CN203812221U - 电容式触控板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电容式触控板，其包含一基板、多条第一电极与多条第二电极分别设置在基板表面上且分别朝一第一方向与一第二方向延伸，其中第一电极具有至少一条第一主分支电极沿着第二方向延伸，第二电极具有至少一条第二主分支电极以及至少一条第二次分支电极沿着第一方向延伸。
Description
技术领域
本实用新型涉及触控板，特别是涉及一种具有主分支电极以及次分支电极的触控电极图形结构。
背景技术
触控电极能够侦测到主动区域或显示区域内的触控动作，如侦测是否有使用者用手指按压触控屏幕上的固定影像，或是侦测手指在触控屏幕上的位置。某些触控面板能够侦测手指以外的对象，如触控笔。在显示屏幕上使用触摸板能够改变电子装置的显示模式，如呈现可供使用者经由触摸来选取、操作、或作动的图像或按钮。因此，触控屏幕能够提供手机、全球导航系统、个人行动助理、自动提款机等电子装置有效的用户界面。
一般触摸板使用多种技术来感测手指或触控笔，诸如电阻式、电容式、红外线式或是表面声波式。其中，电容式触摸板是现今的主流产品，其结构一般为使用透明导电材质，如氧化铟锡(ITO)，在绝缘基板上形成特定的感应电极图形，如X轴电极与Y轴电极排列成阵列型态并彼此间达到电容耦合。当对象触碰或靠近触控屏幕时，触控屏幕特定位置上原本的电容会有所改变，此电容的变化值将会传送到控制器来进行触控的判别，进而决定出触控位置。
在电容式触控技术中，其中又以互容式(mutual capacitance)的感应更能感测多点触控的行为，被广泛应用在多种触控产品上。然现今的触控产品上被动触控笔写与手套感应的应用需求增加时,电容式触控技术仍有许多习知问题有待解决。首先，对于互容式电极结构来说，其信噪比(SNR)是正比于发射电极(Tx)的驱动电压，故如果要提高信噪比就必须提高发射电极的驱动电压（10V以上），其需要较高成本的IC工艺来实现。其次，现今大多的互容式触控技术多采用缩小电极的节距（约缩小到4厘米以下）来增加感测的分辨率并达到较佳的线性度，然而这样的做法不仅会需要增设更多的感应电极，也会增加感测的反应时间。再者，在面板上离感应电极越远的触控位置，其所能产生的电容信号越弱，使得定位能力更差，应用于超薄面板设计中会使此缺点更为明显。
实用新型内容
鉴于上述习知互容式触控技术的诸多缺失，本实用新型的目的即在于提出一种低成本且高效率的互容式触控电极图形设计，其透过减少电极之间互容值且增设分支电极的方式有效地解决前述诸多的习知问题，达到较佳的感测灵敏度，并得以节省触控模组制作成本。
本实用新型特殊的电极设计可在不提高驱动电压及不缩小电极节距的情况下，例如发射电极的驱动电压保持在10V以下，电极节距保持约4～7厘米，仍可维持线性度且可使用于触控笔运用上。
根据本实用新型一态样，其提出了一种电容式触摸板，包含一具有上表面与下表面的基板、多条第一电极间隔设置在上表面上且沿着一第一方向延伸以及多条第二电极间隔设置在下表面上且沿着一第二方向延伸，其中第一电极具有至少一条第一主分支电极沿着第二方向延伸，第二电极具有至少一条第二主分支电极沿着第一方向延伸以及至少一条第二次分支电极沿着第一方向延伸。
无疑地，本实用新型的这类目的与其他目的在阅者读过下文以多个附图来描述的优选实施例细节说明后将变得更为显见。
附图说明
图1为根据本实用新型优选实施例的第一电极（接收电极）的俯视图；
图2为根据本实用新型优选实施例的第二电极（发射电极）的俯视图；
图3为图1所示的第一电极与图2所示的第二电极迭合后的放大俯视图；以及
图4为根据本实用新型优选实施例的电容式触摸板的横断面示意图，其绘示出第一电极与第二电极之间的相对位置与电容耦合关系。
其中，附图标记说明如下：
100 第一电极
102 电极部
104 桥接部
106 第一主分支电极
110 第二电极
112 电极部
114 桥接部
116 第二主分支电极
118 第二次分支电极
120 虚置导体块
130 基板
140 保护玻璃
150 液晶模组
160 触控笔
P1,P2 节距
具体实施方式
在下文的细节描述中，组件符号会标示在附示中成为其中的一部份，并且以可实行所述实施例的特例描述方式来表示。这类实施例会说明足够的细节使得所属领域的一般技术人员得以具以实施。阅者须了解到本实用新型中也可利用其他的实施例或是在不悖离所述实施例的前提下做出结构性、逻辑性、及电性上的改变。因此，下文的细节描述将不欲被视为是一种限定，反之，其中所包含的实施例将由随附的权利要求来加以界定。
首先请参照图1，其绘示出根据本实用新型优选实施例中多条第一电极图形的俯视图。本实用新型的第一电极可为互容式感应电极结构中的接收电极(Receiver,Rx)，其可与对应的发射电极产生电容耦合并构成投射电场，此感应机制将于后续实施例中详述。如图1所示，第一电极100呈等间距平行设置，且沿着一第一方向延伸，如X轴方向。第一电极100是由多个电极部102与多个桥接部104交替连接而成，其中电极部102的宽度大于桥接部104的宽度。在此优选实施例中，电极部102设计成狭长矩形，其与桥接部104连接的一端呈渐缩态样，两者使用单一材质形成，如使用ITO材料以光刻工艺一体成形在基板上。在尺度方面，举例来说，第一电极100之间的节距P1介于4～7厘米之间，为较大电极节距的设计。桥接部104的宽度约为300微米(μm)，桥接部104的长度可设定成其宽度的三至四倍，如1厘米。电极部102的宽度约为节距P1的六分之一至七分之一，如1厘米，长度则为节距P1的七分之五，如4厘米。须注意以上的尺度规格皆为例示之用，但并不以此为限。
再次参照图1，本实用新型的特征要点在于，电极部102的两侧有第一主分支电极106延伸而出。在本实用新型的优选实施例中，第一主分支电极106是设置在电极部102两侧的中点上，其沿着一第二方向延伸而出，如Y轴方向，其中第一方向与第二方向较佳呈90度角。如图所示，两相邻的第一主分支电极106彼此相对但不互相接触。在尺度方面，举例来说，第一主分支电极106的长度可为第一电极100的节距P1的三分之一，如2厘米。第一主分支电极106的宽度可为介于300～400微米之间。两相邻的第一主分支电极106之间的间距d约为1厘米。须注意以上的尺度规格皆为例示之用，但并不以此为限，且本实用新型中第一主分支电极106的数量并不限定为只有一条。
接着请参照图2，其绘示出根据本实用新型优选实施例中多条第二电极图形的俯视图。本实用新型的第二电极可为互容式电极结构中的发射电极(Transmitter,Tx)其可与对应的接收电极(Rx)产生电容耦合并构成投射电场。如图2所示，第二电极110呈等间距平行设置，且沿着一第二方向延伸，如Y轴方向。同第一电极100，第二电极110是由多个电极部112与多个桥接部114交替连接而成，其中电极部112的宽度大于桥接部114的宽度。在此优选实施例中，电极部112呈狭长矩形，其与桥接部114连接的一端呈渐缩态样，两者使用单一材质形成，如使用ITO材料以光刻工艺一体成形在基板上。在尺度方面，举例来说，第二电极110之间的节距P2介于4～7厘米之间，桥接部114的宽度约为300微米(μm)，长度可设定成其宽度的三至四倍，如1厘米。电极部112的宽度约为节距P2的六分之一至七分之一，如1厘米，长度则为节距P2的七分之五，约4厘米。须注意以上的尺度规格均为例示之用，但并不以此为限。
再次参照图2，电极部112的两侧有第二主分支电极116延伸而出。在本实用新型的优选实施例中，第二主分支电极116是设置在电极部112两侧的中点上，其沿着一第一方向延伸而出，如X轴方向，其中第一方向与第二方向较佳呈90度角。如图所示，两相邻的第二主分支电极116彼此相对但不互相接触。在本实用新型中，第一电极100与第二电极110的差别处在于，如图2所示，第二电极110的电极部112两侧另外具有第二次分支电极118。在本实用新型的优选实施例中，第二次分支电极118分设在第二主分支电极116两侧且相隔一样的间隔。此外，在其他实施例中，第一电极100也可形成有如第二电极110般的次分支电极，端视实际需求与设计而定。
在尺度方面，举例来说，第二主分支电极116的长度可为第二电极110的节距P2的三分之一，如2厘米。第一电极100的节距P1与第二电极的节距P2可设定为相同。第二次分支电极118的长度则小于第二主分支电极116的长度。第二主分支电极116与第二次分支电极118的宽度可相同，如介于300～400微米之间，两相邻的第二主分支电极116之间的间距d约为0.4厘米。须注意以上的尺度规格皆为例示之用，但并不以此为限，且第二主分支电极116的数量并不限定为只有一条，而其两侧的第二次分支电极118的数量也不限定为分别只有一条，其可能在两侧呈多条多种长度的次分支设计。
接着请参照图3，其绘示出图1所示的第一电极100与图2所示的第二电极110叠合后的放大俯视图。如图3所示，叠合后的多条第一电极100与多条第二电极110共同构成了一电极阵列，两者较佳在其桥接部104/114部位交错，进而界定出多个方形感应区域单元，且第一电极100及第二电极110可位于同一基板上下两侧，或是位于一基板的同一侧，或是分别设置于不同基板上。第一主分支电极106、第二主分支电极116、以及第二次分支电极118是延伸进入感应区域单元之中的。复如图3所示，在优选实施例中，设置在电极部侧边中点的第一主分支电极106与第二主分支电极116会从四个方向延伸接近感应区域单元的中点，且相邻第一主分支电极106间距是相邻第二主分支电极116间距的2.5倍，而第二次分支电极118则会与第二主分支电极116以及第一电极100等间隔设置。须注意对应不同的电极节距以及X轴/Y轴夹角，感应区域单元亦可能是其他形状，如长方形或平行四边形等，且主分支电极与次分支电极可能为非直线态样，如弧形、波浪形、锯齿形等。
从图3可以清楚看出，本实用新型的主分支电极与次分支电极设计可以有效覆盖感应区域单元内的空乏区域，而剩余的空乏区域则可另外设置多个虚置导体块120来加以填补。虚置导体块120的材质可与电极相同，而可增加电极与IC电路之间的电磁屏蔽效果，并可增加平面上的单位图形均匀度，但其并未加以通电，故不会对电容值造成负面影响。另需注意到，所述虚置导体块120不会和第一电极100及第二电极110直接接触，图3为第一电极、第二电极分别设于基板上下两侧且处置导体块位于基板下侧的实施情况；应当理解的是，第一电极100及第二电极110可同时设在基板同一侧，并在桥接部114交错处以非导电性材质隔开。
在说明完上述本实用新型的电极图形设计之后，接下来将以横断面图来说明所述电极在基板上的相对位置以及其电容耦合关系。现在请参照图4，其绘示出根据本实用新型优选实施例中电容式触摸板的横断面示意图（图中仅绘出第一电极100及第二电极110分设于基板上下两侧的实施情况）。如图4所示，本实用新型的第一电极100与第二电极110是分别设置在一透明基板130的上下表面的。透明基板130的材质可为PET、PC、PMMA、PEN、PES、PVA、PI、PS、玻璃等。一保护玻璃140，如强化玻璃，设置在第二电极(Rx)110电极上以提供保护效果，操作时保护玻璃140为进行触控或近接的一端。内含驱动电路的液晶模组150则设置在另一侧的第一电极100下方，其中的驱动IC（未图标）会与第二电极(Tx)110电联接并提供一驱动电压信号。在接受驱动电压后，第一电极100与第二电极110之间会产生投射式电场（如图中虚线所示），达成两电极间的电容耦合。如此，当一触控笔160接近或接触保护玻璃140时，其会改变两电极间的既有电场，并吸收部分电容使得感应电容值发生改变，其中的作用机制可以下述公式来说明：
ΔCP=(CP-Cf)/CP…（一）
其中，Cp为驱动节点的互感感应电容；Cf为手指感应的对地电容；而ΔCp为原有感应电容的电容变化比值。
由上述式(一)可知，驱动节点的感应电容Cp值越大，触控感应时的电容变化比值ΔCp就越接近1，代表其触控行为发生时的电容变化量越小，对于感测相对不易。
本实用新型将第一电极100与第二电极110设计呈狭长形状，即实质上缩小电极的线宽，如此使得电极间彼此的距离增大，而缩小变窄的桥接部设计可使两电极的重合面积更为缩小，以上种种设计都能使驱动节点的感应电容Cp值变小。如此，触控行为发生时电容变化比值ΔCp变化量相对变大，有助于触控的感应，增加感应的灵敏度。感测灵敏度的增加也使得本实用新型有条件应用在未来对电容变化比值条件更严苛的双层超薄薄膜基材的触控面板设计中。
另一方面，本实用新型的优点在于，就互容式感应技术而言，发射电极（Tx，即第二电极110）与接收电极（Rx，即第一电极100）交会处的电容信号最强，越往方形感应区域内部，如区域中心点，其电容信号越弱。本实用新型不采用习知技术缩小电极节距或是高压驱动/高制作成本的作法，而以主分支电极与次分支电极的设计来达到有效覆盖方形感应区域内部的空乏区域的功效，以增强该处的电容信号，改善了习知技术中互容式感应分辨率不足的问题，同时又不会造成第一电极100与第二电极110有过多的重合区域，进而造成驱动节点的感应电容Cp值变大而使得感测灵敏度变小。
再者，填补剩余空乏区域的虚置导体块120与第二电极110都设置在基板130的下表面，两者共同作为上方第一电极100与下方液晶模组150之间的电磁屏蔽，以减少感测噪声。虚置导体块120也可作为图中磁力线的跳板，达到降低感应电容Cp值的效果。
故综合上述说明，本实用新型的分支电极设计较之习知技术能有效提升电容感应的灵敏度与分辨率，减少所需设置的电极pin数目以及制作成本，其兼具实质的特征创新与功效。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种电容式触控板，其特征在于，包含：
至少一基板；
多条第一电极，其间隔设置在所述基板上且沿着一第一方向延伸；以及
多条第二电极，其间隔设置在所述基板上且沿着一第二方向延伸；
其中所述第一电极具有至少一条第一主分支电极沿着所述第二方向延伸，所述第二电极具有至少一条第二主分支电极沿着所述第一方向延伸以及至少一条第二次分支电极沿着所述第一方向延伸。
2.根据权利要求1所述的电容式触控板，其特征在于，所述第一电极另具有至少一条第一次分支电极沿着所述第二方向延伸。
3.根据权利要求2所述的电容式触控板，其特征在于，所述第一主分支电极与所述第二主分支电极的长度相同，所述第一次分支电极与所述第二次分支电极的长度相同。
4.根据权利要求1所述的电容式触控板，其特征在于，所述第一主分支电极与两侧相邻的所述第二电极等间距，所述第二主分支电极与两侧相邻的所述第一电极等间距，所述第二主分支电极及所述第二次分支电极彼此等间距设置，且所述第二次分支电极及所述第一电极彼此等间距设置。
5.根据权利要求1所述的电容式触控板，其特征在于，所述第一电极的节距为所述第一主分支电极长度的三倍，所述第二电极的节距为所述第二主分支电极的长度的三倍。
6.根据权利要求1所述的电容式触控板，其特征在于，所述第一电极的节距介于4～7厘米之间，所述第二电极的节距介于4～7厘米之间。
7.根据权利要求1所述的电容式触控板，其特征在于，所述第一主分支电极、所述第二主分支电极以及所述第二次分支电极的宽度均介于300～400微米之间。
8.根据权利要求1所述的电容式触控板，其特征在于，所述第一电极与所述第二电极均由多个电极部与多个桥接部交替连接而成，且所述电极部的宽度大于所述桥接部的宽度。
9.根据权利要求8所述的电容式触控板，其特征在于，所述桥接部的长度为所述桥接部的宽度的三至四倍。
10.根据权利要求1所述的电容式触控板，其特征在于，另包含多个虚置导体块设置在所述基板表面的剩余空间上。
11.根据权利要求1所述的电容式触控板，其特征在于，所述第一电极间隔设置在所述基板的上表面，所述第二电极间隔设置在所述基板的下表面。
12.根据权利要求1所述的电容式触控板，其特征在于，所述第一电极与所述第二电极设置在所述基板的同一表面上，所述第一电极与所述第二电极之间以非导电性材料隔绝。
13.根据权利要求1所述的电容式触控板，其特征在于，相邻的所述第一主分支电极的间距为相邻的所述第二主分支电极的间距的2.5倍。
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