TWI529591B - Capacitive touch panel with mesh electrode - Google Patents
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Description
本發明係關於一種用於將對螢幕的觸控資訊轉換為反映觸控位置或者力度之電信號的裝置,尤指一種以電容器為媒介,將觸控資訊轉換為反映觸控位置之電信號的裝置。
現有技術之觸控板有多種實現原理,包括電阻式觸控板、電容式觸控板、表面紅外線觸控板等等。其中,電容式觸控板以其透光率高、耐磨損、耐環境溫度和濕度變化、壽命長、可實現高級複雜功能,例如多點觸控,而受到大眾的歡迎。利用電容變化作為傳感原理已經由來已久。為使觸控板有效工作,需要一個透明的電容傳感陣列。當人體接近或觸摸電容的電極時,會改變控制電路檢測到的電容值的大小,根據螢幕上電容變化值的分佈,就可以判斷出觸摸的情況。根據電容形成的方式,該觸控板包括自電容式觸控板和互電容式觸控板。該自電容式觸控板是利用電極與一個直流位準電極形成的電容變化反映觸控位置;該互電容式觸控板是利用兩個電極形成的電容變化反映觸控位置。現有技術用有效電容率衡量電容式觸控板的性能,該有效電容率是指,由於對觸控板的觸控使電容的發生的最大變化量與沒有觸控時的電容值的比值。
目前,電容式觸控板的板體結構非常豐富,一般有菱形電極,還有矩形電極。但是就板體自身來說,無論什麼樣的圖樣,電容式觸控板基本都是由橫向佈設的電極檢測觸控位置的縱坐標,由縱向佈設的電極檢測觸控位置的橫坐標。以現有技術之互電容式觸控板為例,在電極之間形成的電場如第20圖所示,由電場線分佈原理可知,當兩個電極100′、200′存在電位差時,該兩電極100′、200′表面靠最近的地方,其表面電場強度最大,電場線越密集,而隨著兩個電極100′、200′表面的距離加大而電場強度下降,電場線相應的會越來越稀疏,同時電場線長度和弧度都會增加。相應地就會有一部分電場線會由驅動電極100′穿過電極保護膜900′,然後回到傳感電極200′上。我們把在電極保護膜900′內非常密集的電場線稱為短程電場線,形成的電容稱為短程電容;把穿出電極保護膜又穿進來的電場線稱為長程電場線,形成的電容稱為長程電容。如上所述,人體或者專用觸控裝置800′對觸控板的觸控,就會改變原有的電場線之分佈。如第21圖所示,當人體或者專用觸控裝置800′觸控觸控板時,觸控板上原來的一部分由驅動電極100′穿過電極保護膜900′到空氣中然後再穿過該電極保護膜900′回到傳感電極200′上強度較弱的電場線,也就是長程電場線,被人體或者專用觸控裝置800′吸收了,然後傳導到地上;部分短程電場線,也被觸控裝置800′吸收,減少了到傳感電極200′的耦合。因此,從驅動電極100′回到傳感電極200′的電場線將減少,因此驅動電極100′與傳感電極200′之間的電容值減小,使資料處理模組很容易檢測到變化的電容量。
但是,現有技術之電容式觸控板的驅動電極圖樣和感應電極圖樣都是由單一的圖形組成,電極間既有短程電容,也有長程電容。由於電極的絕對寬度較大,而通常電極保護膜900′較薄,則長程電容占總電容的比例非常大。當觸控板處於懸空狀態時,或者說有一懸空的導體覆蓋在觸控板表面時,相當於人體或者專用觸摸裝置800′與地之間有一個很小的等效電容CX,如第22圖所示,人體或者專用觸控裝置800′就像是懸在空中。相比第15圖所示情況,處於懸空狀態時,驅動電極100′發出的電場線將垂直穿過人體或者專用觸控裝置800′,然後僅有很小一部分透過等效電容CX導到地上,而大部分將透過人體或者專用觸控裝置800′在回到傳感電極200′。隨著人體或者專用觸控裝置800′接觸面積越來越大,驅動電極100′發出的電場線能透過垂直進入人體或者專用觸控裝置800′的電場線不斷增加,而等效電容CX導走電場線的能力不變,導致垂直進入人體或者專用觸摸裝置800′的一部分電場線將回到傳感電極200′。由於人體或專用觸摸裝置800′的存在,長程電場線長度縮短了,短程電場線長度增加了。長程電場線縮短,造成電容增加;短程電場線長度增加,造成電容減少。長程電場線變化和短程電場線變化的效果相反,相互抵消。如果長程電場線較多,長程電容占總電容比例較大,則總體的效果有可能電容沒有變小,反而變大了。因此,就會造成在懸空狀態時,人體或者專用觸控裝置800′觸控觸控板時,不但驅動電極100′與傳感電極200′之間電容沒有變小,反而使驅動電極100′和傳感電極200′之間的電容增加了,最終造成懸空狀態下,該觸控板反映不靈敏或者沒反應的現象。由於自然界中的水並不是純淨水,一般狀況下,水將都可以導電,在觸控板表面有水的狀況下,就相當於電容面板表面有一個懸空的導體,因此,觸控板表面有水的情況是上述令觸控板處於懸空狀態的實際情況之一。那麼上述懸空狀態對觸控板的影響可以反映現有技術之電容式觸控板的防水性能差。
另外,現有技術之電容式觸控板大多透過導電材料的橋式跨接技術解決驅動電極和感應電極之間的絕緣問題。如果導電材料橋式跨接電阻過大或者跨接橋的寬度太小而導致橋電阻過大,當發生靜電放電ESD(Electrostatic Discharge)時,將很容易導致跨接的橋因電流過大而熔斷,從而導致板體損壞。
本發明要解決的技術問題在於避免現有技術的不足之處而提出一種具有網狀電極的電容式觸控板,透過改進電極結構,減少長程電容,增加短程電容,並且令電容形成較為分散、平均及改善觸控板在懸空狀態下的性能,提高觸控板的防水性能,改善了觸控板的線性度;同時增加電極間連接通路,減少電極間連接電阻,增強了電容面板抗ESD,抗老化等性能。
本發明解決該技術問題可以透過採用以下技術手段來實現:
設計、製造一種具有網狀電極的電容式觸控板,包括用透明導電材料製成的第一電極群、第二電極群和資料處理模組。該第一電極群包括互相平行的第一電極,該第二電極群包括互相平行的第二電極。任一第一電極與任一第二電極互相非接觸地正交配置。該資料處理模組用於發出激勵信號、檢測電容變化和根據電容檢測情況確定觸控位置座標,該第一電極群與第二電極群都與該資料處理模組電性連接。尤其是,該第一電極和第二電極中的至少一種電極包括至少兩個子電極板,同一電極中的所有子電極板按網狀結構佈設,也就是說,在該第一電極和第二電極中的至少一種電極上設置有至少一個網格,各網格由各自周邊的子電極板成。
該子電極板的形狀包括各種多邊形、圓形、橢圓形中的至少一種。該多邊形包括四邊形、正四邊形、五邊形、正五邊形、六邊形、正六邊形、八邊形、正八邊形。
為進一步提高有效電容率,在整個觸控板上,該第一電極的網格的位置與第二電極的子電極板的位置對應,該第一電極的子電極板的位置與第二電極的網格的位置對應,即該第一電極的網格和子電極板的位置分別與第二電極的子電極板和網格的位置互補配置。
該觸控板是互電容式觸控板,在該第一電極和第二電極中,接收來自資料處理模組的激勵信號的電極是驅動電極,用於向資料處理模組回饋電信號以檢測電容變化的電
極是傳感電極。
該電極可以採用分層結構,該第一電極和第二電極各自配置在兩個互相平行的具有間隙的平面內。
該電極還可以採用同層橋式跨接結構,該第一電極和第二電極配置在同一平面內。
為進一步提高觸控板的有效電容率,該觸控板還包括用透明導電材料製成的啞電極,其係為電懸空狀態。在該啞電極之間,以及該啞電極與觸控板的其他模組都沒有電性連接關係。該啞電極與第一電極或者第二電極配置在同一平面內,或者與第一電極或者第二電極平行配置。
為進一步提高觸控板的有效電容率,該觸控板還包括用透明導電材料製成的遮罩電極。該遮罩電極與直流電源電性連接,或者與直接接地。該遮罩電極與第一電極或者第二電極配置在同一平面內,或者與第一電極或者第二電極平行配置。
該透明導電材料包括氧化銦錫Indium Tin Oxide,簡稱ITO和氧化錫銻Antimony Tin Oxide,簡稱ATO。
同現有技術相比較,本發明“具有網狀電極的電容式觸控板”的有益技術效果在於:
透過網狀電極將現有技術的電容分佈改變,增加短程電容,減少長程電容,令觸控板即使在懸空狀態下,都確保有較高的有效電容率,提高了觸控板的防水性能,改善了線性度,同時增強了電容面板抗ESD,抗老化等性能。
以下結合附圖所示之各實施例作進一步詳述。
本發明提出一種具有網狀電極的電容式觸控觸控板,如第1圖、第8圖、第11圖、第14圖、第17圖所示,包括用透明導電材料製成的第一電極群100、第二電極群200和資料處理模組300。該第一電極群100包括互相平行的第一電極110,該第二電極群200包括互相平行的第二電極210。任一第一電極110與任一第二電極210互相非接觸地正交配置。該透明導電材料包括氧化銦錫Indium Tin Oxide,簡稱ITO和氧化錫銻Antimony Tin Oxide,簡稱ATO。該資料處理模組300用於發出激勵信號、檢測電容變化和根據電容檢測情況確定觸控位置座標,該第一電極群100與第二電極群200都與該資料處理模組300電性連接。尤其是,該第一電極110和第二電極210中的至少一種電極包括至少兩個子電極板111、211,同一電極110、210中的所有子電極板111、211按網狀結構佈設;從另一角度來說,在該第一電極110和第二電極210中的至少一種電極上設置有至少一個網格112、212,各網格112、212由各自周邊的子電極板111、211圍成。
如第2圖、第3圖、第9圖、第10圖所示,本發明第一實施例和第二實施例的第一電極100和第二電極200都採用了網狀結構。如第12圖和第13圖所示,本發明第三實施例,該第一電極100採用網狀結構,第二電極200就是普通的平板電極。因此,本發明只需要第一電極100
和第二電極200之中的任一種電極採用網狀結構,即可獲得在懸空情況下確保較高有效電容率的效果。
本發明將現有技術觸控板之電容集中分佈的板體,改進為電容分散分佈的觸控板,將現有技術兩電極之間的電容改進成兩電極之間形成的多個小電容Cn,即相當於將原來的電容C變為多個小電容Cn的總和。對於互電容式觸控板,整個板體的驅動電極設計成多個基本圖形單元組成的網狀驅動電極,板體的感應電極也可以相應設計成基本圖形組成的網狀感應電極。所謂網狀結構,即不論傳感電極210還是驅動電極110,在板體上都是由多個簡單基本圖形經過交錯和兩兩相連而形成一個電極,整個板體圖樣就類似於網狀。
理論上,將電極製做成網狀結構,主要有利於增加電極之間的短程耦合效應並減少長程耦合,改變電極之間的電場分佈,增強了電場強度;同時由於採用了分散分佈的網狀電極結構,兩電極之間的電場線分佈將變得更均勻,它們的耦合更充分。本發明第一實施例,如第5圖至第7圖所示,分別示出覆蓋有電極保護膜900的觸控板分別在沒有被觸控、觸控板被觸控和觸控板在懸空狀態下被觸控的電場分佈示意圖。從上述圖中,顯然其電場分佈效果與上述理論分析結論一致。該電場分佈示意圖也是經過實驗驗證的結果。如第20圖至第22圖所示,與現有技術觸控板相比,本發明分散分佈電極結構的電場線分佈在懸空狀態下短程電容減少較多而長程電容增加較少,致使本發明觸控板在懸空狀態時,觸控電容變化率仍然比較大,仍然可以識別出觸控動作。如第22圖所示,普通電容面板在懸空觸控懸空狀態下,長程電場線從驅動電極透過人體或者專用觸控裝置,縮短到了感應電極的距離,相當縮短了兩個耦合電極的距離,從而增加了兩個電極間的耦合電容;短程電場線則增加了距離,相當於增加了兩個偶合電極的距離,從而減少了兩個電極間的耦合電容。在同等條件下,本發明分散分散式電容觸控板電容間耦合主要由短程耦合構成,在懸空狀態下,儘管耦合電場線從驅動電極大部分回到感應電極,但是,短程耦合為主的情況下,短程耦合電場線增加造成電容減少的幅度遠大于長程耦合電場線減少造成電容增加的幅度。因此,總電容是明顯減少的。相比之下,能更好的保證懸空狀態下,觸控板時第一電極和第二電極之間的觸碰電容變化率。經過試驗證明,本發明網狀電極結構有利於改善板面板的在懸空狀態下的觸控感應效果。
當本發明該觸控板板體上有水時,此時的水即類似於懸空的導體。如前所述,透過水,現有技術觸控板兩電極之間的耦合電容將明顯的增加,故人體或者專用觸控裝置800觸控時導致的電容變化率將變小。而本發明分散分散式網狀電極觸控板能有效地利用第一電極110和第二電極210之間的耦合面積,當有水時,該第一電極110和第二電極210之間的耦合電容增量相對少,故人體或者專用觸控裝置800觸控時電容變化率比現有技術觸控板的變化率大,因此本發明分散式分佈網狀電極結構的觸控板具有比較優越的防水性能。
同時,由於本發明觸控板採用了網狀分佈的結構,當存在靜電放電ESD時,網狀分佈能有效地透過網狀連接的結構即時的將靜電釋放,因此可以有效地提高板體的抗ESD能力。
經過試驗證明,此網狀分佈板體的防水性能和懸空性能明顯好于集中分佈板體,一般至少可以提高20%的性能。
關於該第一電極110和第二電極210的具體結構形式會有多種多樣,以下透過三個實施例具體描述。
本發明第三實施例,如第11圖至第13圖所示,該第一電極110採用網狀結構,該第二電極210則採用平板電極。也就是說,要達到分散分佈電容的效果,不需要第一電極110和第二電極210都是網狀結構,只要其中之一是網狀結構即可達到分散分佈電容的效果。更為具體的,該第一電極110是由矩形網格112構成,該網格112可以看作由其周邊的多個矩形子電極板111圍成的。所以本發明第三實施例的第一電極110屬於由單種形狀的子電極板111構成的網狀結構電極,該子電極板111可以採用各種多邊形、圓形或者橢圓形。
本發明第四實施例,如第14圖至第16圖所示,該第一電極110採用網狀結構,該第二電極210則採用平板電極。該第一電極110採用多種網格形式以進一步提高分散分佈電容的效果。
本發明第五實施例,如第17圖至第19圖所示,該第一電極110採用網狀結構,該第二電極210則採用平板電極。該第一電極110也是採用多種網格形式,只是網格的具體形狀和排佈規律不同於該第四實施例,其最終目的還是達到進一步提高分散分佈電容的效果。
本發明第二實施例,如第8圖至第10圖所示,該第一電極群100由三個縱向伸展的第一電極110構成,該第二電極群200由兩個橫向伸展的第二電極210構成。該第一電極110和第二電極210都是網狀結構。每個第一電極110由兩縱列菱形子電極板111構成,各子電極板111構成網狀結構後,在中部形成縱列的菱形網格112。每個第二電極210同樣由兩橫行菱形子電極板211構成,各子電極板211構成網狀結構後,在中部形成橫行的菱形網格212。所以本發明第二實施例第一電極110和第二電極210分別屬於由單種形狀的子電極板111、211構成的網狀結構電極,該子電極板111、211可以採用各種多邊形、圓形或者橢圓形。
本發明第一實施例,如第1圖至第3圖所示,該第一電極群100由三個縱向伸展的第一電極110構成,該第二電極群200由三個橫向伸展的第二電極210構成。該第一電極110和第二電極210都是網狀結構。每個第一電極110由兩縱列菱形子電極板111構成,各子電極板111構成網狀結構後,在中部形成縱列的菱形網格112。每個第二電極210由兩橫行交替佈設的菱形和六邊形的子電極板211構成,各子電極板211構成網狀結構後,在中部形成橫行的菱形網格212。本發明第一實施例,該子電極板111、211都用透明材料剖面線示出,以區分子電極板111、211和網格112、212。本發明第一實施例第一電極110屬於由單種形狀的子電極板111構成的網狀結構電極,第二電極210屬於由多種不同形狀的子電極板211構成的網狀結構電極。該子電極板111可以採用多邊形、圓形或者橢圓形;該子電極板211可以採用各種多邊形、圓形或者橢圓形中任一兩種形狀的組合,顯然,該子電極板211可以採用各種多邊形、圓形或者橢圓形中任一多種形狀的組合。
本發明中該各種多邊形包括四邊形、正四邊形、五邊形、正五邊形、六邊形、正六邊形、八邊形、正八邊形。
為了提高觸控板的有效電容率,在整個該觸控板上,該第一電極110的網格112的位置與第二電極210的子電極板211的位置對應,該第一電極110的子電極板111的位置與第二電極210的網格212的位置對應,即該第一電極110的網格112和子電極板111的位置分別與第二電極210的子電極板211和網格212的位置互補配置。上述結構令第一電極110與第二電極210之間沒有正對的電極板,從而增加了第一電極與第二電極之間可變電場強度,也就是增加了電容變化量,從而提高了觸控板的有效電容率。作為較佳的手段,本發明三個實施例都採用了上述互補結構。
本發明該第一電極110和第二電極210只是在結構形式上的區分,即其中之一種電極用於橫向佈設,那麼另一種電極就縱向佈設,從而令兩電極能夠符合正交關係。該第一電極110和第二電極210並沒有從完成的功能角度加以區分。因此,如果該觸控板是互電容式觸控板,那麼在該第一電極110和第二電極210中,接收來自資料處理模組300的激勵信號的電極是驅動電極,用於向資料處理模組300回饋電信號以檢測電容變化的電極是傳感電極。
本發明之觸控板可以採用分層結構,該第一電極110和第二電極210各自配置在兩個互相平行的具有間隙的平面內。本發明該觸控板還可以採用單層結構,該第一電極110和第二電極210配置在同一平面內。當採用單層結構時,要注意第一電極110與第二電極210之間的非接觸正交配置,即要用導電材料橋式跨接技術令第一電極110與第二電極210的交叉部分不能點接觸。本發明第一實施例採用單層結構,第4圖示出該第一電極110和第二電極210正交形成的一個電容單元,因此,第一電極110和第二電極210相交部分應當採用橋式跨接技術。
另外,為了令第一電極110和第二電極210之間的耦合程度進一步增強,提高有效電容率,本發明觸控之觸控板還包括用透明導電材料製成處於電懸空狀態的啞電極。在該啞電極之間,以及該啞電極與觸控板的其他模組都沒有電性連接關係,即該啞電極處於電懸空狀態。該啞電極在第一電極110和第二電極210之間實現電場中繼作用,增加第一電極110與第二電極210之間可變電場強度。該啞電極與第一電極110或者第二電極210配置在同一平面
內,或者與第一電極110或者第二電極210平行配置。
本發明之觸控板還包括用透明導電材料製成的遮罩電極。該遮罩電極與直流電源電性連接,或者與直接接地。該遮罩電極可以降低第一電極110與第二電極210之間的固有電場強,從而令它們之間的可變電場強度增加,以提高觸控板的有效電容率。該固有電場強是指兩電極之間形成的不易受外界電極影響而發生改變的電場的場強。該遮罩電極與第一電極110或者第二電極210配置在同一平面內,或者與第一電極110或者第二電極210平行配置。
100...第一電極群
100′...驅動電極
110...第一電極
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300...資料處理模組
800...觸控裝置
800′...觸控裝置
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900′...電極保護膜
A...指示部分
Cx...等效電容
第1圖是本發明“具有網狀電極的電容式觸控板”第一實施例的電原理示意圖。
第2圖是第一實施例的第一電極110的平面結構示意圖。
第3圖是第一實施例的第二電極210的平面結構示意圖。
第4圖是圖1中A指示部分的局部放大示意圖。
第5圖是第一實施例的電場分佈示意圖。
第6圖是第一實施例在人體或者專用觸控裝置800觸控的情況下之電場分佈示意圖。
第7圖是第一實施例處於懸空狀態並被人體或者專用觸控裝置800觸控的電場分佈示意圖。
第8圖是本發明第二實施例的電原理示意圖。
第9圖是第二實施例的第一電極110的平面結構示意圖。
第10圖是第二實施例的第二電極210的平面結構示意圖。
第11圖是本發明第三實施例的電原理示意圖。
第12圖是第三實施例的第一電極110的平面結構示意圖。
第13圖是第三實施例的第二電極210的平面結構示意圖。
第14圖是本發明第四實施例的電原理示意圖。
第15圖是第四實施例的第一電極110的平面結構示意圖。
第16圖是第四實施例的第二電極210的平面結構示意圖。
第17圖是本發明第五實施例的電原理示意圖。
第18圖是第五實施例的第一電極110的平面結構示意圖。
第19圖是第五實施例的第二電極210的平面結構示意圖。
第20圖是現有技術之電容式觸控板的電場分佈示意圖。
第21圖是現有技術之電容式觸控板在發生觸控時的電場分佈示意圖。
第22圖是現有技術之電容式觸控板在懸空狀態下並被人體或者專用觸控裝置800′觸控時的電場分佈示意圖。
100‧‧‧第一電極群
110‧‧‧第一電極
200‧‧‧第二電極群
210‧‧‧第二電極
300‧‧‧資料處理模組
A‧‧‧指示部分
Claims (10)
- 一種具有網狀電極的電容式觸控板,其包含:用透明導電材料製成的第一電極組(100)、第二電極組(200);和資料處理模組(300);該第一電極群(100)包括互相平行的第一電極(110),該第二電極群(200)包括互相平行的第二電極(210);任一第一電極(110)與任一第二電極(210)互相非接觸地正交配置;該資料處理模組(300)用於發出激勵信號、檢測電容變化和根據電容檢測情況確定觸控位置座標,該第一電極群(100)與第二電極群(200)都與該資料處理模組(300)電性連接;其中,該第一電極(110)和該第二電極(210)中的至少一種電極包括至少兩個子電極板(111、211),同一電極(110、210)中的所有子電極板(111、211)按網狀結構佈設,也就是說,在該第一電極(110)和該第二電極(210)中的至少一種電極上設置至少一個網格(112、212),各網格(112、212)由各自周邊的子電極板(111、211)圍成。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有網狀電極的電容式觸控板,其中,該子電極板(111、211)的形狀包括各種多邊形、圓形、橢圓形中的至少一種。
- 如申請專利範圍第2項所述之具有網狀電極的電容式觸控板,其中,該多邊形包括四邊形、正四邊形、五邊形、正 五邊形、六邊形、正六邊形、八邊形、正八邊形。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有網狀電極的電容式觸控板,其中,在整個觸控板上,該第一電極(110)的網格(112)的位置與該第二電極(210)的子電極板(211)的位置對應,該第一電極(110)的子電極板(111)的位置與第二電極(210)的網格(212)的位置對應,即該第一電極(110)的網格(112)和子電極板(111)的位置分別與該第二電極(210)的子電極板(211)和網格(212)的位置互補配置。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有網狀電極的電容式觸控板,其中,該觸控板是互電容式觸控板,在該第一電極(110)和該第二電極(210)中,接收來自資料處理模組(300)的激勵信號的電極是驅動電極,用於向資料處理模組(300)回饋電信號以檢測電容變化的電極是傳感電極。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有網狀電極的電容式觸控板,其中,該第一電極(110)和該第二電極(210)各自配置在兩個互相平行的具有間隙的平面內。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有網狀電極的電容式觸控板,其中,該第一電極(110)和該第二電極(210)配置在同一平面內。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有網狀電極的電容式觸控板,其中更包括用透明導電材料製成的啞電極,其係為電懸空狀態; 在該啞電極之間,以及該啞電極與觸控觸控板的其他模組都沒有電性連接關係;該啞電極與該第一電極(110)或者該第二電極(210)配置在同一平面內,或者與該第一電極(110)或者該第二電極(210)平行配置。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有網狀電極的電容式觸控板,其中更包括用透明導電材料製成的遮罩電極;該遮罩電極與直流電源電性連接,或者與直接接地電性連接;該遮罩電極與該第一電極(110)或者該第二電極(210)配置在同一平面內,或者與該第一電極(110)或者該第二電極(210)平行配置。
- 如申請專利範圍第1、8或9項所述之具有網狀電極的電容式觸控板,其中,該透明導電材料包括氧化銦錫(ITO)和氧化錫銻(ATO)。
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