CN102736807A - 电容式触控板 - Google Patents

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叶仪晧
徐大凡
黄书纬
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Abstract

本发明公开了一种电容式触控板具有绝缘凸块存在于弹性层的上方与下方，且上方与下方的绝缘凸块相互错位，使该电容式触控板中形成许多空隙，该些空隙充满流体介质，无论触碰的物件是导体还是非导体，利用触碰处该弹性层的形变完全排除该空隙中的流体介质，使该弹性层或其他电极板与感应层之间的距离与介电系数产生变化，进而造成电容值变化。

Description

电容式触控板
技术领域
本发明系有关一种电容式触控板，特别是关于一种导体与非导体皆可应用的电容式触控板。
背景技术
现有的电容式触控板是利用多个感应器(touch sensor)来侦测物件的接触。电容的公式为：
C = ϵA d , 公式1
其中，A为两电极彼此重迭的面积，d为两电极之间的距离，ε为两电极之间介电层的介电常数。当导体(例如手指)接触电容式触控板时，会造成触点处的感应器(touch sensor)的电容值变化，经由检测器检测，得到该触点的位置。而上述的现有技术，其缺点为只能侦测人体手指或一定面积的导体所产生的电容变化，无法应用在非导体的材质。
因此，一种导体与非导体皆可应用的电容式触控板乃为所冀。
发明内容
本发明的目的，在于提出一种导体与非导体皆可应用的电容式触控板。
根据本发明，一种电容式触控板包含保护层，位于该保护层下方的弹性导电层，位于该弹性导电层下方的感应层，上表面具有一绝缘层，存在于该保护层及该弹性导电层之间的复数个第一绝缘凸块，以及存在于该弹性导电层及该感应层之间的复数个第二绝缘凸块，与该第一绝缘凸块相互错位，其中，该感应层与该弹性导电层形成一个电容。
根据本发明，一种电容式触控板包含保护层，其下表面为导电极板，位于该保护层下方的弹性绝缘层，位于该弹性绝缘层下方的感应层，存在于该保护层及该弹性绝缘层之间的复数个第一绝缘凸块，以及存在于该弹性绝缘层及该感应层之间的复数个第二绝缘凸块，与该第一绝缘凸块相互错位，其中，该感应层与该导电极板形成一个电容。
根据本发明，一种电容式触控板包含软式感应层，其上表面具有保护膜下表面具有绝缘膜，位于该软式感应层下方的弹性导电层，位于该弹性导电层下方的底板，存在于该软式感应层及该弹性导电层之间的复数个第一绝缘凸块，以及存在于该弹性导电层及该底板之间的复数个第二绝缘凸块，与该第一绝缘凸块相互错位，其中，该软式感应层与该弹性导电层形成一个电容。
根据本发明，一种电容式触控板包含软式感应层，其上表面具有保护膜，位于该软式感应层下方的弹性绝缘层，位于该弹性绝缘层下方的导电层，存在于该软式感应层及该弹性绝缘层之间的复数个第一绝缘凸块，以及存在于该弹性绝缘层及该导电层之间的复数个第二绝缘凸块，与该第一绝缘凸块相互错位，其中，该感应层与该导电层形成一个电容。
附图说明
图1为本发明电容式触控板第一实施例的剖面图；
图2a、2b系图1实施例操作时的示意图；
图3为施加于本发明电容式触控板的驱动信号波形图；
图4为本发明电容式触控板第二实施例的剖面图；
图5a、5b系图4实施例操作时的示意图；
图6为本发明电容式触控板第三实施例的剖面图；
图7a、7b系图6实施例操作时的示意图；
图8为本发明电容式触控板第四实施例的剖面图；
图9a、9b系图8实施例操作时的示意图；
图10为上述实施例中绝缘凸块位于弹性层上下表面的立体示意图；以及
图11～13皆为绝缘凸块实施例的布局俯视图。
主要元件符号说明：
10    保护层
12    弹性导电层
14    感应层
16    绝缘凸块
18    绝缘凸块
20    空隙
22    物件
24    形变处
26    形变处
28    波形
30    波形
32    波形
34    波形
36    保护层
38    弹性绝缘层
40    感应层
42    导电极板
44    形变处
46    形变处
48    软体感应层
50    弹性导电层
52    支撑底板
54    保护膜
56    绝缘膜
58    形变处
60    形变处
62    软体感应层
64    弹性绝缘层
66    导电层
68    保护膜
70    绝缘膜
72    形变处
74    形变处
具体实施方式
本发明提出一种电容式触控板，无论触碰的物件是导体还是非导体，本发明的电容式触控板藉由两电极之间的距离与介电系数的变化造成电容值变化，进而可侦测出与触碰位置相对应的座标值。
图1系本发明电容式触控板第一实施例的剖面图，图2a、2b系本实施例操作时的示意图。本实施例的电容式触控板具有保护层10、弹性导电层12及感应层14，弹性导电层12位于保护层10与感应层14之间，感应层14上表面具有一绝缘层。一实施例中，该感应层14由印刷电路板(PCB)制成。此外，本发明的电容式触控板还具有第一绝缘凸块16存在于弹性导电层12与保护层10之间，第二绝缘凸块18存在于弹性导电层12与感应层14之间，且第一绝缘凸块16与第二绝缘凸块18相互错位。而弹性导电层12与保护层10、感应层14之间因绝缘凸块16、18的存在形成许多空隙20，这些空隙20充满流体介质。在一实施例中，空隙20填充空气，以节省用料成本。弹性导电层12与感应层14之间将形成一个电容。当物件22接触时，力量下压于保护层10，会使弹性导电层12产生形变，进而挤压空隙20中的流体介质，如图2a、2b所示，流体介质于形变处24、26被完全排除，使得弹性导电层12与感应层14之间介质的平均介电系数产生变化。因此，弹性导电层12的形变将造成形变处24、26的弹性导电层12与感应层14之间的距离与介电系数同时发生改变，产生电容值变化，检测器(图中未示，也就是控制IC)便根据该电容值变化可定位出形变处24或26之位置。而在侦测电容值时，检测器对感应层14施加第一驱动信号，例如图3中的波形28，该弹性导电层12为接地电位，例如图3中的波形30。另一实施例中，是对该弹性导电层12施加与该第一驱动信号反相的第二驱动信号，例如图3中的波形32，放大侦测到的电容值信号。又一实施例中，增加施加于感应层14的第一驱动信号的振幅，例如图3中的波形34，同样可放大侦测到的电容值信号。
熟习电容式触控技术者皆了解，感应层包括有许多感应器(touch sensor)，触控板的感应层可以是利用印刷电路版制作，也可以是以薄膜制程来制造，感应器可以是金属，也可以是铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，简称ITO)，关于感应层及感应器的结构、形状及组成，为熟习触控技术者所熟知，并且都可以适用于本发明。
图4系本发明电容式触控板第二实施例的剖面图，图5a、5b系本实施例操作时的示意图。本实施例的电容式触控板具有保护层36、弹性绝缘层38及感应层40，弹性绝缘层38位于保护层36与感应层40之间，该保护层40的下表面为导电极板42。此外，本发明的电容式触控板还具有第一绝缘凸块16存在于弹性绝缘层38与保护层36之间，第二绝缘凸块18存在于弹性绝缘层38与感应层40之间，且第一绝缘凸块16与第二绝缘凸块18相互错位。而弹性绝缘层38与保护层36、感应层40之间因绝缘凸块16、18的存在形成许多空隙20，这些空隙20充满流体介质。导电极板42与感应层40之间将形成一个电容。当物件22接触时，力量下压于保护层36，会使弹性绝缘层38产生形变，进而挤压空隙20中的流体介质，如图5a、5b所示，流体介质于形变处44、46被完全排除，使得导电极板42与感应层40之间介质的平均介电系数产生变化。因此，弹性绝缘层38的形变将造成形变处44、46的导电极板42与感应层40之间的距离与介电系数发生改变，产生电容值变化，检测器(图中未示)便根据该电容值变化可定位出形变处44或46之位置。在侦测电容值时，检测器对感应层40施加如图3中波形28或32的第一驱动信号，并使导电极板42为接地电位或是施加与该第一驱动信号反相的信号，如图3中波形34。
图6系本发明电容式触控板第三实施例的剖面图，图7a、7b系本实施例操作时的示意图。本实施例的电容式触控板具有软性感应层48、弹性导电层50及支撑底板52，弹性导电层50位于软性感应层48及支撑底板52之间，该软性感应层48的上表面具有保护膜54而下表面具有绝缘膜56。此外，本发明的电容式触控板还具有第一绝缘凸块16存在于弹性导电层50与软性感应层48之间，第二绝缘凸块18存在于弹性导电层50与支撑底板52之间，且第一绝缘凸块16与第二绝缘凸块18相互错位。而弹性导电层50与软性感应层48、支撑底板52之间因绝缘凸块16、18的存在形成空隙20，这些空隙20充满流体介质。弹性导电层50与软性感应层48之间将形成一个电容。当物件22接触时，力量下压于软性感应层48，会使弹性导电层50产生形变，进而挤压空隙20中的流体介质，如图7a、7b所示，流体介质于形变处58、60被完全排除，使得弹性导电层50与软性感应层48之间介质的平均介电系数产生变化。因此，弹性导电层50的形变将造成形变处58、60的弹性导电层50与软性感应层48之间的距离与介电系数发生改变，产生电容值变化，检测器(图中未示)便根据该电容值变化可定位出形变处58或60之位置。在侦测电容值时，于软性感应层48施加如图3中波形28或32的第一驱动信号，并使弹性导电层50为接地电位或是施加与该第一驱动信号反相的第二驱动信号，如图3中波形34。
图8系本发明电容式触控板第四实施例的剖面图，图9a、9b系本实施例操作时的示意图。本实施例的电容式触控板具有软性感应层62、弹性绝缘层64及导电层66，弹性绝缘层72位于软性感应层64及导电层78之间，该软性感应层62的上表面具有保护膜68而下表面具有绝缘膜70。此外，本发明的电容式触控板还具有第一绝缘凸块16存在于弹性绝缘层64与软性感应层62之间，第二绝缘凸块18存在于弹性绝缘层64与导电层66之间，且第一绝缘凸块16与第二绝缘凸块18相互错位。而弹性绝缘层64与软性感应层62、导电层66之间因绝缘凸块16、18的存在形成空隙20，这此空隙20充满流体介质。软性感应层62与导电层66之间将形成一个电容。当物件22接触时，力量下压于软性感应层62，会使弹性绝缘层64产生形变，进而挤压空隙20中的流体介质，如图9a、9b所示，流体介质于形变处72、74被完全排除，使得软性感应层62与导电层66之间介质的平均介电系数产生变化。因此，弹性绝缘层64的形变将造成形变处72、74的导电层66与软性感应层62之间的距离与介电系数发生改变，产生电容值变化，检测器(图中未示)便根据该电容值变化可定位出形变处72或74之位置。在侦测电容值时，于软性感应层62施加如图3中波形28或32的第一驱动信号，导电层66为接地电压或是施加与该第一驱动信号反相的第二驱动信号，如图3中波形34。
上述之实施例，皆利用两电极之间的距离与介电系数的改变，造成电容值变化，而电容值的变化如下式所示：
ΔC = ϵ A Δd = k · ϵ 0 A Δd . 公式2
若以半径1.5mm笔头触碰本发明之触控板，其中流体介质为空气，绝缘凸块的厚度d＝0.1mm为例，代入公式2可得到电容值变化为：
ΔC = 1.004 × 8.8854 × 10 - 12 π × 0.0015 2 0.0001 = 0.628 pF .
图10系上述实施例中绝缘凸块16、18位于弹性层上下表面的立体示意图，而本发明对于绝缘凸块16、18的结构、形状并无限定，只要符合存在于弹性层上下表面之绝缘凸块形成相互错位的条件即可，如图11～13皆为绝缘凸块16、18实施例的布局俯视图。图1及图6的实施例中，该弹性导电层的材料则可使用具导电性的聚苯乙烯(PolyStyrene，简称PS)或铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，简称ITO)形成的薄膜，而图4及图8的实施例中，该弹性绝缘层的材料可使用聚对苯二甲酸乙二酯(PolyEthylene Terephthalate，简称PET)、玻璃纤维板(Fiberglass Reinforced Epoxy Laminates，简称FR4)、聚酰亚胺(Polyimide，简称PI，为一种含有酰亚胺基的有机高分子材料)、聚酯薄膜(Mylar)、聚碳酸酯(PolyCarbonate，简称PC)或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer，简称EVA)。而绝缘凸块可由利用油墨印刷堆迭、双面胶带贴附、蚀刻或不导电镀膜(NonConductive Vacuum Metallization，简称NCVM)…等方式形成。
以上对于本发明之较佳实施例所作的叙述系为阐明之目的，而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例系为解说本发明的原理以及让熟习该项技术者以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想企图由本发明权利要求及其均等来决定。

Claims (22)

1.一种电容式触控板，其特征在于，所述的电容式触控板包含：
保护层；
弹性导电层，位于所述的保护层下方；
感应层，位于所述的弹性导电层下方，上表面具有一绝缘层；
复数个第一绝缘凸块，存在于所述的保护层及所述的弹性导电层之间；以及
复数个第二绝缘凸块，存在于所述的弹性导电层及所述的感应层之间，并与所述的第一绝缘凸块相互错位；
其中，所述的感应层与所述的弹性导电层形成一个电容。
2.如权利要求1所述的触控板，其特征在于，所述的弹性导电层的材料为具导电性的聚苯乙烯或铟锡氧化物薄膜。
3.如权利要求1所述的触控板，其特征在于，所述的第一及第二绝缘凸块利用油墨印刷堆迭、双面胶带贴附、蚀刻或不导电镀膜而形成。
4.如权利要求1所述的触控板，其特征在于，所述的感应层为印刷电路板。
5.如权利要求1所述的触控板，其特征在于，所述的感应层于检测所述的电容时，供施加第一驱动信号。
6.如权利要求5所述的触控板，其特征在于，所述的弹性导电层于检测所述的电容时，供施加与所述的第一驱动信号反相的第二驱动信号，或为接地电位。
7.一种电容式触控板，其特征在于，所述的电容式触控板包含：
保护层，其下表面为导电极板；
弹性绝缘层，位于所述的保护层下方；
感应层，位于所述的弹性绝缘层下方；
复数个第一绝缘凸块，存在于所述的保护层及所述的弹性绝缘层之间；以及
复数个第二绝缘凸块，存在于所述的弹性绝缘层及所述的感应层之间，并与所述的第一绝缘凸块相互错位；
其中，所述的感应层与所述的导电极板形成一个电容。
8.如权利要求7所述的触控板，其特征在于，所述的弹性绝缘层的材料为聚对苯二甲酸乙二酯、玻璃纤维板、聚酰亚胺、聚酯薄膜、聚碳酸酯或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
9.如权利要求7所述的触控板，其特征在于，所述的第一及第二绝缘凸块利用油墨印刷堆迭、双面胶带贴附、蚀刻或不导电镀膜而形成。
10.如权利要求7所述的触控板，其特征在于，所述的感应层为印刷电路板。
11.如权利要求7所述的触控板，其特征在于，所述的感应层于检测所述的电容时，供施加第一驱动信号。
12.如权利要求11所述的触控板，其特征在于，所述的导电极板于检测所述的电容时，供施加与所述的第一驱动信号反相的第二驱动信号，或为接地电位。
13.一种电容式触控板，其特征在于，所述的电容式触控板包含：
软式感应层，其上表面具有保护膜而下表面具有绝缘膜；
弹性导电层，位于所述的软式感应层下方；
底板，位于所述的弹性导电层下方；
复数个第一绝缘凸块，存在于所述的软式感应层及所述的弹性导电层之间；以及
复数个第二绝缘凸块，存在于所述的弹性导电层及所述的底板之间，并与所述的第一绝缘凸块相互错位；
其中，所述的软式感应层与所述的弹性导电层形成一个电容。
14.如权利要求13所述的触控板，其特征在于，所述的弹性导电层包含具导电性的聚苯乙烯或铟锡氧化物薄膜。
15.如权利要求13所述的触控板，其特征在于，所述的第一及第二绝缘凸块利用油墨印刷堆迭、双面胶带贴附、蚀刻或不导电镀膜而形成。
16.如权利要求13所述的触控板，其特征在于，所述的软式感应层于检测所述的电容时，供施加第一驱动信号。
17.如权利要求16所述的触控板，其特征在于，所述的弹性导电层于检测所述的电容时，供施加与所述的第一驱动信号反相的第二驱动信号，或为接地电位。
18.一种电容式触控板，其特征在于，所述的电容式触控板包含：
软式感应层，其上表面具有保护膜；
弹性绝缘层，位于所述的软式感应层下方；以及
导电层，位于所述的弹性绝缘层下方；
复数个第一绝缘凸块，存在于所述的软式感应层及所述的弹性绝缘层之间；以及
复数个第二绝缘凸块，存在于所述的弹性绝缘层及所述的导电层之间，并与所述的第一绝缘凸块相互错位；
其中，所述的感应层与所述的导电层形成一个电容。
19.如权利要求18所述的触控板，其特征在于，所述的弹性绝缘层的材料为聚对苯二甲酸乙二酯、玻璃纤维板、聚酰亚胺、聚酯薄膜、聚碳酸酯或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
20.如权利要求18所述的触控板，其特征在于，所述的第一及第二绝缘凸块利用油墨印刷堆迭、双面胶带贴附、蚀刻或不导电镀膜而形成。
21.如权利要求18所述的触控板，其特征在于，所述的软式感应层于检测所述的电容时，供施加第一驱动信号。
22.如权利要求21所述的触控板，其特征在于，所述的导电层于检测所述的电容时，供施加与所述的第一驱动信号反相的第二驱动信号，或为接地电位。
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