TW201019199A - Capacitive matrix touch sensor - Google Patents

Description

201019199 六、發明說明： 【先前技術】 使用電何傳送電容性量測方法（諸如聞述於美國專利 第6,452,514號中之方法）可形成觸控感測區域，其可透過 一數公分的塑膠或玻璃前面板偵測人類觸控。在先前技術 裝置中，電極係形成於與前面板膠合或與其保持接觸之一 單獨基板上，且然後使用呈一連接器或接線器形式之導線 將此面板電互連至一主印刷電路板（pCB)。該互連亦可多 少有點問？，此乃因其可移動而導致電容改變且其亦引入 對降低觸控控制敏感度起作用的某一固定量之雜散電容。 在以上電荷傳送電容性量測方法t，使用一發射_接收 過程以誘導電荷橫跨一射電極與一集電極之間的間隙（發 射器及接收器亦分別稱作X及Y)。當一手指觸控與發射器 電極與接收器電極之間的所得電場互動時，自發射器耦合 至接收器之電荷量之改變。以上方法之複數個特徵係電荷 中之大多數電荷傾向於集中在靠近尖銳拐角及邊緣處（靜 電學中一眾所周知之效應）。發射器電極與接收器電極之 間的邊緣場支配電荷耦合。因此，相容電極設計傾向於聚 焦於相鄰發射器電極與接收器電極之間的邊緣及間隙，以 最大化耦合且最大化一觸控中斷發射器電極與接收器電極 之間的電場的能力，因此賦予所量測電荷之最大相對改 變。期望大改變，因為大改變等同於較高解析度且等同於 較佳信雜比。 一經特殊設計之控制晶片可偵測此等電荷改變。方便將 143742.doc 201019199 此等電荷改變認為係發射器電極與接收器電極之間的所量 測耦合電容之改變（很難將電荷可視化）。晶片處理來自感 測器周圍各種地點的電容性改變之相對量且使用此來偵測 一觸控按紐上一觸控之存在。通常，此等電極需要係透明 的，使得光可穿過觸控感測器以提供美學及/或功能性照 明效應。 ~ 該電荷傳送電容性量測方法之一優點係可以比其他技術 低之一「每一感測器成本」形成諸多觸控感測器。此乃因 每個X電極與γ電極之間的交點可形成一觸控感測器。舉 例而言，可使用具有10個X電極及8個丫電極之一系統來形 成80個觸控感測器。此僅需要一控制晶片上有18個插針， 而一等效開路感測方案將需要8〇個。 電荷傳送電容性量測方法係使用一兩部分電極設計之一 發射-接收架構。一典型先前技術電極設計顯示於圖1中。 此處，一發射元件100及接收元件101係顯示為用於耦合該 兩個元件之間的電場102。 在圖2中，以一剖面圖顯示先前技術電極設計其中發 射兀件200與接收元件201接合或被按壓於一絕緣前面板 202上。耦合於該兩個元件之間的電場2〇3可因一手指或其 他觸控物件205之存而分裂204。此用於減少自發射元件至 接收元件之互電容，此改變係由一控制電路2〇6感測到以 §己錄一輸出207以指示觸控2〇5之存在（或不存在）。 【發明内容】 一觸敏裝置包括將一基板與一觸控面板分離之發射電極 143742.doc 201019199 及接收電極。選定電極可由壓縮於基板與觸控面板之間的 導電可壓縮材料形成。某些電極由基板支撐且經配置以與 該等導電可壓縮電極形成一電場耦合。該電場耦合經組態 以響應於靠近一導電可壓縮電極之觸控面板之一觸控事件 而改變。在某些實施例中，電極可係透明的以允許照明穿 過電極。在某些實施例中，電極可包括若干孔以允許照明 ’ 自由基板支撐之光源穿過觸控面板。 【實施方式】 用於一觸控控制之一結構使用一可壓縮導電材料以在距 ❿ 控制電路之某一距離處形成一觸敏區域。使用依賴—開 路電極配置之傳統電容性感測方法，易於使用一導電彈簧 或其他可壓縮材料以將觸敏區域自一基板（諸如一控制印 刷電路板（PCB))向上傳送至一前面板。在某些實施例中， 在前面板處不需要特定互連；「彈簧」僅向上按壓於前面 板上且备被壓縮以形成一觸控控制時具有充足表面積。因 此，在組裝期間可實現顯著之成本節約，此乃因整個感測 器PCB變為自含有安裝於pcB上之導電跡線上之「彈 ❹ 簧」。然後PCB本身相對於前面板固定就位，其中「彈 簧」保持壓縮以確保一機械穩定系統（此對於電容性觸控 * 控制是重要的，因為任何移動可導致自感測器所量測之信 號波動）。 · 諸如闡述於美國專利第6,452,5 14號中之一電荷傳送電容 性量測方法（或其他發射接收方法）可與在一控制印刷電路 板（PCB)與一前面板之間具有一機械「彈簧」配置之一觸 143742.doc -6 - 201019199 敏裝置-起使用。應理解可使用任一可壓縮導電材料形成 此「彈簧」。在-個實施例中，只要彈菁之電阻率係適度 低，諸如（舉例而言）低於100 Kohms，則就可使用任一= 壓縮材料，諸如金屬彈簧或塑膠彈菁、開放室發泡體或封 ' 帛室發泡體或其他此類材料。在某些實施例中，電阻率可 • 係 10 Kohms、或 1 Kohms 或更小。 應注意’所引用之實例將發射元件及接收元件放置在相 φ 时面上且因此僅需要在-基板上構建-個層。同樣可能 的是橫跨兩個層（亦即，使X在γ下面）形成一電荷傳送電容 性量測觸控感測器。

•-種使用彈簧將X與Y之「交點」向上傳送至—前面板 之方式包括在諸如控制板-基板或任—其他類型之基板 (諸如-塊歸片（諸如PET或聚碳酸8|)、_玻璃層或適合 於支撐電極之其他材料）上使用兩個同心或並列彈簧。基 板可藉由使用離散佈線提供一至電極之電連接之機械I • 撐。此實例性實施例顯示於圖3中。此處，一第一χ彈簧 300及-第-Y彈簧301彼此接近放置且經按壓而與一前面 板3〇2接觸。沿著該配置顯示有一第二χ/γ對，其使用由連 接至-第二X彈簧304及一第二γ彈簧3〇5之—導線或跡線 303互連之同一\線。在此實施例中，自第—χ彈簧綱耗 合至第一 γ彈簧301之電場306亦傾向於耦合3〇7至第二γ彈 簧3〇5 ^此可在藉由第一彈簧對進行觸控時導致第二彈簧 對之觸控敏感度。此實施例每觸控鍵使用兩個彈著。 在圖4中所示之一進一步實施例中，-共同Υ彈簧400由 143742.doc 201019199 兩個X彈簧401及402共用。為此將兩個觸控鍵在實體上彼 此接近放置以起作用。使用多於一個Y線可導致鍵辨別之 某些缺失。 一進一步實施例顯示於圖5 A中。使用諸如控制PCB 500 之一基板以形成所有X及Y電極佈線501。一控制晶片502 可存在於或可不存在於此控制板上，但其係用來量測觸控 鍵之電容性改變。所顯示之Y電極（Y1 503及Y2 504)係連 接至一組Y電極彈簧505、506、507及508和509、510、511 及5 12 ’第一群組係電連接至Y1且第二群組係電連接至 丫2’使用卩〇85〇〇上之跡線以影響此互連。在卩匚；05〇〇上 形成一系列射極X電極（被稱作XI至Χ4)513、514、515、 516、517、518、519及520。此等電極完全作為導電形狀 形成於PCB 500之表面上。在一個實施例中，X電極可經 設計以大致或完全地圍繞γ彈簧5〇5、5〇6、5〇7、5〇8、 509、510、511及512之基底。如可見，8個邏輯觸控鍵係 如此形成 532、533、534、355、536、537、528 及 539 ; X1Y1、X2Y1、X3Y1、X4Y1 及 X1Y2、Χ2Υ2、Χ3Υ2、 Χ4Υ2。因此使用總計8個彈簧（505、5〇6、5〇7、5〇8、 509、510、511及512)。在一個實施例中，χ電極充分接近 其等之相鄰γ彈簧以使電場保持良好區域耦合。在圖5Β 中，前面板529上一觸控物件528現在影響主要針對觸控毗 鄰觸控鍵之經搞合區域X至γ場。因此鍵辨別係良好的。 針對一單個觸控鍵之電場顯示為53〇且其與觸控物件528之 互動亦顯示於531處。 143742.doc -8- 201019199 一替代方案顯示於圖6A中’其中彈簧601、602、603、 6〇4、605、006、007及608現在連接至χιχ4射極且PCB 6〇〇 電極 609、610、611、612、613、614、615 及 616 係連 接至Y。圖6B圖解說明柄合至一 X射極電極621之彈簧601 之一透視圖》在其中鍵辨別之一改良可由於γ線被X彈簧 • 更多地遮罩之事實而受到影響之某些應用中，此替代方案 可具有一優點。另一潛在優點係可減少γ電極面積且因此 φ 幫助最小化在觸控期間注入至Y線中之雜訊。獲得電容性 感測系統中之最大信雜比有助於確保在電雜訊條件下之可 • 靠作業。 . 在所顯示之某些實施例中，該等彈簧以彈簧之頂部形成 一扁平「螺旋」盤之此一方式壓縮。此使彈簧自身良好地 與觸控物件耦合且允許與螺旋下面之電場互動。 在圖6B中，X電極621及Y電極609顯示為彼此實體分離 之一圓盤621與同心環609。在進一步實施例中可使用電極 Φ 之諸多其他組態。進一步實施例可以增加之共用電極邊緣 為特徵，其中場線集中於該等邊緣處。 一替代配置使用一大致同軸配置’其中彈簧連接至又且 僅圍繞PCB上之Y接收器電極。此顯示於針對一對觸控鍵 之圖7A及7B中。PCB 700將導電電極用於兩個Y1接收器 701及702。XI射極係自兩個彈簧7〇3及7〇4形成。前面板 705及觸控物件706係與一近似場分佈7〇7及觸控互動7〇8一 起顯示。如可見，在觸控物件7〇6作用下，該場位移離開γ 接收器。如同在其他實施例中一樣，此導致又與γ之間的 143742.doc -9- 201019199 -電容降。此方法具有一不同優點’該等彈簧可由於無特 殊扁平頂部配置而具有極簡單之設計。觸控物件7〇6有效 地觸控彈簧之線圈之「内部」，從而影響場7〇7及7〇8。可 使用由任何導電構件（諸如焊料、機械夾子、膠水）形成i 一接觸件自PCB連接700驅動彈簧或將其簡單地限制於 上一導電對置墊。冑熟習此項技術者而言其他方法可係顯 而易見的。此實施例共用圖6A及圖6B之優點，此乃因χ彈 簧用於部分地遮罩Υ接收器且可使得丫接收器之面積相對 小以辅助雜訊抗擾性。 未顯示之另一實施例類似於圖7Α及圖7Β，其中彈簧連 接至Υ且PCB電極連接至χ。以先前實例中所闡述之—類似 方式，此同樣有效但在某些應用中可顯示降格之鍵辨別及 雜訊抗擾性。 在圖7Α及7Β中，應理解γ電極形狀可採取各種形式。如 圖8中所顯示，重要的是此可在形成於pCB 8〇〇上之電極⑽2 中包括一孔801。此對促進一發光裝置之置放極為有用， 如以兩個交替位置8〇3及8〇4所示。存在可設想出之電極與 孔之眾多組態。自大致透明之一導電材料形成pCB電極以 允許光自下面透過亦係可能的。在每一彈簧之中心區域處 組合電極與某種形式之電致發光光產生亦係可能的。此顯 示於圖9中。顯示PCB 900及彈簧901，且在彈簧9〇1之中間 顯示電極結構，其中一透明Y電極902形成於一磷光體 9〇3層及—第二電極904之頂部，該第二電極904可係接地 的或又到有效驅動。一控制晶片9〇5以電致發光高電壓驅 143742.doc 201019199 動906週期對電容性量測進行時間多工。此配置准許直接 在觸控鍵作用區下方以一極低輪廓及均勻照明形成發光 層。 亦可構想出一類似發光方法，其中不使用一電致發光 層，而是在PCB電極（同樣，其係大致透明材料以允許光上 下通過面板）下面置放一光擴散器片。光擴散器片在此項 技術中係眾所周知且通常係自邊緣受照射，使用全内發反 射（TIR)以將光引導至經選擇區，然後在該等經選擇區處 使用分裂TIR過程之各種技術（機械應力、表面上之小脊、 折射指數不匹配等等）使光逸散。 另一照明方法顯示於圖11中。此處，在彈簧丨〗〇〗中心中 一同軸安裝之發光裝置1100使用一反射套11〇2，該反射套 沿彈簧1101内側向上伸展且恰在前面板丨1〇4之内表面丨1〇3 之前停止。該套可由任合反射材料製成。 圖7中所使用之彈簧亦可利用在壓縮時變扁平之一向内 可壓縮螺旋。此顯示於圖1〇中。此方法之一優點係其有助 於更加完全地遮罩1001下面之電極。此可提供雜訊抑制優 點。向内螺旋1〇〇5之彈簧之線圈可具有一適度開放結構以 允許觸控物件1〇〇2與在pcb 1〇〇〇上形成於彈簧1004與電極 1001之間的電場1003互動。 【圖式簡單說明】 圖1係用於一基於電容性的觸控感測器之一先前技術電 極佈局之一俯視圖； 圖2係圖1之先前技術佈局之剖面圖； 143742.doc 201019199 圖3係根據一實例性實施例在電極與一前面板之間使用 彈簧的一電極組態之一剖面圖； 圖4係根據一實例性實施例在電極與一前面板之間使用 彈簧的一實例性電極組態之一剖面圖； 圖5 A係根據一實例性實施例在電極與一前面板之間使用 彈簧的一電極組態之一剖面圖； 圖5B係根據一實例性實施例顯示一觸控的一電極對與一 彈簧之一剖面圖； 圖6 A係根據一實例性實施例在電極與一前面板之間使用 彈簧的一進一步電極組態之剖面圖； 圖6B係根據一實例性實施例之一彈簧與電極之一透視 isi · 圖， 圖7 A係根據一實例性實施例在電極與一前面板之間使用 彈簧的一電極組態之一剖面圖； 圖7B係根據一實例性實施例顯示一觸控及電場邊緣線的 一電極對與一彈簧之一剖面圖； 圖8係根據一實例性實施例具有一孔及彈簧之一電極組 態之一剖面圖； 圖9係根據一實例性實施例具有電致發光光產生及一彈 簧的一電極組態之一剖面圖； 圖1 〇係根據一實例性實施例具有一光擴散器與一彈簧的 一電極組態之一透視圖；及 圖π係根據一實例性實施例具有一發光二極體及彈簧的 一電極組態之一剖面圖。 143742.doc 201019199

【主要元件符號說明】 100 發射元件 101 接收元件 200 發射元件 201 接收元件 202 前面板 205 觸控物件 206 控制電路 300 彈簧 301 彈簧 302 前面板 303 導線或跡線 304 彈簧 305 彈簧 400 彈簧 401 彈簧 402 彈簧 500 印刷電路板 501 佈線 502 控制晶片 503 電極 504 電極 505 電極彈簧 506 電極彈簧 143742.doc -13 201019199 507 電極彈簧 508 電極彈簀 509 電極彈簧 510 電極彈簧 511 電極彈簧 512 電極彈簧 513 電極 514 電極 515 電極 516 電極 517 電極 518 電極 519 電極 520 電極 529 前面板 532 邏輯觸控鍵 533 邏輯觸控鍵 534 邏輯觸控鍵 535 邏輯觸控鍵 536 邏輯觸控鍵 537 邏輯觸控鍵 538 邏輯觸控鍵 539 邏輯觸控鍵 601 彈簧 143742.doc 201019199

602 彈簧 603 彈簧 604 彈簧 605 彈簣 606 彈簧 607 彈簧 608 彈簧 609 電極 610 電極 611 電極 612 電極 613 電極 614 電極 615 電極 616 電極 621 射極電極 700 印刷電路板 701 接收器 702 接收器 703 彈簧 704 彈簧 705 前面板 706 觸控物件 800 印刷電路板 143742.doc -15 201019199 801 孔 802 電極 900 印刷電路板 901 彈簧 902 電極 903 磷光體層 904 電極 905 控制晶片 1000 印刷電路板 1002 觸控物件 1004 彈簧 1100 發光裝置 1101 彈簧 1102 反射套 1104 前面板 143742.doc

Claims (1)

1. 201019199 七、申請專利範圍： 1. 一種裴置，其包含： 一基板； 一頂部觸控面板； 一導電可壓縮電極，其由該基板支撐且自該基板延伸 至該頂部觸控面板； 第一電極’其由該基板支樓且經配置以形成 導 電可壓縮電極之一電場耦合。 成與導 2·如凊求項1之裝置，其中該導電可壓縮電極在壓縮下保 持於該基板與該頂部觸控面板之間。 3·如請求項1之裝置，其中該導電可壓縮電極係一發射器 電極且該第二電極係一接收器電極。 4.如請求項1之裝置，其中該導電可壓縮電極係一接收器 電極且該第二電極係一發射器電極。 5. 6. 如請求項1之裝置，其中該第二電極部分地圍繞該導電 可壓縮電極。 如請求項5之裝置，其中該導電可壓縮電極包括以一圓 盤之形狀形成之一部分，且該第二電極包含與該圓盤同 心之一環。 如请求項1之裝置，其中該導電可壓縮電極壓縮在該頂 部觸控面板上以在該頂部觸控面板上形成一觸控區，該 觸控區對應於該導電可麼縮電極麼縮在該頂部觸控面板 之區。 8.如請求項1之裝置，且其進一步包含對應於該導電可壓 143742.doc 201019199 縮電極及該第二電極之一光源。 9. 如請求項1之裝置，其中該光源包含一電致發光材料。 10. 如請求項1之裝置，其中該第二電極具有一孔，且其中 該裝置進一步包含一光源以透過該孔提供光。 11. 如請求項10之裝置，其中該光源包含由該基板支撐之一 發光二極體。

   12·如請求項1之裝置，其中該基板包含具有用於該導電可 壓縮電極及該第二電極之佈線之一印刷電路板，且其中 該頂部觸控面板係由包括塑膠或玻璃之材料所形成。 13. 如請求項1之裝置’其中該基板為該可壓縮電極及該第 一電極乂供機械支撑且包括叙合至該可壓縮電極及該第 二電極之離散佈線。 14. 如凊求項丨之裝置，其中該導電可壓縮電極包含自該基 板延伸至該頂部觸控面板之一導電彈簧。 15. —種裝置，其包含： 一基板；

   一頂部觸控面板； 複數個第-電極，其等由該基板支撐，每一第一電極 包括-導電彈簧，該導電彈簧自該基板延伸至該頂部觸 控面板使得該等彈簧被壓縮； 複數個第二電極，立等由今其把*墙。 與各別第-電極之—電場輛:基板支律且經配置以I 16.==5之裝置’其中該彈簧經形成以將電荷傳導J 工面板上接近該彈簧接觸該頂部觸控面板之一 I43742.doc -2- 201019199 點之 觸控 且其中 ❿

   22.如請求項21之方法， 該第一電極與該第二 17.如明求項16之裝置，其中該基板包含具有耦合至該 電極及該第二電極之若干導體的-印刷電路板。 W如請求初之|置，且其進―步包含對應於該第 及該第二電極之一光源。 19.如請求項】5之裝置，其_該第一電極具有一孔 該裝置進—步包含一光源以透過該孔提供光。 2〇.如請求項15之裝置，其中該彈㈣縮㈣鄰該頂部觸控 面板形成一扁平螺旋環。 21· —種方法，其包含： ，形成支擇於-底板上之—第—電極及_第二電極，使 得該第-電極與該第二電極形成一電場耦合，其中該第 -電極及該第二電極中之至少一者係由一可壓縮導電材 料所形成；及 、將該可壓縮導電材料與—頂部觸控面板㈣在一起， 以在該頂部觸控面板上接近該可麼縮材料與該頂部觸控 面板接觸之一經壓縮區域形成一觸控區。 其中該觸控區上之一觸控移除可在 電極之間的傳送之電荷。 143742.doc