CN113342195B - 整合式触控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种整合式触控装置，其包含一第一基板、一第二基板、多个第一导电电极、多个第二导电电极与多个第三导电电极。该些第一导电电极、该些第二导电电极与该些第三导电电极形成于第一基板之上，第二基板位于第一基板之上。该些第一导电电极指叉式形成于该些第二导电电极之间，该些第三导电电极位于该些第一导电电极之间。该些第三导电电极、该些第一导电电极与该些第二导电电极形成于同一平面。

Description

整合式触控装置
技术领域
本发明关于一种触碰装置，尤其是一种整合触碰、触觉回馈与压力感测的触碰装置。
背景技术
现今触觉回馈技术大多以致动器元件实现，但元件的厚度对于面板设备微缩化却是一大阻碍。近期已有利用拥有较大和较薄的压电陶瓷做为致动器元件，但陶瓷材料较为易碎且并非透明，故通常安装的位置大多于非可视区或背光后并且需增加缓冲元件，虽解决设备微缩化的问题，但却对未来要发展全屏屏幕又是另一限制；压力感测需透过压力传感器来制作，目前也面临到设备需薄化时，传感器厚度将是影响薄化的问题。且若还需触碰功能，则需在原本的屏幕上先搭载触碰功能，对于成本上又是一大增加。
再者，现今压力感测与触觉回馈通常是靠藏于设备中的压力传感器与致动器实现，但这对往后要发展更轻薄或几乎无非可视区的无边框屏幕都有所限制，且需要触碰功能时，还需要外加触碰传感器。故，本发明利用压电致动元件将三种功能整合于面板上，藉此降低设备厚度与制作成本。
发明内容
本发明的目的，为提供一种整合式触控装置，其利用聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Difluoride,PVDF)实现压力感测(force touch)和触觉回馈(haptic)功能，省去外加的致动器与压力传感器(force sensor)。再利用驱动PVDF的导电电极制作出触碰传感器，将触碰、触觉回馈和压力感测功能整合于一触控装置。
为达以上目的，本发明提供一种整合式触控装置，其包含一第一基板、一第二基板、多个第一导电电极、多个第二导电电极与多个第三导电电极。该些第一导电电极、该些第二导电电极与该些第三导电电极形成于第一基板之上，第二基板位于第一基板之上。该些第一导电电极指叉式形成于该些第二导电电极之间，该些第三导电电极位于该些第一导电电极之间。该些第三导电电极、该些第一导电电极与该些第二导电电极形成于同一平面。
本发明提供一种整合式触控装置，其包含一第一基板、一第二基板、多个第一导电电极、多个第二导电电极与多个第三导电电极。该些第一导电电极堆栈形成于第一基板之上，该些第二导电电极与该些第三导电电极形成于第一基板之上。该些第二导电电极的两端连接该些第一导电电极，该些第三导电电极位于该些第一导电电极之间。该些第三导电电极与该些第一导电电极、该些第二导电电极形成于不同平面。第二基板位于该些第一导电电极与该些第二导电电极之上。
附图说明
图1：其为本发明的整合式触碰装置的一实施例的示意图；
图2：其为本发明的整合式触碰装置的整合式结构的第一实施例的第一堆栈流程图；
图3：其为本发明的整合式触碰装置的整合式结构的第一实施例的第二堆栈流程图；
图4：其为本发明的整合式触碰装置的整合式结构的第一实施例的第三堆栈流程图；
图5：其为本发明的整合式触碰装置的整合式结构的第二实施例的示意图；
图6：其为本发明的整合式触碰装置的整合式结构的第三实施例的示意图；
图7：其为本发明的整合式触碰装置的面板驱动电路的实施例的示意图；及
图8：其为本发明的面板驱动电路驱动整合式触碰面板的实施例的流程图。
【图号对照说明】
10 面板驱动电路
20 整合式触碰面板
30 第一基板
31 第二基板
40 第一导电电极
41 第二导电电极
42 第三导电电极
50 显示区
60 讯号产生电路
61 多工器
62 处理器
RX 侦测讯号
TX 驱动讯号
具体实施方式
为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
请参阅图1，其为本发明的整合式触碰装置的一实施例的示意图。如图所示，整合式触碰装置包含一面板驱动电路10与一整合式触碰面板20，面板驱动电路10驱动整合式触碰面板20而运作触碰、触觉回馈和压力感测功能。整合式触碰面板20包含一整合式结构，整合式结构实现压力感测(force touch)和触觉回馈(haptic)功能，并利用驱动多个第三导电电极42(如图3)及多个第二导电电极41(如图3)作为触碰传感器，而具有触碰、触觉回馈和压力感测功能。其中，第三导电电极42是利用聚偏二氟乙烯(PolyvinylideneDifluoride,PVDF)制成，而省去利用外加的致动器与压力传感器(force sensor)提供触觉回馈和压力感测功能。此外，该些第三导电电极42的制作除了可以利用聚偏二氟乙烯，亦可以利用聚氟乙烯(Polyvinyl Fluoride,PVF)或聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride,PVC)的压电聚合物(piezoelectric polymer)。该些第一导电电极40与该些第二导电电极41的制作可以利用二元氧化物、三元氧化物或纳米碳管(Nano carbon tube,CNT)。
请参阅图2，其为本发明的整合式触碰装置的整合式结构的第一实施例的第一堆栈流程图。如图所示，整合式触碰面板20的整合式结构包含多个第一导电电极40与多个第二导电电极41，该些第一导电电极40与该些第二导电电极41可以作为驱动电极(TX)与传输电极(RX)。如此，面板驱动电路10输出一驱动讯号TX，以侦测一侦测讯号RX而执行对应触控功能。而且，面板驱动电路10接收一正压电讯号，并比较正压电讯号与一门坎讯号，以产生一逆压电讯号至该些第三导电电极42，以控制该些第三导电电极42振动，或执行对应压控的功能。再者，该些第一导电电极40与该些第二导电电极41设置于一第一基板30之上。每一第一导电电极40可以驱动至少一第二导电电极41，或者每一第二导电电极41可以驱动至少一第一导电电极40，所以实施例未限制触碰侦测的驱动方式。此外，该些第一导电电极40的一端距离该些第二导电电极41一间距，该些第一导电电极40的另一端连接该些第二导电电极41，该些第一导电电极40指叉式形成于该些第二导电电极41之间。
请参阅图3，其为本发明的整合式触碰装置的整合式结构的第二实施例的第二堆栈流程图。如图所示，整合式结构包含多个第三导电电极42，该些第三导电电极42与该些第一导电电极40作为压电元件，实现触觉回馈和压力感测的功能。其中，该些第三导电电极42沉积且图案化于指叉式的该些第一导电电极40之间，该些第三导电电极42、该些第一导电电极40与该些第二导电电极41形成于同一平面，该些第三导电电极42与该些第二导电电极41相距一间距。再者，该些第三导电电极42的厚度与宽度等于该些第一导电电极40的厚度与宽度，或者，该些第三导电电极42的厚度与宽度可以改为近似该些第一导电电极40的厚度与宽度，即该些第三导电电极42的厚度与宽度可以低于或高于该些第一导电电极40的厚度与宽度些许。
该些第一导电电极40、该些第二导电电极41与该些第三导电电极42设置于第一基板30之上，且构成一种层积式压电元件。压电元件两侧的该些第二导电电极41可以作为触碰传感器，且在表面滑动时可利用手指与屏幕间的电容耦合使局部或整面的屏幕产生摩擦感。再者，压力感测与触觉回馈是透过压电元件的压电材料(如聚偏二氟乙烯)的逆电压效应实现，并搭配输出不同的驱动频率与不同的电压大小，而让使用者获得不同的触觉回馈。例如，该些第三导电电极42的振动频率为1KHz～99KHz。
请参阅图4，其为本发明的整合式触碰装置的整合式结构的第一实施例的第三堆栈流程图。如图所示，整合式结构设置于第一基板30与一第二基板31之间，即第二基板31覆盖该些第三导电电极42、该些第一导电电极40与该些第二导电电极41。第一基板30与第二基板31为显示面板的一保护(cover)基板，所以整合式结构设置可以制作于保护基板内，并具有触碰、触觉回馈和压力感测功能。其中，第一基板30与第二基板31的制作可以利用聚碳酸酯(Poly Carbonate,PC)、聚乙烯对苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate,PET)或/及聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate,PMMA)。
请参阅图5，其为本发明的整合式触碰装置的整合式结构的第二实施例的示意图。如图所示，整合式触碰面板包含一显示区50，该些第一导电电极40、该些第二导电电极41与该些第三导电电极42形成于显示区50之上。第一基板30与第二基板31设置于显示区50之上。图5实施例显示整合式触碰面板可以包含显示功能，然而，由图4实施例可知整合式触碰面板可以不搭配显示面板。换言之，整合式结构的该些第一导电电极40、该些第二导电电极41与该些第三导电电极42可以不设置在保护基板内，而设置在显示区50内的适当位置，即保护基板之下。换言之，本发明的整合式结构可以如图5实施例直接外挂于一般触碰面板的元件，例如on-cell形式。或者，图5实施例可以修改为，整合式结构的第一基板30直接为显示面板的显示区50的上基板，使一般的显示面板具有触碰与触觉回馈的功能。
请参阅图6，其为本发明的整合式触碰装置的整合式结构的第三实施例的示意图。如图所示，整合式结构可以改为图6所绘垂直的层积式压电元件，其结构不同于图5所绘平面的层积式压电元件。即该些第一导电电极的图案可以为图2至图5的指叉式或是图6的区块样式呈现。图6实施例的该些第一导电电极40堆栈形成于显示区50之上，该些第二导电电极41的两端并联连接该些第一导电电极40。该些第三导电电极42形成于显示区50之上，且该些第三导电电极42指叉式的位于该些第一导电电极40之间，即该些第一导电电极40与该些第三导电电极42堆栈形成于显示区50之上。其中，该些第三导电电极42与该些第一导电电极40、该些第二导电电极41形成于不同平面。再者，图6是三个第一导电电极40间设置两个第三导电电极42，然而，其结构可以改为两个第一导电电极40间设置一个第三导电电极42，即由五层结构改为三层结构。此外，图6压电元件的厚度为数十纳米至数百纳米，及图6实施例的整合式结构可以如第四、图5实施例的整合方式，即图6的整合式结构可以直接外挂于显示面板(显示区50)上。
请参阅图7，其为本发明的整合式触碰装置的面板驱动电路的实施例的示意图。如图所示，面板驱动电路10包含一讯号产生电路60，其可以产生一交流讯号或一高压直流讯号。再者，面板驱动电路10可以更包含一多工器61与一处理器62，多工器61依据面板驱动电路10产生的交流讯号或高压直流讯号而产生一驱动讯号TX。驱动讯号TX传输至该些第一导电电极40以用于侦测触碰、按压或滑动的操作。该些第二导电电极41耦接处理器62，如此处理器62接收侦测讯号RX以判断触碰、按压或滑动的操作，而控制多工器61的输出。面板驱动电路10耦接处理器62而依据处理器62的输出，而输出交流讯号或高压直流讯号至多工器61。
请参阅图8，其为本发明的面板驱动电路驱动整合式触碰面板的实施例的流程图。如图所示，于步骤S01，当手指接触整合式触碰面板时，产生侦测讯号RX。于步骤S02，面板驱动电路10依据一滑动门坎讯号与侦测讯号RX而判断是否有滑动的情况。若无滑动的情况返回步骤S01，若有滑动的情况继续步骤S03。于步骤S03，面板驱动电路10依据一按压门坎讯号与侦测讯号RX而判断是否有按压的情况。当只有屏幕上滑动而无按压的情况时，将不触发面板驱动电路10驱动层积式压电元件产生震动，而接续步骤S31。于步骤S31，当判断手指于屏幕上滑动时，面板驱动电路10驱动整合式触碰面板产生滑动感回馈。而且，于步骤S32，面板驱动电路10驱动整合式触碰面板，而利用手指与屏幕(整合式触碰面板)间的电容耦合使局部或整面的屏幕(整合式触碰面板)产生摩擦感。当判断手指为按压屏幕的操作时，接续步骤S04，面板驱动电路10依据手指的操作而执行对应按压的功能，即一按压讯号高于一按压门坎讯号。再者，于步骤S41，面板驱动电路10输出交流讯号或高压直流讯号至压电元件(即该些导电电极40-42)。于步骤S42，该些压电元件的局部或整面因交流讯号或高压直流讯号而发生正压电效应并发生形变，且产生一按压讯号至面板驱动电路10。若此按压讯号低于按压门坎讯号，面板驱动电路10依据按压讯号控制处理器62，处理器62再控制多工器61输出不同的频率极电压大小，因此，于步骤S43，使压电元件的致动层内部正负电荷分离，使得电偶极矩的距离产生变化，导致压电元件收缩或扩张，将电能转换为机械能而产生振动。如此，于步骤44，使用者获得不同的触觉回馈的体验。最后于步骤S05结束运作，并回到步骤S01侦测手指的下一操作。
综上所述，本发明提供一种整合式触控装置，其包含一第一基板、一第二基板、多个第一导电电极、多个第二导电电极与多个第三导电电极。该些第一导电电极、该些第二导电电极与该些第三导电电极形成于第一基板之上，第二基板位于第一基板之上。该些第一导电电极指叉式形成于该些第二导电电极之间，该些第三导电电极于该些第一导电电极之间。该些第三导电电极、该些第一导电电极与该些第二导电电极形成于同一平面。
本发明提供一种整合式触控装置，其包含一第一基板、一第二基板、多个第一导电电极、多个第二导电电极与多个第三导电电极。该些第一导电电极堆栈形成于第一基板区之上，该些第二导电电极与该些第三导电电极形成于该第一基板之上。该些第二导电电极的两端连接该些第一导电电极，该些第三导电电极位于该些第一导电电极之间。该些第三导电电极与该些第一导电电极、该些第二导电电极形成于不同平面。第二基板位于该些第一导电电极与该些第二导电电极之上。
上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种整合式触控装置，其特征在于，其包含：
一第一基板；
多个第一导电电极，形成于该第一基板之上；
多个第二导电电极，形成于该第一基板之上，该些第一导电电极指叉式形成于该些第二导电电极之间；
多个第三导电电极，形成于该第一基板之上，该些第三导电电极位于该些第一导电电极之间，该些第三导电电极、该些第一导电电极与该些第二导电电极形成于同一平面；
一第二基板，位于该第一基板之上；及
一面板驱动电路，输出一驱动讯号，以侦测一触控讯号而执行对应触控功能；
其中，该面板驱动电路接收一正压电讯号，并比较该正压电讯号与一门坎讯号，以产生一逆压电讯号至该些第三导电电极以控制该些第三导电电极振动，或执行对应压控的功能。
2.如权利要求1所述的整合式触控装置，其特征在于，其中，该些第三导电电极与该些第二导电电极相距一间距。
3.如权利要求1所述的整合式触控装置，其特征在于，其中，该些第三导电电极的厚度等于该些第一导电电极的厚度。
4.如权利要求1所述的整合式触控装置，其特征在于，其中，该些第三导电电极为聚偏二氟乙烯（Polyvinylidene Difluoride, PVDF）、聚氟乙烯（Polyvinyl Fluoride, PVF）或聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride, PVC）的压电聚合物（piezoelectric polymer）。
5.如权利要求1所述的整合式触控装置，其特征在于，其中，该些第一导电电极与该些第二导电电极为二元氧化物、三元氧化物或纳米碳管（Nano carbon tube, CNT）。
6.如权利要求1所述的整合式触控装置，其特征在于，其中，该第一基板设置于一显示区之上，该第二基板覆盖该些第三导电电极、该些第一导电电极与该些第二导电电极。
7.如权利要求6所述的整合式触控装置，其特征在于，其中，该第一基板与该第二基板为聚碳酸酯（Poly Carbonate, PC）、聚乙烯对苯二甲酸酯（Polyethylene Terephthalate,PET）或/及聚甲基丙烯酸甲酯（poly(methyl methacrylate, PMMA）。
8.一种整合式触控装置，其特征在于，其包含：
一第一基板；
多个第一导电电极，堆栈形成于该第一基板之上；
多个第二导电电极，形成于该第一基板之上，该些第二导电电极的两端连接该些第一导电电极；
多个第三导电电极，形成于该第一基板之上，该些第三导电电极位于该些第一导电电极之间，该些第三导电电极与该些第一导电电极、该些第二导电电极形成于不同平面；
一第二基板，位于该些第一导电电极与该些第二导电电极之上；及
一面板驱动电路，输出一驱动讯号，以侦测一触控讯号而执行对应触控功能；
其中，该面板驱动电路接收一正压电讯号，并比较该正压电讯号与一门坎讯号，以产生一逆压电讯号至该些第三导电电极以控制该些第三导电电极振动，或执行对应压控的功能。
9.如权利要求8所述的整合式触控装置，其特征在于，其中，该些第三导电电极的宽度等于该些第一导电电极的宽度。
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