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TWI595390B - 觸控裝置 - Google Patents

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TWI595390B
TWI595390B TW104125563A TW104125563A TWI595390B TW I595390 B TWI595390 B TW I595390B TW 104125563 A TW104125563 A TW 104125563A TW 104125563 A TW104125563 A TW 104125563A TW I595390 B TWI595390 B TW I595390B
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TW
Taiwan
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touch
layer
sensing layer
pressure sensing
touch device
Prior art date
Application number
TW104125563A
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English (en)
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TW201643637A (zh
Inventor
蔣承忠
紀賀勛
李裕文
Original Assignee
宸鴻科技（廈門）有限公司
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Filing date
Publication date
Application filed by 宸鴻科技（廈門）有限公司 filed Critical 宸鴻科技（廈門）有限公司
Publication of TW201643637A publication Critical patent/TW201643637A/zh
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Description

觸控裝置
本發明係有關於一種觸控裝置，特別是有關於一種具有三維觸控偵測的觸控裝置。
觸控裝置為日漸普遍的人機介面裝置，當使用者觀察觸控裝置後方的螢幕中的文字或圖形而觸控對應位置時，觸控裝置會感測這些觸控訊號，並傳送到控制器進行處理，以產生對應位置的輸出信號，常見的感測方式有電阻式、電容式、紅外線式和超音波式等。例如，電容式感測系統採用電容感測器，當使用者接觸觸控裝置時，所接觸位置的電容值會改變。因此，當使用者接觸不同的位置時，感測系統就會計算出電容的改變程度，然後產生對應位置的輸出信號。
近年來，一種可用於偵測觸碰壓力道大小的壓力感測裝置，因提供給使用者更多的使用體驗而受到熱捧。
現有的觸控裝置若欲整合偵測觸控位置的平面感測電極層和偵測壓力大小的壓力感測電極，為避免壓力感測電極層對平面感測電極層的信號串擾，同時提高壓力感測電極的靈敏度，通常會將平面感測電極層和壓力感測電極層分開製作於觸控顯示裝置的不同區域，但這樣的設計對使用者是不方便，且不利於三維觸控偵測。
本發明提供一種觸控裝置，包括一保護蓋板、一平面觸控感測層以及一壓力感測層。保護蓋板用以作為觸控裝置的保護外蓋，其上表面供使用者施以一觸壓動作。平面觸控感測層包括複數第一方向偵測電極和複數第二方向偵測電極。第一及第二方向偵測電極交叉的位置以一透明絕緣材料電性隔開。第一及第二方向偵測電極構成一平面感測圖案。壓力感測層位於保護蓋板與平面觸控感測層之間，並具有至少一壓感單元。壓感單元構成一第一圖案。平面感測圖案及第一圖案在垂直方向上的投影重疊率小於等於平面感測圖案的面積的5%。
為讓本發明之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
100、700A、700B、700C、800A‧‧‧觸控裝置
110、710A、710B、710C、810A、810B、810C‧‧‧保護蓋板
120、720A、720B、720C、820A、820B、820C‧‧‧壓力感測層
130、730A、730B、730C、837A、837B、837C‧‧‧平面觸控感測層
150、750B、750C‧‧‧基板
XD‧‧‧第一方向偵測電極
YD‧‧‧第二方向偵測電極
200‧‧‧平面感測圖案
XE‧‧‧第一方向電極塊
210‧‧‧第二連接線
220‧‧‧第一連接線
230‧‧‧蝕刻間隙
YE‧‧‧第二方向電極塊
311~318、511~518‧‧‧壓感單元
750A‧‧‧絕緣平坦層
830A、830B、830C‧‧‧顯示面板
831A、831B、831C‧‧‧上偏光板
832A、832B、832C‧‧‧上基板
833A、833B、833C‧‧‧彩色濾波層
834A、834B、834C‧‧‧液晶層
835A、835B、835C‧‧‧驅動層
836A、836B、836C‧‧‧下基板
第1、7A~7C、8A~8C圖為本發明之觸控裝置的內部架構示意圖。
第2圖為本發明之平面觸控感測層的圖案示意圖。
第3圖為本發明之壓力感測層的圖案示意圖。
第4-6圖為本發明之平面觸控感測層與壓力感測層之間的圖案分佈示意圖。
第1圖為本發明之觸控裝置的內部架構示意圖。在一可能實施例中，觸控裝置100係為一可攜式電子裝置，如電 子紙或智慧型手機。如圖所示，觸控裝置100包括一保護蓋板110、一壓力感測層120以及一平面觸控感測層130。在本實施例中，壓力感測層120與平面觸控感測層130分別形成在一基板150的相對兩表面上。在一可能實施例中，壓力感測層120與保護蓋板110之間係以光學膠貼合。保護蓋板110的材質較佳為一強化硬質板，例如硬質塑膠、強化玻璃或是三氧化二鋁。保護蓋板110作為觸控裝置100的保護外蓋，其上表面供使用者施以一觸壓動作。
壓力感測層120位於保護蓋板110與平面觸控感測層130之間，並具有至少一壓感單元(未顯示)。壓感單元構成一圖案。當使用者施加一觸壓動作於保護蓋板110的上表面時，觸壓動作的力道將造成壓力感測層120的圖案變形，進而造成壓感單元的阻值發生變化。觸壓動作的不同力道，會造成壓力感測層120的圖案產生不同程度的變形，進而導致壓感單元產生不同程度的阻值變化。因此，可藉由偵測壓力感測層120的壓感單元的阻值變化程度，便可推得觸壓動作的力道，也就是觸壓動作在Z方向的變化。
平面觸控感測層130具有複數第一方向偵測電極(未顯示)和複數第二方向偵測電極(未顯示)。至少在第一及第二方向偵測電極交叉的位置需以一透明絕緣材料電性隔開，並且第一及第二方向偵測電極構成一平面感測圖案。在一可能實施例中，第一及第二方向偵測電極係形成在同一基板的同一表面上，因此，平面觸控感測層130可為一單層氧化銦錫(Single ITO；SITO)架構。
當使用者施加一觸壓動作於保護蓋板110的上表面時，觸壓動作的位置將造成第一與第二方向偵測電極之間的電容容值變化。因此，藉由偵測平面觸控感測層的容值變化，便可推得觸壓動作的位置，也就是觸壓動作在X方向與Y方向的變化。
在本實施例中，由於平面觸控感測層130具備2D的觸控功能，再配合壓力感測層120的Z方向偵測結果，便可使觸控裝置100具備了3D觸控的功能，用以偵測觸壓動作在三個方向上的變化。在一可能實施例中，基板150的材料係為塑膠、玻璃或是三氧化二鋁，但並非用以限制本發明。
由於壓力感測層120位於平面觸控感測層130的上方，並且更靠近使用者的操作面，故可避免使用者所施加的觸壓動作被其它不同的層疊結構所消散掉，並可大幅增加壓力感測層120的壓力感知能力。在本實施例中，平面觸控感測層130的平面感測圖案與壓力感測層120的圖案在垂直方向上的投影重疊率小於等於平面感測圖案的面積的5%。因此，可避免壓力感測層120對平面觸控感測層130的信號干擾。
第2圖為本發明之平面觸控感測層的一可能示意圖。如上所述，平面觸控感測層具有複數第一及第二方向偵測電極。為方便說明，第2圖僅顯示部分的第一及第二方向偵測電極。在本實施例中，第一方向偵測電極XD和第二方向偵測電極YD係形成在一基板的同一表面，也就是形成在同一平面上。因此，第2圖係顯示一單層氧化銦錫(Single ITO；SITO)結構，以作為本發明的平面觸控感測層。
在本實施例中，平面感測圖案200係由複數第一方向偵測電極XD和複數第二方向偵測電極YD所構成。如圖所示，第一方向偵測電極XD包括複數第一方向電極塊XE及複數第一連接線220。每一第一連接線220電性連接相鄰的兩個第一方向電極塊XE。每一第二方向偵測電極YD包括複數第二方向電極塊YE及複數第二連接線210。每一第二連接線210電性連接相鄰的兩個第二方向電極塊YE。
當使用者施加一觸壓動作時，施加位置的相對應第一方向電極塊XE與第二方向電極塊YE之間的容值將發生變化，因而可得知觸壓動作的發生位置。在本實施例中，第一方向電極塊XE與第二方向電極塊YE在垂直方向上的投影所構成的圖案稱為第二圖案。在一可能實施例中，第二圖案與壓力感測層的圖案在垂直方向上的投影彼此不重疊。另外，第一方向電極塊XE與第二方向電極塊YE之間具有一蝕刻間隙230。在一可能實施例中，壓力感測層120的圖案在垂直方向上的投影係位於蝕刻間隙230中。
第3圖為本發明之壓力感測層的一可能示意圖。如上所述，壓力感測層具有至少一壓感單元。為方便說明，第3圖僅顯示壓感單元311~318。在本實施例中，壓感單元311~318的每一者係由一透明導線迂迴曲折而環繞成一輻射狀圖案。當使用者在保護蓋板上施加一觸壓動作時，相對應的壓感單元的線長將發生變化(因被按壓)，進而影響壓感單元的等效阻值。因此，當觸壓的力道不同時，壓感單元將產生不同的阻值變化。
舉例而言，當使用者觸壓的區域係相對於壓感單元311時，如果觸壓的力道較大，則壓感單元310的阻值具有較大的變化量；相反地，如果觸壓的力道較小，則壓感單元311的阻值具有較小的變化量。因此，藉由測量壓感單元311~318的阻值變化量，便可判斷出觸壓的力道。
由於壓感單元311~318的通常由相同材料製作而成，故以下僅以壓感單元311為例，說明壓感單元的材料選擇應考慮的一個重要參數，即材料的應變計因數(Gage Factor；GF)的計算方式。材料的應變計因數(Gage Factor；GF)如下式所示：GF=(△R/R)/(△L/L)；其中，R為導電材料在未被觸壓時的等效阻值，△R為導電材料被觸壓後的阻值變化量，L為導電材料未被觸壓時的線長，△L為導電材料被觸壓後的線長變化量。在一可能實施例中，為了更好的偵測△R的大小，導電材料的應變計因數GF係大於0.5，用以提供較佳的靈敏度。
第4圖為第2圖的第一方向電極塊XE、第二方向電極塊YE與第3圖的壓感單元311~318之間的關係示意圖。如第4圖所示，壓感單元311~318所形成的圖案構成一第一圖案，第一圖案在垂直方向上的投影位置並未重疊第一方向電極塊XE及第二方向電極塊YE在垂直方向上的投影位置。在本實施例中，壓感單元311~318在垂直方向上的投影位置是位於平面觸控感測層的蝕刻間隙中。在其它實施例中，壓感單元311~318的圖案與平面觸控感測層上的平面感測圖案200在垂直方向上的投 影重疊率小於等於平面感測圖案200的面積的5%。
在一可能實施例中，藉由測量壓感單元311~318的阻值變化，便可得知觸壓力道，再藉由測量偵測第一方向電極塊XE及第二方向電極塊YE之間的容值變化，便可得知觸壓位置，結合觸壓力道及觸壓位置，便可達到3D觸控功能。
第5及6圖為本發明之壓力感測層的其它圖案示意圖。在第5圖中，壓感單元的數量為複數個，且複數個壓感單元中至少有兩個壓感單元如壓感單元511、512是由同一條透明導線迂迴曲折環繞而成。在第6圖中，壓感單元的數量為複數個，且複數個壓感單元均是由同一條透明導線迂迴曲折環繞而成。與第3圖相比，第5圖、第6圖中所需要偵測電阻變化的偵測電路更少，能大幅減少對應於觸控裝置的所有偵測電路以及控制電路的電路布局面積。
另外，雖然第3、5及6圖揭露了不同的壓感單元的圖案，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，可將第3、5及6圖之至少一者的圖案作為一壓力感測層上的圖案。
在一可能實施例中，壓感單元係佈滿壓力感測層的一可視區。在另一可能實施例中，壓感單元並非佈滿壓力感測層，而是僅形成在壓力感測層的一特定區域，如左上角或右上角。當使用者在觸控裝置裝置的左上角(對應壓力感測層的左上角)施加一觸壓動作時，相對應的壓感單元的阻值將發生變化，再根據使用者的觸壓力道做相對應的控制，如調整音量或影像亮度。另外，由於壓力感測層較接近觸控裝置的操作面，故可大幅提高偵測的靈敏度。再者，結合壓感單元以及偵測電 極，便可達到3D觸控功能。
第7A~7C圖為本發明之觸控裝置的其它內部示意圖。在第7A圖中，觸控裝置700A包括一保護蓋板710A、一壓力感測層720A、一平面觸控感測層730A以及一絕緣平坦層750A。壓力感測層720A形成於保護蓋板710A之下，再形成一絕緣平坦層750A於壓力感測層720A下，接著在絕緣平坦層750A之下形成平面觸控感測層730A。由於壓力感測層720A與平面觸控感測層730A係形成於保護蓋板710A下方，二者僅以一絕緣平坦層750A電性隔開，而無需其他基板，故可節省基板材料。
絕緣平坦層750A係用以平坦化壓力感測層720A與平面觸控感測層730A的圖案，並提供電性絕緣功能，以避免壓力感測層720A的圖案電性影響平面觸控感測層730A的圖案的電性。在一可能實施例中，絕緣平坦層750A的材料係為聚醯亞胺(Polyimide，PI)。在其它實施例中，可利用一自動塗佈機將絕緣材料刮成平坦且均勻之薄膜。
在第7B圖中，觸控裝置700B包括一保護蓋板710B、一壓力感測層720B、一平面觸控感測層730B以及一基板750B。壓力感測層720B形成於保護蓋板710B之下。平面觸控感測層730B形成於基板750B之上。在一可能實施例中，平面觸控感測層730B與壓力感測層720B之間係以一光學膠相貼合。在一可能實施例中，基板750B係為一顯示面板，該顯示面板可能具有液晶成分(Liquid crystal)、有機發光二極體(OLED)或是電漿成分(Plasma)。
在第7C圖中，觸控裝置700C包括一保護蓋板710C、一壓力感測層720C、一平面觸控感測層730C以及一基板750C。壓力感測層720C形成於保護蓋板710C之下。平面觸控感測層730C形成於基板750C之下。在一可能實施例中，基板750C與壓力感測層720C之間係以一光學膠相貼合。
第8A~8C圖係為本發明之觸控裝置的其它內部示意圖。如第8A圖所示，觸控裝置800A包括一保護蓋板810A、一壓力感測層820A以及一整合了平面觸控感測層837A的顯示面板830A。壓力感測層820A形成在保護蓋板810A之下。在一可能實施例中，壓力感測層820A與顯示面板830A之間係以一光學膠相貼合。本發明並不限定顯示面板830A的種類。在一可能實施例中，顯示模組110A具有液晶成分(Liquid crystal)、有機發光二極體(OLED)或是電漿成分(Plasma)。
為方便說明，以下將以液晶顯示面板為例，如圖所示，顯示面板830A包括一上偏光板(Top Polarizer)831A、一平面觸控感測層837A、一上基板832A、彩色濾波層833A、一液晶層834A、一驅動層835A以及一下基板836A。平面觸控感測層837A形成在上偏光板831A之下。上基板832A形成在平面觸控感測層837A之下。彩色濾波層833A形成在上基板832A之下。在一可能實施例中，彩色濾波層833A具有許多彩色濾波器(color filter)。液晶層834A形成在彩色濾波層833A之下。驅動層835A形成在液晶層834A之下。在一可能實施例中，驅動層835A具有許多薄膜電晶體(TFT)。下基板836A形成在驅動層835A之下。
第8B及8C圖相似第8A圖，不同之處在於，第8B圖的平面觸控感測層837B係形成上基板832B與彩色濾波層833B之間，在第8C圖中，平面觸控感測層837C係形成上偏光板831C之上表面。由於第8B與8C圖的其它半導體層之間的關係與第8A圖相似，故不再述。在其它實施例中，平面觸控感測層可能形成於一彩色濾波層與一液晶層之間，或位於一液晶層與一驅動層之間，或位於一驅動層與一下基板之間，或位於一下基板之下表面。
除非另作定義，在此所有詞彙(包含技術與科學詞彙)均屬本發明所屬技術領域中具有通常知識者之一般理解。此外，除非明白表示，詞彙於一般字典中之定義應解釋為與其相關技術領域之文章中意義一致，而不應解釋為理想狀態或過分正式之語態。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧觸控裝置
110‧‧‧保護蓋板
120‧‧‧壓力感測層
130‧‧‧平面觸控感測層
150‧‧‧基板

Claims (18)

  1. 一種觸控裝置，包括：一保護蓋板，用以作為該觸控裝置的保護外蓋，其上表面供使用者施以一觸壓動作；一平面觸控感測層，包括複數第一方向偵測電極和複數第二方向偵測電極，其中該等第一方向偵測電極與第二方向偵測電極交叉的位置以一透明絕緣材料電性隔開，其中該等第一及第二方向偵測電極構成一平面感測圖案；以及一壓力感測層，位於該保護蓋板與該平面觸控感測層之間，並具有至少一壓感單元，該至少一壓感單元構成一第一圖案，其中該平面感測圖案及該第一圖案在垂直方向上的投影重疊率小於等於該平面感測圖案的面積的5%。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控裝置，其中每一第一方向偵測電極包括複數第一方向電極塊及複數第一連接線，每一第一連接線電性連接相鄰的兩個第一方向電極塊，每一第二方向偵測電極包括複數第二方向電極塊及複數第二連接線，每一第二連接線電性連接相鄰的兩個第二方向電極塊，其中該等第一方向電極塊與該等第二方向電極塊在垂直方向上的投影構成一第二圖案，該第二圖案與該第一圖案在垂直方向上的投影彼此不重疊。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之觸控裝置，其中該等第一方向電極塊與該等第二方向電極塊是形成於同一基板的同 一表面，且彼此之間具有一蝕刻間隙，該第一圖案在垂直方向上的投影是位於該蝕刻間隙中。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控裝置，其中該壓感單元的圖案為輻射狀。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之觸控裝置，該壓感單元是由一透明導線迂迴曲折而環繞成一輻射狀圖案。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之觸控裝置，其中該至少一壓感單元的數量為複數個，且是由至少一條透明導線迂迴曲折環繞成複數個輻射狀圖案，即至少有兩個壓感單元是由一條細長導線迂迴曲折環繞而成。
  7. 如申請專利範圍第5項或第6項所述之觸控裝置，其中該透明導線的應變計因數(gage factor)大於0.5。
  8. 如申請專利範圍第5項或第6項所述之觸控裝置，其中該壓感單元的線寬為3~500um。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之觸控裝置，更包括一基板，該平面觸控感測層和該壓力感測層分別形成於該基板的相對兩表面上，該壓力感測層貼合該保護蓋板。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之觸控裝置，其中該壓力感測層直接設置於該保護蓋板之下表面。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之觸控裝置，更包括一絕緣平坦層直接設置於該壓力感測層下，而該平面觸控感測層直接設置於該絕緣平坦層之下。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之觸控裝置，更包括一基板，該平面觸控感測層形成於該基板之上該平面觸控感測層 與該壓力感測層之間係以一光學膠相貼合。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之觸控裝置，更包括一基板，該平面觸控感測層形成於該基板之下，該基板與該壓力感測層之間係以一光學膠相貼合。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之觸控裝置，更包括一顯示面板，該平面觸控感測層直接設置於該顯示面板之上，該平面觸控感測層與該壓力感測層之間係以一光學膠相貼合。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之觸控裝置，更包括一顯示面板，該顯示面板至少包括：一上偏光板；一上基板，設置於該上偏光板之下；一彩色濾波層，設置在該上基板之下；一液晶層，設置於該彩色濾波層之下；一驅動層，設置於該液晶層之下；以及一下基板，設置於該驅動層之下，其中該平面觸控感測層位於該顯示面板之中。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之觸控裝置，其中該平面觸控感測層位於該上偏光板之上。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之觸控裝置，其中該平面觸控感測層位於該上偏光板與該上基板之間。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之觸控裝置，其中該平面觸控感測層位於該上基板與該彩色濾波層之間。
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