TW201117071A - PVDF piezoelectric thin touch panel and control method thereof - Google Patents

Description

201117071 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於-種PVDF壓電薄膜式觸控面板及其控制 方法mx PVDF壓電_作為觸控面板的定位感應機 制，俾能藉由訊號處理運算而獲悉與碰觸位置相應的座標位置 資訊者。 【先前技術】 按’-般螢幕觸控面板主要作為貼附在映像管或液晶顯示 器上的觸控裝置。螢幕觸控面板功能在於使一般民眾藉由手指 或觸控筆輕壓顯示器面板上的選項’即可完成資料傳輸或閱讀 螢幕上的訊息。依據目前所知，觸控面板大致可分為電阻式觸 控面板、電容式觸控面板、超音波觸控面板以及紅外線觸控面 板。 上述電阻式觸控面板係如本國新型第M361173號『觸控面 板之XY轴Is號阻抗控制結構』所不的專利前案，該習用纟士構 表層是用聚脂膜片電鍍一層氧化物體（ΙΤ0)的薄膜，更底層 是玻璃基板’在玻璃基板與聚酯薄片之間，則是另一層更小的 塑料分隔區間，在分隔的區間表層的聚酯薄片上，安裝γ軸 方向的感測器，在底層的玻璃板上，安裝X軸方向的感測器， 並同時通上微量電壓，當手指或觸控筆壓在面板上時，X軸 和Y軸兩片導電電阻膜就會重疊而產生電壓差，就可以測出接 201117071 &速反應在螢幕上。該習用結構係制電屋侧 =感應按觸座標，並可透過任何介質輸人，因而具有價格 、◊的優勢目則多應用於PDA上惟其製程中（ΙΤ0薄 、所需材健轉殊’因此勤少數的美日生產廠商供應與 巴:難免料㈣的廠商造成—定程度_擠與壓縮，進而 減損台灣廠商的競爭能力。 另上述電谷式觸控面板係如本國新型第M_99號『電 籲容式觸控面板』所示之專利前案，該習結構則較電阻式觸控面 板的電路更為複雜，其結構原理有兩種，一種是只有一個玻璃 電鍵導電膜，應用在如ATM上的觸控螢幕；另一種為兩片玻璃 間皆塗上導電塗膜，外側再覆上防刮塗膜，且塗膜上佈滿低壓 電流形成電容狀態，玻璃板周圍的電極，會在外側導電層上產 生均勻的碰電場，内側導電層則可以提供電磁保護屏，可以 減低雜訊。每當手指接觸到螢幕，就會與外側導電層上的電場 _·產生電容搞合，而吸去微小的電流，用手指所吸收的電極就可 測量來自各⑽落的電流，這個钱的變化就是接觸點的位 置’接觸面板的物體需要能導電體，才能吸收電流，所以洲· 對觸控筆不會感應，必須使用會導電的手指皮膚部份。 由於電容式觸控面板因防水、防刮，且透光度較一般電阻 式為高的緣故’因此，已經大量的應用在各式的終端產品上， 其缺點是面板製程較為複雜，需要鑛上多層薄膜，致使生產成 本居高不下，況且現階段無法應用在小尺寸產品上，加上必須 201117071 具備相當複_光電應用财導難簡賴，致使苴製造費 用上亦顯得非常昂貴。 八 、 此外’超音波觸控面板由於容易受到環境影響，以致其解 析度及精確性相對較差，所以廠商的接受度並不高；而紅外線 觸控面板因其受限光電感測機制體積較大的緣故，使其定位解 析度1 目對幸乂差，而且造價相當較高，所以廠商的接受度度同樣 不商。 【發明内容】 本發明之主要目的在提供一種p娜壓電薄膜式觸控面板 及八控制方法’主要係利用廢電薄膜之正壓電特性，使P卿 壓電薄膜作為觸控面板的壓力感應元件，不僅製作上較無基板 ”面積的聞’且整體結構較為簡化，於製作上更為簡單容 易’因而具有生產成本低廉、商品價格相對較低以提升競爭 力、應用範圍較為廣泛，並可節省電能等諸多特點。 丨 為達上述功效，本發明採用之技術手段係包括一透明基 丨板、一設在基板上的觸壓感測組件及一訊號處理模組，觸壓感 測組件包括複數條沿著X軸方向間隔並行排列於該基板的第 一PVDF壓電薄膜件’及複數條沿著γ轴方向間隔並行排列於 該基板的第二PVDF堡電薄膜件，該第一 PVDF壓電薄膜件與該 第-PVDF壓電薄膜件相互交錯，並將該第一 pvDF壓電薄膜件 與該第二卩雨壓電_件交錯的位置設定為座標制區當 4座標感測區承受外力時，該第—、第二pVDF壓電薄膜件因 201117071 -材料應變而造成偶極距的變化，據此得以產生一作為乂轴方向 感測，用的第一縣訊號，及—作為Y軸方向感測之用的第二 電Lfi遗H藉由訊號處理模組的訊號處理下*獲悉與碰觸 位置相應的座標位置資訊者。 【實施方式】 壹•本發明應用原理 明參看第一至三圖所示，本發明主要係利用pvDF壓電薄 ^的感’則特性來做成觸控式面板。由於PVDF壓電薄膜具有高 壓電應力係數、高響應頻率及高耐衝擊力等特性，非常適合用 於動‘4量測之用途。為架構一個較為完整的壓力量測系統，本 發明所使用的PVDF薄膜已預先在pVDF壓電薄膜兩側鍍上薄 的鋁電極（210)(220)，因此，當外力造成材料應變時，該應變 會造成分子偶極矩的變化，此時在PVDF壓電薄膜兩端之電極 上的自由電荷則會受到感應而在兩端之鋁電極（210)(220)產 生電位差’此時的PVDF壓電薄膜會因為正電壓效應而產生電 鲁壓。另一方面，本發明的觸壓感測組件（20)係將第一、第二 PVDF壓電薄膜件（21)(22)予以交錯排序，進而可以獲得較多 之可供觸碰的座標感測區（23)，再藉由訊號處理模組（3〇)進行 訊號放大及掃描量測各座標感測區（23)的感測讀值。另外，本 發明所採用之PVDF壓電薄膜亦可用在量測出體重、腳底板或 掌型壓力分部以及觸控面板的應用上。 貳·本發明的技術特徵 201117071 2.1本發明基本架構 /請參看第-、四圖及第五圖所示’本發明之基本技術特徵 係包括-透明片狀基板（1〇)及-設在基板⑽上的觸壓感測 組件（20)，其巾基板（1〇)的具體實關可以是—般玻璃製成的 基板，且為使觸壓感測組件（2〇)表面具備防刮、防塵及防水功 效，係於觸壓感測組件（20)表面上覆設有一透明的保護層 ⑴）。 θ 明參看第一、一圖及第六圖所示，本發明基本架構則包括 一透明基板（10)、一設在基板（10)上的觸壓感測組件（2〇)及一 訊號處理模組(3〇)，當使用者以其手指或身體其他部位碰觸觸 壓感測組件（20)而可產生電壓訊號’該電壓訊號經由訊號處理 模組（30)處理後而可產生一與碰觸位置相應的座標位置資訊。 2. 2本發明主要技術特徵 請參看第一至五圖所示，上述觸壓感測組件（2〇)包括複數 條沿著X軸方向間隔並行排列該基板（10)的第一 PVDF壓電薄 膜件（21)，及複數條沿著γ軸方向間隔並行排列於基板（1〇) 的第二PVDF壓電薄膜件（22)，第一 PVDF壓電薄膜件（21)與 第二PVDF壓電薄膜件（22)相互交錯，並將第一 PVDF壓電薄膜 件（21)與第二PVDF壓電薄膜件（22)交錯的位置設定為座標感 測區（23)，當座標感測區（23)承受外力時，該第一、第二pvDF 壓電薄膜件（21)(22)因材料應變而造成偶極距的變化，據此得 以產生一作為X軸方向感測之用的第一電壓訊號，及一作為γ 201117071 轴方向感測之_第二電壓減，再經訊號處理(加）訊號 處理後而可產生—與碰觸位置相應的控制訊號，如此即可獲悉 碰觸位置的實際座標資訊。 X心 參·本發明具體實施例 3· 1觸壓感測組件 請參看第-圖所示，本發明觸壓感測組件（2〇)包括第一 PVDF壓電薄膜件⑻及第二歷歷電薄膜件（22)，為使本發 鲁明具備複數個矩陣座標感测區（23)目的，係使每一第一 pvDF 壓電薄膜件（21)與每-第二PVDF壓電薄膜件(22)分別成為條 狀’且每一第一 PVDF壓電薄膜件（21)與每一第二pvDF壓電薄 骐件（2 2 )分別包括有複數個片段，每二相鄰之片段貼接有導電 銀膠（24) ’使每二相鄰之片段形成電性導通。且第一 pvD{r壓 電薄臈件（21)與第二PVDF壓電薄膜件（22)之兩側分別覆設一 薄膜式的鋁電極（210)(220)，其一側之鋁電極（210)(220)可以 ^ 作為正電極，另一側之鋁電極（210)(220)則作為負電極。 5月參看第一、四圖及第五圖所示，再者，為隔離第一 PVdf 壓電薄膜件（21)與第二PVDF壓電薄膜件（22)目的，係於第一 PVDF壓電薄膜件（21)與第二PVDF壓電薄膜件（2 2 )之間覆設有 一層透明的隔板（12)。 3. 2訊號處理模組 請參看第六、七圖所示，本發明訊號處理模組（3〇)主要係 對以矩陣排列方式的觸壓感測組件（2〇)所感測之電壓訊號進 201117071 竹知描置測及分析’以其出觸碰位置的實際座標資訊。 於一種具體實施例中，訊號處理模組（30)係包括一訊號處 理電路（31)、一訊號識別電路（32)及一運算單元（33)，該訊號 處理電路（31)用以將各第一電壓訊號與各第二電壓訊號予以 敌大處理’再以該訊號識別電路（32)進行掃目苗以讀取各第一電 摩sfl號與各第二電壓訊號’並轉換成與受觸控座標感測區（μ) 他置相應的識別訊號，另以運算單元（33)對識別訊號進行分析 與運算，以獲得受外力碰觸的座標感測區（23)所處的位置資 訊’並可對該位置資訊加以利用’以產生作為座標位置相關控 制的控制訊號。 請參看第六、七圖所示’上述具體實施例中之訊號處理電 路（31)則包含複數個運算放大電路；另訊號識別電路（32)則包 含複數個計數器（320)、複數個數位開關（321)以及一用以提供 一時序觸發訊號的震盪電路（322)，各計數器（320)主要係用來 婦瞄讀取各行、列上之第一電壓訊號與第二電壓訊號，再藉由 各計數器（320)所處之訊號狀態來驅動各數位開關（321)，其 中，數位開關之具體實施例可以是一種内建於積體電路的電晶 體組，進而使各數位開關（321)產生與受觸控之座標感測區（23) 仅置相應的識別訊號，且識別訊號之數量與座標感測區（23) 的數量相配合，以對每一座標感測區（2 3 )進行位置識別的編碼 處理。 再者，於一種可行的實施例中，本發明運算單元（33)的具 201117071 體貝施例可以冗一般的個人電腦，並於電腦内建有一運算分析 軟體該電㈤包合—顯不幕及_用以同步擷取賴別訊號的訊 號擷取卡，以供運算分析軟體進行分析與解碼，進而獲得觸控 位置的實際座標資訊。 於另種T行實施财’本發料算單元⑶）的具體實施 例可以是一般的個人電腦，並於電腦内建有一 LabVIEW8 6版 的圖控軟體，其中該圖控軟體内建有程式化之多通道的計數器 (320)及複數個與計數器⑽）對應的數位開關（321) ，用以掃 瞄經訊號處理電路（31)放大後之各第一電壓訊號及各第二電 壓甙號，經過分析與運算後即可獲得觸控位置的實際座標資 訊0 肆.本發明具體實施的運作 請參看第二至五圖所示，本發明於製作時，首先將第一 PVDF壓電薄膜件（21)、第二PVDF壓電薄膜件（22)以陣列且交 * 錯排序的方式設置在基板（10)上，並於同一行、列中之PVDF 壓電薄膜件（21)(22)的每二相鄰之片段貼接有導電銀膠 (24) ’ 使每行[channel(l)〜channel(5)]與每列 [channel(6)〜channel(lO)]同條之 PVDF 壓電薄膜件（21)(22) 之各片段各自形成電性導通狀態。 請參看第三、七圖所示，當使用者以手指觸碰在觸壓感測 組件（20)其中一個座標感測區（23)時，該座標感測區（23)上之 第5行通道channei 5與第6列通道channe 6則透過各自之 201117071 銘電極（210)(220)分別產生第一電壓訊號及第二電壓訊號 (如5行乘5列則有1〇個通道channei)。另一方面，經由訊 號處理電路（31)將各電壓訊號放大後’而可於示波器或透過訊 號擷取卡於電腦上看出並讀取單一第一、第二PVDF壓電薄膜 件（21)(22)的受力情形。相對的作用在二維以上，如第三圖所 示之5行乘5列的陣列式觸壓感測組件（2〇)時，並將一導體（譬 如手掌）壓在觸壓感測組件（20)上時，相同的在經由訊號處理 電路（31)將電壓訊號放大，而可於示波器或透過訊號擷取卡於 電腦上依每點作用力不同可看出及讀取觸壓感測組件（2〇)的 受力分佈情形。 請參看第六、七圖所示’本發明可以利用訊號處理電路（31) 將第一電壓訊號及第二電壓訊號放大之後，因為座標感測區 (23)比較多的緣故，所以本發明的訊號識別電路（π)亦為複數 組’以將觸壓感測組件（2〇)輸出的第一電壓訊號及第二電壓訊 號利用掃描的方式給呈現出來，再利用軟體的撰寫以識別出受 碰觸之座標感測區（23)的實際座標位置。如第三圖所示，受觸 碰座標感測區（23)係位於觸壓感測組件（2〇)之第5行 channel(5)與第 6 列 channel(6)的位置上。 請參看第一至五圖所示’由於本發明第一、第二PVDF壓 電薄膜件（21)(22)皆已在兩側鍍上薄的鋁電極（210)(220)之 緣故，所以當外力造成材料應變造成分子偶極矩的變化時，第 一、第二PVDF壓電薄膜件（21)(22)兩端的電極上的自由電荷 11 201117071 即受到感應而在兩端鋁電極（210)(220)產生電位差，此時的 第一、第二PVDF壓電薄膜件（21)(22)會因為正電壓效應而產 生第一電壓訊號以及第二電壓訊號。 請參看六、七圖所示，本發明訊號處理電路（31)係為處理 陣列式且多通道之觸壓感測組件（2〇)的第一電壓訊號及第二 電壓訊號’為此目的，本發明係以〇p〜Amp運算放大器構成訊 號處理電路（31) ’並與各鋁電極（210)(220)電性連接，以將 所得到的第一電壓訊號及第二電壓訊號進行電壓放大，以讓電 腦控制的訊號擷取卡可以同步抓取第一電壓訊號及第二電壓 訊號。 請參看第六圖所示’訊號識別電路（32)主要係將各第一電 壓訊號及第二電壓訊號放大之後再由計數器（32〇)與數位開關 (321)、震盪電路（322)所構成的訊號識別電路（32)進行掃瞄量 測，且訊號識別電路（3 2)可以將各個獨立座標感測區（2 3)所量 測到的第一電壓訊號及第二電壓訊號予以讀取出來，而可進行 L號的知描與篁測的功能。最後利用Labview圖控軟體的撰 寫，將所掃瞄出來的各第一電壓訊號及各第二電壓訊號進行訊 號識別，藉以識別並獲得受觸碰座標感測區（23)所處的位置資 訊0 肆.結論 藉由上述的機構設置，本發明確實可以利用壓電薄膜之正 壓電特性’使PVDF壓電薄膜作為觸控面板的壓力感應機制， 12 201117071 不僅衣作场無基板與面制限制，且整觀構較為簡化，於 ^乍上以鮮容易，因而具有生產成本低廉、商品價格相對 較低以提升競爭力、應用範圍較為瘩令以泠# 固权局盾/乏以及即嗜電能等諸多特 ^att 〇

以上所述，僅為本發明之一可行實施例，並非用以限定本 發明之專利凡舉依據下射料魏騎述之内容、特 徵以及，精神“之其他變化的等效實施皆應包含於本發明 之專利範圍内。本發明之方法及其機構，除上_點外，並深 業之细性’可有效改善習用所產生之缺失，而且所具體 疋於申明專利範圍之特徵，未見於同類物品，故而具實用性 與進步性’已符合發明專利要件，練法具文提出申請，謹靖 釣局依法㈣專利，輯護本巾請人合法之權益。 【圖式簡單說明】 第-圖係本發本結構之分解示意圖。 第一圖係本發明基本結構之組合示意圖。 第三圖係本發明觸碰感測位置之示意圖。 第四圖係本發明未受觸碰時的剖視示意圖。 第五圖係本發明受到觸碰時的剖視示意圖。 第六圖係本發明電路之基本控制方塊示意圖。 第七圖係本發明訊號處理電路之詳細電路示意圖。 【主要元件符號說明】 (11)保護層 〇〇)基板 13 201117071 (12)隔板 (21) 第一 PVDF壓電薄膜件 (22) 第二PVDF壓電薄膜件 (24)導電銀膠 (31)訊號處理電路 (320)計數器 (322)震盪電路 (20)觸壓感測組件 (210)(220)鋁電極 (23)座標感測區 (30)訊號處理模組 (32) 訊號識別電路 (321)數位開關 (33) 運算單元 14

Claims (1)

1. 201117071 七、申請專利範圍： 1·-種PVDF壓電薄臈式觸控面板，其包括—透明基板、 »又在該基板上的觸壓感測組件及一訊號處理模組，當一使用 者以其手指或身體其他雜碰觸該觸㈣敝件而可產生電 塵訊號’該電經由觀號處職組處理後柯產生一與 碰觸位置相應的座標位置資訊，其特徵在於：

   該觸壓感敝件包括複數絲著χ轴方㈣隔並行排列 於該基板㈣-PVDF壓電_件，及魏條沿著γ轴方向間 隔並行排列於該基板的第二贿壓電_件，該第__ ρ爾壓 電薄膜件與鮮二歷壓電薄膜件相互交錯，並將續第一 PVDF壓電薄膜件與該第二PVDF壓電薄膜件交錯的位置設定為 座標感測區，當該座標感測區承受外力時，該第一、第二pvDF 壓電薄膜件_料應變而造成偶極距㈣化，據此得以產生一 作為X轴方向感測之用的第—電壓訊號，及—作為方向感 測之用的第二電壓訊號。 〜 2.如請求項1所述之PVDF壓電薄膜式觸控面板，盆中， 每-該第-歷壓電賴件與每—該第二而壓電薄膜件分 別成條狀。 3.如請求項1之PVDF壓電薄膜式觸控面板，盆中，每一 該第-PVDF壓電薄膜件與每一該第二_壓電薄膜件分別包 括有複數個片段，每二相鄰之該片段貼接有導電銀勝而形成電 15 201117071 4.如清求項1之PVDF壓電薄膜式觸控面板，其中，該訊 號處理模組包括一用以將該第一電壓訊號與該第二電壓訊號 予以放大的訊號處理電路、一用以產生與受碰觸該座標感測區 位置相應之識別訊號的訊號識別電路及一運算單元，該運算單 元内建有一 Labview圖控軟體，更提供一用以同步擷取該識別 sfl號的訊號棟取卡，以供該Labview圖控軟體進行分析與運 算，進而產生受碰觸之該座標感測區所處位置資訊。 5·如請求項1所述之PVDF壓電薄膜式觸控面板，其中， 該基板係為玻璃基板。 6. 如請求項1所述之PVDF壓電薄膜式觸控面板，其中， 該第一 PVDF壓電薄膜件與該第二PVDF壓電薄膜件之間介置有 一透明之隔板。 7. 如請求項1所述之PVDF壓電薄膜式觸控面板，其中， 該觸壓感測組件上覆設有一透明之保護層。 8. 如請求項1所述之PVDF壓電薄膜式觸控面板，其中， 該第一 PVDF壓電薄膜件與該第二PVDF壓電薄膜件之兩側分別 覆δ又一薄膜式的紹電極’其一侧之該|呂電極作為正電極，另一 侧之該鋁電極作為負電極。 9. 一種PVDF壓電薄膜式觸控面板的控制方法，其包括： 提供一觸控面板，該觸控面板包括一透明基板、一設在該 基板上的觸壓感測組件及一訊號處理模組，該訊號處理模組包 括一訊號處理電路、一訊號識別電路及一運算單元；及 201117071 杜以其手指或身财他•碰觸該觸壓感測組 :而可產生電訊號’該電壓訊號經由該訊號處理模組之處理 後而可產生—_碰位置相應的座標位置資訊，其特徵在於： 該觸壓感測組件包括複數條沿著χ轴方向間隔並行排列 於該基板的第—PVDF壓電薄膜件， 錢數HY轴方向間 ^並灯排列於該基板的第二PVDF壓電_件，該第—p醫壓 電薄膜件與該第二PVDF壓電薄膜件相互交錯，並將該第一

   PVDF壓電薄齡與該第二剛壓電_件交錯的位置設定為 座標感測區，當該座標感測區承受外力時，該第―、第二pvDF ㈣薄齡因㈣賴碰賴極距的變化，據此得以產生一 作為X軸方向感測之用的第一該電壓訊號，及—作為Y軸方向 感測之用的第二該電壓訊號。 ° 10. 如請求項9所述之PVDFM電薄膜式觸控面板的控制方 法’其中’該觸壓感測組件上覆設有—透明之保護層。

   11. 如請求項9所述之PVD請電薄膜式觸控面板日的控制方 法，其中’所提供之龍號處理電路包含複數個運算放大電 路’用以將該第-電壓訊號與該第二電壓訊料以放大；該訊 號識別電路包含一計數器、複數個數位開關以及一用以提供一 時序觸發訊號的震|電路，該計數H用以細 -電壓訊號與各該第二電壓訊號後轉各她位開關產生與 該感測區位置相應的該識別訊號，再以該運 號進行分析舆運算，進而獲得受外力碰觸之該== 17 201117071 的座標位置資訊。 12.如請求項9所述之歷壓電賴式觸控面板的控制方 法，其中，所提供的該運算單元為一内建有——圖控軟 體㈣腦’該電腦包含一顯示幕及一用以同步棟取該控制訊號 的减齡卡，以供該Labview圖控軟體進行分析與運算，進 而獲得受外力碰觸之該座標制區所處的座標位置資訊。 ，13.如請求項9所述之_F壓電薄膜式觸控面板的控制方 法’其中，每一該第- PVDF壓電薄膜件與每該第二PVDF壓電 薄膜件分別成條狀。 14·如請求項9所述之顺壓電薄膜式觸控面板的控制方 y其中，每-該第-PVDF壓電薄膜件與每該第二p卿愿電 =件分別包括有複數個片段，每二相鄰之刻段貼接有導電 銀膠而形成電性導通。 15.如請求項9所述之蘭壓電薄膜式觸控面板的控制方 -中該f PVDF壓電薄膜件與該第二pVDF壓電薄膜件 =側分職設-薄膜式的㈣極，其—側之肋電極作為正 冤極，另一側之該鋁電極作為負電極。 16·如請求項9所述之pv_電薄赋難面板的控制方 / ，，、中，該基板係為玻璃基板。 ^如請求項9所述之P卿壓電薄臈式觸控面板的控制方 之門1中該第一卿壓電薄膜件與該第二pvdf麼電薄膜件 之間介置有一透明之隔板。