TW201301092A - 單層感應結構之觸控螢幕裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種單層感應結構之觸控螢幕裝置，包括有一第一基板、一第二基板、一薄膜電晶體層、及一彩色濾光層。該第一基板及該第二基板並以平行成對之配置將一液晶層夾置於二基板之間。該薄膜電晶體層位於該第二基板之相對於液晶層之同一側面。該彩色濾光層，位於該第一基板之相對於液晶層之同一側面。其中，於該第一基板之相對於液晶層之另一側之表面上形成有單層感應觸控圖型結構。

Description

單層感應結構之觸控螢幕裝置

本發明係關於一種具有觸控板的顯示螢幕之結構，尤指一種單層感應結構之觸控螢幕裝置。

習知之觸控式平面顯示器係將觸控面板與平面顯示器直接進行上下之疊合，此種技術稱為Out Cell Touch。Out Cell Touch亦指外掛在平面顯示器面板之外的觸控面板，也是目前最常見的。電阻式、電容式或是光學式等觸控技術都有，觸控面板通常都是由另外的觸控面板廠商製造，再與顯示面板進行貼合、組裝。因為疊合之觸控面板為透明之面板，因而影像可以穿透疊合在上之觸控面板顯示影像，再藉由觸控面板作為輸入之媒介或介面。然而這種習知之技藝，因為於疊合時，必須增加一個觸控面板之完整重量，使得平面顯示器重量大幅地增加，不符合現時市場對於顯示器輕薄短小之要求。而直接疊合觸控面板以及平面顯示器時，在厚度上，增加了觸控面板本身之厚度，降低了光線的穿透率，增加反射率與霧度，使螢幕顯示的品質大打折扣。

針對前述之缺點，觸控式平面顯示器改採嵌入式觸控技術。嵌入式觸控技術目前主要的發展方向可分為On-Cell及In-Cell兩種技術。On-Cell技術是將投射電容式觸控技術的感應電極(Sensor)製作在面板彩色濾光片(Color Filter,CF)的背面(即貼附偏光板面)，整合為彩色濾光片的結構，。In-Cell技術則是將感應電極(Sensor)置入LCD Cell的結構當中，目前主要利用的感應方式也可分為電阻(接觸)式、電容式與光學式三種，其中電阻式是利用LCD Cell上下兩基板電極的導通，計算Vcom分壓的變化來判定接觸位置座標，On Cell Touch的技術則是將觸控面板的感應電極(Sensor)作在薄膜上，然後貼合在最上層的偏光膜上。

In Cell Touch技術則是將觸控元件整合於顯示面板之內，使得顯示面板本身就具備觸控功能，因此不需要另外進行與觸控面板貼合或是組裝的製程，這樣技術通常都是由TFT LCD面板廠開發。

圖1係美國第6,538,706號專利公告之電容式觸控面板的結構之示意圖。其係採用In Cell Touch技術。如圖1所示，一TFT型液晶顯示器具有一上基板110及一下基板120。上基板110與下基板120之間灌注有液晶或液晶組合物。上基板110封置液晶之內面並設有濾光片用以顯示圖素色彩。該液晶顯示器100之下基板120之底面貼附有一下偏光板230，而於上基板110之表面，則鍍有平行長條型導電電極210’銦錫氧化物(ITO)，用以作為整合式觸控液晶顯示面板觸控機制之底部感應用電極。於鍍有平行長條型導電電極210’銦錫氧化物(ITO)之上基板110之上，則廣泛灑佈有支撐粒250(dot spacer)，以均勻維持觸控機制之厚度。於支撐粒250(dot spacer)層之上，並設置有一貼附鍍有平行長條型導電電極210銦錫氧化物(ITO)之PET薄膜260之上偏光板220。該偏光板220係將鍍有平行長條型導電電極210銦錫氧化物(ITO)之PET薄膜260以貼附之方式，將平行長條型導電電極210銦錫氧化物(ITO)固定於上偏光板220，並與上基板110表面之平行長條型導電電極210銦錫氧化物(ITO)垂直交錯。

由圖1可知，此種習知之技藝，因為需交錯疊合長條型導電電極210’銦錫氧化物(ITO)及長條型導電電極210銦錫氧化物(ITO)，必須增加一個支撐粒250(dot spacer)及PET薄膜260，使得TFT型液晶顯示器重量大幅地增加，不符合現時市場對於顯示器輕薄短小之要求。同時在厚度上，增加了TFT型液晶顯示器本身之厚度。另外，在光學上，由於使用貼附鍍有平行長條型導電電極210銦錫氧化物(ITO)之PET薄膜260，PET膜260由於容易反光因而容易造成光學損失。而又由於光穿透觸控面板之層數眾多，致使光穿透時，光量遭吸收光穿透率損失大。因此，習知觸控螢幕裝置，仍有改善的空間。

本發明之主要目的係在提供一種單層感應結構之觸控螢幕裝置，可大幅降低TFT型液晶顯示器重量及厚度，可改善習知技術因薄膜造成光學損失的問題，同時可大幅節省材料成本及加工成本。

依據本發明之特色，本發明提出一種單層感應結構之觸控螢幕裝置，包括有一第一基板、一第二基板、一薄膜電晶體層(Thin Film Transistor,TFT)、及一彩色濾光層(color filter)。該第一基板及該第二基板並以平行成對之配置將一液晶層夾置於二基板之間。該薄膜電晶體層(TFT)位於該第二基板之相對於液晶層之同一側的表面。該彩色濾光層位於該第一基板之相對於液晶層之同一側的表面。其中，於該第一基板之相對於液晶層之另一側之表面上形成有單層感應觸控圖型結構。

本發明是關於一種單層感應結構之觸控螢幕裝置。圖2(A)係本發明之單層感應結構之觸控螢幕裝置400的立體示意圖，圖2(B)係本發明之單層感應結構之觸控螢幕裝置400側面示意圖，如圖所示，該單層感應結構之觸控螢幕裝置400包括有一第一基板410、一第二基板420、一薄膜電晶體層(TFT)430、一彩色濾光層(color filter)440、一第一偏光層(upper polarizer)450、一第二偏光層(lower polarizer)460、以及一保護層(cover lens)470。

該第一基板410及該第二基板420並以平行成對之配置將一液晶層480夾置於二基板之間。該第一基板410及該第二基板420之材料無限制，較佳為玻璃。

該薄膜電晶體層(TFT)430位於該第二基板420之相對於液晶層480之同一側的表面4201。該彩色濾光層440位於該第一基板410之相對於液晶層480之同一側的表面4101。

該第一偏光層450係位於該第一基板410之相對於液晶層480之另一側的表面4102。該第二偏光層460係位於該第二基板420之相對於液晶層480之另一側的表面4202。該保護層470係位於該第一偏光層450之相對於液晶層480之另一側的表面4501。

其中，於該第一基板410之相對於液晶層480之另一側之表面4102上形成有單層感應觸控圖型結構490。

以上述之單層感應結構之觸控螢幕裝置400，使用者係可以手指或觸控筆等裝置於該保護層470上碰觸，以達成觸控之效果。

圖3係本發明一較佳實施例單層感應結構之觸控螢幕裝置400之觸控操作示意圖，圖4係本發明一較佳實施例之單層感應結構之觸控螢幕裝置400之觸控結構示意圖，其中，為方便說明觸控之原理，圖中均只顯示觸控螢幕裝置400之第一基板410及形成於其表面4102上之單層感應觸控圖型結構490。如圖所示，觸控螢幕裝置400包括：該第一基板410、該單層感應觸控圖型結構490、一軟性電路板13、一控制電路14。該單層感應觸控圖型結構490包含有複數個電極點11。

請參見圖3及圖4，於本實施例中，複數個電極點11包含有十四個電極點1101~1114。較佳地，該等十四個電極點1101~1114為圓形電極點，係由氧化銦錫材質(Indium Tin Oxide,ITO)所製成。第一基板410具有表面4102、一第一側邊101、及一第二側邊102。該等十四個電極點1101~1114係以菱形結構21排列而設置於表面4102上，且每一電極點1101~1114係分別沿朝向第一側邊101之延伸方向X，經由連接導線501~514延伸至第一側邊101。例如，電極點1101係由連接導線501延伸至第一側邊101，其間，係繞過電極點1102、1103。電極點1102係由連接導線502延伸至第一側邊101，其間，係繞過電極點1103。該延伸方向X係與第一側邊101正交。

此外，除卻相鄰於第二側邊102的電極點1101、1104、1108、1111，其餘的電極點1102、1103、1105、1106、1107、1109、1110、1112、1113、1114係再分別沿相反於延伸方向X之方向，以感應導線602、603、605、606、607、609、610、612、613、614延伸至朝方向相鄰之電極點的鄰近處。例如，電極點1103係由感應導線603延伸至電極點1102之鄰近位置1102a。電極點1102係由感應導線602延伸至電極點1101之鄰近位置1101a。其餘電極點的連線方式以此類推。該延伸方向X係與該第一側邊101、該第二側邊102正交。

另外，該等延伸至第一側邊101的連接導線501~514係連接至軟性電路板(Flexible Printed Circuit,FPC)13，軟性電路板13係再連接至控制電路14。由此，控制電路14係可經由軟性電路板13而偵測該等複數個電極點1101~1114的感應值。

以下，本實施例說明本發明如何偵測觸控點位置。首先，第一基板410之表面4102係用以感應至少一個觸控點，電極點1101~1114及其延伸出之感應導線602~614係根據至少一觸控點之位置及大小而對應產生一感應值。控制電路14係判斷感應值超過一預定值之電極點，並由感應值超過預定值的電極點中選取至少一具有相對區域最大感應值之電極點，且擷取與至少一具有相對區域最大感應值之電極點相鄰之複數個電極點的感應值，據以根據與至少一具有相對區域最大感應值之電極點及與其相鄰之複數個電極點的感應值來計算至少一觸控點的位置。其中，電極點1101~1114距至少一觸控點之位置越近，其所對應產生之感應值越大，越遠，則對應產生之感應值越小，其關係屬於非線性函數關係。

圖5係本發明另一較佳實施例單層感應結構之觸控螢幕裝置400之觸控操作示意圖，圖6係本發明另一較佳實施例之單層感應結構之觸控螢幕裝置400之觸控結構示意圖，其中，為方便說明觸控之原理，圖中均只顯示觸控螢幕裝置400之第一基板410及形成於其表面4102上之單層感應觸控圖型結構490。如圖所示，觸控螢幕裝置400包括：該第一基板410、該單層感應觸控圖型結構490、一軟性電路板13、一控制電路14。該單層感應觸控圖型結構490包含有複數個電極點12。

該第一基板410具有表面4102、一第一側邊101、及一第二側邊102。該表面4102上佈值該複數個電極點12。於本實施例中，複數個電極點12包含有十五個電極點1201~1215。較佳地，該等十五個電極點1201~1215係由透明之導電材料所製成。該透明之導電材料較佳為氧化銦錫材質(Indium Tin Oxide,ITO)。每一個電極點1201~1215係分別設置於一菱形結構21的四個頂點上，其中，每一個電極點1201~1215為以多數條直線導線22由其電極點1201~1215之中心23均勻間隔向外擴散延伸而形成一輻射狀，且每一個電極點1201~1215之其中一條直線導線22係以一連接導線801~815延伸至該第一基板410之一側邊101。

該等複數個電極點1201~1215係以分別之連接導線801~815延伸至該第一基板410之同一側邊101，以進一步電氣連接至一軟性電路板13。軟性電路板13係再連接至控制電路14。由此，控制電路14係可經由軟性電路板13而偵測該等複數個電極點1201~1215的感應值。

以下，本實施例說明本發明如何偵測觸控點位置。首先，第一基板410之表面4102係用以感應至少一個觸控點，每一電極點1101~1115係根據該至少一觸控點之位置及大小而對應產生一感應值。圖7及圖8係本發明偵測觸控點位置之示意圖。

當手指直接碰觸在電極點1208正上方時，電極點1208所產生的感應電壓會較其週邊的電極點1205、1206、1211及1212所產生的感應電壓大，亦即當電極點1208所產生的感應電壓大於一第一門檻值且週邊的電極點1205、1206、1211及1212所產生的感應電壓小於一第二門檻值時，控制電路14可以判定手指係直接碰觸在電極點1208正上方。又於電極點1208之區域內可再以九宮格之形式區分為A~I九個區域，此時，控制電路14再依據週邊的電極點1205、1206、1211及1212所產生的感應電壓以判斷手指係碰觸在電極點1208中的A~I區域之哪一區域。

當位於電極點1208左上及左下之電極點1205、1206所產生的感應電壓均大於一第三門檻值、且位於電極點1208右上及右下之電極點1211、1212所產生的感應電壓均小於一第四門檻值時，控制電路13可以判定手指係直接碰觸在電極點1208中的A、B、C區域。

之後，控制電路14再判斷手指係碰觸在電極點1208的A、B、C區域中的哪一區域，當電極點1205、1206所產生的感應電壓之差值小於一第五門檻值時，可以認為電極點1205、1206所產生的感應電壓係相等，因此控制電路14可以判定手指係碰觸在電極點1208中的B區域。

當電極點1205所產生的感應電壓減去電極點1206所產生的感應電壓之差值大於一第六門檻值時，控制電路14判定手指係碰觸在電極點1208中的A區域。當電極點1206所產生的感應電壓減去電極點1205所產生的感應電壓之差值大於該第六門檻值時，控制電路14判定手指係碰觸在電極點1208中的C區域。

如圖8所示，當位於菱形結構21的四個頂點之電極點1202、1205、1206及1208所產生的感應電壓均大於一第七門檻值且小於一第八門檻值時，控制電路14可以判定手指並未直接碰觸在電極點1202、1205、1206及1208任一點之正上方。此時，可於菱形結構21中間未被電極點1202、1205、1206及1208覆蓋之區域內以九宮格之形式區分為A’~I’九個區域，控制電路14再依據週邊的電極點1202、1205、1206及1208所產生的感應電壓以判斷觸控點位置係在電極點1202、1205、1206及1208之間的A’~I’區域之哪一區域。

當電極點1202所產生的感應電壓大於一第九門檻值且電極點1205、1206及1208所產生的感應電壓均小於該第九門檻值時，控制電路14可以判定手指觸控位置係在A’、B’、C’區域之中。

之後，控制電路14再判斷手指觸控位置係在A’、B’、C’區域的哪一處。當電極點1205、1206所產生的感應電壓之差值小於一第十門檻值時，可以認為電極點1205、1206所產生的感應電壓係相等，因此控制電路14可以判定手指係碰觸在B’區域。

當電極點1205所產生的感應電壓減去電極點1206所產生的感應電壓之差值大於一第十一門檻值時，控制電路14判定手指係碰觸在A’區域。當電極點1206所產生的感應電壓減去電極點1205所產生的感應電壓之差值大於該第十一門檻值時，控制電路14判定手指係碰觸在C’區域。

前述說明係揭露在一方向上如何偵測觸控點位置，在其他方向上如何偵測觸控點位置之技術，係熟習該技術者基於本說明書能輕易完成，故不再贅述。

圖9係本發明又一較佳實施例之結構示意圖，其與圖6相似，主要差別係增加複數個輔助電極點15，每一個輔助電極點1501~1503係分別設置於該菱形結構21的中心點上，每一個輔助電極點1501~1503為以多數條直線導線52由其輔助電極點之中心53均勻間隔向外擴散延伸而形成一輻射狀，且每一個輔助電極點1501~1503之其中一條直線導線52係以一連接導線延伸至該第一基板410之一側邊101。其中，每一個電極點1201~1209具有相同的第一直徑，每一個輔助電極點1501~1503具有相同的第二直徑，且該第一直徑大於該第二直徑。本實施例藉由設置輔助電極點1501~1503，可更有效地偵測觸控點碰觸電極點1201~1209之間的區域，亦即，當手指並未直接碰觸在菱形結構21的四個頂點之電極點1202、1205、1206及1208任一點之正上方時，由於電極點1202、1205、1206及1208之間設有輔助電極點1502，因此，控制電路14可以判定手指直接碰觸在輔助電極點1502之正上方而精確地決定碰觸之位置。

由前述說明可知，本發明可於該第一基板410之相對於液晶層480之另一側之表面4102上形成有單層感應觸控圖型結構490，其優點為：

1.　無需交錯疊合長條型導電電極210’銦錫氧化物(ITO)及長條型導電電極210銦錫氧化物(ITO)，故不必使用支撐粒250(dot spacer)，可大幅降低TFT型液晶顯示器重量及厚度。

2.　無需使用貼附鍍有平行長條型導電電極210銦錫氧化物(ITO)之PET薄膜260，可改善習知技術因PET薄膜260造成光學損失的問題。

3.　由於無需使用支撐粒250(dot spacer)及PET薄膜260，其加工程序可大幅地降低，不僅可大幅節省材料成本，亦可節省加工成本。

由上述可知，本發明無論就目的、手段及功效，均顯示其迥異於習知技術之特徵，極具實用價值。惟應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

110．．．上基板

120．．．下基板

210、210’．．．長條型導電電極

220．．．上偏光板

230．．．下偏光板

250．．．支撐粒

260．．．PET薄膜

400．．．單層感應結構之觸控螢幕裝置

410．．．第一基板

420．．．第二基板

430．．．薄膜電晶體層

440．．．彩色濾光層

450．．．一第一偏光層

460．．．第二偏光層

470．．．保護層

480．．．液晶層

490．．．單層感應觸控圖型結構

11．．．電極點

13．．．軟性電路板

14．．．控制電路

4101、4102、4201、4202、4501．．．表面

101．．．第一側邊

102．．．第二側邊

1101~1114．．．電極點

21．．．菱形結構

X．．．延伸方向

501~514．．．連接導線

．．．相反於延伸方向X之方向

602、603、605、606、607、609、610、612、613、614．．．感應導線

1101a、1102a、1104a、1105a、1106a、1108a、1109a、1111a、1112a、1113a．．．鄰近位置

12．．．電極點

1201~1215．．．電極點

22．．．直線導線

801~815．．．連接導線

1501~1503．．．輔助電極點

圖1係習知之電容式觸控面板的結構之示意圖。

圖2(A)係本發明之單層感應結構之觸控螢幕裝置的立體示意圖。

圖2(B)係本發明之單層感應結構之觸控螢幕裝置側面示意圖。

圖3係本發明一較佳實施例單層感應結構之觸控螢幕裝置之觸控操作示意圖。

圖4係本發明一較佳實施例之單層感應結構之觸控螢幕裝置之觸控結構示意圖。

圖5係本發明另一較佳實施例單層感應結構之觸控螢幕裝置之觸控操作示意圖。

圖6係本發明另一較佳實施例之單層感應結構之觸控螢幕裝置之觸控結構示意圖。

圖7及圖8係本發明偵測觸控點位置之示意圖。

圖9係本發明又一較佳實施例之單層感應結構之觸控螢幕裝置之觸控結構示意圖。

400．．．單層感應結構之觸控螢幕裝置

410．．．第一基板

420．．．第二基板

430．．．薄膜電晶體層

440．．．彩色濾光層

450．．．第一偏光層

460．．．第二偏光層

470．．．保護層

480．．．液晶層

490．．．單層感應觸控圖型結構

Claims (21)

1. 一種單層感應結構之觸控螢幕裝置，包括有：一第一基板；一第二基板，該第一基板及該第二基板並以平行成對之配置將一液晶層夾置於二基板之間；一薄膜電晶體層，位於該第二基板之相對於液晶層之同一側的表面；以及一彩色濾光層，位於該第一基板之相對於液晶層之同一側的表面；其中，於該第一基板之相對於液晶層之另一側之表面上形成有單層感應觸控圖型結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其更包含：一第二偏光層，係位於該第二基板之相對於液晶層之另一側的表面；一第一偏光層，係位於該第一基板之相對於液晶層之另一側的表面；以及一保護層，係位於該第一偏光層之相對於液晶層之另一側的表面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其中，該第一基板具有一第一側邊、及一相對於該第一側邊之第二側邊，該單層感應觸控圖型結構包括有：複數個電極點，係以菱形結構排列而設置於該表面上，每一電極點係分別沿一朝向該第一側邊之延伸方向而以一連接導線延伸至該第一側邊；其中，除卻相鄰於該第二側邊之電極點，其餘電極點係分別沿相反於該延伸方向之方向而以一感應導線延伸至相鄰電極點之一鄰近位置。
4. 如申請專利範圍第3項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其中，該延伸方向係與該第一側邊、該第二側邊正交。
5. 如申請專利範圍第3項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其中，該等複數個電極點為圓形電極點。
6. 如申請專利範圍第5項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其中，該等複數個電極點係由透明導電材料所製成。
7. 如申請專利範圍第3項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其中，該等延伸至該第一側邊的連接導線係連接至一軟性電路板。
8. 如申請專利範圍第7項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其中，該第一基板之相對於液晶層之另一側之表面係用以感應至少一個觸控點。
9. 如申請專利範圍第8項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其中，每一電極點係根據該至少一觸控點之位置及大小而對應產生一感應值。
10. 如申請專利範圍第9項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其更包含有一控制電路，其係經由該軟性電路板電性連接至該等複數個電極點。
11. 如申請專利範圍第10項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其中，該控制電路判斷感應值超過一預定值之該等電極點，並由該等感應值超過該預定值的電極點中選取至少一具有相對區域最大感應值之電極點，且擷取與該至少一具有相對區域最大感應值之電極點相鄰之複數個電極點的感應值，據以根據與該至少一具有相對區域最大感應值之電極點及與其相鄰之複數個電極點的感應值來計算該至少一觸控點的位置。
12. 如申請專利範圍第11項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其中，每一電極點距該至少一觸控點之位置越近，其所對應產生之感應值越大，越遠則對應產生之感應值越小，其關係屬於非線性函數關係。
13. 如申請專利範圍第2項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其中，於該第一基板之相對於液晶層之另一側之表面上形成的單層感應觸控圖型結構包含有：複數個電極點，係以菱形結構排列而設置於該表面上，每一個電極點係分別設置於該菱形結構的四個頂點上，其中，每一個電極點為以多數條直線導線由其電極點之中心均勻間隔向外擴散延伸而形成一輻射狀，且每一個電極點之其中一條直線導線係以一連接導線延伸至該觸控面板之一側邊。
14. 如申請專利範圍第13項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其中，該等複數個電極點係以分別之連接導線延伸至該觸控面板之同一側邊，以進一步連接至一軟性電路板。
15. 如申請專利範圍第14項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其中，該等複數個電極點係由透明之導電材料所製成。
16. 如申請專利範圍第15項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其中，該透明之導電材料為氧化銦錫材質。
17. 如申請專利範圍第16項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其中，該第一基板之相對於液晶層之另一側之表面係用以感應至少一個觸控點。
18. 如申請專利範圍第17項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其中，每一電極點係根據該至少一觸控點之位置及大小而對應產生一感應值。
19. 如申請專利範圍第18項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其中，更包含有一控制電路，其係經由該軟性電路板電性連接至該等複數個電極點。
20. 如申請專利範圍第19項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其更包含：複數個輔助電極點，每一個輔助電極點係分別設置於該菱形結構的中心點上，每一個輔助電極點為以多數條直線導線由其輔助電極點之中心均勻間隔向外擴散延伸而形成一輻射狀，且每一個輔助電極點之其中一條直線導線係以一連接導線延伸至該觸控面板之一側邊。
21. 如申請專利範圍第20項所述之單層感應結構之觸控螢幕裝置，其中，每一個電極點具有相同的第一直徑，每一個輔助電極點具有相同的第二直徑，且該第一直徑大於該第二直徑。