CN106293189A - 触控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种触控装置，包括一保护盖板、一平面触控感测层以及一压力感测层。保护盖板用以作为触控装置的保护外盖，其上表面供使用者施以一触压动作。平面触控感测层包括复数第一方向侦测电极和复数第二方向侦测电极。第一及第二方向侦测电极交叉的位置以一透明绝缘材料电性隔开。第一及第二方向侦测电极构成一平面感测图案。压力感测层位于保护盖板与平面触控感测层之间，并具有至少一压感单元。压感单元构成一第一图案。平面感测图案及第一图案在垂直方向上的投影重叠率小于等于平面感测图案的面积的5％。本发明的设计在保证压力侦测的灵敏度的前提下，可以解决压力感测层对平面感测层的信号影响。

Description

触控装置
技术领域
本发明系有关于一种触控装置，特别是有关于一种具有三维触控侦测的触控装置。
背景技术
触控装置为日渐普遍的人机接口装置，当用户观察触控装置后方的屏幕中的文字或图形而触控对应位置时，触控装置会感测这些触控讯号，并传送到控制器进行处理，以产生对应位置的输出信号，常见的感测方式有电阻式、电容式、红外线式和超音波式等。例如，电容式感测系统采用电容传感器，当用户接触触控装置时，所接触位置的电容值会改变。因此，当用户接触不同的位置时，感测系统就会计算出电容的改变程度，然后产生对应位置的输出信号。
近年来，一种可用于侦测压力大小的压力感测装置，因提供给用户更多的使用体验而受到热捧。
现有的触控装置若欲整合侦测触控位置的平面感测电极层和侦测压力大小的压力感测电极，为避免压力感测电极层对平面感测电极层的信号串扰，同时提高压力感测电极的灵敏度，通常会将平面感测电极层和压力感测电极层分开制作于触控显示设备的不同区域，但这样的设计对使用者是不方便，且不利于三维触控侦测。
发明内容
鉴于上述本发明提供一种触控装置，包括一保护盖板、一平面触控感测层以及一压力感测层。保护盖板用以作为触控装置的保护外盖，其上表面供使用者施以一触压动作。平面触控感测层包括复数第一方向侦测电极和复数第二方向侦测电极。第一及第二方向侦测电极交叉的位置以一透明绝缘材料电性隔开。第一及第二方向侦测电极构成一平面感测图案。压力感测层位于保护盖板与平面触控感测层之间，并具有至少一压感单元。压感单元构成一第一图案。平面感测图案及第一图案在垂直方向上的投影重叠率小于等于平面感测图案的面积的5％。本发明的设计在保证压力侦测的灵敏度的前提下，可以解决压力感测层对平面感测层的信号影响，将侦测触控位置的平面感测电极层和侦测压力大小的压力感测电极整合到触控显示设备的相同操作区域，实现一次触压即可获得三维侦测信号。
为让本发明之特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
附图说明
图1、7A～7C、8A～8C为本发明之触控装置的内部架构示意图。
图2为本发明之平面触控感测层的图案示意图。
图3为本发明之压力感测层的图案示意图。
图4-6为本发明之平面触控感测层与压力感测层之间的图案分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
图1为本发明之触控装置的内部架构示意图。在一实施例中，触控装置100系为一可携式电子装置，如电子纸或智能型手机。如图所示，触控装置100包括一保护盖板110、一压力感测层120以及一平面触控感测层130。在本实施例中，压力感测层120与平面触控感测层130分别形成在一基板150的相对两表面上。在一实施例中，压力感测层120与保护盖板110之间系以光学胶贴合。保护盖板110的材质较佳为一强化硬质板，例如硬质塑料、强化玻璃或是三氧化二铝，保护盖板110作为触控装置100的保护外盖，其上表面供使用者施以一触压动作。
压力感测层120位于保护盖板110与平面触控感测层130之间，并具有至少一压感单元(未显示)。压感单元构成一图案。当使用者施加一触压动作于保护盖板110的上表面时，触压动作的力道将造成压力感测层120的图案变形，进而造成压感单元的阻值发生变化。触压动作的不同力道，会造成压力感测层120的图案产生不同程度的变形，进而导致压感单元产生不同程度的阻值变化。因此，可藉由侦测压力感测层120的压感单元的阻值变化程度，便可推得触压动作的力道，也就是触压动作在Z方向的变化。
平面触控感测层130具有复数第一方向侦测电极(未显示)和复数第二方向侦测电极(未显示)。至少在第一及第二方向侦测电极交叉的位置需以一透明绝缘材料电性隔开，并且第一及第二方向侦测电极构成一平面感测图案。在一实施例中，第一及第二方向侦测电极系形成在同一基板的同一表面上，因此，平面触控感测层130可为一单层氧化铟锡(Single ITO；SITO)架构。
当使用者施加一触压动作于保护盖板110的上表面时，触压动作的位置将造成第一与第二方向侦测电极之间的电容容值变化。因此，藉由侦测平面触控感测层的容值变化，便可推得触压动作的位置，也就是触压动作在X方向与Y方向的变化。
在本实施例中，由于平面触控感测层130具备2D的触控功能，再配合压力感测层120的Z方向侦测结果，便可使触控装置100具备了3D触控的功能，用以侦测触压动作在三个方向上的变化。在一实施例中，基板150的材料系为塑料、玻璃或是三氧化二铝，但并非用以限制本发明。
由于压力感测层120位于平面触控感测层130的上方，并且更靠近使用者的操作面，故可避免使用者所施加的触压动作被其它不同的层叠结构所消散掉，可大幅增加压力感测层120的压力感知能力。在本实施例中，平面触控感测层130的平面感测图案与压力感测层120的图案在垂直方向上的投影重叠率小于等于平面感测图案的面积的5％。因此，可避免压力感测层120对平面触控感测层130的信号干扰。
图2为本发明之平面触控感测层的一图案示意图。如上所述，平面触控感测层具有复数第一及第二方向侦测电极。为方便说明，图2仅显示部分的第一及第二方向侦测电极。在本实施例中，第一方向侦测电极XD和第二方向侦测电极YD系形成在一基板的同一表面，也就是形成在同一平面上。因此，图2系显示一单层氧化铟锡(Single ITO；SITO)结构，以作为本发明的平面触控感测层。
在本实施例中，平面感测图案200系由复数第一方向侦测电极XD和复数第二方向侦测电极YD所构成。如图所示，第一方向侦测电极XD包括复数第一方向电极块XE及复数第一连接线220。每一第一连接线220电性连接相邻的两个第一方向电极块XE。每一第二方向侦测电极YD包括复数第二方向电极块YE及复数第二连接线210。每一第二连接线210电性连接相邻的两个第二方向电极块YE。
当使用者施加一触压动作时，施加位置的相对应第一方向电极块XE与第二方向电极块YE之间的容值将发生变化，因而可得知触压动作的发生位置。在本实施例中，第一方向电极块XE与第二方向电极块YE在垂直方向上的投影所构成的图案称为第二图案。在一实施例中，第二图案与压力感测层的图案在垂直方向上的投影彼此不重叠。另外，第一方向电极块XE与第二方向电极块YE之间具有一蚀刻间隙230。在一实施例中，压力感测层120的图案在垂直方向上的投影系位于蚀刻间隙230中。
图3为本发明之压力感测层的一图案示意图。如上所述，压力感测层具有至少一压感单元。为方便说明，图3仅显示压感单元311～318。在本实施例中，压感单元311～318的每一者系由一透明导线迂回曲折而环绕成一辐射状图案。当使用者在保护盖板上施加一触压动作时，相对应的压感单元的线长将发生变化(因被按压)，进而影响压感单元的等效阻值。因此，当触压的力道不同时，压感单元将产生不同的阻值变化。
举例而言，当用户触压的区域系相对于压感单元311时，如果触压的力道较大，则压感单元310的阻值具有较大的变化量；相反地，如果触压的力道较小，则压感单元311的阻值具有较小的变化量。因此，藉由测量压感单元311～318的阻值变化量，便可判断出触压的力道。
由于压感单元311～318的通常由相同材料制作而成，故以下仅以压感单元311为例，说明压感单元的材料选择应考虑的一个重要参数，即材料的应变计因子(Gage Factor；GF)的计算方式。材料的应变计因子(Gage Factor；GF)如下式所示：
GF＝(ΔR/R)/(ΔL/L)；
其中，R为导电材料在未被触压时的等效阻值，ΔR为导电材料被触压后的阻值变化量，L为导电材料未被触压时的线长，ΔL为导电材料被触压后的线长变化量。在一实施例中，为了更好的侦测ΔR的大小，导电材料的应变计因子GF系大于0.5，用以提供较佳的灵敏度。
图4为图2的侦测电极XE、YE与图3的压感单元311～318之间的关系示意图。如图4所示，压感单元311～318所形成的图案构成一第一图案，第一图案在垂直方向上的投影位置并未重叠第一方向电极块XE及第二方向电极块YE在垂直方向上的投影位置。在本实施例中，压感单元311～318在垂直方向上的投影位置是位于平面触控感测层的蚀刻间隙中。在其它实施例中，压感单元311～318的图案与平面触控感测层上的平面感测图案200在垂直方向上的投影重叠率小于等于平面感测图案200的面积的5％。
在一实施例中，藉由测量压感单元311～318的阻值变化，便可得知触压力道，再藉由测量侦测第一方向电极块XE及第二方向电极块YE之间的容值变化，便可得知触压位置，结合触压力道及触压位置，便可达到3D触控功能。
图5及6为本发明之压力感测层的其它图案示意图。在图5中，压感单元的数量为复数个，且复数个压感单元中至少有两个压感单元如压感单元511、512是由同一条透明导线迂回曲折环绕而成。在图6中，压感单元的数量为复数个，且复数个压感单元均是由同一条透明导线迂回曲折环绕而成。与图3相比，图5、图6中所需要侦测电阻变化的侦测电路更少，能大幅减少对应于触控装置的所有侦测电路以及控制电路的电路布局面积。
另外，虽然图3、5及6揭露了不同的压感单元的图案，但并非用以限制本发明。在其它实施例中，可将图3、5及6之至少一者的图案作为一压力感测层上的图案。
在一实施例中，压感单元系布满压力感测层的一可视区。在另一实施例中，压感单元并非布满压力感测层，而是仅形成在压力感测层的一特定区域，如左上角或右上角。当用户在触控装置装置的左上角(对应压力感测层的左上角)施加一触压动作时，相对应的压感单元的阻值将发生变化，再根据使用者的触压力道做相对应的控制，如调整音量或影像亮度。另外，由于压力感测层较接近触控装置的操作面，故可大幅提高侦测的灵敏度。再者，结合压感单元以及侦测电极，便可达到3D触控功能。
图7A～7C为本发明之触控装置的其它内部示意图。在图7A中，触控装置700A包括一保护盖板710A、一压力感测层720A、一平面触控感测层730A以及一绝缘平坦层750A。压力感测层720A形成于保护盖板710A之下，再形成一绝缘平坦层750A于压力感测层720A下，接着在绝缘平坦层750A之下形成平面触控感测层730A。由于压力感测层720A与平面触控感测层730A系形成于保护盖板710A下方，二者仅以一绝缘平坦层750A电性隔开，而无需其他基板，故可节省基板材料。
绝缘平坦层750A系用以平坦化压力感测层720A与平面触控感测层730A的图案，并提供电性绝缘功能，以避免压力感测层720A的图案电性影响平面触控感测层730A的图案的电性。在一实施例中，绝缘平坦层750A的材料系为聚酰亚胺(Polyimide，PI)。在其它实施例中，可利用一自动涂布机将绝缘材料刮成平坦且均匀之薄膜。
在图7B中，触控装置700B包括一保护盖板710B、一压力感测层720B、一平面触控感测层730B以及一基板750B。压力感测层720B形成于保护盖板710B之下。平面触控感测层730B形成于基板750B之上。在一实施例中，平面触控感测层730B与压力感测层720B之间系以一光学胶相贴合。在一实施例中，基板750B系为一显示面板，该显示面板可能具有液晶成分(Liquid crystal)、有机发光二极管(OLED)或是电浆成分(Plasma)。
在图7C中，触控装置700C包括一保护盖板710C、一压力感测层720C、一平面触控感测层730C以及一基板750C。压力感测层720C形成于保护盖板710C之下。平面触控感测层730C形成于基板750C之下。在一实施例中，基板750C与压力感测层720C之间系以一光学胶相贴合。
图8A～8C系为本发明之触控装置的其它内部示意图。如图8A所示，触控装置800A包括一保护盖板810A、一压力感测层820A以及一整合了平面触控感测层837A的显示面板830A。压力感测层820A形成在保护盖板810A之下。在一实施例中，压力感测层820A与显示面板830A之间系以一光学胶相贴合。本发明并不限定显示面板830A的种类。在一实施例中，显示模块110A具有液晶成分(Liquid crystal)、有机发光二极管(OLED)或是电浆成分(Plasma)。
为方便说明，以下将以液晶显示面板为例，如图所示，显示面板830A包括一上偏光板(Top Polarizer)831A、一平面触控感测层837A、一上基板832A、彩色滤波层833A、一液晶层834A、一驱动层835A以及一下基板836A。平面触控感测层837A形成在上偏光板831A之下。上基板832A形成在平面触控感测层837A之下。彩色滤波层833A形成在上基板832A之下。在一实施例中，彩色滤波层833A具有许多彩色滤波器(color filter)。液晶层834A形成在彩色滤波层833A之下。驱动层835A形成在液晶层834A之下。在一实施例中，驱动层835A具有许多薄膜晶体管(TFT)。下基板836A形成在驱动层835A之下。
图8B及8C相似图8A，不同之处在于，图8B的平面触控感测层837B系形成上基板832B与彩色滤波层833B之间，在图8C中，平面触控感测层837C系形成上偏光板831C之上表面。由于图8B与8C的其它半导体层之间的关系与图8A相似，故不再述。在其它实施例中，平面触控感测层可能形成于一彩色滤波层与一液晶层之间，或位于一液晶层与一驱动层之间，或位于一驱动层与一下基板之间，或位于一下基板之下表面。
除非另作定义，在此所有词汇(包含技术与科学词汇)均属本发明所属技术领域中具有通常知识者之一般理解。此外，除非明白表示，词汇于一般字典中之定义应解释为与其相关技术领域之文章中意义一致，而不应解释为理想状态或过分正式之语态。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。

Claims (18)

1.一种触控装置，包括：
一保护盖板，用以作为所述触控装置的保护外盖，其上表面供使用者施以一触压动作；
一平面触控感测层，包括复数第一方向侦测电极和复数第二方向侦测电极，其中所述第一方向侦测电极与第二方向侦测电极交叉的位置以一透明绝缘材料电性隔开，其中所述第一及第二方向侦测电极构成一平面感测图案；以及
一压力感测层，位于所述保护盖板与所述平面触控感测层之间，并具有至少一压感单元，所述至少一压感单元构成一第一图案，其中所述平面感测图案及所述第一图案在垂直方向上的投影重叠率小于等于所述平面感测图案的面积的5％。
2.如权利要求1所述之触控装置，其中每一第一方向侦测电极包括复数第一方向电极块及复数第一连接线，每一第一连接线电性连接相邻的两个第一方向电极块，每一第二方向侦测电极包括复数第二方向电极块及复数第二连接线，每一第二连接线电性连接相邻的两个第二方向电极块，其中所述第一方向电极块与所述第二方向电极块在垂直方向上的投影构成一第二图案，所述第二图案与所述第一图案在垂直方向上的投影彼此不重叠。
3.如权利要求2所述之触控装置，其中所述第一方向电极块与所述第二方向电极块是形成于同一基板的同一表面，且彼此之间具有一蚀刻间隙，所述第一图案在垂直方向上的投影是位于所述蚀刻间隙中。
4.如权利要求1所述之触控装置，其中所述压感单元的图案为辐射状。
5.如权利要求4所述之触控装置，所述压感单元是由一透明导线迂回曲折而环绕成一辐射状图案。
6.如权利要求4所述之触控装置，其中所述至少一压感单元的数量为复数个，且是由至少一条透明导线迂回曲折环绕成复数个辐射状图案，即至少有两个压感单元是由一条细长导线迂回曲折环绕而成。
7.如权利要求5或6所述之触控装置，其中所述透明导线的应变计因子(gagefactor)大于0.5。
8.如权利要求5或6所述之触控装置，其中所述压感单元的线宽为3～500um。
9.如权利要求1所述之触控装置，更包括一基板，所述平面触控感测层和所述压力感测层分别形成于所述基板的相对两表面上，所述压力感测层贴合所述保护盖板。
10.如权利要求1所述之触控装置，其中所述压力感测层直接设置于所述保护盖板之下表面。
11.如权利要求10所述之触控装置，更包括一绝缘平坦层直接设置于所述压力感测层下，而所述平面触控感测层直接设置于所述绝缘平坦层之下。
12.如权利要求10所述之触控装置，更包括一基板，所述平面触控感测层形成于所述基板之上所述平面触控感测层与所述压力感测层之间系以一光学胶相贴合。
13.如权利要求10所述之触控装置，更包括一基板，所述平面触控感测层形成于所述基板之下，所述基板与所述压力感测层之间系以一光学胶相贴合。
14.如权利要求10所述之触控装置，更包括一显示面板，所述平面触控感测层直接设置于所述显示面板之上，所述平面触控感测层与所述压力感测层之间系以一光学胶相贴合。
15.如权利要求10所述之触控装置，更包括一显示面板，所述显示面板至少包括：
一上偏光板；
一上基板，设置于所述上偏光板之下；
一彩色滤波层，设置在所述上基板之下；
一液晶层，设置于所述彩色滤波层之下；
一驱动层，设置于所述液晶层之下；以及
一下基板，设置于所述驱动层之下，其中所述平面触控感测层位于所述显示面板之中。
16.如权利要求15所述之触控装置，其中所述平面触控感测层位于所述上偏光板之上。
17.如权利要求15所述之触控装置，其中所述平面触控感测层位于所述上偏光板与所述上基板之间。
18.如权利要求15所述之触控装置，其中所述平面触控感测层位于所述上基板与所述彩色滤波层之间。
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