TWI581161B - 電容性觸控模組及其觸控顯示裝置 - Google Patents

電容性觸控模組及其觸控顯示裝置 Download PDF

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Description

電容性觸控模組及其觸控顯示裝置
本發明是有關於一種觸控模組及其觸控顯示裝置，且特別是有關於一種電容性觸控模組及其觸控顯示裝置。
隨著觸控技術的蓬勃發展，例如手機、筆記型電腦或平板電腦等等的觸控裝置由於提供了直覺式的操作與輸入介面而受到消費者的歡迎並帶來了龐大的商機。其中，觸控裝置可根據觸控感測方式的不同而分為電容式觸控及電阻式觸控。
就電容式觸控的感測原理而言，其主要是利用導電觸控媒介來觸碰觸控面板，以在相應的電極上建立額外的電容，以使觸控電極的等效電容改變。因此，後端的感測電路(sensor IC)可依據觸控電極的等效電容改變進而判斷出觸控面板上的觸碰位置。電容式觸控的優勢在於其靈敏度相較高，並且使用壽命較長。
就電阻式觸控的感測原理而言，其主要是透過按壓觸控面板的方式來改變觸控面板上的相應位置的電阻值。因此，感測電路可依據電阻值的改變而判斷觸碰位置。相較於電容式觸控來說，電阻式觸控透過按壓的方式來觸控可具有較高的精準度，並且在觸控媒介材質的選擇上並無限制。但是電阻式觸控的靈敏度相較電容式觸控低，並且使用壽命亦較短。
本發明提供一種電容性觸控模組及其觸控顯示裝置，其可兼具有電容式觸控的觸碰感測方式與類似於電阻式觸控的按壓感測方式。
本發明提出一種電容性觸控模組，其適於配置在具有共同電壓層的顯示模組。電容性觸控模組包括第一基板、多個觸控電極以及間隔元件。第一基板具有相對的第一表面及第二表面，其中第一表面朝向顯示模組，第二表面為接觸面。觸控電極配置在第一表面上且彼此互不重疊。間隔元件配置於第一基板與顯示模組之間，以間隔這些觸控電極與顯示模組，且這些觸控電極對應多個感測電容值。
在本發明一實施例中，各個感測電容值反應於對應的觸控電極與共同電壓層之間的距離。
在本發明一實施例中，各個感測電容值反應於對應的觸控電極的等效電容。
在本發明一實施例中，間隔元件接觸第一表面及顯示模組。
在本發明一實施例中，電容性觸控模組更包括保護層。保護層配置於第一表面上且覆蓋這些觸控電極。
在本發明一實施例中，間隔元件接觸保護層及顯示模組。
在本發明一實施例中，保護層為保護膜。
在本發明一實施例中，第一基板為玻璃基板、聚甲基 丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)薄膜及聚對苯二甲酸乙二酯(PolyEthylene Terephthalate，PET)薄膜的其中之一。
在本發明一實施例中，間隔元件為雙面膠帶，雙面膠帶對齊第一基板及顯示模組的邊緣而配置。
在本發明一實施例中，間隔元件為高透光性封膠，佈滿第一基板及顯示模組之間。
在本發明一實施例中，電容性觸控模組更包括多個間隔物。這些間隔物分散配置於第一基板與顯示模組之間。
本發明提出一種觸控顯示裝置，包括顯示模組以及電容性觸控模組。顯示模組具有共用電壓層。電容性觸控模組包括第一基板、多個觸控電極以及間隔元件。第一基板具有相對的第一表面及第二表面，其中第一表面朝向顯示模組，第二表面為接觸面。觸控電極配置在第一表面上且彼此互不重疊。間隔元件配置於第一基板與顯示模組之間，以間隔這些觸控電極與顯示模組，且這些觸控電極對應多個感測電容值。
基於上述，本發明實施例提出一種電容性觸控模組及其觸控顯示裝置，依據上述之電容性觸控模組的架構，電容性觸控模組除了可藉由一般電容式觸控的觸碰方式來觸控外，其亦可藉由類似於電阻式觸控的按壓方式來進行觸控，因此提升了電容性觸控模組及其觸控顯示裝置的操控便利性。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為本發明一實施例之觸控顯示裝置的剖面結構示意圖。請參照圖1，觸控顯示裝置100包括電容性觸控模組110以及顯示模組120，而電容性觸控模組110則包括第一基板112多個觸控電極114_1~114_n、間隔元件116以及保護層118。在電容性觸控模組110中，第一基板112具有相對的第一表面S1及第二表面S2，其中第一表面S1朝向顯示模組120且第二表面S2為與觸控媒介接觸的接觸面。在本實施例中，第一基板112可例如為玻璃基板、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)薄膜或聚對苯二甲酸乙二酯(PolyEthylene Terephthalate，PET)薄膜等不同軟性或硬性材質的基板，本發明不以此為限。保護層118配置於第一基板112的第一表面S1上，並且覆蓋觸控電極114_1~114_n。換言之，本實施例之保護層118可例如為保護觸控電極314_1~314_n的隔離膜(spacer film)。
觸控電極114_1~114_n配置於第一基板112上且彼此互不重疊。換言之，電容性觸控模組110具有一維(one-dimensional，1D)電容式觸控面板的架構。其中，n為正整數且表示在同一截面上的觸控電極個數，故n值可依據電容性觸控模組110的尺寸及解析度而定。此外，觸控電極114_1~114_n的形狀可例如為方形、菱形或蜂巢形 等電極形狀，本發明不以此為限。
間隔元件116以接觸第一表面S1及顯示模組120的方式配置於第一基板112與顯示模組120之間，以間隔觸控電極114_1~114_n與顯示模組120。在本實施例中，間隔元件116例如為雙面膠帶(DST)，且間隔元件116會對齊第一基板112及顯示模組120的邊緣而配置，藉以將第一基板112與顯示模組120的周圍貼合，並且在觸控電極114_1~114_n與顯示模組120間形成間隙(gap)。在另一實施例中，間隔元件116可以為高透光性封膠，且間隔元件116可利用佈滿第一基板112及顯示模組120之間的方式而配置，藉以將高透光性封膠作為觸控電極114_1~114_n與顯示模組120間的間隙層(gap layer)。進一步地說，在不同實施例中，間隔元件116可例如為雙面膠帶(double side tape，DST)或高透光性封膠(high transmittance sealant)。由此可知，雖在圖1中係繪示以間隔元件116貼合第一基板112及顯示模組120的邊緣之實施方式為例，但本發明不以此為限。
顯示模組120具有共同電壓層122，其中共同電壓層122可提供顯示模組120內部電路運作所需參照的共同電壓。此外，顯示模組120可為任何類型的顯示模組，例如液晶顯示模組、發光二極體顯示模組或有機發光二極體顯示模組等等，本發明不以此為限。
在觸控顯示裝置100中，觸控電極114_1~114_n會對應多個感測電容(未繪示)，而後端的感測電路(sensor IC) (未繪示)可根據觸控電極114_1~114_n所對應的感測電容的感測電容值變化來判斷電容性觸控模組110上的觸碰位置。在觸控媒介為非導體的情況下，觸控電極114_1~114_n所對應的感測電容為其與顯示模組120的共同電壓層122的等效電容；在觸控媒介為導體的情況下，觸控電極114_1~114_n所對應的感測電容為其與顯示模組120的共同電壓層122的等效電容及其與觸控媒介的等效電容的總和。
在本實施例中，由於間隔元件116在觸控電極114_1~114_n與共同電壓層122之間建立的間隙具有可壓縮的特性，使得觸控電極114_1~114_n與共同電壓層122之間的距離為可改變的。因此，電容性觸控模組110除了可利用為導體的觸控媒介(例如手指或導電式觸控筆)來觸碰第一基板112以改變觸控電極114_1~114_n所對應的感測電容值外。由於按壓所造成之觸控電極114_1~114_n與共同電壓層122之間的距離改變亦會使得觸控電極114_1~114_n對應的感測電容值有所變化，因此電容性觸控模組110亦可藉由在第一基板112上按壓以施加壓力的方式來改變按壓點上的觸控電極114_1~114_n所對應的感測電容值，藉以使後端的感測電路可根據按壓點的感測電容值變化而判斷觸碰位置。其中，為實現上述所提及之按壓觸控感測的方式，第一基板112的材質應為具有可撓性(bendable)的材質，但是並不限定其可撓性的高低。換句話說，即使第一基板112為可撓性低的材質，電容性觸 控模組110亦可透過增加驅動信號強度的方式而使感測電容值的變化為可偵測的。
根據上述，電容性觸控模組110的觸控媒介材質可不限定為導體。亦即，電容性觸控模組110亦可利用非導體的觸控媒介以按壓觸控的方式來觸控電容性觸控模組110，因此相較於一般的電容式觸控面板更加便於使用。
為了更進一步地說明本發明實施例，在此分別以圖2A與圖2B來說明電容性觸控模組的不同觸控方式，其中，圖2A為本發明一實施例之利用導電觸控媒介觸碰電容性觸控模組的示意圖；圖2B為本發明一實施例之利用非導電觸控媒介以施加壓力的方式觸碰電容性觸控模組的示意圖。在圖2A與2B中，為方便說明，在電容性觸控模組的結構上分別以6個觸控電極為例，但熟悉本領域者應該依據如下之說明而推知n個觸控電極的觸控感測方式。
在圖2A與2B的實施例中，觸控顯示裝置200的結構與觸控顯示裝置100大致相同，故於此不再贅述。並且，顯示模組220的共同電壓層222在此係提供接地電壓GND作為共同電壓，以使各個觸控電極214_1~214_6參照接地電壓GND而建立對應的感測電容C1~C6。
請先參照圖2A，當利用導電觸控媒介CTM(例如手指或導電觸控筆)來觸控電容性觸控模組210時，由於導電觸控媒介CTM本身可等效為一個電容，使得對應的觸控電極(例如觸控電極214_3與214_4)與導電觸控媒介CTM的電容可等效為並聯而使觸控電極214_3與214_4的 等效電容增加。因此，感測電容C3與C4的感測電容值會反應於對應的觸控電極214_3與214_4的等效電容而改變。感測電路可根據感測電容C3與C4的感測電容值改變而判斷導電觸控媒介CTM的觸控位置在觸控電極214_3與214_4之間的區域。
另一方面，請參照圖2B，當利用非導電觸控媒介UCTM(例如非導電觸控筆)來觸控電容性觸控模組210時，使用者可利用非導電觸控媒介UCTM來按壓第一基板212的方式，使得第一基板212撓曲而造成觸控電極214_1~214_6和共同電壓層222之間的距離會縮小，並且越靠近按壓點的縮小幅度越大，越遠離按壓點的縮小幅度越小。因此，感測電容C1~C6的感測電容值會反應於對應的觸控電極214_1~214_6與共同電壓層222之間的距離而改變。感測電路可根據感測電容C1~C6的感測電容值改變幅度而判斷非導電觸控媒介UCTM的觸控位置對應觸控電極214_3與214_4。其中，由於本實施例的觸控感測機制係類似於電阻式的按壓觸控方式，因此非導電觸控媒介UCTM可利用較小的接觸面積來對電容性觸控模組110進行觸控。換句話說，本實施例的非導電觸控筆的筆頭直徑可縮小至小於2毫米的尺寸，進而大幅地提升了觸控的精準度。
圖3為本發明另一實施例之觸控顯示裝置的結構示意圖。請參照圖1及圖3，在本實施例中，觸控顯示裝置300與觸控顯示裝置100的結構大致相同，兩者間不同之處在 於本實施例的間隔元件316係以接觸保護層318及顯示模組320的方式配置。換言之，本實施例之保護層318可例如為完全覆蓋第一基板312的第一表面S1的保護膜(protection film)。
圖4為本發明再一實施例之觸控顯示裝置的結構示意圖。請參照圖4，觸控顯示裝置400與前述圖1之觸控顯示裝置100的結構大致相同，兩者間不同之處在於本實施例的電容性觸控模組410中更包括多個間隔物419_1~419_p。其中，間隔物419_1~419_p分散配置於第一基板412與顯示模組420之間，p為正整數且可根據設計需求更動。在本實施例中，間隔物419_1~419_p用以支撐第一基板412，以使觸控電極414_1~414_n與共同電壓層422之間的距離在第一基板412未被按壓時維持的固定。
舉例來說，當電容性觸控模組410的尺寸較大或第一基板412的材質可撓性較高時，第一基板412中心區域較易受應力分配的影響而產生非按壓動作所造成的撓曲，可能會使得後端的感測電路可能因而產生誤判。因此，在第一基板412與顯示模組420間配置間隔物419_1~419_p可支撐第一基板412而令感測電路較不易因為第一基板412的非按壓動作造成的撓曲而產生誤動作。在此，間隔物419_1~419_p雖係以球形的間隔物為例，但本發明不以此為限。
除此之外，圖3至圖4實施例在相關結構上的特徵及相關觸控感測機制皆可參照圖1和圖2A與2B的說明，故 於此不再贅述。
綜上所述，本發明實施例提出一種電容性觸控模組及其觸控顯示裝置，依據上述之電容性觸控模組的架構，電容性觸控模組除了可藉由一般電容式觸控的觸碰方式來觸控外，其亦可藉由類似於電阻式觸控的按壓方式來進行觸控，因此提升了電容性觸控模組及其觸控顯示裝置的操控便利性。此外，用於上述電容性觸控模組的觸控筆的材質可不受限制，並且其筆頭直徑亦可進一步降低而提升觸控精確度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，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，故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、200、300、400‧‧‧觸控顯示裝置
110、210、310、410‧‧‧電容性觸控模組
112、212、312、412‧‧‧第一基板
114_1~114_n、214_1~214_6、314_1~314_n、414_1~414_n‧‧‧觸控電極
116、216、316、416‧‧‧間隔元件
118、318、418‧‧‧保護層
120、220、320、420‧‧‧顯示模組
122、222、322、422‧‧‧共同電壓層
419_1~419_p‧‧‧間隔物
C1~C6‧‧‧感測電容
CTM‧‧‧導電觸控媒介
UCTM‧‧‧非導電觸控媒介
GND‧‧‧接地電壓
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
圖1為本發明一實施例之觸控顯示裝置的剖面結構示意圖。
圖2A為本發明一實施例之利用導電觸控媒介觸控電容性觸控模組的示意圖。
圖2B為本發明一實施例之利用非導電觸控媒介觸控電容性觸控模組的示意圖。
圖3為本發明另一實施例之觸控顯示裝置的結構示意圖。
圖4為本發明再一實施例之觸控顯示裝置的結構示意 圖。
100‧‧‧觸控顯示裝置
110‧‧‧電容性觸控模組
112‧‧‧第一基板
114_1~114_n‧‧‧觸控電極
116‧‧‧間隔元件
118‧‧‧保護層
120‧‧‧顯示模組
122‧‧‧共同電壓層
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面

Claims (17)

  1. 一種電容性觸控模組，適於配置在具有一共同電壓層的一模組，包括：一第一基板，具有相對的一第一表面及一第二表面，其中該第一表面朝向該模組，該第二表面為一接觸面；多個觸控電極，配置在第一表面上且彼此互不重疊；以及一間隔元件，配置於第一基板與該模組之間，以間隔該些觸控電極與該模組，且該些觸控電極對應多個感測電容值，其中，每一該些感測電容值包括對應之每一該些觸控電極與該共同電壓層之間的等效電容值，且該等效電容值相關於每一該些觸控電極與該共同電壓層之間的距離。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電容性觸控模組，其中該間隔元件接觸該第一表面及該顯示模組。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電容性觸控模組，更包括：一保護層，配置於該第一表面上且覆蓋該些觸控電極。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電容性觸控模組，其中該間隔元件接觸該保護層及該模組。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電容性觸控模組，其 中該保護層為一保護膜。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電容性觸控模組，其中該第一基板為一玻璃基板、一聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)薄膜及一聚對苯二甲酸乙二酯(PolyEthylene Terephthalate，PET)薄膜的其中之一。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電容性觸控模組，其中該間隔元件為一雙面膠帶，該雙面膠帶對齊該第一基板及該模組的邊緣而配置。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電容性觸控模組，其中該間隔元件為一高透光性封膠，佈滿該第一基板及該模組之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之電容性觸控模組，更包括多個間隔物，分散配置於該第一基板與該模組之間。
  10. 一種觸控顯示裝置，包括：一顯示模組，具有一共同電壓層；以及一電容性觸控模組，包括：一第一基板，具有相對的一第一表面及一第二表面，其中該第一表面朝向該顯示模組，該第二表面為一接觸面；多個觸控電極，配置在第一表面上且彼此互不重疊；以及一間隔元件，配置於第一基板與該顯示模組之間，以間隔該些觸控電極與該顯示模組，且該些觸控電極 對應多個感測電容值，其中，每一該些感測電容值包括對應之每一該些觸控電極與該共同電壓層之間的等效電容值，且該等效電容值相關於每一該些觸控電極與該共同電壓層之間的距離。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之觸控顯示裝置，其中該間隔元件接觸該第一表面及該顯示模組。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之觸控顯示裝置，其中該電容性觸控模組更包括：一保護層，配置於該第一表面上且覆蓋該些觸控電極。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之觸控顯示裝置，其中該間隔元件接觸該保護層及該顯示模組。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之觸控顯示裝置，其中該保護層為一保護膜。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之觸控顯示裝置，其中該間隔元件為一雙面膠帶，該雙面膠帶對齊該第一基板及該顯示模組的邊緣而配置。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之觸控顯示裝置，其中該間隔元件為一高透光性封膠，佈滿該第一基板及該顯示模組之間。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之觸控顯示裝置，其 中該電容性觸控模組更包括多個間隔物，分散配置於該第一基板與該顯示模組之間。
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