CN103577006B - 自容式触控面板 - Google Patents

Abstract

本发明提供自容式触控面板，包含一边缘区域与一中央区域。该边缘区域具有一第一面积且对应于P个第一感应器。该中央区域具有一第二面积且对应于Q个第二感应器。P与该第一面积的比值高于Q与该第二面积的比值。

Description

自容式触控面板

技术领域

本发明与触控系统相关，并且尤其与用以提升触控面板边缘区域的感应结果正确性的技术相关。

背景技术

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。

现有的电容式触控技术可分为自容式(self-capacitance)和互容式(mutual-capacitance)两类。相对于互容式触控面板，自容式触控面板能由制程较单纯的单层电极结构实现，具有成本较低的优点，因此被广泛应用在低阶电子产品中。

图1为一自容式触控面板范例。以虚线框表示的感应区域100内设有多个等宽且各自近似于一直角三角形的电极(例如电极11、12、14、15、17)。由于用以检测各电极的电容变化量的感应器相当昂贵，为了节省成本，现行的触控面板大多被设计为多个电极共用一感应器。如图1所示，电极11、12被连接至第一上感应器13，电极14、15被连接至第一下感应器16。易言之，第一上感应器13检测到的电容变化量是发生在电极11、12的电容变化量的总和，而非电极11、12各自对应的电容变化量。图1中的2*N个感应器(N个上感应器和N个下感应器，其各自具有一编号，作为第i个感应器，i＝1~2N)测得的电容变化量会被传送至一控制器(未绘示)，供该控制器据以判断发生使用者碰触的位置。控制器可根据下列计算式计算使用者碰触位置在X方向上的座标x：

$x=\frac{\underset{i=1}{\overset{2N}{\mathrm{\Σ}}}(C_i*X_i)}{\underset{i=1}{\overset{2N}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i}$ (式一)

其中i为范围在1到2N之间的整数指标，C_i代表第i个感应器测得的电容变化量，X_i则是代表第i个感应器所连接的电极的共同重心座标。以第一上感应器13为例，其所对应的重心座标X_i便是两电极11、12的共同重心位置(落在电极11、12之间)。

另一方面，控制器可根据下列计算式计算使用者碰触位置在Y方向上的座标y：

$y=\left(\frac{r*C_U-C_D}{r-1}\right)*\left(\frac{L}{C_T}\right),$ (式二)

其中r代表与电极尺寸相关的一个特定数值，C_U代表N个上感应器测得的电容变化量总和，C_D代表代表N个下感应器测得的电容变化量总和，C_T为C_U和C_D的总和，L代表电极在Y方向上的高度。实际上，该等电极各自为如图2所示的瘦高的梯形，其上边界长度为dxs，下边界长度为dxl。数值r的定义如下：

$r\≡\frac{\mathrm{dxl}+0.9*\mathrm{dxx}}{\mathrm{dxs}+0.9*\mathrm{dxx}},$ (式三)

其中dxx代表两相邻电极间的间隙宽度。

图1所示的触控面板遭遇的难题是，左右两侧边缘区域的感应结果误差极大。以下将图1中的电极11、12、14、15、17重绘于图3(A)~图3(C)，说明此问题发生的原因。

若使用者碰触发生在如图3(A)中以虚线圆框21表示的位置，仅电极14受到影响，也就是只有第一下感应器16会检测到电容变化量。然而，根据第一下感应器16检测到的电容变化量所计算出的座标x和座标y都会出现不小的误差。首先，由式二可看出，决定座标y的主要依据是两电容变化量C_U和C_D的相对关系。只有电极14受到影响时，无论使用者碰触位置的Y座标为何，电容变化量C_U都为零，导致根据式二得出的座标y会是负值。这样的计算结果显然无法正确表示碰触发生位置的Y座标。

另一方面，虽然第一下感应器16所检测到的电容变化量主要是由电极14贡献，但控制器是以电极14、15的共同重心位置(标示为P1)而非电极14的重心来代表第一下感应器16所检测到的电容变化量出现的位置。如此计算得出的座标x显然会较圆框21所在的实际位置偏右。如图3(B)所示，若圆框21并非位于感应区域100的边缘位置，圆框21的左半部理论上会触动另一个电极31(实际上不存在，以虚线表示)，进而提供一个使根据式一计算出的座标x向左偏移(也就是令座标x较接近圆框21的真实X座标)的电容变化量。易言之，在边缘区域中，由于缺少虚拟电极31可能贡献的平衡数值，前述重心P1又距离圆框21的真实X座标甚远，控制器计算出的座标x因此存在相当大的误差。

相似地，若使用者碰触发生在如图3(C)中以虚线圆框22表示的位置(也就是感应区域100的最右侧)，仅电极17受到影响。在这个情况下，只有第N上感应器18会检测到电容变化量，据此计算出的碰触位置座标同样会出现重大误差。由式二可看出，在只有电极17受到影响时，无论使用者碰触位置的Y座标为何，电容变化量C_D都为零，导致根据式二得出的座标y为接近L的固定值。这样的计算结果显然亦无法正确表示发生使用者碰触的位置。

上述在边缘区域发生检测误差的情况极可能会导致控制器误判使用者的触碰意图，进而引发错误的操作结果。倘若为了避免这种错误而舍弃感应区域100的左右两侧边缘区域不用，又会造成硬件成本的浪费。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出新的自容式触控面板，藉由提高使用者按压触控面板的边缘区域时可能触动的感应器数量来产生较先前技术准确的检测结果。

根据本发明的一具体实施例为一种自容式触控面板，其中包含P个第一感应器、Q个第二感应器、一边缘区域及一中央区域。该边缘区域具有一第一面积且对应于该P个第一感应器。该P个第一感应器用于检测对应该边缘区域的一电容变化量。该中央区域具有一第二面积且对应于该Q个第二感应器。该Q个第二感应器用于检测对应该中央区域的一电容变化量。P与该第一面积的比值高于Q与该第二面积的比值。

根据本发明的另一具体实施例为一种自容式触控面板，其中包含多个感应器、一边缘区域及一中央区域。每一单位面积的该边缘区域包含R个电极且对应该多个感应器中的P个第一感应器。每一该单位面积的该中央区域包含M个电极分枝且对应该多个感应器中的Q个第二感应器。R与P的比值高于M与Q的比值。

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。

附图说明

图1绘示了一现行自容式触控面板范例。

图2为一梯形电极图样范例。

图3(A)~图3(C)用以说明现行自容式触控面板的边缘区域会发生大感应误差的原因。

图4为根据本发明的一实施例中的电极/感应器配置范例；

图5用以说明本实施例能提升定位正确性的原因。

图6为根据本发明的另一实施例中的电极/感应器配置范例；

图7用以说明本实施例能提升定位正确性的原因。

图8为根据本发明的另一实施例中的电极/感应器配置范例。

主要元件符号说明

100、400、600、800：感应区域

11、12、14、15、17：电极

13、16、18：感应器

P1、P3、P4：电极重心位置

21、22、61、71：使用者碰触位置

31：虚拟电极

41、42、43、44：边缘电极

41A、41B、42A、42B、43A、43B、44A、44B：边缘电极

45、46、47、48、49：感应器

51、52、53、54：中央电极

具体实施方式

根据本发明的一实施例为一自容式触控面板，其功能方块图如图4所示。以虚线框表示的感应区域400内设有多个各自近似于直角三角形的电极；实务上，该等电极的形状可能为如图2所示的瘦高的梯形。由图4可看出，位在感应区域400最左端的边缘电极41、42和最右端的边缘电极43、44较其他位于中央区域的电极(例如电极51、52、53、54)窄。易言之，不同于图1所示的先前技术，此实施例中的所有电极并非等宽。边缘电极41、42、43、44近似一第一直角三角形，其他电极则是近似一第二直角三角形。第一直角三角形的最短边(平行于图中的X方向)短于第二直角三角形的最短边；第一直角三角形的次短边(平行于图中的Y方向)与第二直角三角形的次短边等长。

由图4亦可看出，第一上感应器45专用以检测边缘电极41的电容变化量，第一下感应器46专用以检测边缘电极42的电容变化量，第N上感应器47专用以检测边缘电极43的电容变化量，第N下感应器48专用以检测边缘电极44的电容变化量。其他位于中央区域的电极则是每两个电极共用一个感应器。此自容式触控面板还可包含用以根据各感应器的检测结果判断触碰发生位置的控制器(未绘示)。

以下根据重绘于图5的电极41、42、51~54说明何以此实施例在边缘区域的检测结果的正确性优于先前技术。若欲求便于比较，可假设电极51和图一中的电极11在X方向的宽度大致相同，但实务上不以此为限。

当使用者碰触发生在如图5中以虚线圆框61表示的位置(相当于圆框21在图3(A)中的位置)，由于电极41、42较窄，不同于在图3(A)中仅电极14受到影响的情况，图5中的电极41、42都受到影响。因此，第一上感应器45和第一下感应器46产生的检测结果都会在计算圆框61的Y座标时提供贡献；易言之，电容变化量C_U和C_D皆不为零。由此可知，相较于图1的电极/感应器配置，当使用者碰触发生在类似于圆框61所在的边缘位置时，图4的电极/感应器配置能得出较正确的座标y。

另一方面，在根据式一判断圆框61的X座标时，控制器是以电极41的重心位置(标示为P3)来代表第一上感应器45所检测到的电容变化量出现的位置，并以电极42的重心位置(标示为P4)来代表第一下感应器46所检测到的电容变化量出现的位置。在X方向上，重心位置P3、P4都相当接近圆框61。因此，相较于图3(A)所绘示的情况，此实施例中的控制器计算出的座标x较接近圆框61的实际X座标。更明确地说，采用图4的电极/感应器配置的所以能够得出较正确的座标x，是因为每一边缘电极的重心到该电极中所有可能受触点的平均距离较小。比较图5中的重心P4和图3(A)中的重心P1，平均而言，以重心P4的X座标代表第一下感应器46所检测到的电容变化量会比以重心P1的X座标代表第一下感应器16所检测到的电容变化量更能反映实际发生触碰的位置。

值得注意的是，图4中的感应器总数量可被设计为与图1中的感应器总数量相同。实务上，只需稍微增加中央区域的电极(例如电极51、52、53、54)在X方向的宽度，即可令感应区域400的尺寸维持在与感应区域100相同的大小。从另一个角度来看，透过预先设定感应区域400的大小和感应器总数量，只要决定中央区域和边缘区域中的电极宽度的相对比例，便可估算出两区域中的各个电极宽度。

此外，须说明的是，根据本发明的自容式触控面板所包含或所配合的控制器于推算触碰发生位置时，不一定要采用前述式一、式二、式三计算座标x、y。易言之，本发明的概念并不限定应用于根据式一、式二、式三决定触碰发生位置的自容式触控面板。

根据本发明的另一实施例亦为一自容式触控面板，其功能方块图如图6所示。位在感应区域600最左端的四个边缘电极41A、41B、42A、42B和最右端的四个边缘电极43A、43B、44A、44B较其他位于中央区域的电极(例如电极51、52、53、54)窄。由图6可看出，于此实施例中，第一上感应器45为电极41A、41B所共用，第一下感应器46为电极42A、42B所共用，第N上感应器47为电极43A、43B所共用，第N下感应器48为电极44A、44B所共用。其他位于中央区域较宽的电极同样是每两个电极共用一个感应器。此自容式触控面板亦可包含用以根据各感应器的检测结果判断触碰发生位置的控制器(未绘示)。

以下根据重绘于图7中的电极41A、41B、42A、42B、51、53说明此实施例在边缘区域的检测结果正确性优于先前技术的原因。若使用者碰触发生在如图7中以虚线圆框71表示的位置(相当于圆框21在图3(A)中的位置)，类似于图5的情况，第一上感应器45和第一下感应器46产生的检测结果都会在计算圆框62的Y座标时提供贡献，因此，亦能得出较正确的座标y。

根据本发明的另一实施例亦为一自容式触控面板，其功能方块图如图8所示。位在感应区域800最左端的四个边缘电极和最右端的四个边缘电极较其他位于中央区域的电极窄。由图9可看出，于此实施例中，第一上感应器45为左端的四个边缘电极所共用，第一下感应器46为左端的另外四个边缘电极所共用，第N上感应器47为右端的四个边缘电极所共用，第N下感应器48为右端的另外四个边缘电极所共用。其他位于中央区域较宽的电极同样是每两个电极共用一个感应器。类似于图6所绘示的实施例，图8中较窄的边缘电极可增加两电容变化量C_U和C_D皆不为零的机率，因此能得出较正确的座标y。

由以上几个实施例可看出，只要使用者的触动能同时引发两电容变化量C_U和C_D都不为零，就能找出比只有一个电容变化量(C_U或C_D其中一个)时更准确的座标y。因此，本发明的主要精神为提高使用者按压触控面板的边缘区域时可能触动的感应器数量。实务上，在使用者触碰的面积不变的情况下，提高使用者可能触动的感应器数量可藉由增加单位面积所对应的感应器数量，或是增加单位面积中涵盖的电极分枝数量来达成。

图4和图6为增加单位面积所对应的感应器数量的实施例。就图4而言，若电极41的宽度为电极51的一半，边缘区域内单位面积所对应的感应器数量即为中央区域内单位面积所对应的感应器数量的四倍。就图6而言，若电极41A、41B的宽度各自为电极51的一半，边缘区域内单位面积所对应的感应器数量即为中央区域内单位面积所对应的感应器数量的两倍。值得注意的是，在先前技术(例如图1)中，边缘区域和中央区域的单位面积所对应的感应器数量相等。综上所述，假设触控面板的边缘区域具有第一面积且对应于P个感应器，而中央区域具有第二面积且对应于Q个感应器，本发明提出的技术方案之一为藉由令P与第一面积的比值高于Q与第二面积的比值达到提升座标y的正确性的效果。

图8为增加单位面积中涵盖的电极数量的实施例。就图8而言，边缘区域和中央区域的单位面积所对应的感应器数量相等，但边缘区域内每个感应器对应的电极数量(四个)较中央区域每个感应器对应的电极数量(两个)多。也就是说，假设触控面板的边缘区域中的单位面积包含R个电极且对应于P个感应器，而中央区域中的单位面积包含M个电极且对应Q个感应器，本发明提出的技术方案之二为藉由令R与P的比值高于M与Q的比值达到提升座标y的正确性的效果。须说明的是，连接同一感应器的电极可以在实体上直接相连，亦可在连接至感应器的接线端相连。

由以上实施例亦可看出，本发明的另一主要精神为藉由改变边缘区域的感应器所对应的重心位置来产生较先前技术准确的座标x。就图4而言，边缘电极41的重心到边缘电极41中所有可能受触点的平均距离便被设计为小于中央电极51、52的共同重心到中央电极51、52中所有可能受触点的平均距离。就图6而言，边缘电极41A、41B的共同重心到边缘电极41A、41B中所有可能受触点的平均距离同样被设计为小于中央电极51、52的共同重心到中央电极51、52中所有可能受触点的平均距离。

可理解的是，上述几个技术概念的应用范围皆不限于前述电极形状和电极配置方式。举例而言，无论电极形状是否为三角形，只要使用者的触动能同时引发愈多感应器产生不为零的输出信号，便愈有机会能够准确定位出使用者的触碰位置。

如上所述，本发明提出新的自容式触控面板，藉由提高使用者按压触控面板的边缘区域时可能触动的感应器数量改善座标y的正确性，并藉由改变边缘区域的感应器所对应的重心位置来产生较先前技术准确的座标x。

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。

Claims (9)

1.一种自容式触控面板，包含：

P个第一感应器，P为一正整数；

Q个第二感应器，Q为一正整数；以及

一感应区域包含:

一边缘区域，具有一第一面积，该P个第一感应器用于检测对应该边缘区域的一电容变化量；以及

一中央区域，具有一第二面积，该Q个第二感应器用于检测对应该中央区域的一电容变化量；

其中P与该第一面积的比值高于Q与该第二面积的比值。

2.如权利要求1所述的自容式触控面板，其特征在于，该边缘区域包含一对相邻且互补的电极。

3.如权利要求1所述的自容式触控面板，其特征在于，该边缘区域包含一边缘电极，该边缘电极具有一第一重心，该中央区域包含一中央电极，该中央电极具有一第二重心；该第一重心到该边缘电极中所有可受触碰的一第一平均距离小于该第二重心到该中央电极中所有可受触碰的一第二平均距离；其中，该第一重心代表该P个第一感应器的一所检测的该电容变化量的位置，该第二重心代表该Q个第二感应器的一所检测的该电容变化量的位置。

4.如权利要求3所述的自容式触控面板，其特征在于，该边缘电极的平面形状近似一第一直角三角形，该中央电极包含多中央子电极，各该多中央子电极的平面形状近似一第二直角三角形，该第一直角三角形的最短边短于该第二直角三角形的最短边，该第一直角三角形的次短边与该第二直角三角形的次短边等长。

5.如权利要求3所述的自容式触控面板，其特征在于，该边缘电极包含多边缘子电极，该中央电极包含多中央子电极，各该多边缘子电极的平面形状近似一第一直角三角形，各该多中央子电极的平面形状近似一第二直角三角形，该第一直角三角形的最短边短于该第二直角三角形的最短边，该第一直角三角形的次短边与该第二直角三角形的次短边等长。

6.一种自容式触控面板，包含：

多个感应器；

一边缘区域，该边缘区域的每一单位面积包含R个电极且对应该多个感应器中的P个第一感应器；以及

一中央区域，该中央区域的每一该单位面积包含M个电极且对应该多个感应器中的Q个第二感应器；

其中R与P的比值高于M与Q的比值。

7.如权利要求6所述的自容式触控面板，其特征在于，该边缘区域包含一对相邻且互补的电极。

8.如权利要求6所述的自容式触控面板，其特征在于，R与M为大于1的整数，各该P个第一感应器对应于该R个电极中的多个第一电极，该多个第一电极具有一第一重心，各该Q个第二感应器对应于该M个电极中的多个第二电极，该多个第二电极具有一第二重心；该第一重心到该多个第一电极中所有可受触碰的一第一平均距离小于该第二重心到该多个第二电极中所有可受触碰的一第二平均距离。

9.如权利要求6或7所述的自容式触控面板，其特征在于，各该边缘区域的R个电极的平面形状近似一第一直角三角形，各该中央区域的M个电极的平面形状近似一第二直角三角形，该第一直角三角形的最短边短于该第二直角三角形的最短边，该第一直角三角形的次短边与该第二直角三角形的次短边等长。