TWI408580B - 投射電容式觸控感測器 - Google Patents

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Description

投射電容式觸控感測器
本發明係關於一種觸控裝置，特別係關於一種投射電容式觸控感測器。
隨著行動裝置的普及化，人機介面裝置也廣泛地使用於例如行動助理(PDA)、行動電話及筆記型電腦等行動裝置，以使其操作更為人性化；而觸控螢幕更是在人性化的操作上扮演了重要的角色。
目前，觸控螢幕的種類主要區分為電阻式、電容式、紅外線式及聲波式等四種，其中投射電容式觸控螢幕由於較不受溼氣影響而且觸控面的材質在觸控偵測機制上不具功用，較適用於戶外使用的行動裝置。
投射電容式觸控螢幕主要是偵測一導電物(conductive object)靠近一電極板時所造成電極板之電容變化，藉以判定該導電物相對於觸控螢幕的位置。例如第1圖揭示一種習知觸控板(touch-sensor pad)之感測陣列(sensor array)9，其包含複數相互耦接的第一感測元件91、複數相互耦接的第二感測元件92及一處理裝置93，其中該第一感測元件91及該第二感測元件92透過導線耦接至該處理裝置93。該第一感測元件91及該第二感測元件92沿著一導電物移動方向重複的分布於該感測陣列9。該處理裝置93分別計算該第一感測元件91及該第二感測元件92之電容變化以判定一導電物靠近該感測陣列9之二維位置。然而，該感測陣列9係為一兩層(double layer)結構，於製作時需要較複雜的製作程序。該感測陣列9之詳細說明可參照美國專利公開第2008/0007534號所公開的內容。
有鑑於此，有必要提出一種具有單層感測單元之投射電容式觸控裝置，以簡化製程。
本發明提出一種投射電容式觸控感測器，其僅具有單層感測單元因而具有較簡單的製程。
本發明提出一種投射電容式觸控感測器，其透過沿著一方向改變介電層的面積或寬度來改變一導電物接近電極層時所造成的感應電容變化，藉以偵測該導電物位於該方向的觸控位置。
本發明提出一種投射電容式觸控感測器，包含一基板、複數電極層及複數介電層。該等電極層沿一第一方向排列於該基板上。每一電極層上形成有複數介電層，且每一電極層上之複數介電層沿一第二方向具有不同面積。
本發明另提出一種投射電容式觸控感測器，包含一基板、複數電極層及複數介電層。該等電極層沿一第一方向排列於該基板上。每一電極層上形成有一介電層，且每一電極層上之該介電層沿一第二方向具有不同寬度。
本發明另提出一種投射電容式觸控感測器，包含一基板、複數電極層及複數介電層。該等電極層沿一第一方向排列於該基板上。每一電極層上形成有一介電層，且每一電極層上之該介電層沿一第二方向具有不同面積之貫穿開口。
本發明之投射電容式觸控感測器中，每一電極層沿該第二方向具有大致相同之寬度。每一電極層上之複數介電層沿該第二方向具有不同面積、每一電極層上之一電極層沿該第二方向具有不同寬度或每一電極層上之一電極層沿該第二方向具有不同面積之貫穿開口(through opening)。此外，本發明可配合於該電極層上形成複數狹縫以增加位置判定的解析度，例如面積愈小之介電層外圍、介電層中寬度愈小部分之外側或面積愈大之貫穿開口內側形成有較多數目之狹縫(slit)。
本發明之投射電容式觸控感測器另包含複數導線以及一處理單元，該處理單元透過該等導線耦接所有之電極層。該處理單元根據該等電極層之感應電容變化判定一導電物相對於投射電容式觸控感測器於該第一方向及該第二方向的位置。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。於本發明之說明中，相同之構件係以相同之符號表示，於此合先敘明。
請參照第2圖所示，其顯示本發明一實施例之投射電容式觸控感測器1，包含一基板11、複數感測單元12、一處理單元13及複數導線141~144。該基板11可由玻璃(glass)、高分子薄膜(polymer film)或其他習知適當材質所形成。該等感測單元12包含一電極層120，其例如，但不限於，為圖型化(patterned)之銦錫氧化層(Indium Tin Oxide,ITO)、銻錫氧化層(Antimony Tin Oxide,ATO)或氟錫氧化層(Fluorine Tin Oxide,FTO)。該等感測單元12可沿著一第一方向(例如Y方向)圖型化成複數個分離的感測單元12排列於該基板11上，以將一觸控區15沿著該第一方向區分為不同區域；該電極層120較佳沿一第二方向(例如X方向)具有固定寬度。可以了解的是，雖然第2圖中該等感測單元12顯示為兩行，但本發明並不限於此，該等感測單元12之行數可根據實際所需之解析度而決定。
該處理單元13透過該等導線141~144分別耦接於一感測單元12之電極層120，用以根據一導電物(conductive object)，例如一手指或一觸控筆，靠近(或接觸)一感測單元12時所造成電極層120之感應電容變化，以判定該導電物相對於該觸控區15之一第一方向(例如Y方向)及一第二方向(例如X方向)的位置。該處理單元13可耦接一電子裝置2，例如一顯示器(display)；該處理單元13根據所判定之導電物位置相對控制該電子裝置2執行相對應動作。可以了解的是第2圖中之感測單元12及導線之數目僅為例示性，並非用以限定本發明。
該等電極層120之表面上沿著該第二方向形成有面積不同之複數介電層121，例如介電層121a~121e，其中介電層121a之面積大於介電層121b，介電層121b之面積大於介電層121c，…；其中該等介電層121a~121e之面積較佳沿該第二方向逐漸變小或逐漸變大。該等介電層121較佳使用具有較大介電常數(dielectric constant)之材質，例如介電常數3~4之材質。藉此，當一導電物未靠近任何感測單元12時，電極層120上不會形成感應電容(此處係忽略雜散電容)而使得電容值為0；當該導電物沿著該第二方向靠近一感測單元12之不同位置時，由於該導電物與該電極層120間具有不同介電常數之介電層121，因此可形成不同的電容變化。
參照第3a圖所示，例如當一導電物8靠近(或接觸)介電層121a時，可形成電容C1 =ε1 A1 /d，此處ε1 為該電容C1中介電層121a與空氣所形成的等效介電值；此時，由於介電層121係具有大介電常數(例如3~4)，因而等效介電常數ε1 較大，電容C1 具有較大的電容值，因此該處理單元13則可偵測到較大的電容變化。請參照第3b圖所示，當一導電物8靠近(或接觸)介電層121e時，可形成電容C2 =ε2 A1 /d，此處ε2 為該電容C2中介電層121e與空氣所形成的等效介電值。此時由於空氣的介電常數遠小於介電層121e的介電常數，等效介電常數ε2 較小，該電容C2 會具有較小的電容值，因此該處理單元13則偵測到較小的電容變化；其中，A1 為該導電物8與該電極層120之相對面積。
於另一實施例中，為增加該處理單元13於判定位置時的解析度，可於該電極層120上靠近介電層121的外圍附近形成複數狹縫(slit)122，且面積愈小的介電層外圍附近可形成較多數目之狹縫122(如第2圖所示)，藉以降低導電物8與電極層120的相對面積。參照第3c圖所示，例如當該導電物8靠近(或接觸)介電層121a時，由於該電極層120上形成有狹縫122，可形成電容C3 =ε1 A2 /d；此時由於A2 <A1 ，該電容C3 則小於第3a圖之電容C1 。請參照第3d圖所示，當該導電物8靠近(或接觸)介電層121e時，由於該電極層120上形成有狹縫122，可形成電容C4 =ε2 A3 /d；此時由於A3 <A1 ，該電容C4 則小於第3b圖之電容C2 。藉此，導電物8與電極層120間可具有較大範圍之電容變化，可增加位置判定的解析度。
可以了解的是，第2圖中之介電層121雖顯示為方形，但其並非用以限定本發明；該等介電層121亦可為其他形狀，例如矩形、圓形、菱形或其他非標準(non-canonical)形狀。
請參照第4a~4c圖所示，其顯示第2圖之感測單元12沿A-A' 線之剖視圖，此時該電極層120上不具有狹縫122。第4a圖中，該電極層120係形成於該基板11上，而該等介電層121a~121e則形成於該電極層120上。於另一實施例中，該電極層120可另具有一保護層以保護該電極層120及/或介電層121。例如第4b圖中，該感測單元12另包含一保護層123介於該電極層120及該等介電層121a~121e間以保護該電極層120，其中該保護層123之材料可相同或不同於該介電層121。請參照第4c圖，一保護層123' 覆蓋於該電極層120及該等介電層121a~121e上以保護該電極層120及該等介電層121a~121e；此實施例中，該介電層121之介電常數較佳與該保護層123' 之介電常數差至少大於4，以避免該保護層123' 明顯降低一導電物靠近(或接觸)該電極層120時之感應電容變化程度。
請參照第5a~5c圖所示，其顯示第2圖之感測單元12沿A-A' 線之另一剖視圖，此時該電極層120上形成有複數狹縫122。第5a圖中，該電極層120係形成於該基板11上，該等介電層121a~121e則形成於該電極層120上，該等狹縫122形成於該電極層120上並位於該等介電層121a~121e之外圍。第5b圖中，該感測單元12另包含一保護層123介於該電極層120及該等介電層121a~121e間以保護該電極層120。第5c圖中，一保護層123' 覆蓋於該電極層120及該等介電層121a~121e上以保護該電極層120及該等介電層121a~121e。
於本發明之一感測單元12中，該介電層121並不一定要形成第2圖所示互相分離的複數個介電層121a~121e，該介電層121亦可形成一個整體的介電層而其寬度於該第一方向或該第二方向具有變化。請參照第6a~6b圖所示，其顯示本發明其他實施例之感測單元12之上視圖，其中該介電層121' ~121'' 的寬度沿著該第二方向(例如X方向)呈現連續的變化，例如逐漸變大或逐漸變小。其他實施例中，介電層121' ~121'' 的寬度亦可沿一方向製作為具有不連續的變化。此外，為增加位置判定的解析度，可於每一電極層120上另形成有複數狹縫122位於該介電層121' ~121'' 外側，且介電層121' ~121'' 中寬度愈小部分之外側形成有較多的狹縫(如第6a~6b圖所示)。可以了解的是，第6a~6b圖僅為例示性的，並非用以限定本發明。
於另一實施例中，該介電層121的形成方式亦可互補於第2圖，亦即形成於每一電極層120上之該介電層121沿該第二方向(例如X方向)具有不同面積之貫穿開口O，以使該電極層120裸露於該貫穿開口O；每一電極層120上之該介電層121之貫穿開口O的面積沿著該第二方向逐漸變小或逐漸變大。例如，第7a圖顯示本發明另一實施例之感測單元12之上視圖而第7b圖顯示第7a圖中沿B-B' 線之剖視圖，其中電極層120不具有狹縫。藉此，當一導電物沿一方向(例如X方向)靠近一感測單元12之不同位置時，由於該導電物與電極層120間具有不同介電值(空氣與介電層之等效介電值)之介電層，因此該處理單元13可感測到不同的電容變化。此外，為增加位置判定的解析度，可於每一電極層120上另形成有複數狹縫122位於該等貫穿開口O內，且面積愈大之貫穿開口O內側形成有較多數目之狹縫122。例如第8a圖顯示本發明另一實施例之感測單元12之上視圖而第8b圖顯示第8a圖中沿C-C' 線之剖視圖，其中電極層120具有狹縫122。
可以了解的是，上述說明雖揭示了沿著一第二方向(X方向)改變介電層121面積、介電層121寬度或貫穿開口O面積的實施例，但本領域具有通常知識者亦可將此特徵實施於一第一方向(例如Y方向)或同時實施於該第一方向及該第二方向。可以了解的是，該狹縫122並不限定於特定形狀。
必須了解的是，本發明之投射電容式觸控感測器1之結構並不限於上述所揭示者，本發明的精神在於透過改變一導電物與電極層不同位置間之介電層的介電常數(dielectric constant)，以改變該導電物靠近電極層時所造成之感應電容變化的程度。此外，本發明亦可搭配改變電極層與導電物之相對面積(設置狹縫)以增加位置判定的解析度。
如前所述，由於習知投射電容式觸控螢幕具有多層感測陣列結構而增加了製程複雜度。本發明提出一種投射電容式觸控感測器(第2圖)，其具有單層感測單元而具有較簡單之製程。
雖然本發明已以前述實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明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，當可作各種之更動與修改。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。
1．．．觸控感測器
11．．．基板
12．．．感測單元
120．．．電極層
121~121" ．．．介電層
121a~121e．．．介電層
122．．．狹縫
123、123' ．．．保護層
13．．．處理單元
141~144．．．導線
15．．．觸控區
2．．．電子裝置
8．．．導電物
9．．．感測陣列
91．．．第一感測元件
92．．．第二感測元件
93．．．處理裝置
O．．．貫穿開口
第1圖顯示一種習知觸控板之感測陣列之示意圖。
第2圖顯示本發明一實施例之投射電容式觸控感測器之示意圖，其包含複數感測單元。
第3a~3d圖顯示一導電物接近本發明實施例之投射電容式觸控感測器之一感測單元之示意圖。
第4a圖顯示第2圖之感測單元沿A-A' 線之剖視圖。
第4b~4c圖顯示第2圖之感測單元沿A-A' 線之另一剖視圖。
第5a~5c圖顯示第2圖之感測單元沿A-A' 線之另一剖視圖，其中感測單元包含有複數狹縫。
第6a-6b圖顯示本發明其他實施例之投射電容式觸控感測器之一感測單元之上視圖。
第7a圖顯示本發明其他實施例之投射電容式觸控感測器之一感測單元之上視圖。
第7b圖顯示第7a圖之感測單元沿B-B' 線之一剖視圖，其中介電層上形成有不同面積之貫穿開口。
第8a圖顯示本發明其他實施例之投射電容式觸控感測器之一感測單元之上視圖。
第8b圖顯示第8a圖之感測單元沿C-C' 線之一剖視圖，其中介電層上形成有不同面積之貫穿開口且貫穿開口內形成有狹縫。
1．．．觸控感測器
11．．．基板
12．．．感測單元
120．．．電極層
121．．．介電層
121a~121e．．．介電層
122．．．狹縫
13．．．處理單元
141~144．．．導線
15．．．觸控區
2．．．電子裝置

Claims (18)

  1. 一種投射電容式觸控感測器，包含：一基板；複數電極層，沿一第一方向排列於該基板上；及複數介電層，每一電極層上形成有複數介電層，且每一電極層上之複數介電層沿一第二方向具有逐漸變小或逐漸變大的不同面積。
  2. 根據申請專利範圍第1項之投射電容式觸控感測器，另包含：複數導線，分別耦接一電極層；及一處理單元，透過該等導線耦接所有電極層，用以根據該等電極層之電容變化判定一導電物相對於觸控感測器於該第一方向及該第二方向的位置。
  3. 根據申請專利範圍第1項之投射電容式觸控感測器，其中每一電極層上另形成有複數狹縫位於該等介電層外圍。
  4. 根據申請專利範圍第3項之投射電容式觸控感測器，其中面積愈小之介電層外圍形成較多數目之狹縫。
  5. 根據申請專利範圍第1項之投射電容式觸控感測器，另包含一保護層覆蓋於該電極層及該介電層上，其中該保護層及該介電層之介電常數差大於4。
  6. 根據申請專利範圍第1項之投射電容式觸控感測器，其中每一電極層沿該第二方向具有固定寬度。
  7. 一種投射電容式觸控感測器，包含： 一基板；複數電極層，沿一第一方向排列於該基板上；及複數介電層，每一電極層上形成有一介電層，且每一電極層上之該介電層沿一第二方向具有逐漸變小或逐漸變大的不同寬度。
  8. 根據申請專利範圍第7項之投射電容式觸控感測器，另包含：複數導線，分別耦接一電極層；及一處理單元，透過該等導線耦接所有電極層，用以根據該等電極層之電容變化判定一導電物相對於觸控感測器於該第一方向及該第二方向的位置。
  9. 根據申請專利範圍第7項之投射電容式觸控感測器，其中每一電極層上另形成有複數狹縫位於該介電層外側。
  10. 根據申請專利範圍第9項之投射電容式觸控感測器，其中該介電層中寬度愈小部份之外側形成較多數目之狹縫。
  11. 根據申請專利範圍第7項之投射電容式觸控感測器，另包含一保護層覆蓋於該電極層及該介電層上，其中該保護層及該介電層之介電常數差大於4。
  12. 根據申請專利範圍第7項之投射電容式觸控感測器，其中每一電極層沿該第二方向具有固定寬度。
  13. 一種投射電容式觸控感測器，包含：一基板； 複數電極層，沿一第一方向排列於該基板上；及複數介電層，每一電極層上形成有一介電層，且每一電極層上之該介電層沿一第二方向具有逐漸變小或逐漸變大的不同面積之貫穿開口。
  14. 根據申請專利範圍第13項之投射電容式觸控感測器，另包含：複數導線，分別耦接一電極層；及一處理單元，透過該等導線耦接所有電極層，用以根據該等電極層之電容變化判定一導電物相對於觸控感測器於該第一方向及該第二方向的位置。
  15. 根據申請專利範圍第13項之投射電容式觸控感測器，其中每一電極層上另形成有複數狹縫位於該等貫穿開口內。
  16. 根據申請專利範圍第15項之投射電容式觸控感測器，其中面積愈大之貫穿開口內側形成較多數目之狹縫。
  17. 根據申請專利範圍第13項之投射電容式觸控感測器，另包含一保護層覆蓋於該電極層及該介電層上，其中該保護層及該介電層之介電常數差大於4。
  18. 根據申請專利範圍第13項之投射電容式觸控感測器，其中每一電極層沿該第二方向具有固定寬度。
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