CN101882023B - 具有振动功能的触控显示装置及振动式触控板 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种振动式触控板，包含基板、多个振动单元及控制模块，其中振动单元依阵列方式设置于基板上。每一振动单元包含第一电极层、第二电极层及驻极层，其中第一电极层设置于基板上。驻极层设置于第一电极层和第二电极层之间且位于第一电极层和第二电极层其中之一上。控制模块在第一电极层及第二电极层间提供一驱动电压差，以使驻极层与第一电极层及第二电极层其中之一间产生相对振动。本发明亦公开一种具有振动功能的触控显示装置。

Description

具有振动功能的触控显示装置及振动式触控板

技术领域

本发明涉及一种触控板及触控显示装置，特别是一种振动式触控板及振动式触控显示装置。

背景技术

具有触碰功能的触控显示面板在目前的市场上越来越受到欢迎。触控显示面板也渐渐大量地应用于移动通讯装置、电子书或电子游乐器等消费电子产品上，供使用者以触碰银幕的方式输入指令。此外，在目前触控显示面板的应用方式越来越多的同时，应用软件或使用者将会需要触控显示面板根据使用情境选择性产生整体性振动或局部性振动。

目前市场上公知触控显示面板振动方法之一为将传统电气马达(ElectricalMotor)或压电材料(Piezoelectrical Material)作为制动器(Actuator)以使触控显示面板产生震动。上述传统电气马达或压电材料耦合于触控显示面板并根据控制板所传来的信号产生振动；借此，上述制动器可用于驱动触控显示面板来产生对应的振动。然而，上述振动产生方法仅可驱动触控显示面板产生整体的振动而无法使其产生局部性振动，因此无法满足使用者对于局部性振动的要求。

目前市场上另一公知触控显示面板振动方法之一为使用压电材料来当作产生振动的制动器，其中多个独立的压电材料以阵列形式来排列并分别对应于触控显示面板的不同部位。此外，每一独立的压电材料分别接受控制板的驱动信号并产生具有对应幅度的振动。如此一来，控制板可根据需要选择性驱动全部压电材料产生整体振动或驱动部分压电材料产生局部性振动。具实验指出，人体可感应到的振动幅度为30μm。然而，公知压电材料无法产生上述人体可感到的振动幅度。举例来说，公知压电材料聚偏二氟乙烯(polyvinylidenefluoride，PVDF)在施加100伏特电压的情况下仅能造成约20nm的振幅。另一公知压电材料锆钛酸铅(Lead-Zirconate-Titanate，PZT)在施加100伏特电压的情况下仅能造成0.4μm的振动幅度。因此目前市场上需要一种可产生人体可感知的振动的前提下可选择性地产生整体性振动或局部性振动的触控板及触控显示装置。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种振动式触控板，可选择性产生人体可感知的整体性振动或局部性振动。

本发明的另一目的在于提供一种振动式触控显示装置，用于显示影像、感测使用者触碰并选择性产生人体可感知的整体性振动或局部性振动。

本发明关于一种振动式触控板，包含基板、多个振动单元及控制模块，其中振动单元依阵列方式设置于基板上。每一振动单元包含第一电极层、第二电极层及驻极层，其中第一电极层设置于基板上。驻极层设置于第一电极层和第二电极层之间且位于第一电极层和第二电极层其中之一之上。控制模块在第一电极层及第二电极层间提供一驱动电压差，以使驻极层与第一电极层及第二电极层的其中之一之间产生相对振动。

在不同实施例中，第二电极层上设有感应单元或第一电极层和第二电极层共同形成一感应单元以根据使用者触碰产生传输感应信号至感应模块。此外，振动式触控板亦可进一步包含分别连接于第一电极层、第二电极层、感应模块、控制模块的切换单元，其中切换单元用于自控制模块接收驱动信号以施加于第一电极层和第二电极层间以使驻极层产生振动或自第一电极层和第二电极层接收感应信号并将其传输至感应模块以判断使用者的触碰。

本发明亦关于一种包含上述振动式触控板其中之一的振动式触控显示装置。振动式触控显示装置包含显示面基板，其中显示面基板作为上述振动式触控板中的基板，但不限于此。在不同实施例中，振动式触控显示装置包含背侧基板和薄膜晶体管层，其中背侧基板作为振动式触控板中的基板且薄膜晶体管层设置于背侧背板上。

附图说明

图1所示为本发明振动式触控板的俯视图；

图2所示为图1所示振动单元的剖面图；

图3A、图3B、图3C及图3D为用于驱动驻极层产生振动的驱动电压波形图；

图4A、图4B及图4C所示分别为不同实施例中振动单元的剖面图及分解图；

图5A及图5B所示为图4A所示振动单元的变化实施例；

图6A及图6B所示为另一实施例振动单元的剖面图及分解图；

图7A及图7B所示为图6A及图6B所示的变化实施例；

图8所示为图4A及图4B所示振动单元的变化实施例；

图9所示为图4A及图4B所示振动单元的变化实施例；

图10所示振动单元为图9所示振动单元的变化实施例；

图11为图9所示振动单元的变化实施例剖面图；

图12所示为图11所示振动单元的变化实施例；以及

图13为本发明振动式面板显示装置的分解图。

其中，附图标记

100振动式触控板        110基板

120振动式面板显示装置  130显示面基板

140薄膜晶体管层        141薄膜晶体管

142面板电极            150栅极驱动模块

200振动单元            210第一电极层

220第二电极层          230驻极层

240间隔元件            250间隔

260透光填充层          270透明膜

300矩形穿透区域        400控制模块

410第一单元            420第二单元

500感应模块            600透明膜

700切换单元            710多路复用器

720信号开关            800感应单元

具体实施方式

本发明涉及一种振动式触控显示装置及其包含的振动式触控板。振动式触控板包含多个振动单元，振动式触控板通过将驱动电压差输入至振动单元的不同电极层来产生电极层间相对的振动及振动单元整体上的振动。因此振动式触控板可根据需要产生振动的位置的不同而驱动不同振动单元，以于振动式触控板的不同部分产生振动。

图1所示为本发明振动式触控板100的俯视图。振动式触控板100包含多个振动单元200、面板(未绘示)及控制模块400，其中振动单元200较佳设置于面板之上。如图1所示，振动单元200相互排列以形成一具矩阵形状。控制模块400分别电连接于每一振动单元200并根据使用者的指示传输驱动信号至各自的振动单元200以使其产生振动，其中控制模块400所输出的驱动信号可因使用者指示而有所不同，因此可用于控制不同振动单元200产生相同或不同强度的振动。

图2所示为振动单元200的实施例剖面图，其中振动单元200较佳地设置于图1所示的面板上。如图2所示，振动单元包含第一电极层210、第二电极层220、驻极层230及间隔元件240。第一电极层210及间隔元件240设置于基板110之上，其中第一电极层210设置于间隔元件240之间。第二电极层设置于间隔元件240之上并因此与第一电极层之间夹有一间距250。此外，在本实施例中，第二电极层220和驻极层230间的空间由空气所填满，但不限于此；在不同实施例中，上述第二电极层220和驻极层230的空间可由透明介电材质或其他合适材料所填满。

在图2所示的实施例中，控制模块包含着第一单元及第二单元，其中本实施例的第一单元410和第二单元420分别电连接于第一电极层210和第二电极层220。第一电极层210及第二电极层220同时电连接于图1所示的控制模块400的第一单元410及第二单元420，其中第一单元410及第二单元420在第一电极层及第二电极层之间施加一交流电压或直流脉冲电压以在第一电极层210和第二电极层220之间制造一电场。驻极层230将根据该交流电压或直流脉冲电压的极性以垂直于第二电极层220的方向产生膨胀及压缩的型变。换言之，控制模块400所产生的交流电压或直流脉冲电压作为驱动驻极层230的驱动电压差以使驻极层230分别根据电极层210，220的交流电压或直流脉冲电压极性分别产生自身垂直方向的膨胀及压缩并使得第二电极层220与驻极层230间产生相对振动效果。

在本实施例中，间隔元件240的两端通过接着剂或其他方式来分别固接于基板110以及驻极层230。如此一来，间隔元件240可通过连接关系将部分驻极层230所产生的动能传导至基板110并借此实质上固定驻极层230相对第二电极层220的位置。在不同实施例中，间隔元件240可选择性地仅固接于基板110并与驻极层230保持可移动状态。如此一来，间隔元件240实质上仅具有产生间隔250的功能且第二电极层220及驻极层230间的位置实质上将不会改变。此外，间隔元件240亦可选择性地仅固接于驻极层230并与基板110保持可移动连接状态。

在图2所示的实施例中，驻极层230的材料为聚全氟乙丙烯共聚物(Fluorinated Ethylene Propylene，FEP)，但在不同实施例中，驻极层230亦可包含其他透明材料。此外，本实施例的驻极层230的厚度实质上为50μm，但不限于此；在不同实施例中，驻极层230的厚度亦可根据驻极层的材料特性、振动单元所需强度或其他设计上的要求而有所调整于数十nm及数十μm之间，但不限于此。

图3A及图3B所示为本发明用于驱动驻极层产生振动的驱动电压波形图，其中驱动电压与实际产生的振动实质上具有相同的波形。图3A及图3B所示的驱动电压为具交流电(Alternating Current)形态一方波，其中图3B所示的方波相较之下具有一根据零点偏位(Offset)，但不限于此；在不同实施例中，本发明的驱动电压亦包含弦波、三角波、锯齿波等具有频率及波宽的电压信号。

图3C及图3D所示为本发明驱动信号的另一实施例波形图。图3C及图3D所示的驱动电压为具有直流电(Direct Current)形态的脉冲波，其中两图所示的脉冲波的相位相较之下相互反相。在图3C及图3D所示的实施例中，驱动电压具有50％的负载循环(Duty Cycle)，但不限于此；在不同实施例中，驱动电压亦可具有不同的负载循环。

图4A及图4B所示分别为不同实施例中振动单元200的剖面图及分解图。在图2所示的实施例中，第一电极层210及第二电极层220实质上具有相同的厚度以及相同的面积。然而，如图4A及图4B所示，第二电极层220的面积小于第一电极层210的面积，以借此节省第二电极层220的材料成本。此外，图4A所示的振动单元200进一步包含一透光填充层260，以借此增加振动单元200整体的弹性。本实施例的透光填充层260设置于驻极层230和之间并填满第一电极层210、驻极层230及间隔元件240所围起来的空间，但不限于此。在图4C所示的实施例中，透光填充层260亦可取代间隔元件240的功能且夹设于第二电极层220和驻极层230之间。此外，在此请参照图5A及图5B所示的变化实施例，其中第一电极层210的面积小于第二电极层220的面积，以借此节省第|一电极层210的材料成本。除此之外，图5A及图5B所示的振动单元200实质上相同于图4A及图4B的振动单元200，因此在此不加赘述。

图6A及图6B所示为另一实施例振动单元200的剖面图及俯视图。在本实施例中，第二电极层220为一设置于驻极层230之上的框型电极。此外，第二电极层220所包含的开口形成一位于驻极层230之上的矩形穿越区域。在本实施例中，第一电极层210为片状电极而第二电极层220为一框型电极；如此一来，一矩形穿透区域300形成于第二电极层220的上方，以增加振动单元200整体的光穿透性。在不同实施例中，第一电极层210和第二电极层220亦可分别为框形电极和片状电极。此外，在图7A及图7B所示的变化实施例中，第一电极层210及第二电极层220亦可同为分别位于基板110及驻极层230之上的框型电极。

图8所示为图4A及图4B所示振动单元200的变化实施例。在本实施例中，振动单元200进一步包含透明膜270，其中透明膜270设置于第二电极层220面向第一电极层210的表面上。此外，本实施例的驻极层230设置于第一电极层210面向第二电极层220的表面上；换言之，驻极层230位于第一电极层210和第二电极层220之间。

如图8所示，控制模块400同样地在第一电极层210和第二电极层220之间施加交流电压或直流脉冲电压，以使驻极层230及其依附的第一电极层210与第二电极层220产生相对振动。然而，在图8所示的实施例中，透明膜270以相同于图4A及图4B所示驻极层230的方式根据交流电压或直流脉冲电压的极性以垂直方向产生膨胀及压缩的型变，并同时使得第二电极层220产生相对于第一电极层210的振动。在本实施例中，设置于第二电极层220表面的透明膜270为PET(polythylene terephthalate)，但不限于此；透明膜270亦包含添加铝的氧化锌、氧化铟、锡氧化物、金属氧化物墨水或其他合适的材料。

本实施例的间隔元件240两端分别固接于基板110及透明膜270。如此一来，间隔元件240可将部分驻极层230所产生的动能传导至基板110并借此实质上固定透明膜270相对第二电极层220的位置。在不同实施例中，间隔元件240可选择性地仅固接于基板110并与透明膜270保持可移动状态或仅固定于透明膜270并与基板110保持可移动连接状态。如此一来，间隔元件240实质上仅具有产生间隔250的功能且第二电极层220及驻极层230间的位置实质上将不会改变。

图9所示为图4A及图4B所示振动单元200的变化实施例，其中本实施例的振动单元200同时具有感应触碰及产生振动的功能。如图9所示，振动单元200的第一电极层210及第二电极层220通过一切换单元700来电连接于一感应模块500。第一电极层210及第二电极层220共同形成一个用以感应使用者触碰的感应单元，因此每一振动单元200都将具有一个感应单元。当使用者触碰到第二电极层220，使用者将改变电极层210、220间的电压，其中上述电压的改变将被以感应信号的形式传输至感应模块500。感应模块500将根据感应信号来侦测到电极层210、220间电压的改变并同时判定使用者是否触碰第二电极层220。由以上叙述可得知，第一电极层210及第二电极层220所形成的感应单元为一电容式感应单元，但不限于此。

在图9所示的实施例中，切换单元700自第一电极层210和第二电极层220接收感应信号并将其传输至感应模块500以供其判定使用者的触碰。此外，切换单元700亦自控制模块400接收驱动信号并将其施加于第一电极层210和第二电极层220之间，以借此驱动驻极层230产生振动。换言之，感应信号及驱动信号通过切换单元700来传输在第一电极层210、第二电极层220、控制模块400及感应模块500间。本实施例中的切换单元700为一多路复用器，但不限于此。不同实施例的切换单元700亦可包含其他种类的信号切换装置。

图10所示振动单元为图9所示振动单元200的变化实施例，其中切换单元700包含多路复用器710及信号开关(Switch)720。在本实施例中，所有第二电极层220接地(Grounded)并形成具有相同电压参考基准的偏压电极层。本实施例的控制模块400以及感应模块500亦接地，因此控制模块400及感应模块500的参考电压电位相同于第二电极层220。如此一来，控制模块400仅需电连接于第一电极层210即可将驱动信号施加于第一电极层210和第二电极层220间以驱动驻极层230产生振动。同样地，感应模块500仅需电连接于第一电极层210即可感测两电极210、220所输出的感应信号并根据感应信号判断使用者的触碰。

图11为图9所示振动单元200的变化实施例剖面图。本实施例的感应模块500包含设置于第二电极层220上的感应单元800，其中本实施例的感应单元800设置于第一电极层210并覆盖第一电极层210。如图11所示，感应单元800及第一电极层210形成一电容式感应单元，其中感应单元800及第一电极层210电连接于感应模块500。如此一来，当使用者碰到感应单元800时将改变感应单元800及第一电极层间的电压。上述电压的改变将以感应信号的形式传输至感应模块500，以供感应模块500在收到感应信号后根据感应信号的来源判定使用者碰触了对应感应单元。

图12所示为图11所示振动单元200的变化实施例。如图12所示，第二电极层220具有框形并实质上包围为矩形的感应单元800，两者形状可互换，即感应单元800具有框形并实质上包围为矩形的第二电极层220，其中第二电极层220和感应单元800间的面积比例可根据振动单元200须产生的振动幅度、感应单元800在侦测触碰时所需的最小面积及其他因素而有所调整。在本实施例中，感应单元800与第一电极层210形成一电连接于感应模块500的电容式感应单元，其中上述感应单元的工作原理相同于图11所示的感应单元800的工作原理，但不限于此。在不同实施例中，驻极层230亦可设置于第二电极层220之上并将感应单元800设置于第二电极层220面向第一电极层210的表面以形成一电阻式感应单元800。如此一来，使用者可通过接触第二电极层220以使其触碰第一电极层210并产生两电极层210、220间的电压降及对应的感应信号。电连接于第一电极层210和第二电极层220的感应模块将感测到电极层间的电压降并将此一电压降信息送到后端处理器以计算出使用者触碰的位置。

图13为本发明振动式面板显示装置120的分解图。在本实施例中振动式面板显示装置120包含显示面基板130、薄膜晶体管层140、栅极驱动模块150、控制模块400、感应模块500和切换单元700，其中薄膜晶体管层140设置于显示面基板130上。如图13所示，薄膜晶体管层140包含多个薄膜晶体管141及多个面板电极142，其中每一薄膜晶体管141对应于一面板电极142。薄膜电晶体141的栅极和源极分别电连接于栅极驱动模块150及源极驱动模块(未绘示)，其中薄膜晶体管141的栅极在收到栅极驱动模块150信号后导通，以让面板电极142通过薄膜晶体管141的源极与控制模块400及感应模块500建立信号连接。

本实施例的面板电极142通过切换单元700电连接于控制模块400及感应模块500。此外，第二电极层220接地(Grounded)并形成具有相同电压参考基准的偏压电极层，其中驻极层(未绘示)设置于第二电极层220面对薄膜晶体管层140的表面。如此一来，控制模块400仅需电连接于面板电极142即可将驱动信号施加于面板电极142和第二电极层220间以驱动第二电极层220表面的驻极层产生振动。同样地，感应模块500仅需电连接于面板电极142即可感测两电极142、220所输出的感应信号并根据感应信号判断使用者的触碰。换言之，本实施例的面板电极具有上述实施例振动式触控板100的第一电极层210的功能。此外，本实施例的面板电极142对应于一液晶层(未绘示)中的液晶，其中面板电极142通过薄膜晶体管141电连接于一像素数据模块(未绘示)以接收像素数据并根据像素数据控制影响液晶的偏光状态以及可穿过该液晶的光线亮度，但不限于此；在不同实施例中，面板电极142亦可仅与控制模块400及感应模块500建立信号连接以供驱动信号及感应信号的传输。

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 (24)

1.一种振动式触控板，其特征在于，包含：

一基板，具有一内表面；

多个振动单元，依阵列方式设置于该基板的该内表面上，每一该振动单元包含：一第一电极层、一第二电极层以及一驻极层；该第一电极层设置于该内表面上；该第二电极层设置与该第一电极层对应并相隔一间距；以及该驻极层设置于该第一电极层及该第二电极层之间，且位于该第一电极层及该第二电极层其中之一之上；以及

一控制模块，在该第一电极层及该第二电极层之间提供一驱动电压差，使该驻极层与该第一电极层及该第二电极层的其中之一之间产生相对振动。

2.根据权利要求1所述的振动式触控板，其特征在于，该驻极层设置于该第二电极层上，并与该第一电极层相间隔，该控制模块提供的该驱动电压差使该驻极层产生振动。

3.根据权利要求2所述的振动式触控板，其特征在于，该驻极层由聚全氟乙丙烯共聚物形成。

4.根据权利要求2所述的振动式触控板，其特征在于，该振动单元进一步包含位于该驻极层及该基板之间的一间隔元件，其中该间隔元件的二端分别固接于该驻极层及该基板。

5.根据权利要求2所述的振动式触控板，其特征在于，该振动单元进一步包含位于该驻极层及该基板之间的一间隔元件，其中该间隔元件与该驻极层及该基板的其中之一固接并与另一个可移动地连接。

6.根据权利要求1所述的振动式触控板，其特征在于，进一步包含一透明膜，设置于该第二电极层背向该第一电极层的一表面之上；其中该驻极层设置于该第一电极层上，并与该第二电极层相间隔，该控制模块提供的该驱动电压差使该透明膜及该第一电极层产生振动。

7.根据权利要求6所述的振动式触控板，其特征在于，该第二电极层的面积小于该透明膜的面积。

8.根据权利要求7所述的振动式触控板，其特征在于，该振动单元进一步包含位于该透明膜及该基板之间的一间隔元件，其中该间隔元件分别固接于该透明膜及该基板。

9.根据权利要求7所述的振动式触控板，其特征在于，该振动单元进一步包含位于该透明膜及该基板之间的一间隔元件，其中该间隔元件与该透明膜及该基板的其中之一固接并与另一个可移动地连接。

10.根据权利要求1所述的振动式触控板，其特征在于，该第二电极层的面积小于该第一电极层的面积，或第一电极层面积小于第二电极层面积。

11.根据权利要求1所述的振动式触控板，其特征在于，该第一电极层及该第二电极层至少其一形成一框形电极，并围成一矩形穿透区域。

12.根据权利要求1所述的振动式触控板，其特征在于，进一步包含一透光填充层填充于该驻极层与该第一电极层及该第二电极层的其中之一之间。

13.根据权利要求1所述的振动式触控板，其特征在于，该第一电极层及该第二电极层的其中之一包含一振动电极及一感应电极相互平行设置。

14.根据权利要求13所述的振动式触控板，其特征在于，该振动电极形成一框形，并包围该感应电极。

15.根据权利要求13所述的振动式触控板，其特征在于，该感应电极形成一框形，并包围该振动电极。

16.根据权利要求1所述的振动式触控板，其特征在于，进一步包含：

一感应板，具有多个感应单元分别与该多个振动单元对应；以及

一感应模块，电连接该感应板并自至少一该感应单元接收感应信号；

其中，该控制模块根据该感应信号提供该驱动电压差至对应的该振动单元。

17.根据权利要求1所述的振动式触控板，其特征在于，该第一电极层及该第二电极层共同形成一感应单元，该控制模块包含一感应模块连接该感应单元，并自该感应单元接收一感应信号；该控制模块根据该感应信号提供该驱动电压差至对应的该振动单元。

18.根据权利要求1所述的振动式触控板，其特征在于，进一步包含一感应模块与该控制模块电连接，其中该第一电极层及该第二电极层共同形成一感应单元连接至该感应模块，并传送一感应信号至该感应模块；该控制模块根据该感应信号提供该驱动电压差至对应的该振动单元。

19.根据权利要求18所述的振动式触控板，其特征在于，进一步包含一切换单元，该感应模块及该控制模块分别连接至该切换单元，并经该切换单元连接至该感应单元及该振动单元。

20.根据权利要求1所述的振动式触控板，其特征在于，该控制模块包含一第一单元及一第二单元，该第一单元分别电连接多个该第一电极层，该第二单元分别电连接多个该第二电极层。

21.根据权利要求1所述的振动式触控板，其特征在于，多个该第二电极层共同形成一偏压电极层，该控制模块分别电性连接多个该第一电极层并提供驱动电压，以形成该驱动电压差。

22.一种面板显示装置，其特征在于，包含：

一显示面板；以及

如权利要求1至21其中之一所述的振动式触控板，设置于该显示面板。

23.根据权利要求22所述的面板显示装置，其特征在于，该显示面板包含一显示面基板，该显示面基板即作为该振动式触控板中该基板。

24.根据权利要求22所述的面板显示装置，其特征在于，该显示面板包含一背侧基板及一薄膜晶体管层设置于该背侧基板上，该背侧基板即作为该振动式触控板中的该基板，该振动单元中的该第一电极层设置于该薄膜晶体管层内。

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