CN101833404B - 触控显示装置与触控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种触控显示装置与触控装置，该触控显示装置包括显示面板与设置于显示面板上的触控感测元件。触控感测元件包括沿第一方向排列的感应电极与沿第二方向排列的驱动电极，彼此交错形成多个电容感测单元。每一感应电极包括主要电极条与多个连接至主要电极条的分支电极部。每一电容感测单元的驱动电极包括至少一外围电极条与至少一内侧电极条，与感应电极的分支电极部交错设置。其中，外围电极条具有第一宽度，内侧电极条于第一方向上具有第二宽度，且第一宽度小于第二宽度。

Description

触控显示装置与触控装置
技术领域
本发明涉及一种触控装置，且特别是有关于一种电容式(capacitive)触控装置。
背景技术
目前电子设备常用的触控技术有：电阻式(resistive)、表面电容式(surfacecapacitive)、投射电容式(projected capacitive)、表面声波式(surface acousticwave)、光学影像式(optics imaging)、红外线式(infrared)、折射式(bendingwave)以及数字转换式(active digitizer)等。前3种技术因为构装体积较小，精密度相对可以做得较高，因此适用于体积较小的随身行动装置或消费性电子产品。
就电阻式触控技术而言，从触压屏幕到触点侦测、数据运算以及位置确认，其技术上有物理条件的限制。例如，触点侦测会因经常性触点范围固定而造成某些特定区过度使用磨损，进而减低导电膜接触的导通效率。此外，电阻式触控技术并无法达到近侧感应(手指靠近未触压状态的侦测)以及较难处理多指触压的要求。
电容式触控技术的驱动原理则与电阻式触控感应板不同。电容式触控装置在上下层中分别布设有X方向及Y方向的电极。当使用者以手指或其他控制元件接触或接近触控装置时，即会产生电容差异。此时系统即可据以计算出接触的位置。其中，表面电容式触控技术较容易产生手影效应的问题存在，亦即，操作表面电容式触控屏幕时，若将手腕与手指一同靠近屏幕表面，则会使得导电膜表面与面板侧产生过多电荷，进而导致电容产生耦合造成大量感测错误。此外，由于表面电容式是通过屏幕表面的电场变化而进行触点侦测，因此使用环境若电磁干扰问题较多时，亦会因此影响触点侦测的精密度，且长时问使用后，触点侦测亦容易产生偏移。
投射电容式触控技术虽然较不易出现手影效应、磨损或类似机械疲乏的触压灵敏度下降现象，且可侦测近侧感应。然而，为了增强电容感测信号，并且避免造成感测信号的延迟或失效，传统投射电容式触控技术的电极设计仍具有尚待改善的空间，如何提升触控装置的侦测精密度仍为触控领域的一大课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种触控显示装置与触控装置，进而解决前述公知技术中存在的问题。
本发明提供一种触控显示装置，包括显示面板与设置于显示面板上的触控感测元件。触控感测元件包括感应电极与驱动电极。感应电极大致上沿第一方向平行设置于显示面板上；而驱动电极大致上沿第二方向平行设置于显示面板上。驱动电极与感应电极交错形成多个电容感测单元。每一感应电极包括主要电极条与多个连接至主要电极条的分支电极部。每一电容感测单元的驱动电极包括至少一外围电极条与至少一内侧电极条，与感应电极的分支电极部交错设置。其中，外围电极条具有第一宽度，内侧电极条于第一方向上具有第二宽度，且第一宽度小于第二宽度。
根据本发明的另一较佳实施例，本发明另提供一种触控装置，包括基板、感应电极与驱动电极。感应电极大致上沿第一方向平行设置于基板上；而驱动电极大致上沿第二方向平行设置于基板上。驱动电极与感应电极交错形成多个电容感测单元。每一感应电极包括主要电极条与多个分支电极部，分支电极部连接至主要电极条。每一电容感测单元的驱动电极包括至少一外围电极条与至少一内侧电极条，与感应电极的分支电极部交错设置。外围电极条具有第一宽度，内侧电极条于第一方向上具有第二宽度，且第一宽度小于第二宽度。
在本发明的一实施例中，上述的第一宽度与第二宽度的比值大致上小于等于0.8而大于等于0.06；较佳地，第一宽度与第二宽度的比值大致上小于等于0.7而大于等于0.07；更佳地，第一宽度与第二宽度的比值大致上小于等于0.66而大于等于0.0941。
由于本发明的外围电极条的宽度小于内侧电极条的宽度，因此于第一方向上相邻的电容感测单元的间距缩小，相邻电容感测单元所侦测到的感测信号彼此具有较大重叠区域，能有效改善感测灵敏度，增加触控显示装置与触控装置于第一方向上感测的线性度。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的电容感测单元的布局示意图；
图2为本发明一较佳实施例的电容感测单元应用于触控显示装置的剖面示意图；
图3为比较例的电容感测单元的布局示意图；
图4为电容感测单元于第一方向上的感测信号示意图；
图5为本发明一较佳实施例的电容感测单元的线性度测试示意图；
图6为比较例的电容感测单元的线性度测试示意图；
图7为本发明另一较佳实施例的触控显示装置的剖面示意图；
图8为本发明又一较佳实施例的触控显示装置的剖面示意图。
其中，附图标记
10、11、16：基板                      12：第一方向
14：第二方向                          18：液晶层
20、320：感应电极                     22、322：主要电极条
24、324：分支电极部                   30、330：桥接线
32：第一电路第一连接线路              34：第二电路第二连接线路
40、340：驱动电极                     42、342：外围电极条
42a：第一外围部分                     42b：第二外围部分
43a：第一电极条                       43b：第二电极条
43c：第三电极条                       44、344：内侧电极条
60、360：电容感测单元                 70：控制元件
100：触控显示装置                     130：显示面板
150：触控感测元件                     170：触控装置
200：触控显示装置                     400：触控显示装置
X1o、X2o、X3o、X4o、X5o、X3n：折线    W1：第一宽度
W2：第二宽度                          W3：宽度
具体实施方式
下文依本发明的触控显示装置与触控装置，特举实施例配合所附附图作详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，而方法流程步骤描述非用以限制其执行的顺序，任何由方法步骤重新组合的执行流程，所产生具有均等功效的方法，皆为本发明所涵盖的范围。其中附图仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。
请参照图1至图6，图1为本发明一较佳实施例的电容感测单元的布局示意图，图2为本发明一较佳实施例的电容感测单元应用于触控显示装置的剖面示意图，图3为比较例的电容感测单元的布局示意图，图4为电容感测单元于第一方向上的感测信号示意图，图5为本发明一较佳实施例的电容感测单元的线性度测试示意图，而图6为比较例的电容感测单元的线性度测试示意图。附图中相同的元件或部位沿用相同的符号来表示。为了清楚显示出本发明的布局结构，本实施例的介电层以透视方式绘示，然而实际上介电层并不局限为透明材料。
实施例：
如图1所示，触控感测元件150设置于基板10上，包括感应电极20、驱动电极40、第一电路第一连接线路32、第二电路第二连接线路34与桥接线30。触控感测元件150可为电容式触控装置，例如投射电容式(projectedcapacitive)触控矩阵结构，尤为一种交互(mutual type)投射电容式触控矩阵结构。感应电极20与驱动电极40为二组不同电极所构成，分别连接至第一电路第一连接线路32与第二电路第二连接线路34。其中，各感应电极20大致上可沿延第一方向12平行设置于基板10上，而各驱动电极40大致上可沿第二方向14平行设置于基板10上。第一方向12与第二方向14例如可分别为彼此垂直的X轴方向与Y轴方向，但不限于此，实际上第一方向12与第二方向14可用任意角度相交。据此，驱动电极40与感应电极20彼此交错而形成多个电容感测单元60，而这些电容感测单元60可以排列为阵列。第一电路第一连接线路32与第二电路第二连接线路34可用以输出\输入感测信号，且可以进一步连接或是包含感测电路(未图示)，用以处理感测信号而算出感测位置。
为了便于与显示装置整合，感应电极20、驱动电极40与基板10较佳是由包含透光或透明材质所构成，例如基板10例如是可以为玻璃基板或压克力基板，用于显示装置的上基板，而感应电极20与驱动电极40较佳包含氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZZnO)等透明导电材料。桥接线30可以包含透明导电材料、金属材料、其它导电材料或其组合。感应电极20与驱动电极40较佳可以由同一层导电层所形成，驱动电极40的电极区块之间利用桥接线30连接，且桥接线30与感测电极20之间设置图案化介电层的绝缘区块(未图示)，借以电性隔离桥接线30与感测电极，但不限于此。感应电极20与驱动电极40之间的间隙用以作为电容的介电空间，可以于其中填入介电材料，亦可直接以空隙作为电容的介电部分。
每一感应电极20可包括主要电极条22与多个连接至主要电极条22的分支电极部24；而每一电容感测单元60的驱动电极40可包括至少一外围电极条42与至少一内侧电极条44。驱动电极40与感应电极20之间的交互电容(mutual capacitance)越大，则触控时所引起的耦合感测信号的改变量会越大，可以提供较高的触控灵敏度。为了增加交互电容，驱动电极40与感应电极20较佳可设计为交错的结构，使得驱动电极40与感应电极20彼此相对的电极面积增加，因此外围电极条42以及内侧电极条44会与分支电极部24交错设置。例如，本实施例的各分支电极部24可分别为直线型的分支电极条，且各分支电极条大致上均垂直于主要电极条22而向外延伸。在其他实施例中，分支电极部24的形状、数量与配置均可视产品设计而调整，而不需受图1所局限。
另一方面，本实施例的各主要电极条22较佳为直线型电极条，且各直线型电极条均可贯穿对应的电容感测单元60。如此一来，感测信号从输入端自输出端可以具有较短的直线距离。当电流信号所流经的距离减短，电阻值可随之下降，进而减少感测信号输出延迟或输出失效的机会，尤其可对于大尺寸的触控装置提供更显著的改善效果。
针对驱动电极40的部分，各电容感测单元60的外围电极条42可设置于感应电极20与相邻的电容感测单元60之间。各电容感测单元60中的外围电极条42可包括至少一第一外围部分42a与至少一第二外围部分42b，分别位于对应的感应电极20的相对两侧。各外围电极条42的第一外围部分42a与第二外围部分42b可经桥接线30连接，且各电容感测单元60的主要电极条22可跨越对应的桥接线30。于本实施例中，第一外围部分42a与第二外围部分42b例如可分别为ㄇ字型的电极，即第一外围部分42a与第二外围部分42b均分别由第一电极条43a、第二电极条43b与第三电极条43c所构成，且第二电极条43b垂直于第一电极条43a与第三电极条43c。
本发明可以先于基板10上形成驱动电极40与感应电极20，再于驱动电极40与感应电极20上形成桥接线30；也可以先于基板10上形成桥接线30，再于桥接线30上形成驱动电极40与感应电极20；或者于其他实施例中，驱动电极40与感应电极20亦可不是由同一导电层所形成，例如是驱动电极40与桥接线30由同一导电层所形成，感应电极20与桥接线30由同一导电层所形成，或驱动电极40、感应电极20与桥接线30均由不同导电层所形成，其上下相对位置不需受附图所局限。
尤其注意的是于本发明中，外围电极条42(即第一电极条43a)具有第一宽度W1，内侧电极条44于第一方向12上具有第二宽度W2，且第一宽度W1小于第二宽度W2。例如在本实施例中，上述的第一宽度W1与第二宽度W2的比值大致上小于等于0.8而大于等于0.06；较佳地，第一宽度W1与第二宽度W2的比值大致上小于等于0.7而大于等于0.07；或更佳地，第一宽度W1与第二宽度W2的比值大致上小于等于0.66而大于等于0.0941。
由于本发明的外围电极条42的第一宽度W1小于内侧电极条44的第二宽度W2，因此于第一方向12上相邻的电容感测单元60的间距缩小，相邻电容感测单元60所侦测到的感测信号彼此具有较大重叠区域，能有效改善感测灵敏度，增加触控感测元件150于第一方向12上感测的线性度。
如图2所示，本发明的触控感测元件150可应用于触控显示装置100。例如，可直接将触控感测元件150形成于显示面板130上，其中显示面板130可包括液晶显示面板、有机发光显示面板、电泳显示面板或等离子显示面板等任何显示装置。本实施例的显示面板130是以液晶显示面板为例，显示面板130可包括基板10、基板16，以及设置于基板10与基板16之间的液晶层18。触控感测元件150可形成于基板10的外侧，即触控感测元件150与液晶层18位于基板10的相对两侧。其中基板16例如可包含是薄膜晶体管阵列(thin filmtransistor array)基板，基板10例如是可包含彩色滤光片基板，但不限于此。
请一并参考图1与图2，当手指或触控笔等导体或其它控制元件70触碰或邻近触控感测元件150时，控制元件70会改变驱动电极40信号耦合到感应电极20的信号大小，感测电路即可据以判断出触碰位置。
比较例：
如图3所示，比较例的感应电极320包括主要电极条322与分支电极部324；各电容感测单元360的驱动电极340包括外围电极条342与内侧电极条344，且桥接线330可跨越感应电极320而连接驱动电极340。比较例与本发明的实施例的主要不同之处在于，比较例的外围电极条342的宽度W3等于内侧电极条344的宽度W3。
如图4所示，其中折线X1o、折线X2o、折线X3o、折线X4o与折线X5o分别为比较例的各电容感测单元360于前述的第一方向12上的感测信号，而折线X3n为本发明的较佳实施例的一电容感测单元60于前述的第一方向12上的感测信号，其中折线X3o的电容感测单元360与折线X3n的电容感测单元60大致上设置于同一坐标上。根据图4可知，由于本发明的外围电极条42的第一宽度W1小于内侧电极条44的第二宽度W2(如图1所示)，因此于第一方向12上相邻的电容感测单元60的间距缩小。如此一来，相邻电容感测单元60所侦测到的感测信号彼此可具有较大重叠区域。
如图5与图6所示，当前述的控制元件70以直线轨迹分别划过本发明的触控感测元件150与比较例的触控感测元件(由电容感测单元360阵列所构成)时，本发明的电容感测单元60明显可具有较佳的线性度，不论是在第一方向12或第二方向14上均可准确感测出触控位置，因此感测出的轨迹(图5)可以较接近实际触控的直线轨迹。相较之下，由于比较例的触控感测元件于第一方向上的感测能力较不理想，因此比较例的触控感测元件所感测出的轨迹(图6)具有较差的线性度。
另外，本发明的触控感测元件与电容感测单元不需局限于图2的结构。图7为本发明的电容感测单元60应用于另一触控显示装置200的剖面示意图，而图8为本发明的电容感测单元60应用于又一触控显示装置400的剖面示意图。
如图7所示，触控装置170可包括辅助基板10与设置于辅助基板10上的触控感测元件150，显示面板130例如可包括第一基板1011、第二基板16，以及设置于第一基板11与第二基板16之间的液晶层18。此处的辅助基板10可以为塑胶基板不包含彩色滤光片，而第一基板11可以为彩色滤光片基板，但不限于此。分别形成触控装置170与显示面板130之后，可利用任何适当的方式将触控装置170与显示面板130组装成触控显示装置200，例如将触控装置170利用光学胶或框胶贴附于显示面板130表面，以形成触控显示装置200。
如图8所示，本发明的触控感测元件150亦可直接形成于显示面板130内侧，即触控感测元件150与液晶层18位于基板10的同一侧，以形成触控显示装置400。
本发明触控感测元件150可直接形成于一基板上，例如是辅助基板10，或是其他材料所构成的基板，组成一触控感测装置，应用于其他需要触控的设备上。
综上所述，由于本发明的外围电极条的宽度小于内侧电极条的宽度，因此于第一方向上相邻的电容感测单元的间距缩小，相邻电容感测单元所侦测到的感测信号彼此具有较大重叠区域，能有效改善感测灵敏度，增加触控显示装置与触控装置于第一方向上感测的线性度。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (22)

1.一种触控显示装置，其特征在于，包括：
一显示面板；
一触控感测元件，设置于该显示面板上，该触控感测元件包括：
多个感应电极，大致上沿一第一方向平行设置于该显示面板上，每一感应电极包括一主要电极条与多个分支电极部，这些分支电极部连接该主要电极条；以及
多个驱动电极，大致上沿一第二方向平行设置于该显示面板上，与这些感应电极交错形成多个电容感测单元，每一电容感测单元的该驱动电极包括至少一外围电极条与至少一内侧电极条，与这些分支电极部交错设置，该外围电极条具有一第一宽度，该内侧电极条于该第一方向上具有一第二宽度，且该第一宽度小于该第二宽度。
2.根据权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于，该第一宽度与该第二宽度的比值大致上小于等于0.8而大于等于0.06。
3.根据权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于，该第一宽度与该第二宽度的比值大致上小于等于0.7而大于等于0.07。
4.根据权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于，该第一宽度与该第二宽度的比值大致上小于等于0.66而大于等于0.0941。
5.根据权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于，各该电容感测单元的该主要电极条为一直线型电极条，且各该直线型电极条贯穿对应的该电容感测单元。
6.根据权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于，这些电容感测单元排列为一阵列。
7.根据权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于，各该电容感测单元的该外围电极条设置于该感应电极与相邻的该电容感测单元之间。
8.根据权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于，各该分支电极部分别为一分支电极条，且各该分支电极条大致上均垂直于该主要电极条。
9.根据权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于，各该电容感测单元中的外围电极条包括至少一第一外围部分与至少一第二外围部分，分别位于对 应的该感应电极的相对两侧。
10.根据权利要求9所述的触控显示装置，其特征在于，各该外围电极条的该第一外围部分与该第二外围部分经一桥接线连接。
11.根据权利要求10所述的触控显示装置，其特征在于，各该电容感测单元的该主要电极条跨越该桥接线。
12.根据权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于，该显示面板包括一液晶显示面板、一有机发光显示面板、一电泳显示面板或一等离子显示面板。
13.一种触控装置，其特征在于，包括：
一基板；
多个感应电极，大致上沿一第一方向平行设置于该基板上，每一感应电极包括一主要电极条与多个分支电极部，这些分支电极部连接该主要电极条；以及
多个驱动电极，大致上沿一第二方向平行设置于该基板上，与这些感应电极交错形成多个电容感测单元，每一电容感测单元的该驱动电极包括至少一外围电极条与至少一内侧电极条，与这些分支电极部交错设置，该外围电极条具有一第一宽度，该内侧电极条于该第一方向上具有一第二宽度，且该第一宽度小于该第二宽度。
14.根据权利要求13所述的触控装置，其特征在于，该第一宽度与该第二宽度的比值大致上小于等于0.8而大于等于0.06。
15.根据权利要求13所述的触控装置，其特征在于，该第一宽度与该第二宽度的比值大致上小于等于0.7而大于等于0.07。
16.根据权利要求13所述的触控装置，其特征在于，该第一宽度与该第二宽度的比值大致上小于等于0.66而大于等于0.0941。
17.根据权利要求13所述的触控装置，其特征在于，各该电容感测单元的该主要电极条为一直线型电极条，且各该直线型电极条贯穿对应的该电容感测单元。
18.根据权利要求13所述的触控装置，其特征在于，各该电容感测单元的该外围电极条设置于该感应电极与相邻的该电容感测单元之间。
19.根据权利要求13所述的触控装置，其特征在于，各该分支电极部分别为一分支电极条，且各该分支电极条大致上均垂直于该主要电极条。 
20.根据权利要求13所述的触控装置，其特征在于，各该电容感测单元中的外围电极条包括至少一第一外围部分与至少一第二外围部分，分别位于对应的该感应电极的相对两侧。
21.根据权利要求20所述的触控装置，其特征在于，各该外围电极条的该第一外围部分与该第二外围部分经一桥接线连接。
22.根据权利要求21所述的触控装置，其特征在于，各该电容感测单元的该主要电极条跨越该桥接线。 
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