本发明实施的保护范围,凡依据本发明
申请专利保护范围所作的均等变化与修饰等,皆应仍属于本发明的专利涵盖范围意图保护的范畴。本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明构思宗旨及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员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。