CN106855756A - 功能玻璃罩盖 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种功能玻璃罩盖，主要是于上方的表面层与在下方的底基层之间设有多个功能叠层以组成至少一触摸感测器构造及一触摸压力感测器构造，该触摸感测器构造可藉由感测触摸物件接近所述表面层时产生的电容变化量，以解译该触摸物件的指示位置；该触摸压力感测器构造包含在驱动电极与感应电极之间设有一具可塑性变形特性的应变隔离层，利用触摸物件施压力以弯曲所述表面层，使该应变隔离层塑性变形，造成在所述驱动电极与感应电极彼此之间的相对位置发生位移，藉该位移以感测得电容变化量，据以解译该触摸物件对所述表面层的施压力当量。

Description

功能玻璃罩盖

技术领域

本发明涉及一种功能玻璃罩盖，特别是一种可配置在显示屏幕前使用，具有触敏感测功能的玻璃罩盖。

背景技术

为了便利操作信息的输入，在显示屏幕前配置触控板的模组已被广泛应用于智慧手机、平板电脑及笔电等电子产品中。一般触控板可侦测触摸位置的座标，因此可搭配屏幕上的信息进行操作选择以输入，在某些情况下这种输入操作的模式会遇到困难，例如虚拟按钮，它在屏幕上的按压操作仅需要极少力或不需要力来启动，所以经常会发生操作失误或意外启动的情况，造成困扰。要避免上述困扰，对屏幕的虚拟按钮的按压操作如何被正确地解译至触控电路是关键问题，目前已知的解决方案是在触控板底面安装压力感测器，藉该压力感测器来感测物件施加在触控板的力道，以便正确地解译按压操作信息。

美国专利申请案第13/243,925号揭示一种可感测触摸位置与触摸压力的触敏感测装置，其至少包括一或多个触摸感测器搭配一个或多个力道感测器等元件，使计算系统可以根据在该触敏感测装置上的一个操作事件，辨识得触摸位置与触摸压力等信息并基于该等辨识信息执行一或多个动作。该触敏感测装置包括一刚性的表盖板，前述触摸感测器及力道感测器被安装在所述表盖板底面，该表盖板是坚硬的材料、板体不会产生弯曲或变形的以便可将施加在该表盖板上任一处的压力不失真的、忠实地传递到在该表盖板下方的力道感测器。所述力道感测器包含一电阻式的应变计迹线并耦接至一惠斯登电桥，该应变计迹线受外力作用时可变得较长且较窄，因此增加了应变计电阻，该应变计迹线随着所施加力道增加，应变计电阻即可对应地增加，因此，当侦测到应变计电阻上升时即可被解译为施加至所述表盖板的力道。藉此，所述力道感测器可正确获取触摸操作事件的施加力道信息，以供计算系统使用。在这个方案中，触摸感测器与力道感测器为各自独立设置的元件，彼等分别各自感测获取相关信息，再藉由触控控制器整合以供计算系统使用；然而本案在触摸感测器的附近或底面再关联地额外加设一个或多个力道感测器元件，其在安装精准度方面，将对面板组装技术形成一种严峻的挑战，且该增设的力道感测器也会增加整体触敏感测装置的厚度，不利于电子产品的轻薄短小设计趋势。另外，若该刚性的表盖板须因应触摸施力而位移以传达施力的力道至所述力道感测器上，该表盖板的可位移设置结构将可能对电子产品密封性造成减损。

发明内容

本发明提供一种功能玻璃罩盖，主要是在上方的表面层与下方的底基层之间设有一个或多个功能叠层以组成触敏感测结构，该触敏感测结构可以针对在该功能玻璃罩盖上的触摸操作事件中获取电容的变化值，以供计算系统可以辨识得触摸位置与触摸压力等信息，并基于该等辨识信息执行一或多个动作。

根据本发明的功能玻璃罩盖，其至少包含：一表面层，为可挠性的透明薄板；一电绝缘层，为可挠性的透明薄板；一第一电极层，为可挠性的透明导电膜，其配置在所述表面层与电绝缘层之间，具有多个感应电极图案(electrode pattern)；一第二电极层，为可挠性的透明导电膜，其配置在所述电绝缘层的设置第一电极层的相对一侧表面上，具有多个驱动电极图案，所述第一电极层与第二电极层二者之间藉由所述电绝缘层形成空间上分开设置，以共同构成一触摸感测器构造；一底基层，为具刚性的透明板；一第三电极层，具有多个感应电极图案，其配置在所述第二电极层与底基层之间，并与所述第二电极层保持一间隔；以及一应变隔离层，其由具可塑性应变特性的透明的电绝缘材料填充在所述间隔内以构成，所述第二电极层与第三电极层二者之间藉由所述应变隔离层形成空间上分开设置，以共同构成一触摸压力感测器构造。

特别是，所述表面层为经玻璃强化处理的光学玻璃板，其板体厚度在0.5mm以下，优选为约0.2～0.3mm，并令所述表面层的板体四周上端边角呈弧形面或斜面倒角。

特别是，所述间隔约为50～300μm，优选为75～200μm。

特别是，所述应变隔离层的填充材料是选用光学折射率与所述底基层接近的材料，该填充材料选自于OCA光学胶(Optically Clear Adhesive)或透明流质材料，或是聚乙烯塑料、酚醛树脂、无机玻璃…等介电质(Dielectric)材料，但选用的填充材料不以前述列举材料为限。

特别是，所述第二电极层的驱动电极与第三电极层的感应电极分别设置成栅状并使彼此呈间隔错置。

特别是，前述触摸感测器构造与触摸压力感测器构造共用所述第二电极层为驱动电极，并且所述第一电极层与第三电极层具有相同的或类似的感应电极图案。

本发明的结构就如同三明治一般，可在上方的表面层与下方的底基层之间设有一个或多个功能叠层构造，以满足各种功能扩充的需求，例如，可进一步包含在所述第二电极层与应变隔离层之间设一第四电极层，所述第四电极层为可挠性的透明导电膜，具有多个驱动电极图案，藉由所述应变隔离层使所述第四电极层与第三电极层二者之间形成空间上分开设置，以共同构成一触摸压力感测器。

此将于下文中进一步阐明本发明的其他功能及技术特征，熟习本技术者熟读文中的说明后即可据以实现本发明。

附图说明

图1是本发明实施例的各叠层组成示意图；

图2是本发明实施例的剖面示意图，显示该叠层结构未被施加压力的情况，各电极层未变形时的态样；

图3是本发明实施例的剖面示意图，该显示物件施加压力于该叠层结构产生形变时，使驱动电极与感应电极之间发生位置位移的情况；

图4是本发明实施例的第二电极层与第三电极层的电极图案设置的平面示意图；以及图5是本发明另一实施例的各叠层组成的剖面示意图。

符号说明：

10 表面层

11 倒角

20 第一电极层

21 感应电极

30 电绝缘层

40 第二电极层

41 驱动电极

D 间隔

50 应变隔离层

60 第三电极层

61 感应电极

70 底基层

80 触摸物件

90 第四电极层

100 触摸感测器构造

200 触摸压力感测器构造

具体实施方式

以下是以在功能玻璃罩盖的叠层中设置投射式电容触控感测器架构为实施例，对本发明的技术方案进行描述说明。应理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

图1及图2所示的“功能玻璃罩盖”实施例，其结构依序包含下述叠层：一表面层10、一第一电极层20、一电绝缘层30、一第二电极层40、一应变隔离层50、一第三电极层60以及一底基层70。

其中，该表面层10可选用高透明度的薄板材料，例如是光学玻璃板，而且为了使板体具有可挠弯曲特性，其板体厚度，理想的，约为0.4mm，且为了兼顾其耐冲击强度，板体可经化学或热处理手段进行玻璃强化处理。另，在该表面层10的板体四周上端边角设有弧形倒角11，据此当本发明的叠层结构被配置在屏幕表面使用时，即便是历经反复触摸的情况下，仍可有效防止外力使该表面层10自叠层结构剥离。

该第一电极层20为一可挠性的透明导电膜，例如是ITO导电膜，其配置在该表面层10与电绝缘层30之间，在第一电极层20上具有多数间隔排列的感应电极21图案。该电绝缘层30为一具有可挠性的透明薄板，例如是厚度约0.1mm的光学玻璃薄板或PMMA、COP等材料的薄板(但不限于)，该电绝缘层30亦可选用介电质材料以改良触摸信号的增益。该第二电极层40为一可挠性的透明导电膜，例如是ITO导电膜，其配置在该电绝缘层30的底面，具有多数间隔排列的驱动电极41图案。较佳的，可直接在该电绝缘层30的上、下表面分别形成一ITO导电层，然后再对该等上、下导电层进行形成电极图案的加工手段，例如蚀刻，以便分别形成所需的电极图案。

该底基层70选用具刚性的透明板，例如是光学玻璃薄板，其板体厚度约为0.2mm。该刚性的底基层70可对所述的第三电极层60提供支撑力，避免受到来自上方的施力压迫而弯曲变形。又，通常本发明的功能玻璃罩盖是配置在屏幕前使用，该底基层70是被粘贴密合在屏幕的表面盖板上(未显示于图示)，因此可获得屏幕表面盖板的支撑力，以补强刚性，所以该底基层70安装后使用时即使受到来自上方的施力压迫也不易产生弯曲变形。该第三电极层60为一透明导电膜，例如是ITO导电膜，在第三电极层60上具有多数间隔排列的感应电极61图案，其被配置前述底基层70的上表面且位于该第二电极层40的下方，并该第二电极层40保持一平行的间隔D，所述间隔D约为150μm。

该应变隔离层50由具可塑性应变特性的透明的电绝缘材料填充在所述间隔D之内的空间而形成，该应变隔离层50可将第二电极层40与第三电极层60形成上下分层绝缘分隔设置，并确保该应变隔离层50可因受到来自上方的施力压迫作用而形成适度塑性变形的型态，以容许上、下方的二者电极41、61之间改变彼此在空间上的相对位置，例如是缩短彼此垂直向的间距或是形成水平向位置的偏移，然后当施力去除后，该应变隔离层50即可恢复原状，使上、下方的二者电极41、61回复成原来的空间上相对位置。该应变隔离层50的填充材料可选用低光学折射率或是与玻璃折射率接近的材料，例如OCA光学胶或是介电质材料(但不限于)；如果采用OCA光学胶，还可使该应变隔离层50兼具胶合第二电极层40与第三电极层30的效果；若采用介电质材料，则具有增益触摸施力的感测信号的优点。

根据上述描述，该第一电极层20与第二电极层40之间藉由该电绝缘层30形成分隔设置，以共同构成一触摸感测器构造100；当理解的，第一电极层20上的感应电极21可耦接至触控控制器感测电路(未显示于图示)，且第二电极层40上的驱动电极41可耦接至触控控制器驱动电路(未显示于图示)以处理触摸物件触摸或悬空的信号。

参见图2，当触摸物件80，例如是手指或是触控笔，接近该表面层10时，与接近部位相关联的受刺激的驱动电极41可电容性地耦合至该触摸物件80，从而使电荷自受刺激的驱动电极41经由该触摸物件80分流至接地；此可减少与接近部位相关联的自驱动电极41至感应电极21的互电容。当物件80更接近表面层10时，分流电荷的数量可继续增加且在该接近部位的互电容可对应地减少。因此，当触控控制器感测电路侦测到该接近部位的互电容降落时，可将该互电容降落解译为触摸或悬空物件的指示位置。

再者，前述第二电极层40与第三电极层60之间藉由该应变隔离层50形成分隔设置，以共同构成一触摸压力感测器构造200；当理解的，第二电极层40上的驱动电极41可耦接至触控控制器驱动电路(未显示于图示)，且第三电极层60上的感应电极61可耦接至触控控制器感测电路(未显示于图示)，以处理触摸物件触摸压力的信号。

参见图3，当触摸物件80将一压力施加至表面层10时，使表面层10在施压力位置处可弯曲，从而使可挠性的第一电极层20、电绝缘层30及第二电极层40亦相应地弯曲，该变隔离层50形成塑性变形，让第二电极层40的驱动电极41与第三电极层60的感应电极61彼此在垂直向的间距离缩短，此可导致两个电极41、61之间的电容的增大，随着物件80对表面层10所施加的力增大导致弯曲相应增大，间隙电容亦可增大。另外，该应变隔离层50的塑性变形，除了让第二电极层40的驱动电极41与第三电极层60的感应电极61彼此在垂直向的间距离缩短之外，驱动电极41与感应电极61彼此在水平向的相对位置也会产生偏移，形成二造电极有一部份会产生重叠(Overlap)的现象，因此会使两个电极之间的电容的增大，而且同样的它也是随着施加的力增大、该变隔离层50塑性变形增加两个电极的重叠现象，重叠电容亦随之增大。因此，在触摸压力感测器构造200的感测电路侦测到施压力位置处的二个电极41、61之间的电容的升高时，可将该升高解译为压力被施加至表面层10。可在二个电极41、61之间的间隙处于最大时，亦即于不存在触摸物件80施加压力时，确立基线电容，且可将基线电容与在施加压力时的电容比较以便判定电容的变化。前述因触摸物件80施压力至表面层10而造成的间隙电容、重叠电容和其他杂散电容，也许彼等个别的电容变化量甚微，但通过触控控制器感测电路收集汇整此等电容变化量后，根据该汇整的电容变化量即可据此准确解译该触摸物件80对所述表面层10的施压力当量。在一实施例中，为增加所述第二电极层40与第三电极层60之间可被感测的电容量，可将第二电极层40的驱动电极41与第三电极层60的感应电极61分别设置成栅状并使彼此呈间隔错置(参见图4)，或与上述类似的二电极41、61交错布置态样，藉此可提升感测二电极41、61之间的电容变化量，增益解译该触摸物件80施压力当量的准确性。如此，所述触摸压力感测器构造200可以感测到轻点、按压和更强的按压等三种不同强度的触摸压力，因此本发明将使“3D Touch Display”成为可实现的技术。

在上述实施例中，触摸感测器构造100与触摸压力感测器构造200为基本架构相同的电容式感测器构造，如此，本发明可在不变更现有电容式感测器的基础上去设置使用，甚至可使用现有电容式触控控制电路的IC即可运作，不必针对性的再去重新设计开发一个新的触控控制电路IC，可大幅节省成本，因此可大幅节省新元件开发设计的成本。再者，该触摸感测器构造100与触摸压力感测器构造200是共用第二电极层的驱动电极41。然而，在其他实施例中，可进一步地在所述第二电极层40与应变隔离层50之间设置一第四电极层90，如图5，该第四电极层90为可挠性的透明导电膜，具有多驱动电极91图案，藉由所述应变隔离层50使所述第四电极层90与第三电极层60二者之间形成空间上分开设置，以共同构成一触摸压力感测器结构200。藉此使各个感应电极分别搭配个别一个专属的驱动电极，以利控控制器感测电路的设定调控，以及提升感测信号精度。

概观而言，本发明的叠层结构就如同三明治一般，可方便地在上方的表面层10与下方的底基层70之间选择性设有一个或多个功能叠层，以满足各种功能扩充的需求。该功能玻璃罩盖的整体叠层组合起来的厚度约略仅0.8mm，其非常适合配置于轻薄短小的手机屏幕上使用；且本发明为了使该表面层10具有可弯曲特性而选用厚度0.4mm以下的薄板，不但可提升设置在下方的电容感测器的敏感度，亦可提高其他感测电路的辨识效能，例如指纹辨识感测器(fingerprint sensor)，透过该薄的表面层10可直接精准地进行指纹辨识，不须要如目前市售手机装置在设置指纹辨识感测器的位置处的该表面层上设置鱼眼凹坑结构，以便使该部位的板体厚度变薄来提升辨识指纹的精准度，因此可简化加工制成、节省成本。

尽管已参考附图并结合具体实施例完整说明本发明，应注意熟习此项技术人士会明白各种变化及修改。此类变化及修改应理解为包括于由随附权利要求书所定义的本发明的范畴内。

Claims (10)

1.一种功能玻璃罩盖，其特征在于，至少包含：

一表面层，为可挠性的透明薄板；

一电绝缘层，为可挠性的透明薄板；

一第一电极层，为可挠性的透明导电膜，其配置在所述表面层与电绝缘层之间，具有多个感应电极图案；

一第二电极层，为可挠性的透明导电膜，其配置在所述电绝缘层的设置第一电极层的相对一侧表面上，具有多个驱动电极图案，所述第一电极层与第二电极层二者之间藉由所述电绝缘层形成空间上分开设置，以共同构成一触摸感测器构造；

一底基层，为具刚性的透明板；

一第三电极层，具有多个感应电极图案，其配置在所述第二电极层与底基层之间，并与所述第二电极层保持一间隔；以及

一应变隔离层，其由具可塑性应变特性的透明的电绝缘材料填充在所述间隔内以构成，所述第二电极层与第三电极层二者之间藉由所述应变隔离层形成空间上分开设置，以共同构成一触摸压力感测器构造。

2.如权利要求1的功能玻璃罩盖，其特征在于，其中，所述第一电极层与第三电极层具有相同的或类似的感应电极图案。

3.如权利要求1的功能玻璃罩盖，其特征在于，其中，所述间隔约为75～200μm。

4.如权利要求1的功能玻璃罩盖，其特征在于，其中，所述应变隔离层的填充材料是选自于OCA光学胶。

5.如权利要求1的功能玻璃罩盖，其特征在于，其中，所述应变隔离层的填充材料是选自于介电质材料。

6.如权利要求5的功能玻璃罩盖，其特征在于，其中，所述介电质材料为聚乙烯塑料、酚醛树脂、无机玻璃之一。

7.如权利要求1的功能玻璃罩盖，其特征在于，其中，所述第二电极层的驱动电极与第三电极层的感应电极是分别设置成栅状并使彼此呈间隔错置。

8.如权利要求1的功能玻璃罩盖，其特征在于，其中，进一步包含在所述第二电极层与应变隔离层之间设一第四电极层，所述第四电极层为可挠性的透明导电膜，具有多个驱动电极图案，藉由所述应变隔离层使所述第四电极层与第三电极层二者之间形成空间上分开设置，以共同构成一触摸压力感测器。

9.如权利要求1的功能玻璃罩盖，其特征在于，其中，所述表面层为经玻璃强化处理的光学玻璃板，其板体厚度约0.2～0.3mm。

10.如权利要求1的功能玻璃罩盖，其特征在于，其中，所述表面层的板体四周的上端边角是呈弧形面或斜面倒角。