CN102681737B - 电容式触控面板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电容式触控面板，包括：一基板，以及一在基板的同一表面上由多个导电组件排列成一感测阵列的触控传感器，用以产生该感测阵列在一第一轴向及一第二轴向上的感测信号。本发明另提供一种电容式触控面板的制造方法。由此，以达到简化电容式触控面板的架构的目的。

Description

电容式触控面板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种触控面板，特别指一种电容式触控面板及其制造方法。
背景技术
近几年来，随着科技的快速成长，触控感测技术已广泛地应用于日常生活之中，使得触控输入接口已逐渐地成为人们用来进行输入数据的人机接口。而目前在各种触控感测技术的发展中，又以电容式触控感测技术蔚为主流。
在电容式触控面板的架构上，大致可分为两种形态。第一种形态如图1所示，为现有技术双层式电容式触控面板的剖视示意图。其是在一基板80的两个表面上，分别制作多个相互平行的第一轴向(如Y轴)感测电极81以及多个相互平行的第二轴向(如X轴)感测电极82。使得第一轴向感测电极81与第二轴向感测电极82之间隔着基板80而形成交叉。如此一来，在运作时，通过获得第一轴向感测电极81与第二轴向感测电极82之间的耦合电荷的前后差异，得以判断出是否有触碰条件产生，并且计算出实际触碰点的位置。
第二种形态则如图2所示，为现有技术单层式电容式触控面板的剖视示意图。其是在一基板90的同一表面上制作多个相互平行的第一轴向(如Y轴)感测电极(图未示)及多个相互平行的第二轴向(如X轴)感测电极92。其中，每一第一轴向感测电极包含多个第一轴向导电组件(图未示)，并且相邻的第一轴向导电组件之间是通过一第一轴向导线912进行连接；同样的，每一第二轴向感测电极92包含多个第二轴向导电组件921，并且相邻的第二轴向导电组件921之间是通过一第二轴向导线922进行连接。此外，每一第一轴向导线912与第二轴向导线922之间是进一步布设有一绝缘材质93，借以形成跨接导电结构(Jumper)的形态，并且通过跨接导电结构使得第一轴向感测电极91与第二轴向感测电极92得以相互绝缘。由此，在运作时，通过获得第一轴向感测电极与第二轴向感测电极92之间的耦合电荷的前后差异，得以判断出是否有触碰条件产生，并且计算出实际触碰点的位置。
然而，上述传统的电容式触控面板的架构较为复杂，在制作不同轴向的感测电极时，皆需分别重复经过多道制程，例如：溅镀、喷涂、蚀刻等步骤才能完成，并且在制程精确度上亦十分要求。如此将导致产品制造成本过高以及生产良率不易提升等问题。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述的技术问题，本发明的目的在于：针对电容式触控面板中的触控传感器结构进行改良，将已涂布于触控面板的基板一表面上的单层导电薄膜进行图案化，以成为平面矩阵形态的感测阵列来获得感测轴向上的信号变化量。
根据本发明所提出的一个技术方案是，提供一种电容式触控面板包括一基板，以及一在基板的同一表面上由多个导电组件排列成一感测阵列的触控传感器，用以产生该感测阵列在一第一轴向及一第二轴向上的感测信号，其中，所述的多个导电组件彼此在该第一轴向及该第二轴向上形成一第一寄生电容，并且每一所述的多个导电组件进一步与一接地面形成一第二寄生电容；
其中，该多个导电组件在该第一轴向排列成多个感测列以及在该第二轴向排列成多个感测行。
进一步的，该触控传感器进一步包括：一输入总线，电性连接该感测阵列在该第一轴向上的一端；及一输出总线，电性连接该感测阵列在该第二轴向上的一端。
进一步的，该输出总线进一步电性连接该感测阵列在该第一轴向上的另一端。
进一步的，该输入总线进一步电性连接该感测阵列在该第二轴向上的另一端。
进一步的，所述的电容式触控面板进一步包含：一控制单元，电性连接该输入总线及该输出总线，该控制单元产生一驱动信号给该输入总线，并且通过该输出总线来接收该感测信号。
进一步的，所述的多个导电组件的形状为菱形、圆形、椭圆形、多边形或十字形。
根据本发明所提出的另一个技术方案是，提供一种电容式触控面板的制造方法，其步骤包括：形成一由多个导电组件所排列成的感测阵列于一基板的一表面。接下来，电性连接一输入总线于感测阵列在一第一轴向上的一端，并且电性连接一输出总线于感测阵列在一第二轴向上的一端，其中，所述的多个导电组件彼此在该第一轴向及该第二轴向上形成一第一寄生电容，并且每一所述的多个导电组件进一步与一接地面形成一第二寄生电容。
进一步的，该输出总线进一步电性连接该感测阵列在该第一轴向上的另一端。
进一步的，该输入总线进一步电性连接该感测阵列在该第二轴向上的另一端。
进一步的，所述的电容式触控面板的制造方法进一步包含：设置一控制单元以电性连接该输入总线及该输出总线。
进一步的，所述形成感测阵列的步骤进一步包含：涂布一导电薄膜于该基板的表面；及图案化该导电薄膜。
进一步的，所述形成感测阵列的步骤以一印刷技术印刷所述的多个导电组件于该基板的表面。
由此，本发明所能达到的有益效果在于，不仅能够有效地简化触控面板的整体架构，以减少制程步骤来加快生产速度，同时更可以大幅地降低制造成本以及提升产品良率。
以上的概述与接下来的详细说明及附图，皆是为了能进一步说明本发明为达成预定目的所采取的方式、手段及功效。而有关本发明的其他目的及优点，将在后续的说明及附图中加以阐述。
附图说明
图1为现有技术双层式电容式触控面板的剖视示意图；
图2为现有技术单层式电容式触控面板的剖视示意图；
图3为本发明电容式触控面板的实施例示意图；
图4为本发明电容式触控面板的实施例剖视示意图﹔
图5为本发明触控传感器的寄生电容的实施例等效电路图；
图6为本发明触控传感器的实施例信号变化量示意图；
图7为本发明电容式触控面板的制造方法的第一实施例流程图；及
图8为本发明电容式触控面板的制造方法的第二实施例流程图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
本发明是针对电容式触控面板中的触控传感器结构进行改良，设计为单层式感测阵列，直接将已涂布于触控面板的基板一表面上的单层导电薄膜进行图案化(Patterning)，以成为平面矩阵形态的感测阵列。如此一来，本发明直接通过设计的单层式感测阵列即可用来获得感测轴向上的信号变化量，进而判断出使用者实际在电容式触控面板上触碰的触碰点位置。
本发明的触控传感器的结构可适用于以下几种驱动感测运作形态：
1、单一轴向(如X轴)的驱动搭配另一轴向(如Y轴)的感测。
2、单一轴向(如X轴)的驱动搭配不同轴向(X轴及Y轴)的感测。
3、不同轴向(X轴及Y轴)的驱动搭配不同轴向(X轴及Y轴)的感测。
其中，第一种运作形态是在感测阵列中的其中一轴向上进行驱动，并由另一轴向来进行感测，其运作原理较容易理解。在实际应用上，若为了能更精确地判断触碰点的位置，则可采用第二种或第三种运作形态的设计，以进一步通过不同两轴向上的感测来计算出触碰点的位置。以下实施例便是以触控传感器搭配第二种运作形态来进行描述及说明。
请参考图3，为本发明电容式触控面板的实施例示意图。如图所示，本实施例提供一种电容式触控面板1，其包括：一基板10、一触控传感器11及一控制单元12。其中，基板10是例如采用透明玻璃的材质，用来做为电容式触控面板1的承载基底。
触控传感器11是设置于基板10，在实际设计上可以是设置于基板10的一上表面或一下表面，在此并无加以限制。附带说明的是，本实施例中所称的“上”及“下”方位，仅是用来表示相对的位置关系，对于本说明书的附图而言，基板10的上表面是较接近观看者，而下表面则是较远离观看者。此外，就触控传感器11的结构来看，其是进一步包括：多个导电组件110、一输入总线111及一输出总线112。
导电组件110是在基板10的同一表面上排列成一感测阵列。依据电气特性原理来看，一般的两个导体之间即会形成一寄生电容，属于非实体的电容。因此，在本实施例的感测阵列中，所述的导电组件110彼此在第一轴向及第二轴向上即会分别形成一第一寄生电容113，使得原本相互独立的导电组件110，因第一寄生电容113的作用而形成串接的网状形态。另一方面，每一导电组件110亦会进一步与一接地面形成一第二寄生电容114。
此外，导电组件110的材质在设计上可例如是采用铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、锌镓氧化物(GZO)、导电性高分子、碳纳米管(CarbonNanotube-based Thin Films(CNT))、铟锡氧化物纳米粒子、纳米金属(Nanowires)、氢氧化镁嵌入碳元素(Mg(OH)2：C)、石墨烯(Graphene)或氧化锌(ZnO)。并且，本实施例中的导电组件110的形状是设计为菱形的形态，当然亦可采用其他如圆形、椭圆形、多边形或十字形的形状。然而，不管导电组件110的材质或形状，在设计上皆非为本发明所限制。
输入总线111是电性连接感测阵列在一第一轴向(如X轴)上的一端；输出总线112则是电性连接感测阵列在第一轴向上的另一端，并且电性连接感测阵列在一第二轴向(如Y轴)上的一端。借以让感测阵列是形成由第一轴向上的一端进行驱动，而由第一轴向上的另一端与第二轴向上的一端(共两端)进行感测的运作形态。而如图3所示，本实施例的感测阵列是例如简化设计为5*4的矩阵，换句话说，输入总线111是至少包含四条导线信道来分别电性连接第一轴向上由导电组件110所串接而成的四列导电组件群组的一端；而输出总线112则是至少包含九条导线信道来分别电性连接第一轴向上由导电组件110所串接而成的四列导电组件群组的另一端以及第二轴向上由导电组件110所串接而成的五行导电组件群组的一端。
承上所述的架构，输入总线111的连接架构除了本实施例所示之外，在实际设计上，输入总线111亦可进一步电性连接感测阵列在第二轴向上的另一端，让感测阵列是形成由不同轴向(X轴及Y轴)上的两端进行驱动，并且再分别由不同轴向(X轴及Y轴)上的另外两端进行感测的运作形态。
控制单元12是电性连接输入总线111及输出总线112。其中，控制单元12是用来产生一驱动信号Drive_Sig给输入总线111，并且通过输出总线112来接收至少一感测信号Sense_Sig。更具体来看，控制单元12至少包含二多任务器121、122，其中之一多任务器121是电性连接输入总线111，用来依序切换输出驱动信号Drive_Sig至输入总线111的不同导线信道；其中之另一多任务器122则是电性连接输出总线112，用来依序切换接收由输出总线112不同导线信道所传递的感测信号Sense_Sig。
请同时参考图4，为本发明电容式触控面板的实施例剖视示意图，并且图4仅是进一步针对基板10及导电组件110之间的层迭关系来说明。如图4所示，由导电组件110排列而成的感测阵列是以同属一层的架构来直接设置于基板10的上表面。由此，本实施例即可在简化的电容式触控面板1架构下，通过单层式的感测阵列来获得第一轴向及第二轴向上的信号变化量。
接下来，为了进一步说明本实施例的触控传感器的运作，请基于图3的架构来参考图5，为本发明触控传感器的寄生电容的实施例等效电路图。如图5所示，感测阵列中所形成的每一第一寄生电容113可等效为一电阻-电容(RC)串行电路，而每一第二寄生电容114可等效为一RC并联电路。
进一步举例说明，假设本实施例的控制单元12是产生10MHz的驱动信号Drive_Sig给输入总线111，使得触控传感器11是运作在10MHz的工作频率下，而所述的驱动信号Drive_Sig的频率大小是用来决定信号穿透的能力，在此依实际应用而设计，并无加以限制。
当无任何触碰点存在的状态下，第一寄生电容113所等效的RC串行电路可例如为50Ω电阻串联1pF电容；而第二寄生电容114所等效的RC并联电路可例如为100MΩ电阻并联1pF电容。当使用者进行触碰操作而产生至少一触碰点时，由于触碰点及其周围上所对应的第一寄生电容113及第二寄生电容114的电荷皆会受到吸收，使得等效电容值下降。就仿真数据来看，触碰点所对应的第一寄生电容113及第二寄生电容114的等效电容值大约会从1pF减少至0.8pF，并且越远离触碰点，电荷被吸收的越少，等效电容值的减少幅度也就越低。当然实际电容值的变化是会随环境因素影响而有所误差，在此仅是举例来说明。承上所述，通过量测触碰点产生前后的感测阵列各行列的电压变化，即可至少获得电压变化量最大的一行及一列，于是计算该变化量最大的行及列的交集即可判定为触碰点的位置。
请再同时参考图6，为本发明触控传感器的实施例信号变化量示意图。如图所示，本实施例的感测阵列在X轴向(列)上的一端是用来接收驱动信号Drive_Sig的输入；在Y轴向(行)上的一端及X轴向上的另一端是用来分别输出感测信号Sense_Sig1及Sense_Sig2。此外，本实施例是假设利用一M*N的感测阵列中的第一感测行Col1、第二感测行Col2、第三感测行Col3、第一感测列Row1、第二感测列Row2及第三感测列Row3来进行信号变化量的差异比较的说明。
首先，以比较感测信号Sense_Sig1来进行说明，如下表一所示，由于本实施例的驱动信号Drive_Sig是由图6中感测阵列的左侧进入，因此基于信号衰减的电气原理，第一感测行Col1、第二感测行Col2及第三感测行Col3的信号衰减量是越来越大，在尚未有触碰点产生的状态下，假设分别可量测到的信号大小为：-32dBm、-36dB及-41dBm；而当有触碰点产生时，假设在第一感测行Col1、第二感测行Col2及第三感测行Col3上所量测信号大小已分别衰减为：-33dBm、-44dBm及-44dBm。如此一来，便可获得第一感测行Col1、第二感测行Col2及第三感测行Col3各自在触碰点产生前后的信号变化量(衰减量)，其中以第二感测行Col2的信号变化量最大。
表一
另一方面，再以比较感测信号Sense_Sig2来说明，同样由于驱动信号Drive_Sig是由图6中感测阵列的左侧进入，因此如下表二所示，理论上，第一感测列Row1、第二感测列Row2及第三感测列Row3在尚未有触碰点产生的状态下，应分别可量测到相同的信号大小，假设皆为-34dBm。而当有触碰点产生时，假设在第一感测列Row1、第二感测列Row2及第三感测列Row3上所量测信号大小已分别衰减为：-40dBm、-45dBm及-40dBm。如此一来，便可获得第一感测列Row1、第二感测列Row2及第三感测列Row3各自在触碰点产生前后的信号变化量，其中以第二感测列Row2的信号变化量最大。
表二
如此一来，在获得各行列的信号变化量的情况下，便可进一步计算该变化量最大的第二感测行Col2及第二感测列Row2的交集来判断出实际触碰点(即图6中虚线所圈设)的位置。
最后，请参考图7，为本发明电容式触控面板的制造方法的第一实施例流程图。如图所示，本实施例提供一种电容式触控面板的制造方法，其步骤包括：提供一基板(S701)，用来做为后续制程的承载基底。接着，涂布一导电薄膜于基板的一表面(S703)，在此不限制是涂布于基板的上表面或下表面，依实际设计所需而决定。其中，导电薄膜的材质可采用铟锡氧化物、铟锌氧化物、锌镓氧化物、导电性高分子、碳纳米管、铟锡氧化物纳米粒子、纳米金属、氢氧化镁嵌入碳元素、石墨烯或氧化锌。
接下来，图案化导电薄膜(S705)，以形成一由多个导电组件所排列成的感测阵列。本领域普通技术人员可以了解，导电薄膜进行图案化的过程大致是包括烘烤、光罩对准、曝光、显影、蚀刻等步骤，也就是所谓的黄光制程，在此就不加以赘述。然而，本发明也就是针对此一单层导电薄膜进行一次图案化制程即可完成所需的感测阵列的架构。
如此一来，便可继续进行后续的金属打线制程，以设置一输入总线来电性连接感测阵列在一第一轴向上的一端(S707)，并且设置一输出总线来电性连接感测阵列在第一轴向上的另一端以及感测阵列在一第二轴向上的一端(S709)。其中，步骤(S707)及(S709)的先后顺序可以实际制程需求而进行对调或调整，在此并非用来限制本发明。
附带一提的是，上述步骤(S703)至步骤(S709)的制程也就是用来制作一触控传感器于基板上的流程步骤。
最后，设置一控制单元以电性连接输入总线及输出总线(S711)。其中，控制单元可例如是打件于一印刷电路板或一软性电路板，进而再与输入总线及输出总线进行电性连接。由此，即可完成本实施例所述的电容式触控面板的制作。
请再参考图8，为本发明电容式触控面板的制造方法的第二实施例流程图。本实施例与第一实施例流程图的差异点在于，本实施例在提供一基板(S801)之后，便是直接以一印刷技术来印刷导电组件于基板的一表面(上表面或下表面)，以形成由导电组件排列成的一感测阵列(S803)。如此一来，本实施例的制程所需的步骤相较于第一实施例即可更为简化。
接下来的步骤(S805)至步骤(S809)则同样是进行设置输入总线及输出总线的金属打线制程，以及设置控制单元的制程。在此就不再加以赘述。
综上所述，本发明设计以平面矩阵形态的感测阵列来做为触控传感器的架构，除了能够有效地简化触控面板的整体架构，以减少制程步骤来加快生产速度。更是可以减少耗材的用量以及降低制程的复杂度，从而大幅地降低制造成本并提升产品良率。除此之外，在实际应用上，本发明的电容式触控面板更可简单地与各类型显示屏幕进行整合。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电容式触控面板，其特征在于，包括一基板，及一在该基板的同一表面上由多个导电组件排列成一感测阵列的触控传感器，用以产生该感测阵列在一第一轴向及一第二轴向上的感测信号，其中，所述的多个导电组件彼此在该第一轴向及该第二轴向上形成一第一寄生电容，并且每一所述的多个导电组件进一步与一接地面形成一第二寄生电容；
其中，该多个导电组件在该第一轴向排列成多个感测列以及在该第二轴向排列成多个感测行；
该触控传感器包括：
一输入总线，电性连接该感测阵列在该第一轴向上的一端；及
一输出总线，电性连接该感测阵列在该第一轴向上的另一端和在第二轴向上的一端。
2.如权利要求1所述的电容式触控面板，其特征在于，该输入总线进一步电性连接该感测阵列在该第二轴向上的另一端。
3.如权利要求1或2所述的电容式触控面板，其特征在于，进一步包含：
一控制单元，电性连接该输入总线及该输出总线，该控制单元产生一驱动信号给该输入总线，并且通过该输出总线来接收该感测信号。
4.如权利要求1所述的电容式触控面板，其特征在于，所述的多个导电组件的形状为菱形、圆形、椭圆形、多边形或十字形。
5.一种电容式触控面板的制造方法，其特征在于，步骤包括：
形成一由多个导电组件所排列成的感测阵列于一基板的一表面；
设置一输入总线以电性连接该感测阵列在一第一轴向上的一端；及
设置一输出总线以电性连接该感测阵列在一第二轴向上的一端和在该第一轴向上的另一端；
其中，所述的多个导电组件彼此在该第一轴向及该第二轴向上形成一第一寄生电容，并且每一所述的多个导电组件进一步与一接地面形成一第二寄生电容。
6.如权利要求5所述的电容式触控面板的制造方法，其特征在于，该输入总线进一步电性连接该感测阵列在该第二轴向上的另一端。
7.如权利要求5或6所述的电容式触控面板的制造方法，其特征在于，进一步包含：
设置一控制单元以电性连接该输入总线及该输出总线。
8.如权利要求5所述的电容式触控面板的制造方法，其特征在于，该形成感测阵列的步骤进一步包含：
涂布一导电薄膜于该基板的表面；及
图案化该导电薄膜。
9.如权利要求5所述的电容式触控面板的制造方法，其特征在于，该形成感测阵列的步骤以一印刷技术印刷所述的多个导电组件于该基板的表面。
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