TWI394067B - Multi - sensor touchpad - Google Patents

Description

多元感應觸控板

本發明係有關於一種多元感應觸控板結構，尤指一種兼具電阻式與電容式觸控板優點同時又簡化感應層數之多元感應觸控板結構。

隨著攜帶型與互動式電子產品不斷地推出，觸控板(touch pad)幾乎已成為該類型電子產品通用之指標工具。在市場需求的催促下，觸控板的製做品質與效能也跟著不斷地提升，隨著價格大幅下降與產量提高，更使得觸控板廣泛地應用在各式電子產品中。一般而言，觸控板結構因其應用原理不同可分為：電阻式觸控板、電容式觸控板、音波式觸控板與光學式觸控板等四種。也因為該等觸控板應用原理不同，其製程、功能、使用方式與優缺點乃至於應用層面也各具特色。其中，電阻式觸控板由於採壓力點感應，不限於使用何種觸控媒介，手指、鉛筆、門禁卡或是戴著手套都可以使用，加上價格便宜，因此主要的應用在：手機、個人數位助理(PDA)、全球衛星定位系統(GPS)等消費型電子產品；電容式觸控板由於製程步驟較為繁複，控製晶片與電路相對於電阻式複雜，因此多應用於：筆記型電腦、銀行ATM提款機等高單價電子產品上；而音波式與光學式觸控板由於其技術與製程尚未相當 成熟，故多應用於大尺寸之高單價電子產品上。

電阻式的基本結構為：一軟性導電板與一下方導電板以若干間隔球(space dot)形成之隔層對向設置。其應用時可在其一導電板兩側邊緣施加電位差，當在上層之該軟性導電板受壓凹陷而接觸到在下層之該下方導電板時，便可從另一導電板測得該受壓點之電位，藉由導電板上之面電阻值與距離的關係，便可回推出該受壓點相對於該兩側邊緣之位置(例如：X軸方向)。同理，藉由電路切換成另外兩側邊緣產生電壓差，即可得出另一方向之相對位置(例如：Y軸方向)。電阻式觸控板可使用各種硬質媒介(例如：手指、鉛筆或信用卡等等)來觸壓，特別適合用於較小尺寸或需較小點擊範圍之產品上，例如：GPS導航系統等小型電子產品、繪圖板或手寫板。然而，其需壓觸點擊觸控板的方式，卻容易造成系統的磨損與材質的應變疲乏，故使用壽命有限並不適合常態性或於公共場合中使用；同時，若使用之媒介按壓範圍略大(例如：較大手指或鈍型物質)，則不易測出按壓點之位置；此外，由於導電膜的面電阻會隨著溫度而變化，故電阻式觸控板運算距離的過程中會產生偏移，並不適合在溫度偏高的環境中使用。

電容式觸控板的基本結構為：一X軸感應層與一Y軸感應層以及介於該兩層之間與上方接觸面的絕緣體層；其中，該X軸感應層上具有沿著X軸方向設置之線跡，而該Y軸感應層上具有沿著Y軸方向設置之線跡。其應用時係以導體(例如：手指或導電 物質)輕觸該觸控板，藉由該導體與該X軸以及Y軸線跡形成的電容效應所產生之電壓變化，計算出該導體接觸之位置。電容式觸控板的優點相當多，包括：只需用手指輕觸，即可達到觸控功能相當方便；同時，只是輕觸表面，並不會造成系統的磨損與形變之壓力，使用壽命相當長亦適合於公共場所中使用；此外，由於電容感應的反應相當快，因此電容式觸控板往往比電阻式觸控板運算時間要來得快。特別的是，電容式觸控板不像電阻式觸控板只能接受單點操控訊息，可同時接受多點式操控，讓觸控板的功能又更加多元化。

然而，電容式觸控板確容易受外界電磁波之干擾而產生誤動作；且，其感應電容常因人體感應狀況與環境之溫度與濕度而需時常校準；在使用手指操作時亦須以大面積之指腹接觸不能像電阻式觸控板使用指尖操作，故不適用於地圖點擊、繪圖或手寫系統上，雖然該些問題可使用特殊感應筆解決，但卻不適用於小尺寸之操控面積，同時亦失去了用手指輕觸的便利性。

綜上所述，電阻式觸控板與電容式觸控板皆各有其功能特色與優缺點；因此，若有一個觸控板能夠結合電阻式與電容式之特色，同時，對於彼此的缺點又能產生互補的效果加以彌補，則可以使觸控板的應用更加便利與廣泛。

一種雙感應介面的觸控板(中華民國專利公告號M321553)係揭露一種由一電容式觸控板單元A與一電阻式觸控板單元B疊合 而成之複合式板體。事實上，該新型專利係只揭露了一種由電容式觸控板直接疊加在電阻式觸控板的板體，其結構與電路仍是習知的電容式觸控板與電阻式觸控板之技術。只是提供了一種複合式板體供使用者切換(人工切換開關或由一訊號判別迴路)使用電容式與電阻式觸控板。然而，該創作雖能達到上述將電阻式及電容式之觸控板結構二者合而為一，達到預期的目的及功效，但該創作仍僅係為二者結構的疊加組合，並未臻思考如何有效簡化結構縮小體積及降低成本等考量因素，因此為組成該複合式觸控板實需花費不少製造與組裝成本，不只組成元件複雜許多，觸控板所佔去之體積與控制元件也倍增不少；同時，因而產生之高單價觸控板，也會大大降低其市場接受度。

因此，如何能提供一種能兼具電阻式與電容式觸控板優點，又，能簡化製造程序、成本與產品體積之多元感應觸控板係為本發明人致力達成之目標。

為解決上述習知技術之問題，本發明提出一種多元感應觸控板C，只需要三片感應層便可以感應電容式與電阻式觸控板之感應訊號。簡化後的層狀結構，亦能使訊號電路設置縮減，其後續之控制晶片亦可整合於同一塊晶片上，不只能大大減少製造上與組裝上的成本與步驟，其外型上也更為輕薄。

為達到上述之目的，一種多元感應觸控板，其結構依序為：一保護層20，作為接觸面以隔絕電氣短路用；一第一軸線跡層21；一絕緣層22；一多元感應層23；一間隔球層24；一導電膜25；以及一基板26。其中，該第一軸線跡層21與該多元感應層23表面皆具有導電線跡用以感應手指或導體上之微弱電容，以便由後續電容計算單元F分析其電路中的電容變化；同時，該多元感應層23又與該導電膜25一樣接電接有電壓源與電阻計算迴路E，用以施加電壓差於該多元感應層23或該導電膜25上以及計算按壓點之電阻值，而達到多元感應之效果。

為使本發明之結構與優點能有更清楚明瞭之圖像，以下提供最佳實施例與相關圖式詳細說明。

如第2圖所示，係為本發明多元感應觸控板C之較佳實施例，其層狀結構由上往下依序為：一保護層20，為一絕緣體材質；一第一軸線跡層21，具有良好導電率之第一軸線跡211與其線跡接點212；一絕緣層22；一多元感應層23，具有良好導電率之第二軸線跡231與其線跡接點232以及電氣節點233；一間隔球層24；一導電膜25，為一設有電氣節點253之良導電率薄膜；以及一基板26。相較於先前技術仍需至少四層感應層(如第1圖)之設計，包括：兩層電容式觸控板感應層11、13與兩層電阻式觸控板感應 層15、17；本發明之較佳實施例則是採用兼具電阻與電容感應方式之三層感應層21、23、25設計。其中，該第一軸線跡層21與該多元感應層23用以感應手指或導體上之微弱電容；而該多元感應層23又可接受按壓與該導電膜25接觸，配合外接電壓源與電阻計算迴路用以計算該按壓點所產生之電路電阻，從而得到該按壓點之位置。

第5A、5B、5C圖顯示該第一軸線跡層21與該多元感應層23之其一實施，其中，該第一軸線跡層21為一第一軸線跡211以及位於該軸線跡端點之線跡接點212，該軸線跡接點又連接有導電線路用以傳送該第一軸線跡211上的電容感應訊號至後續電容計算單元F；另外，該多元感應層23為一第二軸線跡231以及位於該軸線跡端點之線跡接點232，同樣地，該軸線跡接點亦連接有導電線路用以傳送該第二軸線跡231上的電容感應訊號至後續電容計算單元F。該第一軸線跡211與該第二軸線跡231呈二維空間上之交叉分佈，並以該絕緣層22作為電氣短路隔絕，因此，綜合該些軸線跡之感應訊號便可得到接觸點在二維空間上之操作訊息。

如第5C圖所示，該多元感應層23又包含該第二軸線跡端點之電氣節點233，且，該第二軸線跡231與該導電膜25之間佈置若干間隔球(space dot)，並於其邊緣以絕緣膠39結合該多元感應層與該導電膜。其中，該第二軸線跡之電氣節點233與該導電膜之電氣節點253係與外部之電壓源以及電阻計算迴路連接E，當 該第二軸線跡231與該導電膜25因按壓而電氣導通時，電阻計算迴路便可由電壓源提供之電壓差與按壓點導通之電壓得出按壓點在二維空間上操作之訊息。

該第二軸線跡231與該導電膜25操作方式之^一 實施例為，該導電膜具有兩對方向之電氣節點佈置，例如：一對是沿著X方向；另一對則是沿著Y方向；且，在一第一時間間隔裡提供X方向電壓差，在該第一時間間隔後之第二時間間隔裡提供Y方向電壓差。當該導電膜具有X方向之電壓差時，經電阻計算迴路計算該第二軸線跡之導通電壓便可得到X方向之接觸點訊息；當該導電膜具有Y方向之電壓差時，經電阻計算迴路計算該第二軸線跡之導通電壓便可得到Y方向之接觸點訊息。

其二實施例為，該導電膜具單對方向之電氣節點佈置，例如：沿著X方向，用以提供X方向之電壓差。相較於該導電膜之電氣節點佈置，該第二軸線跡之電氣節點佈置所提供之電壓差係與該導電膜所提供之方向交叉，例如：Y方向之電壓差。且，該二方向之電壓差係分別於前後兩時段中提供，當提供導電膜X方向之電壓差時，經電阻計算迴路計算該第二軸線跡之導通電壓便可得到X方向之接觸點訊息；而當提供該第二軸線跡Y方向之電壓差時，經電阻計算迴路計算該導電膜之導通電壓便可得到Y方向之接觸點訊息。

在本發明之較佳實施例的應用中，該保護層20為一絕緣體薄 層，可為透明材質以供整體觸控板透光用，例如聚酯(PET)薄膜，為下方電路提供電氣與水氣隔絕之效果，並可於其上方增加強化硬度之硬膜塗層(hard coating)，藉以提供一防刮傷與抗玷污之工作表面。該基板26位於該導電膜之下方，係為一硬質板材用以提供按壓時的支撐用，可與該導電膜25一體以氧化銦錫(ITO)鍍膜玻璃製作，但不以此為限，若配合其他層亦採用透明材質，便可提供一透光型觸控板，應用於觸控螢幕與發光觸控板上。該基板26亦可為聚碳酸酯纖維塑料等或/及其所製成之電路板，而該導電膜25即可為氧化銦錫(ITO)、金、銀或銅箔，或是可導電之印刷油墨，系統所需之電氣迴路或控制電路亦可直接印刷於該基板(印刷電路板之實施例)之下方，同時，亦可通過該基板上貫通之導孔，直接將該導電膜上之電氣節點連接至後續迴路中。

在其一實施例中，該第一軸線跡211與該第二軸線跡231可分別印刷或鍍於兩片絕緣薄膜之一面上，例如：PET薄膜，再將兩絕緣薄膜以膠黏合，形成該第一軸線跡層21、該絕緣層22以及該多元感應層23，若該第一軸線跡211為膠合的那一面，則該第一軸線跡211所在之絕緣薄膜即可為該保護層20。或是如另一實施例第5A圖所示，該第一軸線跡211與該第二軸線跡231可直接製作於該絕緣層22之上下兩面上，例如：在一聚酯(PET)薄膜上下兩表面印刷或鍍上該第一軸線跡211與該第二軸線跡231，以及其線跡接點212、232與電氣節點233，形成該第一軸線跡層21、 該絕緣層22以及該多元感應層23而無需膠合層。

綜上所述，依上述實施方式與結構確能達到本發明之目的與作用，且本發明未見於其他公開專利與實際應用產品中，亦符合發明專利要件，爰依法提出申請，謹請獲准專利，是所至盼。

上述實施例與圖式為應用本發明構想之舉例，並不因此侷限本發明之專利範圍，任何依本發明構想延伸應用或修飾改變，在不脫離本發明之等效作用下，均應包含在本發明之權力範圍內，合予陳明。

A‧‧‧電容式觸控板

B‧‧‧電阻式觸控板

C‧‧‧多元感應觸控板

E‧‧‧電壓源與電阻計算迴路

F‧‧‧電容計算單元

10‧‧‧面板

11‧‧‧第一軸線跡感應層

12‧‧‧第一絕緣層

13‧‧‧第二軸線跡感應層

14‧‧‧第二絕緣層

15‧‧‧上方導電膜

16‧‧‧間隔球放置區

17‧‧‧下方導電膜

18‧‧‧底板

20‧‧‧保護層

21‧‧‧第一軸線跡層

22‧‧‧絕緣層

23‧‧‧多元感應層

24‧‧‧間隔球層

25‧‧‧導電膜

26‧‧‧基板

211‧‧‧第一軸線跡

231‧‧‧第二軸線跡

212‧‧‧第一軸線跡接點

232‧‧‧第二軸線跡接點

233‧‧‧第二軸線跡電氣節點

253‧‧‧導電膜電氣節點

39‧‧‧絕緣膠

第1圖係為先前技術中雙感應介面觸控板之層狀結構。

第2圖係為本發明多元感應觸控板之層狀結構。

第3圖係為先前技術雙感應介面觸控板之感應訊號處理流程。

第4圖係為本發明多元感應觸控板之感應訊號處理流程。

第5A圖係為本發明多元感應觸控板結構之實施例圖。

第5B圖係為本發明第一軸線跡層佈線之實施例圖。

第5C圖係為本發明多元感應層佈線之實施例圖。

20‧‧‧保護層

21‧‧‧第一軸線跡層

22‧‧‧絕緣層

23‧‧‧多元感應層

24‧‧‧間隔球層

25‧‧‧導電膜

26‧‧‧基板

C‧‧‧多元感應觸控板

Claims (3)

1. 一種多元感應觸控板結構，其係包括：一保護層，為一絕緣體薄層；一第一軸線跡層，具有良好導電率之第一軸線跡，且於該軸線跡端設有線跡接點；一絕緣層，為一絕緣體薄層；一多元感應層，具有良好導電率之第二軸線跡與其電氣節點，且於該軸線跡端設有線跡接點；一間隔球層，佈置若干間隔球(space dot)；一導電膜，為一設有電氣節點之良導電率薄膜；以及一基板，為一絕緣體板材，並與上述各層依序疊合；其中，該第一軸線跡接點以及該第二軸線跡接點係連接有導電線路，用以傳導電荷感應訊號至後續訊號處理元件，而該第二軸線跡之電氣節點以及該導電膜之電氣節點係電接有電壓源與電阻計算迴路。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控板結構，其中，該導電膜電氣節點電接之電壓源，係用以提供兩交叉方向之電壓差，另外，該第二軸線跡電氣節點電接之電阻計算迴路，係用以計算受壓點在該兩方向之電阻值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控板結構，其中，該導電膜電氣節點電接之電壓源，係用以提供第一方向之電壓差，而該第二軸 線跡電氣節點電接之電阻計算迴路，係用以計算受壓點之第一方向電阻值；另外，該第二軸線跡電氣節點電接之電壓源，係用以提供第二方向之電壓差，而該導電膜電氣節點電接之電阻計算迴路，係用以計算受壓點之第二方向電阻值。