TW201346676A - 對鄰近接地結構降低耦合之單層觸控感測器結構 - Google Patents

Abstract

本發明係為一種用以在一傳導表面區域內產生非傳導表面區或隔離的傳導表面區，使得該傳導表面的電容相對於一鄰近大致上平行的傳導表面得為減低之結構及方法。

Description

對鄰近接地結構降低耦合之單層觸控感測器結構 參考相關申請案

本案援引美國專利商標局專利申請案第13/279,139號有關各項降低接合的結構之圖式及詳細說明部分。本案所描述與所請求專利的結構係基於申請案第13/279,139號所述結構，但增添此處描述的支援更高觸控效能的新穎結構面向。

本發明係有關於用以連接觸控面板感測器電極至相關的電子控制次系統以用在具有觸控螢幕控制特徵之裝置中的一種結構及方法。

今日許多電子裝置尤其是可攜式裝置，具有觸控面板控制特徵，其中一使用者觸摸玻璃螢幕的一特定區或顯示在此螢幕下方的一小圖幟，及一次系統偵測得該觸摸且執行相關的控制功能。裝配有玻璃螢幕的觸控面板乃例如具有按鈕或鍵盤型輸入裝置的替代方案。除了感測手指的觸摸位置之外，此等觸控面板螢幕控制裝置也可用以感測該手指的觸摸從一點移至另一點的移動，且可例如藉移 動一影像的位置、畫出一線段、或增加或減少一影像的放大倍率加以回應。此等觸控面板及其控制功能乃本技藝界眾所周知。

裝配觸控面板的系統使用多種技術以決定手指觸摸相對於該螢幕的位置。更為目前且更普及的技術中之一者使用交互電容感測法。為了進行交互電容感測，運用多種材料及方法，一感測器電極陣列係共面地置於由所謂的發射器及接收器電極彼此緊密鄰近地設置所組成的一透明玻璃螢幕上。此等電極間之交互電容係起源於此等電極間的散射電場(fringing field)，且係依鄰近(亦即共享)邊緣的長度而定。電壓施加於發射器電極，及檢測器在接收器整合電流，該電流係與該發射器及接收器電極間之交互電容成比例。發射器及接收器電極須維持彼此隔離，換言之，在任二電極間量測得的阻抗須為極高。手指觸摸的存在將增加對接地點的電容，而降低有效交互電容，且指出於發射器及接收器電極的該空間陣列中，已經出現減低的交互電容的位置。該位置將與手指觸摸玻璃面板的位置一致。此乃先前技術且為熟諳技藝人士眾所周知。

檢測得一手指觸摸並加以處理所需的時間有部分係與在該觸摸點的充電行為特性有關。而其又與該被觸摸的電極對鄰近電極的交互電容及與對鄰近接地結構的寄生電容有關。與電極間之交互電容不一樣，寄生電容涉及該等電極及非為共面的附近接地表面。此處，寄生電容係取決於該等電極及該等鄰近接地表面的面積。

若可減低對鄰近接地結構的寄生電容，則作為電阻及電容之一函數的充電時間也將縮短，及檢測效能增高。

因此，減低相對於鄰近接地結構的電容對熟諳技藝人士係有助益且令人關注。

因此，本發明有一目的係減低感測器電極與鄰近接地結構間之電容。

大致上平行的兩個傳導表面間之電容係與該等表面個別的面積成正比，而與其分隔的距離成反比。

因此，降低一感測器電極與鄰近接地結構間之電容的一種方式將為增加其間的距離。

另一種方式將係為縮小該電極及/或鄰近接地結構的表面積。

於此處含括的電極結構之例示性描述中，該等電極的表面積縮小而不影響該等電極與鄰近接地電極間之交互電容。

如此導致寄生電容降低及因而縮短寄生電容的充電對感測器速度所生的時間延遲。結果，感測器速度效能增高。

101‧‧‧電極

102、104‧‧‧電阻

103‧‧‧交互電容

105‧‧‧第二電極

106、107‧‧‧電容/寄生電容

501、502、601、602‧‧‧電極樣式

A‧‧‧表面面積

a‧‧‧縮小面積

C‧‧‧電容

d‧‧‧表面間距

A1、A2‧‧‧表面

圖1闡釋一種典型先前技術觸控感測器電路。在一個感測器電極上的驅動電壓使得電荷通過電極電阻102及該感測器電極與另一感測器電極間的交互電容103。第二感測器電極電阻104將於105處對感測器信號有遲滯效應。 電容106及107表示該等電極與鄰近接地結構間之寄生電容。

圖2顯示電容、面積及二傳導表面間距間於忽略邊緣波紋散射效應之狀態下的約略關係。如圖所示，電容係與各個表面(例如A1)一邊的面積成比例。假設該等面積係為相同，其比例係取決於A1或A2。

圖3顯示藉去除傳導材料的面積a而縮小上表面的面積A之狀況。該表面的剩餘面積現在變成A-a；及電容現在係與A-a成比例。結果，該電容即減少。

圖4係類似圖3，但傳導區a並未去除。反而，非傳導邊界係環繞區域a而產生，使得其係與面積A的其餘部分電氣隔離。如此將具有與去除整個區域a相同的效應，且將使得該電容約略與A-a成比例。

圖5闡釋如申請案第13/279,139號所示、所述及所援引的一感測器樣式。此等感測器電極的形狀提供鄰近感測器電極間之最佳化交互電容。

圖6闡釋如圖5所示的相同感測器樣式，其中由白方形所呈示的電極區已經被去除而產生非傳導性島區。此等島區並不減少該等鄰近感測器電極間之交互電容，原因在於它們主要係由相鄰邊長所決定。但該等島區確實縮小此等電極的面積，如此，減低此等電極與一鄰近接地表面之電容。注意該等島區可藉去除由白方形標示的該區內部的全部傳導材料產生，或藉形成如圖4的環繞傳導區的一非傳導邊界而產生。

圖7顯示如申請案第13/279,139號所述及所援引的一感測器電極樣式。此處，再度，該樣式之配置方式係最佳化該等鄰近感測器電極間之交互電容。此處，再度，顯示為白方形的該等島區表示已經從該等電極去除傳導表面之區域，或具有傳導材料已被去除的一邊界之一隔離的傳導表面之區域。再度注意，該等島區可藉去除由白方形標示的區域內部的全部傳導材料產生，或藉形成如圖4的環繞傳導區的一非傳導邊界而產生。表面積的縮小將降低此等感測器電極與一鄰近接地表面間之寄生電容。表面積的縮小將不會實質上影響該等鄰近感測器電極間之交互電容。

後文詳細說明部分涵蓋用以減低單層感測器電極與鄰近接地表面間之電容的結構及方法。附圖及此等詳細說明部分僅為例示說明而不應解譯為限制本發明之範圍於該等特定電極樣式及島區形狀。

典型單層觸控感測器面板係由一些發射器電極及接收器電極組成，此等電極彼此共平面且鄰近，但事實上又彼此電氣隔離，僅留有因其鄰近邊緣引生而彼此共享的交互電容。

如圖1所示，一電極101具有電阻102、相對於一接地表面之寄生電容106、及相對於一第二電極105之交互電容103，該第二電極105也具有電阻104及寄生電容107。一電壓施加至電極101，及於一接收器電極上感應的生成電 流係於105量測。許多發射器電極及接收器電極係以一緊密陣列排列在感測器面板玻璃的單一表面上。感應的電流量係與驅動器電極與接收器電極間之交互電容直接相關。針對該陣列中的成對驅動器與接收器之各組合的此項量測係極為快速地進行，及藉此方式，產生一組電容值之矩陣。當一人類手指接近該感測器電極陣列時，局部電容值受擾動。有些電荷係透過人體與大地的電容耦合而被移除。結果，電容陣列的局部擾動便可與觸摸位置相聯結，及可報出手指觸摸的空間座標。由於各個交互電容點係獨立地量測，故任何數目的觸摸(手指)可同時地予以追蹤。此乃運用交互電容的一種多指追蹤系統的基本操作。

一般而言，發射器電極與接收器電極間之交互電容愈大，則由觸摸所造成的電容擾動愈大，且變得更容易檢測。如此，一項設計目標係提高電極間之交互電容。此點係於申請案第13/279,139號中描述及請求專利，該案係援引於此並融入本說明書的揭示。

發射器電極與接收器電極、及一鄰近接地表面間之寄生電容，增加了觸摸檢測上的一些充電延遲時間，該充電延遲時間係與寄生電容量成比例。如此，若可降低該寄生電容，則可縮短此延遲時間。此又將轉而改善觸摸檢測效能。

參考圖2，兩個傳導表面A1與A2間之電容係與該等表面之最接近彼此的側邊面積及該等表面之間距d成比例。因此，於此種情況下，發明人發現C~A/d。

參考圖3，其中得自圖2的表面中之一者(表面A1)的面積已經縮小了a，發明人現在得到降低的電容C~(A-a)/d。如此，若兩個鄰近表面中之一者的面積可縮小，則其間之電容也將降低。

參考圖4，其中得自圖2的表面中之一者(表面A1)的面積係藉由從環繞a的邊界去除傳導材料而已經縮小了a，發明人現在得到降低的電容C~(A-a)/d。

參考圖5，此等二電極樣式(501及502)表示提高電極間之交互電容及因而增高觸摸檢測敏感度的電極結構樣式。要言之，交插指狀結構的形狀增加了鄰近側邊的長度而增高了交互電容。

參考圖6，現在顯示與圖5闡釋者相同之電極樣式(601、602)，其中藉由去除傳導材料之一區，或藉由從環繞該區的邊界去除傳導材料，留下非傳導性之一島區或分隔的傳導區(係以白方形顯示)，而已經縮小傳導表面的面積。由於此等島區不會縮小該等感測器電極的鄰近側邊的線性尺寸，故對其間之交互電容大致上無影響。但因此等島區確實縮小該等電極的傳導面積，故其將降低該等電極與一鄰近接地表面間之寄生電容。

參考圖7，此種樣式(601)也係基於申請案第13/279,139號中描述的樣式，且該案係援引於此並融入本說明書的揭示。此處，再度，白方形表示此等電極的傳導表面已經被去除之區、或傳導材料已經從環繞此區之邊界去除因而將此等區域與該表面的其餘部分電氣隔離的區域。 如此進行的主要結果即是減低此等電極與鄰近接地表面間之耦合電容。

提供相對於鄰近接地表面之減低的電容之此等結構係與提高感測器電極間之交互電容的結構相同。減低的電容係為此等感測器電極的傳導表面的面積縮小的結果。觸控感測器之典型製法係藉舖設一薄層均勻一致的透明傳導面材，及然後藉雷射雕刻出發射器電極與接收器電極及接合體的特定圖樣。於此等情況下，如圖4所示，藉著雕刻出環繞欲去除區域的邊界，即可產生各個島區。另外，該邊界可藉使用運用濕或乾式蝕刻的光刻術產生。同理，藉著從其區域中去除全部傳導材料所製成的島區，可使用雷射雕刻或光刻術加上濕或乾式蝕刻而予體現。於任一種情況下，該區域不再屬於原先傳導表面的一部分，故將降低相對於鄰近接地表面的電容。

601‧‧‧電極樣式

Claims (8)

1. 一種用以減低透明傳導電極感測器電極與鄰近接地表面間之電容耦合的結構，其係包含：一個或多個透明傳導電極；在該等透明傳導電極之表面中之一個或多個非傳導島區。
2. 一種用以減低透明傳導電極感測器電極與鄰近接地表面間之電容耦合的結構，其係包含：一個或多個透明傳導電極；在該等透明傳導電極之表面中之一個或多個隔離的傳導島區。
3. 一種用以形成非傳導島區之方法，其係包含：在一感測器玻璃的一個表面上積設一層透明傳導電極材料；使用光刻術光罩及濕式蝕刻以去除該透明傳導電極材料的某個部分，以在該透明傳導電極材料之一較大區域內形成該非傳導島區。
4. 一種用以形成非傳導島區之方法，其係包含：在一感測器玻璃的一個表面上積設一層透明傳導電極材料；使用光刻術光罩及乾式蝕刻以去除該透明傳導電極材料的某個部分，以在該透明傳導電極材料之一較大區域內形成該非傳導島區。
5. 一種用以形成非傳導島區之方法，其係包含：在一感測器玻璃的一個表面上積設一層透明傳導電極材料；使用雷射刻蝕法去除該透明傳導電極材料的某個部分，以在該透明傳導電極材料之一較大區域內形成該非傳導島區。
6. 一種用以形成隔離的傳導島區之方法，其係包含：在一感測器玻璃的一個表面上積設一層透明電極材料；使用光刻術及濕式蝕刻以去除該透明電極材料的一連續閉合邊界以形成該隔離的傳導島區。
7. 一種用以形成隔離的傳導島區之方法，其係包含：在一感測器玻璃的一個表面上積設一層透明電極材料；使用光刻術及乾式蝕刻以去除該透明電極材料的一連續閉合邊界以形成該隔離的傳導島區。
8. 一種用以形成隔離的傳導島區之方法，其係包含：在一感測器玻璃的一個表面上積設一層透明電極材料；使用藉由雷射刻蝕法直接去除該透明電極材料的一連續閉合邊界的方式以形成該隔離的傳導島區。