TW201007539A - Display devices with touch screen - Google Patents

Description

201007539 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種具觸控式螢幕的顯示器元件。 【先前技術】 觸控式螢幕已逐漸廣泛應用於消費性電子裝置，其元 件中存在一 LCD顯示器，例如行動電話、個人數位助理 (PDA)或照相機。使用者可藉由觸控式螢幕互動，省卻輸入 鲁鍵盤的空間，因此在既定的元件尺寸中，可允許較大的顯 示面積。 在作用於觸控點與上述螢幕間的眾物理效應中，感測 在相互正交的電極組之間的誘發電容變化、 的觸控筆與個別電極之間的誘發電容變化，可保證獲致最 高的解析度1並以既有的製程技術最輕易的整合。 增加觸控功能榮幕的傳統方法是將必要的電子結構 簡易地叠層於-顯示器的頂部。現行研發中具潛力的^價 ®解決方案為儘可能地將觸控螢幕結構整合於顯示器中，如 此亦具有增加顯示器本身附加價值的優點。無論以何種方 式，必需將訊號值最大化，使其能精確地判定“觸控，，的位 置。 在某些方式中’减可藉由改變感測電極的填充因子 (fill factor)而極大值化’易言之，即改變該些電極所佔據整 體面積的比例。例如，可於線性陣列線中加入鑽石型電極 •塾。此外’仍有各種不同的最佳化的填充形狀被提出以供 使用。 0773-A336l5TWF_PRL0l9 . 201007539 於顯示器上的該觸控螢幕之一無法避免的特徵 中一組矩形電極鄰近於該顯示器本身中的電性接 ^ 此向於降低靈敏度，因為該接地面吸引電場線時= 且電場線延伸至該元件外部時，這些電場線因而無法 接觸螢幕所影響，導致降低敏感度。 又 【發明内容】 有鐘於此，為了克服上述先前技術的缺點 極時，增加觸控勞幕靈敏二 來自接地面’或畫素電極電路下方的觸 器元^據^明之實關，触—種具_^幕的顆示 一顯示層；以及 -觸控感測器結構於該顯示層的， :;r電極陣列，該第-電極陣列與該第二:: - ^ ^極陣列佔據—觸控感測器區域的一第 -比例’該第一電極陣列佔據該觸控感測器 比例。 j乐一 靜ί發種顯示器裝置，於其中設計—觸控感測 H八有父錯的電極’並具有非對稱的填充因子。較 佳者為較低填充因子用於遠離該顯示結構的該組電 極’以及-較高填充因子用於接近該顯示層的該組電極。 本發明是基於認知此組合可提供改善的靈敏度，當此取決 0773-A33615TWF PRL019 201007539 於在此結構之間的電容禮开】。益山+ μ 接…藉由定義該第一電極陣列為 帝7F Ml此第-陣列較佳為具有較大的比例。 ，電極陣列可個別包括直線型電極線，在觸控感測 區域中，其長度方向具有固定的寬度。於一陣列中的該 些電極f與另一降列中的該些電極線具有不同的寬度。此 為電極陣列的最簡單的形式。

於另配置中’該些電極陣列個別包括直線型電極 線Μ其長度方向具有擴大部，在該些擴大部之間具有一 間隙’對應於其他陣列中的該些電極線的間距，於其一陣 列中的該些擴大部與另—_中的該些擴大部具有不同的 尺寸。此提供-由擴大部所構成的2D陣列，各擴大部由 電極線相互連接。例如’該些擴大部具有鑽石的形狀。 上述兩種設計可相互結合，構成於一陣列中具有直線 型矩形電極，且於另-㈣巾具有擴大部的電極線。 上述兩個電極陣列可具有相同的間距，然而並非以此 為限。 該第一比例較佳為比該第二比例多至少〇1，該第一 比例亦可比該第二比例多至少〇.2或〇3。最接近該顯示結 構的該陣列具有愈大的比例，在該顯示結構中，則可提供 對電磁訊號愈大的屏蔽效果。 該觸控感測器結構包括一玻璃基板位於該第一和該 第二電極陣列之間，以及一抗刮層於該第二電極陣列上， 該抗刮層係位於該玻璃基板上對向於該顯示層。上述結構 構成該觸控感測器結構的上半部，最接近使用者的觸控裝 置（指尖或觸控筆）。一彩色濾光陣列可設置於該顯示層和 0773-A33615TWF PRL019 5 201007539 該觸控感測器結構之間’以及該顯不結構可包括·一液晶顯 示器。 該顯示結構可具有一頂共同電極面設置於該觸控感 測器結構的下方，以及本發明提供一觸控感測器結構，其 受到此接地面較少的影響。 為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂， 下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 【實施方式】 以下以各實施例詳細說明並伴隨著圖式說明之範 例，做為本發明之參考依據。在圖式或說明書描述中，相 似或相同之部分皆使用相同之圖號。且在圖式中，實施例 之形狀或是厚度可擴大，並以簡化或是方便標示。再者， 圖式中各元件之部分將以分別描述說明之，另外，特定之 實施例僅為揭示本發明使用之特定方式，其並非用以限定 本發明。 本發明提供一觸控感測器結構的電極配置，其具有兩 組電極陣列，分別佔據該觸控感測區域的不同部分比例。 於此稱為“非對稱的”電極設計，其中，不同的電極陣列具 有不同的填充因子(fill factor)。本發明改善靈敏度的優點， 將討論如下。 第1圖係顯示根據本發明之一比較例的一顯示器裝置 具有電容式觸控輸入感測器的剖面示意圖。 該顯示器的部分結構如圖所示，其包括至少一顯示 層。此顯示器面板的詳細設計並未本發明的必要技術特 0773-A33615TWF PRL019 6 201007539 徵，因此並未在此提供其細部構造的詳細描述。一般而論， 該顯示器結構為一液晶顯示器結構，包括一液晶材料層， 夾置於兩基板之間。就主動陣列顯示器而言’該基板包括 一下主動基板10和一上被動基板2〇。該被動基板20例如 設置一共同電極12。該共同電極12為一共同接地面，且 為一金屬層設置於彩色濾光層14上。位於該共同電極12 的下方為一液晶層，其位於主動玻璃基板1〇上。 許多顯示器技術，例如橫向電場效應（IPS)技術’其所 • 有的電極層皆位於下主動基板上。本發明亦可應用於此， 於此實施例中’該觸控感測器亦需要屏蔽該主動基板上的 電位改變。 一平面介電層16和該觸控感測器的γ感測電極18的 結合位於該彩色濾光層14的上方。 於實際上’結構層12、14、16、18係形成於上玻璃 基板20上。因此’該上玻璃基板2〇係用於該顯示器裝置 ❹中的上被動基板，其亦用以該觸控感測器的支撐結構。 該X感測電極22設置於該基板2〇相對於該γ感測電 極18的一側，且提供一光極化層和一抗刮層％做為上表 Φ該觸控筆或指尖26供使用者碰觸該抗刮層24的表面 以達互動觸控的目的。 因此’第1圖顯示一顯示器結構，其具有觸控感測器 、”構於該顯不器結構的頂部。該顯示器結構的—些構件整 合^該觸控感測器，例如該上玻璃基板20、上偏光板24 色濾光層14 〇，ϋ此’該結構並不分別定義出顯示器部 件和觸控感測器部件，而顯示器功能係設置於觸控感測功 0773-Α33615TWF_PRL〇l 9 ~ Ί 201007539 能的下方。更造一步的整合程度可於該顯示器内部移動該 X感測電極（亦即在兩基板之間）。然而’如此將降低觸控筆 作用於XY電容的影響。 第2圖係顯示觸控感測元件的一第〆電極組態’其具 有直線型電極線30a、30b ’沿著線的方向具有多個擴大部 32a、32b。在該些擴大部32a、32b之間具有一間隙，對應 於其他陣列中的該些電極線的間距，使其定義出一規則的 陣列(regular array)。第2圖顯示一對稱的（於X、Y方向上 具相同的感測器圖案）具鑽石型的線圖案。 第3圖係顯示根據本發明第2圖設計的修正樣態。於 一陣列（特別是靠近該顯示層的陣列）中的該些擴大部3〇a 與另一陣列中的該些擴大部3〇b具有不同的尺寸。 第4圖係顯示觸控感測元件的一第二電極組態，其具 有直線型電極線40a、40b。第4圖顯示一對稱的（於X、Y 方向上具相同的感測器圖案）具槓條狀的線圖案。 第5圖係顯示根據本發明第4圖設計的修正樣態。該 些槓條狀圖案4Ga的寬度較寬（同樣是構成靠近該顯示廣的 陣列）。 ‘ 第6圖係用以顯示在無觸控輸入情況下，不同的電老 設計所展現的不同電容值，其顯示在χ電極與極之ft =谷。料60為對應對稱的鑽石圖案(如第2圖），而為 應非上對應非對稱的鑽石圖案(如第3圖)。緣線64為' 應非對稱的槓條狀圖案（如第5圖）。 就對稱的封(纷線，該填充因子ίχ_抽)表力 兩個陣列的播石圖安从 €轴） 的鑽圖案的尺寸。就非對稱的設計而言，其- 〇773-A33615TW_PRL019 201007539 陣列具有定值的填充因子（為0015，其表示具有最小寬度 的細槓條圖案的覆蓋率，不具鑽石型的尚未定義），以及另 一陣列的填充因子可隨意變化。如圖所示，該非對稱的涵 義為，如同預期地，電容並非陡峭地爬升。 帛7圖係顯示在具有觸控輸入的情況τ，不同的電極 設計是如何地改變其電容值，以及顯示在觸控筆存在的情 況下，該電容值改變的百分比。 第7圖顯示當使用觸控筆（或指尖）時，最接近電極交 ❹截位置且與鄰近的電極交截位置，其電容值的變化。緣線 7〇為對應對稱的鐵石型圖案(如第2圖所示），以及繪線a 為對應鄰近的交截位置。繪線7 4域鮮對稱賴石型圖 案(如第3圖所示），以及繪線％為對應鄰近的交截位置。 麟78為對應非對稱的槓條型圖案(如第5圖所示），以及 緣線80為對應鄰近的交截位置。 在計算第6和7圖中的資料時，可變化該鐵石的對角 和該槓條的寬度。於對稱型的實施例中，該鑽石的尺寸， 如同上述’等同於X和γ電極’而於非對稱型的實施例中’ 下方的Y電極的圖案可變化而上方的χ電極維持在最小寬 度的細槓條形式。 為了方便兩圖案之比較，第6和7圖中的資料乃經過 常態化(normalized)成填充分率（仙fracti〇n) 〇 如同對稱型鑽石圖案的實施例所示，隨著填充分率 (fill fraction)增加，位於電極間的電容增加，但是當觸控筆 出現時，電容變化百分比則會下降。此乃導因於二著填充 因子(fill factor)增加，較多的場線被陷落於電極之間，並且 0773-A33615TWF_PRL019 9 201007539 比較不會受_控筆存在的影響。 在^_用?對稱的填充圖案的實施例中，當填充因子增 百刀比幾乎維持不變，而位於電極間的電容 增加較不劇烈。並Β θ , 石型的圖案。因此隨^條型的圖案似乎確實優於具鐵 隨著非對稱填充因子增加，該靈敏度 亦已改善。 其亦傳f此並未詳細描述，因 電極對之間態。該電容感測組態適用於感測 # ...各，具有各電極陣列中的各個感測對的一 士 和接地_控筆之間的電容 外的述直線型和鑽石型電極實施· 於一較佳的實施例中，於不同陣列中的電極 直’然並非限定於此，以提供兩陣列定義的垂 案。本質上，該些電極必需為非平行。 的陣， 本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知職者限定 不脫離本發明之精神和範圍内，當可做些許的更 在 飾’因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍與網 定者為準。 ~界 【圖式簡單說明】 置 第1圖係顯不根據本發明之一比較例的一顯卞。。 具有電容式觸控輸入感測器的剖面示意圖； 盗裝 % 第2圖係顯示根據本發明實施例的觸控感剛元件的 0773-A33615TWF PRL019 10 201007539 第一電極組態； 第3圖係顯示根據本發明第2圖電極設計的修正樣 態； 第4圖係顯示根據本發明實施例的觸控感測元件的一 第二電極組態； 第5圖係顯示根據本發明第4圖電極設計的修正樣 態； 第6圖係用以顯示在無觸控輸入情況下不同的電極設 ❹ 計所展現不同的電容值，其顯示在X電極與Y電極之間的 電容；以及 第7圖係顯示在具有觸控輸入的情況下，不同的電極 設計是如何地改變其電容值，以及顯示在觸控筆存在的情 況下，該電容值改變的百分比。 【主要元件符號說明】 10〜主動玻璃基板； ❿ 12〜共同電極； 14〜彩色滤光層； 16〜平面介電層； 18〜Y感測電極； 20〜上玻璃基板； 22〜X感測電極； 24〜抗刮層； 26〜觸控筆或指尖； * . 30a、30b、40a、40b〜直線型電極線； 0773-A33615TWF_PRL019 11 201007539 32a、32b〜擴大部； 62-80〜繪線。

0773-A33615TWF PRL019 12-

Claims (1)

1. 201007539 七、申請專利範圍： 1·一種具觸控式螢幕的顯示器元件，包括： 一顯示層；以及 一觸控感測器結構於該顯示層的頂部，其包括一第一 和-第一電極陣列，該第—電極陣列與該第二電極陣列為 非平行； 其中該第-電極陣列佔據—觸控感測器區域的一第 -比例’該第二電極陣列佔據該觸控感測器區域的一第二 魯比例。 2·如申請專利範圍第1項所述之具觸控式螢幕的顯示 器元件’其中該第一電極陣列為比較接近該下方的顯示 層，且具有較大的比例。 3.如申請專利範圍第丨項所述之具觸控式螢幕的顯示 器兀件，其中各個該電極陣列包括直線型電極線，於一觸 控感測器區域内，沿其長度方向具有固定的寬度，於一陣 列中的該些電極線與另一陣列中的該些電極線具有不同的 ®寬度。 4·如申請專利範圍第1項所述之具觸控式螢幕的顯示 器兀件，其中各個該電極陣列包括直線型電極線，沿著其 長度方向具有多個擴大部，在該些擴大部之間具有一間 隙’對應於其他陣列中的該些電極線的間距，於其一陣列 中的該些擴大部與另一陣列中的該些擴大部具有不同的尺 寸。 • 5.如申請專利範圍第4項所述之具觸控式螢幕的顯示 器元件，其中該些擴大部具有鑽石形狀。 〇773-A33615TWF_PRL〇19 n 201007539 6. 如申請專利範圍第1項所述之具觸控式螢幕的顯示 器元件，其中該第一和該第二電極陣列具有相同的間距。 7. 如申請專利範圍第1項所述之具觸控式螢幕的顯示 器元件，其中該第一比例比該第二比例多至少0.1。 8. 如申請專利範圍第7項所述之具觸控式螢幕的顯示 器元件，其中該第一比例比該第二比例多至少0.2。 9. 如申請專利範圍第8項所述之具觸控式螢幕的顯示 器元件，其中該第一比例比該第二比例多至少0.3。 10. 如申請專利範圍第1項所述之具觸控式螢幕的顯 示器元件，其中該觸控感測器結構包括一玻璃基板位於該 第一和該第二電極陣列之間，以及一抗刮層於該第二電極 陣列上，該抗刮層係位於該玻璃基板上對向於該顯示層。 11. 如申請專利範圍第1項所述之具觸控式螢幕的顯 示器元件，更包括一彩色濾光層，設置於該顯示層和該觸 控感測器結構之間。 12. 如申請專利範圍第1項所述之具觸控式螢幕的顯 示器元件，其中該顯示層包括一液晶層。 13. 如申請專利範圍第12項所述之具觸控式螢幕的顯 示器元件，更包括一頂共同電極面設置於該顯示層和該觸 控感測器結構之間。 14. 如申請專利範圍第1項所述之具觸控式螢幕的顯 示器元件，其中該第一電極陣列的電極皆平行，該第二電 極陣列的電極皆平行，以及該第一電極陣列的電極垂直於 該第二電極陣列的電極。. 0773-A33615TWF PRL019 14