电容式触控板的接触检测方法及其触控笔 【技术领域】
本发明是有关一种电容式触控板，特别是关于一种用于电容式触控板的触控笔及电容式触控板的接触检测方法。
背景技术
触控板有电阻式、电磁式及电容式三种。电阻式触控板在操作时需利用笔尖在极小的面积上施力，电磁式触控板需配合具有电池的特殊的笔进行输入。电容式触控板的工作原理是利用物件接触到触控板的瞬间产生电容耦合效应，因而可通过电容值的变化检测物件接触的位置，因此电容式触控板不必藉助消耗电源的输入笔，电容式触控板的使用也不需要施压点集中，因此使用寿命较长。再者，电容式触控板的组成简单、元件少、产品良品率高，使得电容式触控板在大量生产时成本较低。
操作电容式触控板的方式有许多，最常见的是以手指或笔在其表面碰触或滑动，以便触控板中的感应器产生相应的信号。感应器是一个包含有一维或二维感应导体的装置，通常是在印刷电路板上蚀刻迹线(trace)而成，其结构有四层、双层及单层，感测物件的原理大致上是相同的。为了保护感应器及美观的作用，感应器上覆盖有一层平滑的绝缘物，其材质普遍以绝缘胶与塑胶壳为主，提供绝缘的作用并让使用者的手指在其上碰触及滑动，其构造参考例如颁给米勒(Miller)等人的美国专利号5374787。
虽然电容式触控板在性能及成本两方面皆优于电阻式及电磁式触控板，但是却有检测精准度较低的缺点。电容式触控板的应用越来越多，某些应用可能需要更精准的检测效能。当电容式触控板的空间解析度增加，其迹线的等效电容降低，因此需要有更精准的检测能力。降低电容式触控板的电源电压也可能导致其检测精准度降低。这种种因素引发电容式触控板提高检测精准度的需求。
【发明内容】
本发明的目的之一，在于提出一种用于电容式触控板的触控笔。
本发明的目的之一，在于提出一种电容式触控板的接触检测方法。
根据本发明，一种用于电容式触控板的触控笔包括压力传导层、接触该压力传导层的压电元件以及支持该压电元件的支撑件。在该触控笔下压于该电容式触控板时，该压力传导层传递该接触点的压力，该压电元件接收该压力产生电压。
根据本发明，一种电容式触控板的接触检测方法包括对该电容式触控板上的接触点施加压力，将该压力转换成电压以改变该接触点的接地电位，以及检测该电容式触控板上的电压变化。
该压电元件产生的电压改变该接触点的接地电位，使该接触点的电压变化值增加，因而提升该电容式触控板的感度。
【附图说明】
图1是压电元件的等效电路图；以及
图2是根据本发明的触控笔实施例的示意图。
附图标号：
10触控笔
100笔尖
102压电元件
104支撑件
105绝缘壁
106导线
108接地层
20电容式触控板
22迹线
24检测器
【具体实施方式】
压电效应(piezoelectric)是材料中一种机械能与电能互换的现象，最早是1880年由皮埃尔·居里(Pierre Curie)和雅克·居里(Jacques Curie)兄弟发现。压电材料会有压电效应是因晶格内原子间特殊的排列方式，使得材料具有应力场与电场耦合的效应。
压电效应有两种：正压电效应(direct piezoelectric effect)及逆压电效应(converse piezoelectric effect)。正压电效应是将机械能转为电能，当对着压电材料施以物理压力时，材料体内的电耦极矩会因压缩而变短，此时压电材料为抵抗应力变化而在材料表面产生正负电荷以保持原状。逆压电效应是将电能转为机械能，当在压电材料表面施加电场(电压)时，电场作用使得电偶极矩被拉长，压电材料为抵抗变化，会沿电场方向伸长。
常见的压电材料包括陶瓷类的钛酸钡、锆钛酸铅(PZT)，单晶类地石英(水晶)、电气石、罗德盐、钽酸盐、铌酸盐等，以及薄膜类的氧化锌(ZnO)。压电材料的特性以g表示，g＝fields/stress＝(volts/meter)/(newton/meter2)，用来表示该压电材料受力与产生电场间的关系。常见的压电材料，例如PZT的g33为25.5×10-3Vm/N，g31为-10.1×10-3Vm/N，另一种薄膜式压电材料PVDF的g33为216×10-3Vm/N，g31为-330×10-3Vm/N。人指在正常操作时提供的压力一般在3～5牛顿之间。假设使用者的手指面积为100mm2，当使用者对厚度为200μm，g为25×10-3Vm/N的压电材料施加5牛顿的力时，将可产生0.25伏特的电压。
图1是压电材料的等效电路图，Re表示其电阻值，Ce表示其电容值，Lm表示质量(Kg)，Cm表机械降伏力(mechanical compliance)，N表示电子-机械线性转导比(electro-mechanical linear transducer ratio)，其单位为牛顿/伏特或库仑/米。
电容式触控板的原理虽然是利用使用者对触控板造成的耦合电容得知使用者在触控板上的接触位置，但在电路上实现时，实际检测的是电压信号，再经由Q＝C×V的关系式将测得的电压信号转换成电容值，以得知触控板上的电容变化。本发明利用压电材料的特性，设计出供操作电容式触控板用的触控笔。
图2是根据本发明的触控笔实施例的剖面图，触控笔10的笔尖100当作压力传导层，以坚硬的导电材质制成，能传导压力和电荷。压电元件102设置在支撑件104和笔尖100之间，支撑件104支持压电元件102，压电元件102接触笔尖100。当触控笔10接触电容式触控板20的表面时，笔尖100传递压力造成压电元件102产生形变，压电元件102产生电压Vx迭加在迹线22上，电容Cx表示迹线22的等效电容。在检测迹线22上的电容变化时，检测器24会将迹线22上的电位视为接地，但压电元件102产生的电压Vx小于零，使得检测器24感测到迹线22上的电压变化值增大。如前所述，Q＝C×V，电压变化值增大使得检测器端看到的Q值提升，其效果等同于电容变化量增大，因此增加了检测器24对电容式触控板20的感度，使感测更为灵敏。支撑件104为导体，导线106连接接地层108，透过人体当作等效电池的正极导线接地，以释放压电元件102受压产生的电荷。
以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述为阐明的目的，而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例是为解说本发明的原理以及让本技术领域技术人员以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想企图由权利要求及其均等变化来决定。