CN102147686A

CN102147686A - 投射电容式触控传感器

Info

Publication number: CN102147686A
Application number: CN2010101136890A
Authority: CN
Inventors: 阮一中; 张弘昌; 吴昭慧
Original assignee: Hannstar Display Corp
Current assignee: Hannstar Display Corp
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2030-02-08
Also published as: CN102147686B

Abstract

一种投射电容式触控传感器，包含基板、多个电极层及多个介电层。所述多个电极层沿着第一方向排列于所述基板上。每一电极层上形成有至少一介电层，且所述介电层沿着第二方向具有不同宽度。

Description

投射电容式触控传感器

技术领域

本发明涉及一种触控装置，特别涉及一种投射电容式触控传感器。

背景技术

随着移动装置的普及化，人机介面装置也广泛地使用于例如移动助理(PDA)、移动电话及笔记型电脑等移动装置，以使其操作更为人性化；而触控屏幕更是在人性化的操作上扮演了重要的角色。

目前，触控屏幕的种类主要区分为电阻式、电容式、红外线式及声波式等四种，其中投射电容式触控屏幕由于较不受湿气影响而且触控面的材质在触控检测机制上不具功用，较适用于户外使用的移动装置。

投射电容式触控屏幕主要是检测导电物(conductive object)靠近电极板时所造成电极板的电容变化，从而判定该导电物相对于触控屏幕的位置。例如图1揭示一种公知触控板(touch-sensor pad)的传感阵列(sensor array)9，其包含多个相互耦接的第一传感元件91、多个相互耦接的第二传感元件92及处理装置93，其中该第一传感元件91及该第二传感元件92通过导线耦接至该处理装置93。该第一传感元件91及该第二传感元件92沿着导电物移动方向重复的分布于该传感阵列9。该处理装置93分别计算该第一传感元件91及该第二传感元件92的电容变化以判定导电物靠近该传感阵列9的二维位置。然而，该传感阵列9为两层(double layer)结构，在制作时需要较复杂的制作程序。该传感阵列9的详细说明可参照美国专利公开第2008/0007534号所公开的内容。

有鉴于此，有必要提出一种具有单层传感单元的投射电容式触控装置，以简化工艺。

发明内容

本发明提出一种投射电容式触控传感器，其仅具有单层传感单元因而具有较简单的工艺。

本发明提出一种投射电容式触控传感器，其通过沿着一方向改变介电层的面积或宽度来改变导电物接近电极层时所造成的感应电容变化，从而检测该导电物位于该方向的触控位置。

本发明提出一种投射电容式触控传感器，包含基板、多个电极层及多个介电层。所述多个电极层沿第一方向排列于该基板上。每一电极层上形成有多个介电层，且每一电极层上的多个介电层沿第二方向具有不同面积。

本发明另提出一种投射电容式触控传感器，包含基板、多个电极层及多个介电层。所述多个电极层沿第一方向排列于该基板上。每一电极层上形成有介电层，且每一电极层上的该介电层沿第二方向具有不同宽度。

本发明另提出一种投射电容式触控传感器，包含基板、多个电极层及多个介电层。所述多个电极层沿第一方向排列于该基板上。每一电极层上形成有一介电层，且每一电极层上的该介电层沿第二方向具有不同面积的贯穿开口。

本发明的投射电容式触控传感器中，每一电极层沿该第二方向具有大致相同的宽度。每一电极层上的多个介电层沿该第二方向具有不同面积、每一电极层上的电极层沿该第二方向具有不同宽度或每一电极层上的电极层沿该第二方向具有不同面积的贯穿开口(through opening)。此外，本发明可配合于该电极层上形成多个狭缝以增加位置判定的分辨率，例如面积愈小的介电层外围、介电层中宽度愈小部分的外侧或面积愈大的贯穿开口内侧形成有较多数目的狭缝(slit)。

本发明的投射电容式触控传感器另包含多个导线以及处理单元，该处理单元通过所述多个导线耦接所有的电极层。该处理单元根据所述多个电极层的感应电容变化判定导电物相对于投射电容式触控传感器在该第一方向及该第二方向的位置。

附图说明

图1显示一种公知触控板的传感阵列的示意图。

图2显示本发明实施例的投射电容式触控传感器的示意图，其包含多个传感单元。

图3a～3d显示导电物接近本发明实施例的投射电容式触控传感器的传感单元的示意图。

图4a显示图2的传感单元沿A-A′线的剖视图。

图4b～4c显示图2的传感单元沿A-A′线的另一剖视图。

图5a～5c显示图2的传感单元沿A-A′线的另一剖视图，其中传感单元包含有多个狭缝。

图6a-6b显示本发明其他实施例的投射电容式触控传感器的传感单元的俯视图。

图7a显示本发明其他实施例的投射电容式触控传感器的传感单元的俯视图。

图7b显示图7a的传感单元沿B-B′线的剖视图，其中介电层上形成有不同面积的贯穿开口。

图8a显示本发明其他实施例的投射电容式触控传感器的传感单元的俯视图。

图8b显示图8a的传感单元沿C-C′线的剖视图，其中介电层上形成有不同面积的贯穿开口且贯穿开口内形成有狭缝。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显，下文将配合附图，作详细说明如下。在本发明的说明中，相同的构件以相同的符号表示，在此先叙明。

请参照图2所示，其显示本发明实施例的投射电容式触控传感器1，包含基板11、多个传感单元12、处理单元13及多条导线141～144。该基板11可由玻璃(glass)、高分子薄膜(polymer film)或其他公知适当材质所形成。所述多个传感单元12包含电极层120，其例如，但不限于，为图型化(patterned)的铟锡氧化层(Indium Tin Oxide，ITO)、锑锡氧化层(Antimony TinOxide，ATO)或氟锡氧化层(Fluorine Tin Oxide，FTO)。所述多个传感单元12可沿着第一方向(例如Y方向)图型化成多个分离的传感单元12排列于该基板11上，以将触控区15沿着该第一方向区分为不同区域；该电极层120优选沿第二方向(例如X方向)具有固定宽度。可以了解的是，虽然图2中所述多个传感单元12显示为两行，但本发明并不限于此，所述多个传感单元12的行数可根据实际所需的分辨率而决定。

该处理单元13通过所述多条导线141～144分别耦接于传感单元12的电极层120，用以根据导电物(conductive object)，例如手指或触控笔，靠近(或接触)传感单元12时所造成电极层120的感应电容变化，以判定该导电物相对于该触控区15的第一方向(例如Y方向)及第二方向(例如X方向)的位置。该处理单元13可耦接电子装置2，例如显示器(display)；该处理单元13根据所判定的导电物位置相对控制该电子装置2执行相对应动作。可以了解的是图2中的传感单元12及导线的数目仅为例示性，并非用以限定本发明。

所述多个电极层120的表面上沿着该第二方向形成有面积不同的多个介电层121，例如介电层121a～121e，其中介电层121a的面积大于介电层121b，介电层121b的面积大于介电层121c，…；其中所述多个介电层121a～121e的面积优选沿该第二方向逐渐变小或逐渐变大。所述多个介电层121优选使用具有较大介电常数(dielectric constant)的材质，例如介电常数3～4的材质。因此，当导电物未靠近任何传感单元12时，电极层120上不会形成感应电容(此处忽略杂散电容)而使得电容值为0；当该导电物沿着该第二方向靠近传感单元12的不同位置时，由于该导电物与该电极层120间具有不同介电常数的介电层121，因此可形成不同的电容变化。

参照图3a所示，例如当导电物8靠近(或接触)介电层121a时，可形成电容C₁＝ε₁A₁/d，此处ε₁为该电容C1中介电层121a与空气所形成的等效介电值；此时，由于介电层121具有大介电常数(例如3～4)，因而等效介电常数ε₁较大，电容C₁具有较大的电容值，因此该处理单元13则可检测到较大的电容变化。请参照图3b所示，当导电物8靠近(或接触)介电层121e时，可形成电容C₂＝ε₂A₁/d，此处ε₂为该电容C2中介电层121e与空气所形成的等效介电值。此时由于空气的介电常数远小于介电层121e的介电常数，等效介电常数ε₂较小，该电容C₂会具有较小的电容值，因此该处理单元13则检测到较小的电容变化；其中，A₁为该导电物8与该电极层120的相对面积。

在另一实施例中，为增加该处理单元13在判定位置时的分辨率，可在该电极层120上靠近介电层121的外围附近形成多个狭缝(slit)122，且面积愈小的介电层外围附近可形成较多数目的狭缝122(如图2所示)，从而降低导电物8与电极层120的相对面积。参照图3c所示，例如当该导电物8靠近(或接触)介电层121a时，由于该电极层120上形成有狭缝122，可形成电容C₃＝ε₁A₂/d；此时由于A₂＜A₁，该电容C₃则小于图3a的电容C₁。请参照图3d所示，当该导电物8靠近(或接触)介电层121e时，由于该电极层120上形成有狭缝122，可形成电容C₄＝ε₂A₃/d；此时由于A₃＜A₁，该电容C₄则小于图3b的电容C₂。因此，导电物8与电极层120间可具有较大范围的电容变化，可增加位置判定的分辨率。

可以了解的是，图2中的介电层121虽显示为方形，但其并非用以限定本发明；所述多个介电层121亦可为其他形状，例如矩形、圆形、菱形或其他非标准(non-canonical)形状。

请参照图4a～4c所示，其显示图2的传感单元12沿A-A′线的剖视图，此时该电极层120上不具有狭缝122。图4a中，该电极层120形成于该基板11上，而所述多个介电层121a～121e则形成于该电极层120上。在另一实施例中，该电极层120可另具有保护层以保护该电极层120及/或介电层121。例如图4b中，该传感单元12另包含保护层123介于该电极层120及所述多个介电层121a～121e间以保护该电极层120，其中该保护层123的材料可相同或不同于该介电层121。请参照图4c，保护层123′覆盖于该电极层120及所述多个介电层121a～121e上以保护该电极层120及所述多个介电层121a～121e；此实施例中，该介电层121的介电常数优选与该保护层123′的介电常数差至少大于4，以避免该保护层123′明显降低导电物靠近(或接触)该电极层120时的感应电容变化程度。

请参照图5a～5c所示，其显示图2的传感单元12沿A-A′线的另一剖视图，此时该电极层120上形成有多个狭缝122。图5a中，该电极层120形成于该基板11上，所述多个介电层121a～121e则形成于该电极层120上，所述多个狭缝122形成于该电极层120上并位于所述多个介电层121a～121e的外围。图5b中，传感单元12另包含保护层123介于该电极层120及所述多个介电层121a～121e间以保护该电极层120。图5c中，保护层123′覆盖于该电极层120及所述多个介电层121a～121e上以保护该电极层120及所述多个介电层121a～121e。

在本发明的传感单元12中，该介电层121并不一定要形成图2所示互相分离的多个介电层121a～121e，介电层121亦可形成一个整体的介电层而其宽度在该第一方向或该第二方向具有变化。请参照图6a～6b所示，其显示本发明其他实施例的传感单元12的俯视图，其中介电层121′～121″的宽度沿着该第二方向(例如X方向)呈现连续的变化，例如逐渐变大或逐渐变小。其他实施例中，介电层121′～121″的宽度亦可沿方向制作为具有不连续的变化。此外，为增加位置判定的分辨率，可在每一电极层120上另形成有多个狭缝122位于该介电层121′～121″外侧，且介电层121′～121″中宽度愈小部分的外侧形成有较多的狭缝(如图6a～6b所示)。可以了解的是，图6a～6b仅为例示性的，并非用以限定本发明。

在另一实施例中，该介电层121的形成方式亦可互补于图2，亦即形成于每一电极层120上的该介电层121沿该第二方向(例如X方向)具有不同面积的贯穿开口O，以使该电极层120裸露于该贯穿开口O；每一电极层120上的该介电层121的贯穿开口O的面积沿着该第二方向逐渐变小或逐渐变大。例如，图7a显示本发明另一实施例的传感单元12的俯视图而图7b显示图7a中沿B-B′线的剖视图，其中电极层120不具有狭缝。因此，当导电物沿一方向(例如X方向)靠近传感单元12的不同位置时，由于该导电物与电极层120间具有不同介电值(空气与介电层的等效介电值)的介电层，因此处理单元13可感测到不同的电容变化。此外，为增加位置判定的分辨率，可在每一电极层120上另形成有多个狭缝122位于所述多个贯穿开口O内，且面积愈大的贯穿开口O内侧形成有较多数目的狭缝122。例如图8a显示本发明另一实施例的传感单元12的俯视图而图8b显示图8a中沿C-C′线的剖视图，其中电极层120具有狭缝122。

可以了解的是，上述说明虽揭示了沿着第二方向(X方向)改变介电层121面积、介电层121宽度或贯穿开口O面积的实施例，但本领域技术人员亦可将此特征实施于第一方向(例如Y方向)或同时实施于该第一方向及该第二方向。可以了解的是，该狭缝122并不限定于特定形状。

必须了解的是，本发明的投射电容式触控传感器1的结构并不限于上述所揭示者，本发明的精神在于通过改变导电物与电极层不同位置间的介电层的介电常数(dielectric constant)，以改变该导电物靠近电极层时所造成的感应电容变化的程度。此外，本发明亦可搭配改变电极层与导电物的相对面积(设置狭缝)以增加位置判定的分辨率。

如前所述，由于公知投射电容式触控屏幕具有多层传感阵列结构而增加了工艺复杂度。本发明提出一种投射电容式触控传感器(图2)，其具有单层传感单元而具有较简单的工艺。

虽然本发明已以前述实施例揭示，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种修改与变型。因此本发明的保护范围当以后附的权利要求为准。

Claims

1.一种投射电容式触控传感器，包含：

基板；

多个电极层，沿第一方向排列于所述基板上；以及

多个介电层，每一电极层上形成有多个介电层，且每一电极层上的多个介电层沿第二方向具有不同面积。

2.根据权利要求1所述的投射电容式触控传感器，还包含：

多条导线，分别耦接电极层；以及

处理单元，通过所述多条导线耦接所有电极层，用以根据所述多个电极层的电容变化判定导电物相对于触控传感器在所述第一方向及所述第二方向的位置。

3.根据权利要求1所述的投射电容式触控传感器，其中，每一电极层上另形成有多个狭缝位于所述多个介电层外围。

4.根据权利要求3所述的投射电容式触控传感器，其中，面积愈小的介电层外围形成较多数目的狭缝。

5.根据权利要求1所述的投射电容式触控传感器，还包含保护层覆盖于所述电极层及所述介电层上，其中，所述保护层及所述介电层的介电常数差大于4。

6.根据权利要求1所述的投射电容式触控传感器，其中，每一电极层沿所述第二方向具有固定宽度。

7.根据权利要求1所述的投射电容式触控传感器，其中，每一电极层上的多个介电层的面积沿所述第二方向逐渐变小或逐渐变大。

8.一种投射电容式触控传感器，包含：

基板；

多个电极层，沿第一方向排列于所述基板上；以及

多个介电层，每一电极层上形成有一介电层，且每一电极层上的所述介电层沿第二方向具有不同宽度。

9.根据权利要求8所述的投射电容式触控传感器，还包含：

多条导线，分别耦接电极层；以及

10.根据权利要求8所述的投射电容式触控传感器，其中，每一电极层上另形成有多个狭缝位于所述介电层外侧。

11.根据权利要求10所述的投射电容式触控传感器，其中，所述介电层中宽度愈小部分的外侧形成较多数目的狭缝。

12.根据权利要求8所述的投射电容式触控传感器，还包含保护层覆盖于所述电极层及所述介电层上，其中，所述保护层及所述介电层的介电常数差大于4。

13.根据权利要求8所述的投射电容式触控传感器，其中，每一电极层沿所述第二方向具有固定宽度。

14.根据权利要求8所述的投射电容式触控传感器，其中，每一电极层上的所述介电层的宽度沿所述第二方向逐渐变小或逐渐变大。

15.一种投射电容式触控传感器，包含：

基板；

多个电极层，沿第一方向排列于所述基板上；以及

多个介电层，每一电极层上形成有一介电层，且每一电极层上的所述介电层沿第二方向具有不同面积的贯穿开口。

16.根据权利要求15所述的投射电容式触控传感器，还包含：

多条导线，分别耦接电极层；以及

17.根据权利要求15所述的投射电容式触控传感器，其中，每一电极层上另形成有多个狭缝位于所述多个贯穿开口内。

18.根据权利要求17所述的投射电容式触控传感器，其中面积愈大的贯穿开口内侧形成较多数目的狭缝。

19.根据权利要求15所述的投射电容式触控传感器，还包含保护层覆盖于所述电极层及所述介电层上，其中，所述保护层及所述介电层的介电常数差大于4。

20.根据权利要求15所述的投射电容式触控传感器，其中，每一电极层沿所述第二方向具有固定宽度。

21.根据权利要求15所述的投射电容式触控传感器，其中，每一电极层上的所述介电层的贯穿开口面积沿着所述第二方向逐渐变小或逐渐变大。