CN103513801B

CN103513801B - 触控装置及其检测方法

Info

Publication number: CN103513801B
Application number: CN201210202714.1A
Authority: CN
Inventors: 戈卡尔普·贝拉默戈魯; 王燕儒
Original assignee: TPK Touch Solutions Xiamen Inc
Current assignee: TPK Touch Solutions Xiamen Inc
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2032-06-18
Also published as: TWM452385U; US9600104B2; CN103513801A; WO2013189232A1; US20130335371A1; TW201401127A

Abstract

本发明公开了一种触控装置,该触控装置包含多个压电感应单元,排列于一基板的一触控区内；以及多条讯号导线,位于该基板上,电连接该多个压电感应单元。本发明的触控装置可将机械形变转化为电信号，不需要额外的驱动电压就可检测触控装置上的信号，藉此，提供一低能耗节能型的触控装置。

Description

触控装置及其检测方法

技术领域

本发明提供一种触控装置及其检测方法,尤指一种压电式触控装置,可藉由排列于基板上的多个压电感应单元,检测单点或多点触碰的位置。

背景技术

市场上对于电子产品的尺寸的要求朝轻薄短小的方向发展,因此许多电子产品已不再设计占据大量空间的键盘输入装置,而尝试以其他输入机制取代键盘,其中将触控装置整合至电子产品的作法更是目前最热门的输入技术,因此触控装置被广泛应用于各类电子产品中,例如手机、个人数位助理与卫星定位系统等。

目前,常见的触控面板主要仍以多点触控的电容式与单点触控的电阻式为主流。然而,无论是电容式还是电阻式触控面板在检测触控装置上的触碰位置时,都需给触控装置提供一驱动电压。

一般地，电阻式触控面板通常具有两层导电层，当其上盖板被触碰时，两导电层相互接触，引起电流和电压的变化，控制电路检测到电流和电压的变化，并根据其确定触碰位置。然而，由于物体按压电阻式触控面板的上盖板时，上盖板产生变形且需较长时间内恢复原状，且电阻式触控面板仅能检测单点触控。虽然电容式触控面板不存在上述电阻式触控面板所存在的缺陷，但是由于电容式触控面板检测的是触碰物体如手指与触控装置之间形成的电容，因此触碰物体必须是导体，若触碰物体是绝缘体，则触控装置无法检测到发生的触碰动作。

因此，急需开发一种新的触控装置，其既能检测不同类型触碰物体的多点触控，又不会产生长时间的变形。

发明内容

本发明提供一种触控装置,将压电片与触控模组一体化,也就是直接形成具有定位效果的压电感应元件,并达到检测不同类型的触控物体多点触控的目的。

为达上述目的,本发明提供一种触控装置,包含多个压电感应单元,排列于一基板的一触控区内；以及多条讯号导线,位于该基板上,电连接该多个压电感应单元。

本发明另提供一种触控装置的检测方式,包含以下步骤:首先检测一压电感应单元的一输出信号；根据该输出信号判断该压电感应单元是否被触碰；藉由一计算步骤,计算该发生电信号变换的压电感应单元的坐标位置。

本发明提供的触控装置,其特色在于该触控装置具有排列于基板之上的多个压电感应单元,可直接判定触压的位置，并且本发明的触控装置可将机械形变转化为电信号，不需要额外的驱动电压就可检测触控装置上的信号，藉此，提供一低能耗节能型且可以实现多点触控的触控装置。

附图说明

图1是本发明触控装置的第一实施例的结构剖面示意图。

图2是本发明触控装置的第一实施例的结构上视示意图。

图3是本发明触控装置的第一实施例的结构剖面示意图。

图4是本发明触控装置的第二实施例的结构剖面示意图。

图5是本发明触控装置的第二实施例的结构上视示意图。

图6是本发明触控装置的第二实施例的另一实施态样结构剖面示意图。

图7是本发明触控装置的第二实施例的另一实施态样结构上视示意图。

图8是本发明触控装置的第二实施例的另一实施态样。

图9是本发明触控装置的第三实施例的结构上视示意图。

图10是本发明触控装置的第三实施例的结构剖面示意图。

具体实施方式

在说明书及后续的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解,制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及后续的申请专利范围并不以名称的差异作为区别元件的方式,而是以元件在功能上的差异作为区别的基准。在通篇说明书及后续的请求项当中所提及的「包含」为一开放式的用语,故应解释成「包含但不限定于」,在此容先叙明。

第1图绘示本发明第一较佳实施例的结构剖面示意图,请参考第1图。首先,触控装置100包含有一基板110,可以是包括平面或非平面基板,例如玻璃或是可挠性透明材质等。基板110上设有至少一触控区120。接着,在基板110的触控区120上先形成一图案化的共通层124,接着于共通层124上形成图案化的一压电材料层126以及图案化的一讯号层128,其中讯号层128包括多个相互独立的电极单元，各电极单元将分别与一条讯号导线(图未示)电性连接，且压电材料层126包括多个相互独立的压电块，进而组成多个压电感应单元122。也就是说,本实施例中，触控区120内包含多个压电感应单元122，每一压电感应单元122皆由共通层124，一个独立的压电块以及一个独立的电极单元所组成。其中,压电材料层126位于共通层124以及讯号层128之间。

根据一实施例,当本发明的触控装置作为触控面板使用时，共通层124以及讯号层128可由透明导电材料所组成,例如,氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)、氧化铟锌(indiumzinc oxide,IZO)、氧化镉锡(cadmium tin oxide,CTO)、氧化铝锌(aluminum zinc oxide,AZO)、氧化铟锌锡(indium tin zinc oxide,ITZO)、氧化锡(tin oxide)、氧化锌(zincoxide)、氧化镉(cadmium oxide)、氧化铪(hafnium oxide,HfO)、氧化铟镓锌(indiumgallium zinc oxide,InGaZnO)、氧化铟镓锌镁(indium gallium zinc magnesium oxide,InGaZnMgO)、氧化铟镓镁(indium gallium magnesium oxide,InGaMgO)、氧化铟镓铝(indium gallium aluminum oxide,InGaAlO)、纳米碳管(Carbon Nano Tube,CNT)、银纳米碳管或铜纳米碳管等,或是其他透明导电材质与金属或非金属的合成物。而压电材料层126可包含单晶材料、高分子材料、薄膜材料、陶瓷材料、复合材料等,例如,氧化锌(zincoxide,ZnO)、锆钛酸铅(lead zirconate titanate,PZT)、锆钛酸铅镧(lead lanthanumzirconate titanate,PLZT)、钛酸钡(barium titanate,BaTiO3)、聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)、聚氟乙烯(polyvinyl fluoride,PVF)、聚氯乙烯(polyvinylchloride,PVC),以及石英等,但不限于此,此外，当本发明应用在非显示器的触控模组时，讯号层128材料就不限于透明导电材质，可以为各种金属或合金，金属例如银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、钼(Mo)、钨(W)、镍(Ni)、铁(Fe)、铂(Pt)、锡(Sn)、铅(Pb)，或合金例如银铜、镉铜、铬铜、铍铜、锆铜、铝镁硅、铝镁、铝镁铁、铝锆等，但不限于此。以上所述的透明导电材料、金属、合金及压电材料的选用更可依实际需求而有所不同,在此并非为本发明所限制。

之后,于基板110上形成多条讯号导线136,各条讯号导线136皆与压电感应单元122电连接,其中,各讯号导线136的一端电连接至各讯号层128,而其另一端与一位于触控区120外部的微处理器(图未示)电连接。另外,本实施例的另一特点共通层124为图案化图形，利用图案化技术,使其与导线136相邻的侧壁与该压电材料层126以及讯号层128的侧壁切齐,采用此图案化技术的目的,可绝缘讯号导线136与共通层124,避免互相导通而形成干扰。

在此提及本发明触控装置的检测方法,为使表达更清楚,将触控区120内每一个压电感应单元122皆依据其排列位置编号,例如R1C1、R1C2、R2C2…等,当使用者触碰触控装置100表面时,会产生一外力(图未示),各压电感应单元122接收外力而产生机械形变,压电感应单元122将机械形变转化为电信号，在此，不需要加入额外的驱动电压，压电感应单元122自身即可产生电信号，外部微处理器检测到该电信号，并根据该电信号判断压触控装置是否发生触碰,即判断该检测到的输出信号是否是由触碰该触控装置引起的电信号变化，或是由杂讯引起的电信号变化，接着，计算产生电信号变化的压电感应单元122的坐标,进而向系统输出触控装置被触碰的位置坐标,而达到定位的效果。更详细说明,由于每一个压电感应单元皆是由共通层124、压电材料层126以及讯号层128组成,其中共通层124接地或是接一参考电压,当压电感应单元122被触碰时,共通层124与讯号层128之间会产生一电势差,而此电势差则会透过讯号导线传送至所述的微处理器上。

值得一提的是,若触控的面积较大,导致一次有多组电讯号传输至微处理器时,该微处理器可定义各个传送电讯号的压电感应单元122坐标位置,并根据检测到的电信号和各个压电感应单元122的坐标位置计算出发出电讯号的各个压电感应单元122的重心坐标位置,然后计算各压电感应单元122与该重心之间的距离,并藉由此判断发生电信号变化的压电感应单元的坐标，即离重心的距离最短的压电感应单元是触碰点。例如，外部微处理器检测到9个压电感应单元122发出电信号，若将压电感应单元122发出的电信号定义为Ui，各压电感应单元122的坐标位置定义为(Xi，Yi)，则该9个压电感应单元122的重心坐标为：

X = \frac{Σ_{1}^{9} X_{i} * U_{i}}{Σ_{1}^{9} U_{i}}, Y = \frac{Σ_{1}^{9} Y_{i} * U_{i}}{Σ_{1}^{9} U_{i}}

然后计算，各个压电感应单元122与重心坐标的距离：

D_{i} = \sqrt{{(X - X_{i})}^{2} + {(Y - Y_{i})}^{2}}

若距离Di最小，则i点的压电感应单元判断为触碰发生的位置，即可确定触碰点的坐标位置。

或采用另一种方法，判断触碰的坐标位置，即分析比较各个接收到的电讯号大小,进而判断触控的中心点,将输出信号较大的坐标点判断为触碰位置。举例来说,当使用者触碰压电感应单元122编号R2C2该点时,位于R2C2周围的各点,如R2C1、R2C3、R1C2…等压电感应单元122,也可能传送不同大小的输出讯号至微处理器,但是由于触控中心点接收到的外力较大,所以在压电材料将机械能转换成电能的过程中,由R2C2传送出的输出讯号也较周围各点更大,所以微处理器可自动判定R2C2为此次触控的中心点。

请参阅第3图,一层保护层140覆盖于各压电感应单元122上,用以隔绝各元件,避免其受到化学变化或是物理作用影响而损害。第3图为第2图中沿着剖面线A-A’所视的剖面图。保护层140可包括无机材料,例如氮化硅(silicon nitride)、氧化硅(silicon oxide)与氮氧化硅(silicon oxynitride)、或是有机材料,例如,丙烯酸类树脂(acrylic resin)及其它适合的材料。但不以上述为限。

值得注意的是,本发明中形成各图案化材料层,如共通层124、压电材料层126、讯号层128或是讯号导线136等,形成方式包括直流溅射(DC Sputtering)、射频溅射(RFSputtering)、反应溅射(Reactive Sputtering)、磁控溅射(Magnetrons Sputtering)、等离子溅射(Ion Plasma Sputtering)、脉冲镭射沉积(Pulsed Laser Deposition)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition)、溶胶凝胶法(Sol-Gel)、分子束外延法(MolecularBeam Expitaxy)、喷雾热解法(Spray Pyrolysis)等,但并不限于此,也可能依制程需求,以其他合适的方法制作。

下文将针对本发明的触控装置的不同实施样态进行说明,且为简化说明,以下说明主要针对各实施例不同处进行详述,而不再对相同处作重复赘述。此外,本发明的各实施例中相同的元件以相同的标号进行标示,以利于各实施例间互相对照。

第4图绘示本发明第二较佳实施例的剖面示意图,是沿着本发明第5图的剖面线B-B’所视的剖面。触控装置200具有一基板110,基板上设有至少一触控区120,于基板110的触控区120上先形成一共通层124之后,形成一图案化的压电材料层126以及一讯号层128于共通层124之上。共通层124、压电材料层126以及讯号层128共同组成多个压电感应单元222,一绝缘层232形成于共通层124之上,并且位于各压电材料层126之间,然后形成多条讯号导线236于绝缘层232上且位于各讯号层128之间,将各讯号层128与一位于触控区120外部的微处理器(图未示)电连接。另外再形成一保护层(图未示),覆盖并保护各元件。本实施例与前一实施例不同处在于,各讯号导线236不仅可以连接讯号层128以及位于触控区外部的微处理器,也可以将多个讯号层128彼此连接,也就是说，讯号层128包括多个电极单元，且各讯号导线236电性连接部份电极单元，但值得一提的是，仍有部分的电极单元相互独立，未藉由讯号导线236彼此电性连接。例如,第5图所示,位于第2栏(C2)的各个压电感应单元122(R1C2、R2C2、R3C2以及R4C2),皆藉由讯号导线236串接在一起,而本实施例串接方式不限于整行或是整列串接,也可如同第3栏(C3)的压电感应单元222两两串接。本实施例比起前一实施例,更能减少讯号导线236的使用量,以及减少微处理器同一时间内处理的讯号数量。举例来说,当使用者接触第2栏的四个压电感应单元222(R1C2、R2C2、R3C2以及R4C2)中任一个时,电信号皆会通过同一讯号导线至微处理器上,或者是当使用者接触第5图中R1C3、R2C3任一点时,也仅会回传一组电讯号至微处理器上,对于微处理器而言,处理的电讯号数量减少,进而可提升整体运算速度。此结构设计可应用在使用者介面中,例如,一较大的按钮介面。串联起来的压电感应单元222被碰触时，该串联起来的压电感应单元222产生的信号通过一讯号导线236输出，触摸不同位置的压电感应单元222，产生信号的大小不同，因此微处理器可根据输出信号的大小，判断被触碰的具体位置。此结构设计不仅可以减少使用讯号导线236的数量,也可以减少制程成本花费。此外,本实施例中,讯号导线236的配置不限于上述,也可如第6图以及第7图所示,第6图与第7图分别绘示本发明第二较佳实施例的另一实施态样上视图以及剖面图,本实施态样主要不同处在于,讯号导线236不仅位于各压电感应单元222之间,更有至少部份位于讯号层128之上,如此配置更可稳定讯号导线236与各个压电感应单元222之间的电连结,而避免讯号导线脱落等情形发生。可理解的是,本发明第二实施例中,除了部分彼此藉由讯号导线236连接的压电感应单元222之外,仍有部份压电感应单元222是直接经由讯号导线236连接至外部的微处理器,而不彼此相连。

值得注意的是,本发明各实施例中,各压电感应单元222是由共通层124、压电材料层126以及讯号层128所共同组成,而本发明并不限制各压电感应单元222的面积大小与形状,如第8图所示,第8图绘示本发明第二较佳实施例的另一实施样态,触控区120内具有多个压电感应单元222排列于其中,其面积彼此可以相等,也可以彼此互不相同,本发明并不以此为限。而各压电感应单元222形状也不限于矩形,可为任意形状。此外,可如第8图中任意排列,本实施例中,讯号层128包括多个电极单元，各该电极单元呈现一定规则的图案，其面积大小、形状与排列方式,皆可依照使用者需求设计而变动。

请参考第9图以及第10图,第9图绘示本发明第三实施例的结构上视示意图,第10图绘示沿着第9图剖面线C-C’切割所视的结构剖面示意图。触控装置300具有一基板310,基板310上设有至少一触控区320,基板310的触控区320上先形成一共通层324之后,再形成一压电材料层326于共通层324上,接着于压电材料层326上形成多行彼此平行排列的第一感应电极图案342以及多列彼此平行排列的第二感应电极图案344。本发明第三实施例另包含有多个第一连接线段332,将各第一感应电极图案342串联起来,组成多条第一感应电极352,以及多个第二连接线段334,将各第二感应电极图案344串联起来,组成多条第二感应电极354。此外,本实施例另包含有一图案化的绝缘层330,位于第一连接线段332以及第二连接线段334之间,以电性隔离第一连接线段332以及第二连接线段334,避免其相互导通而受到干扰。之后再形成多条讯号导线336并与各第一感应电极352以及各第二感应电极354电性连接,同时各讯号导线336皆与一位在触控区320外部的微处理器(图未示)电性连接。最后形成一保护层340,覆盖于该基板之上,保护各元件。其中,本实施例中所提出的第一感应电极图案342以及第二感应电极图案344材料包括各种透明导电材料或不透明材料,与本发明第一实施例中共通层124或讯号层128所使用材料相同,在此不再赘述。而第一连接线段332以及第二连接线段334材料可选自上述的透明导电材料或不透明材料,或是进一步采用金属材质,如银、铜或铝等,藉以使各个电极图案之间的连接部位不易断裂。

本发明的第三实施例,共通层324压电材料层326为一连续的叠层结构，并非本发明第一或第二较佳实施例的图案化结构。之后直接形成一感应电极层于压电材料层326上,包含多条沿Y方向平行排列的第一感应电极352,以及多条沿X方向平行排列的第二感应电极354,当使用者碰触触控装置300表面时,位于碰触点附近的压电材料层326将会产生一电讯号,并且藉由第一感应电极352以及第二感应电极354传送至位于接触区外部的微处理器。该微处理器经过分析即可定位触控的位置。本发明直接将触控模组(感应电极层)制作于压电材料层326上,因此,不但可以节省制程步骤,对于整体元件的厚度与重量均可有效地降低。

综上所述,本发明提供一种触控装置的结构,其特征在于多个排列于触控区内的压电感应单元,各个压电感应单元直接与外部一微处理器相连,当使用者碰触本发明的触控装置时,每个压电感应单元将传送电讯号至微处理器,进而直接判定使用者的触碰位置,该压电感应单元直接将机械形变转化为电信号，不需要额外的驱动电压就可检测触控装置上的信号，藉此，提供一低能耗节能型的触控装置。另外，本发明的触控装置不仅能检测导体和非导体发生的触碰动作，同时还能识别多点触碰，解决了习知电容式触控面板所存在的缺陷。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims

1.一种触控装置,其特征在于，包含:

多个压电感应单元,排列于一基板的一触控区内，各该压电感应单元包含有一共通层与一讯号层位于该基板上,以及一压电材料层位于该共通层与该讯号层之间；以及

多条讯号导线,位于该基板上,电连接该多个压电感应单元，

其中该共通层接地或接一参考电压，当该压电感应单元被触碰时，该讯号层与该共通层之间形成一电势差，而形成一输出信号，该输出信号通过与该讯号层相连的一讯号导线传送至外部的一微处理器。

2.如权利要求1所述的触控装置,其特征在于，该讯号层包括多个相互独立的电极单元，各该电极单元与一讯号导线电性连接。

3.如权利要求1所述的触控装置,其特征在于，该讯号层包括多个的电极单元，部分该电极单元彼此间电性连接，部分电极单元相互独立。

4.如权利要求1所述的触控装置,其特征在于，该讯号层包括多个电极单元，各该电极单元为呈一定规则的图案。

5.如权利要求1所述的触控装置,其特征在于，该讯号层包含有:

多行第一感应电极图案,排列于该压电材料层上；

多个第一连接线段,将各行的该第一感应电极图案串联起来；

多列第二感应电极图案,排列于该压电材料层上；以及

多个第二连接线段,将各列的该第二感应电极图案串联起来。

6.如权利要求5所述的触控装置,其特征在于，更包括一绝缘层,位于该第一连接线段与该第二连接线段之间。

7.如权利要求1所述的触控装置,其特征在于，该压电材料层包括多个相互独立的压电块。

8.如权利要求1所述的触控装置,其特征在于，该压电材料层为一连续的叠层结构。

9.如权利要求1所述的触控装置,其特征在于，该共通层为图案化图形,使各该讯号导线与该共通层电绝缘。

10.如权利要求1所述的触控装置,其特征在于，该共通层为一连续叠层结构。

11.如权利要求1所述的触控装置,其特征在于，另包含一保护层,覆盖该多个压电感应单元。

12.如权利要求1所述的触控装置,其特征在于，该压电材料层包含有氧化锌(zincoxide,ZnO)、锆钛酸铅(lead zirconate titanate,PZT)、锆钛酸铅镧(lead lanthanumzirconate titanate,PLZT)、钛酸钡(Barium titanate,BaTiO3)、聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)、聚氟乙烯(polyvinyl fluoride,PVF)、聚氯乙烯(polyvinylchloride,PVC)或石英。

13.如权利要求1所述的触控装置,其特征在于，该共通层包含有氧化铟锡(indium tinoxide,ITO)、氧化铟锌(indium zinc oxide,IZO)、氧化镉锡(cadmium tin oxide,CTO)、氧化铝锌(aluminum zinc oxide,AZO)、氧化铟锌锡(indium tin zinc oxide,ITZO)、氧化锌(zinc oxide)、氧化镉(cadmium oxide)、氧化铪(hafnium oxide,HfO)、氧化铟镓锌(indium gallium zinc oxide,InGaZnO)、氧化铟镓锌镁(indium gallium zincmagnesium oxide,InGaZnMgO)、氧化铟镓镁(indium gallium magnesium oxide,InGaMgO)或氧化铟镓铝(indium gallium aluminum oxide,InGaAlO)。

14.如权利要求1所述的触控装置,其特征在于，该讯号层包含有氧化铟锡(indium tinoxide,ITO)、氧化铟锌(indium zinc oxide,IZO)、氧化镉锡(cadmium tin oxide,CTO)、氧化铝锌(aluminum zinc oxide,AZO)、氧化铟锌锡(indium tin zinc oxide,ITZO)、氧化锡(tin oxide)、氧化锌(zinc oxide)、氧化镉(cadmium oxide)、氧化铪(hafnium oxide,HfO)、氧化铟镓锌(indium gallium zinc oxide,InGaZnO)、氧化铟镓锌镁(indiumgallium zinc magnesium oxide,InGaZnMgO)、氧化铟镓镁(indium gallium magnesiumoxide,InGaMgO)、氧化铟镓铝(indium gallium aluminum oxide,InGaAlO)、纳米碳管(Carbon Nano Tube,CNT)、银纳米碳管或铜纳米碳管。

15.一种触控装置的检测方法,其特征在于，包含以下步骤:

检测一压电感应单元的一由机械形变转化而成的输出信号；

根据该输出信号判断该触控装置是否发生触碰；

藉由一计算步骤,计算产生该输出信号的压电感应单元的坐标位置，

其中该压电感应单元包含有一共通层与一讯号层，以及一压电材料层位于该共通层与该讯号层之间，该共通层接地或接一参考电压，当该压电感应单元被触碰时，该讯号层与该共通层之间形成一电势差，而形成该输出信号，该输出信号通过与该讯号层相连的一讯号导线传送至外部的一微处理器。

16.如权利要求15所述的检测方法,其特征在于，该计算步骤包括:

给该压电感应单元定义一坐标；

根据该压电感应单元坐标及该输出信号计算触碰位置的重心坐标；

计算该压电感应单元与重心的距离；以及

根据压电感应单元与重心的最小距离判断出产生该输出信号的压电感应单元。

17.如权利要求15所述的检测方法,其特征在于，该计算步骤包括比较该压电感应单元之间的输出信号数值大小,将输出信号数值大的压电感应单元判断为被触碰的压电感应单元。