TW201322098A - 電磁感應式觸控裝置 - Google Patents

Abstract

本發明為一種電磁感應式觸控裝置，包含有一觸控感應墊及連接該觸控感應墊的一信號處理電路，該觸控感應墊可供使用者觸摸操作而使信號處理電路產生一控制信號，其中，該觸控感應墊是以非導電材質為基底，於其上塗佈或批覆可傳導交流信號之材質構成，藉此可取代傳統使用銦錫氧化物(ITO)導電薄膜所構成之觸控結構。

Description

電磁感應式觸控裝置

本發明係關於一種觸控裝置，尤指一種利用電磁耦合原理產生觸控信號之觸控裝置。

觸控技術在3C產品的應用越來越廣泛，目前較為常見的有旅遊展覽園區的導覽系統、智慧型手機、電腦遊戲機台、自動化工作機台等，主要原因在於觸控方式具有操作簡單方便的優點，且不用在額外準備輸入控制裝置，任何人都可以輕易上手。

藉由觸碰產生電流電壓的改變，作為偵測觸碰位置的觸控輸入技術，大致有電阻式觸控及電容式觸控兩種。

請參考圖9所示，電阻式觸控裝置係在一顯示器201上設置相隔開的一ITO玻璃202及一ITO薄膜203，並在該ITO玻璃202及ITO薄膜203之間設置複數間隔物204。在該ITO玻璃202及ITO薄膜203之間通入5伏特電壓，當使用者觸碰該ITO薄膜203，使其凹陷與ITO玻璃202接觸產生電壓變化，藉由感應觸碰點的電壓變化，而偵測觸碰點位置。該電壓變化的類比訊號轉換為數位控制訊號輸入該顯示器內，達到觸控的目的。但是電阻式觸控技術僅能做到單點的觸控，同時觸碰感應較不精確，而且經常的觸碰按壓容易對ITO薄膜203及ITO玻璃202造成刮傷，導致損壞。

另請參考圖10所示，電容式觸控裝置係在一顯示器205上有二層ITO薄膜206，該二層ITO薄膜206之間有一玻璃207隔開，最外層為一層二氧化矽硬化層208，在玻璃207表面建立一均勻電場，利用人體觸碰，使人體內靜電流入地面，產生微弱電流的方式感應觸碰位置，來達到觸控的目的，而電容式觸控相對電阻式觸控可以做到多點觸控的優勢，並且較不會有刮傷的缺失。

傳統觸控結構使用的ITO膜是以稀有元素銦的氧化物構成，稀有元素不僅是地球上的存量稀少，開採困難，而且有環保的問題。將這種稀有元素大量地用在民生電子，例如汰換率極高的手機、電腦，是一種無意義且不負責任的浪費；如果有其他替代品，不僅可以降低手機、電腦的製造成本，而且可以減少地球資源的浪費與濫用。

本發明為實現：找出現有ITO膜製程之替代品之理念，期望能減少地球資源的浪費與濫用。為配合這些替代材質之特殊性，而引進特殊電子電路來處理經由這些材質介面傳遞的觸控信號。

本發明之電磁感應式觸控裝置，包含有：一觸控感應墊，包含有一第一信號傳遞層及一保護層，該保護層設在第一信號傳遞層表面，該第一信號傳遞層係以非銦錫氧化物之材質構成，該觸控感應墊依據人體之電磁耦合現象而產生一感應電壓；至少一信號處理電路，係電連接該觸控感應墊，接收該感應電壓並輸出一控制信號。

請參考圖1，在本發明中，使用一種以可傳導交流信號之材料構成一觸控感應墊10，視情況可為單層結構或雙層結構。以單層結構而言，是在一信號傳遞層11上形成一保護層12，該保護層12可由玻璃或塑膠材質構成。本發明應用於手機、電腦之顯示面板或鍵盤/滑鼠輸入設備時，這些產品都有外覆保護玻璃或塑膠殼，該保護玻璃或塑膠殼即可作為保護層12。信號傳遞層11的材質係選用除了ITO以外但可傳導交流信號者(即交流雜訊)。經過實驗顯示，適用的材質包含有金屬線路、導電銀膠、導電鋁膠、紙張(例如銅版紙、牛皮紙)、石墨、肥皂、廣告顏料、毛髮、皮革、正/負光阻劑、印刷用油墨、漆包金屬線等。

請參考圖2，若觸控感應墊10為雙層結構，則可適用於二維排列的應用。包含有第一信號傳遞層13、第二信號傳遞層14及一保護層12。當第一信號傳遞層13與第二信號傳遞層14為金屬線路、導電銀膠或導電鋁膠等時，則在兩者之間設置一直流阻絕層15，使第一信號傳遞層13與第二信號傳遞層14絕緣重疊，避免兩傳遞層直接短路。該保護層12形成在第二信號傳遞層14的表面。保護層12同樣可由玻璃或塑膠材質構成，第一信號傳遞層13與第二信號傳遞層14的材質則如同上述，是以可傳導交流信號的材質構成。

請參考圖3，為本發明第一實施例的電路方塊圖，係應用於利用交流供電的電子電路系統中。觸控感應墊10係連接至一信號處理電路20的輸入端，該信號處理電路20可為一差動放大器電路，例如運算放大器或一比較器，可採用型號LM358的IC作為信號處理電路20。該電源轉換器(AC adapter)30將交流電壓轉換為直流電壓，因為電源轉換器30使用到交流電壓，例如110V、60Hz，電源轉換器30供電同時，交流電壓也會將電磁能量輻射到周遭環境；因為人體具有電磁吸收的特性會吸收周遭的電源輻射，使用者身體也會感應吸收到電磁輻射能量，故會引入交流雜訊(AC noise)到電子電路系統。信號處理電路20經由電源轉換器30時，藉由電磁耦合現象，當使用者在觸摸該觸控感應墊10時，會在該觸控感應墊10上產生一感應電壓。信號處理電路20可產生一控制信號，可用以控制一待控裝置，在此以發光二極體40為例說明，當控制信號輸出時，可驅動點亮該發光二極體40，相反的，當使用者未觸摸該觸控感應墊10時，發光二極體40呈現不亮狀態。

如同上述，該觸控感應墊10之交流信號傳遞層11以銅版紙進行試驗時，是以大小為12x0.6公分之紙張為樣品進行，利用導線的一端連接紙張，導線的另一端連接該信號處理電路20，實驗結果顯示使用者觸摸該銅版紙時，可令信號處理電路20產生控制信號而點亮發光二極體40。以牛皮紙進行試驗時，是以大小為4x0.6公分的紙張為樣品進行，亦可順利點亮發光二極體40。石墨測試則是取用鉛筆心為樣品進行。

另請參考圖4，為本發明應用於直流供電的第一實施例，前述電路架構可以整合在電子裝置內部的電子電路系統中，例如整合在手機、電話內部，信號處理電路20的輸入端連接有數個觸控感應墊10，信號處理電路20接收來自一直流電源(例如電池)的電壓，在電子電路系統中若具有一振盪電路，亦可自行產生交流雜訊(信號)，當使用者接觸該觸控感應墊10時，其電路動作原理如同前述，使用者身體可吸收由振盪電路產生的交流信號，故會引入交流雜訊(AC noise)而使信號處理電路20產生控制信號。

請參考圖5所示，為本發明應用於直流供電的第二實施例，信號處理電路20的輸入端連接有數個觸控感應墊10，信號處理電路20接收來自一直流電源(例如電池)的電壓，若電子電路系統中不具有振盪電路，則當使用者的手指同時碰觸輸入端的二個觸控感應墊10，可在二個觸控感應墊10之間產生一等效電容。當手指的等效電容出現後，在信號處理電路20的輸入等效阻抗改變，進而引發其輸出狀態改變，同樣可產生一控制信號。

該觸控感應墊10可視實際的應用狀況，以一維排列、二維交叉排列、矩陣排列等型態呈現。如圖6所示的一維排列，多個觸控感應墊10可分別產生各自的控制信號，其中，每一個觸控感應墊10係為長條狀且連接一信號處理電路20以構成單一個信號通道(channel)。當使用者分別觸摸不同的觸控感應墊10，即可由對應的信號處理電路20產生控制信號，進而判斷出觸壓的座標位置。

如圖7所示的二維交叉排列，則是利用如圖2所示的雙層結構觸控感應墊10形成，其形狀可為線狀並沿X、Y軸方向交叉排列，第一信號傳遞層13、第二信號傳遞層14分別作為X軸及Y軸的感應線路，依據圖7的排列方式可提供16(4x4)個觸控點16，當任一個觸控點16被使用者觸摸後，X、Y軸方向上對應的信號處理電路20可產生信號，藉此判斷出觸控點16的座標。

如圖8所示，複數個觸控感應墊10排列為矩陣形式，每一個觸控感應墊10皆為獨立的觸控點且連接一獨立的信號處理電路20，此種排列方式可適用於觸控點需求數量較少的小型移動手持裝置。

10．．．觸控感應墊

11．．．信號傳遞層

12．．．保護層

13．．．第一信號傳遞層

14．．．第二信號傳遞層

15．．．直流阻絕層

16．．．觸控點

20．．．信號處理電路

30．．．電源轉換電路

40．．．發光二極體

圖1：本發明觸控感應墊第一實施例之結構示意圖。

圖2：本發明觸控感應墊第二實施例之結構示意圖。

圖3：本發明第一實施例之電路方塊示意圖。

圖4：本發明第二實施例之電路方塊示意圖。

圖5：本發明第二實施例之電路方塊示意圖。

圖6：本發明觸控裝置以一維排列之示意圖。

圖7：本發明觸控裝置以二維交叉排列之示意圖。

圖8：本發明觸控裝置以矩陣排列之示意圖。

圖9：現有電阻式觸控裝置之結構示意圖。

圖10：現有電容式觸控裝置之結構示意圖。

10．．．觸控感應墊

11．．．信號傳遞層

12．．．保護層

Claims (9)

1. 一種電磁感應式觸控裝置，包含有：一觸控感應墊，包含有一第一信號傳遞層及一保護層，該保護層設在第一信號傳遞層表面，該第一信號傳遞層係以非銦錫氧化物之材質構成，該觸控感應墊依據人體之電磁耦合現象而產生一感應電壓；至少一信號處理電路，係電連接該觸控感應墊，接收該感應電壓並輸出一控制信號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電磁感應式觸控裝置，該觸控感應墊進一步包含一第二信號傳遞層，該第二信號傳遞層與第一信號傳遞層係絕緣重疊。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電磁感應式觸控裝置，該第一信號傳遞層與第二信號傳遞層之間設有一絕緣層。
4. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之電磁感應式觸控裝置，該信號處理電路為一運算放大器。
5. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之電磁感應式觸控裝置，該信號處理電路為一比較器。
6. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之電磁感應式觸控裝置，該觸控感應墊之第一信號傳遞層以金屬線路、導電銀膠、導電鋁膠、紙張、石墨、肥皂、廣告顏料、毛髮、皮革、正/負光阻劑、印刷用油墨或漆包金屬線構成。
7. 如申請專利範圍第2或3項所述之電磁感應式觸控裝置，該觸控感應墊之第二信號傳遞層以金屬線路、導電銀膠、導電鋁膠、紙張、石墨、肥皂、廣告顏料、毛髮、皮革、正/負光阻劑、印刷用油墨或漆包金屬線構成。
8. 如申請專利範圍第6項所述之電磁感應式觸控裝置，該觸控感應墊之第二信號傳遞層以金屬線路、導電銀膠、導電鋁膠、紙張、石墨、肥皂、廣告顏料、毛髮、皮革、正/負光阻劑、印刷用油墨或漆包金屬線構成。
9. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之電磁感應式觸控裝置，該保護層為玻璃層或塑膠層。