TW201539286A - 電容式觸控板 - Google Patents

Abstract

本發明提出了一種電容式觸控板，其包含一基板、複數條第一電極與複數條第二電極分別設置在基板表面上且分別朝一第一方向與一第二方向延伸，其中第一電極具有至少一條第一主分支電極沿著第二方向延伸，第二電極具有至少一條第二主分支電極以及至少一條第二次分支電極沿著第一方向延伸。

Description

電容式觸控板

本發明大體上與一種觸控板有關，更特定言之，其係關於一種具有主分支電極以及次分支電極的觸控電極圖形結構。

觸控電極能夠偵測到主動區域或顯示區域內的觸控動作，如偵測是否有使用者用手指按壓觸控螢幕上的固定影像，或是偵測手指在觸控螢幕上的位置。某些觸控面板能夠偵測手指以外的物件，如觸控筆。在顯示螢幕上使用觸控板能夠改變電子裝置的顯示模式，如呈現可供使用者經由觸摸來選取、操作、或作動的圖像或按鈕。故此，觸控螢幕能夠提供手機、全球導航系統、個人行動助理、自動提款機等電子裝置有效的使用者介面。

一般觸控板使用多種技術來感測手指或觸控筆，諸如電阻式、電容式、紅外線式、或是表面聲波式。其中，電容式觸控板是現今的主流產品，其結構一般為使用透明導電材質，如氧化銦錫(ITO)，在絕緣基板上形成特定的感應電極圖形，如X電極與Y軸電極排列成陣列型態並彼此間達到電容耦合。當物件觸碰或靠近觸控螢幕時，觸控螢幕特定位置上原本的電容會有所改變，此電容的變化值將會傳送到控制器來進行觸控的判別，進而決定出觸控位置。

在電容式觸控技術中，其中又以互容式(mutual capacitance)的感應更能感測多點觸控的行為，被廣泛應用在多種觸控產品上。然現今的觸控產品上被動觸控筆寫與手套感應的應用需求增加時，電容式觸控技術仍有需多習知問題有待解決。首先，對於互容式電極結構來說，其訊噪比(SNR)係正比 於發射電極(Tx)的驅動電壓，故如果要提高訊噪比就必須提高發射電極的驅動電壓(10V以上)，其需要較高成本的IC製程來實現。其次，現今大多的互容式觸控技術多採用縮小電極的節距(約縮小到4釐米以下)來增加感測的解析度並達到較佳的線性度，然而這樣的作法不僅會需要增設更多的感應電極，也會增加感測的反應時間。再者，在面板上離感應電極越遠的觸控位置，其所能產生的電容訊號越弱，使得定位能力更差，應用於超薄面板設計中會使此缺點更為明顯。

有鑑於上述習知互容式觸控技術的諸多缺失，本發明的目的即在於提出一種低成本且高效率的互容式觸控電極圖形設計，其透過減少電極之間互容值且增設分支電極的方式有效地解決前述諸多的習知問題，達到較佳的感測靈敏度，並得以節省觸控模組製作成本。

本發明特殊電極設計可在不提高驅動電壓及不縮小電極節距的情況下，例如發射電極的驅動電壓保持在10V以下，電極節距保持約4~7釐米，仍可維持線性度且可使用於觸控筆運用上。

根據本發明一態樣，其提出了一種電容式觸控板，包含一具有上表面與下表面的基板、複數條第一電極間隔設置在上表面上且沿著一第一方向延伸、以及複數條第二電極間隔設置在下表面上且沿著一第二方向延伸，其中第一電極具有至少一條第一主分支電極沿著第二方向延伸，第二電極具有至少一條第二主分支電極沿著第一方向延伸以及至少一條第二次分支電極沿著第一方向延伸。

無疑地，本發明的這類目的與其他目的在閱者讀過下文以多種圖示與繪圖來描述的較佳實施例細節說明後將變得更為顯見。

100‧‧‧第一電極

102‧‧‧電極部

104‧‧‧橋接部

106‧‧‧第一主分支電極

110‧‧‧第二電極

112‧‧‧電極部

114‧‧‧橋接部

116‧‧‧第二主分支電極

118‧‧‧第二次分支電極

120‧‧‧虛置導體塊

130‧‧‧基板

140‧‧‧保護玻璃

150‧‧‧液晶模組

160‧‧‧觸控筆

P1,P2‧‧‧節距

第1圖為根據本發明較佳實施例的第一電極(接收電極)的上視圖；第2圖為根據本發明較佳實施例的第二電極(發射電極)的上視圖；第3圖為第1圖所示的第一電極與第2圖所示的第二電極疊合後的放大上視圖；以及第4圖為根據本發明較佳實施例的電容式觸控板的截面示意圖，其繪示出第一電極與第二電極之間的相對位置與電容耦合關係。

在下文的細節描述中，元件符號會標示在隨附的圖示中成為其中的一部份，並且以可實行該實施例之特例描述方式來表示。這類實施例會說明足夠的細節俾使該領域之一般技藝人士得以具以實施。閱者須瞭解到本發明中亦可利用其他的實施例或是在不悖離所述實施例的前提下作出結構性、邏輯性、及電性上的改變。因此，下文之細節描述將不欲被視為是一種限定，反之，其中所包含的實施例將由隨附的申請專利範圍來加以界定。

首先請參照第1圖，其繪示出根據本發明較佳實施例複數條第一電極圖形的上視圖。本發明的第一電極可為互容式感應電極結構中的接收電極(Receiver,Rx)，其可與對應的發射電極產生電容耦合並構成投射電場，此感應機制將於後續實施例中詳述。如第1圖所示，第一電極100係呈等間距平行設置，且沿著一第一方向延伸，如X軸方向。第一電極100係由多個電極部102與多個橋接部104交替連接而成，其中電極部102的寬度係大於橋接部104的寬度。在此較佳實施例中，電極部102係設計成狹長矩形，其與橋接部104連接的一端呈漸縮態樣，兩者使用單一材質形成，如使用ITO材料以微影蝕刻或黃光製程一體成形在基板上。在尺度方面，舉例言之，第一電極100之間的節距P1介於4~7釐米之間，為較大電極節距之設計。橋接部104的寬度約為300微米(μm)，橋接部104的長度可設定成其寬度的三至四倍，如1釐米。電極部102的寬度約為節距P1的六分之一至七分之一，如1 釐米，長度則為節距P1的七分之五，如4釐米。須注意以上的尺度規格皆為例示之用，但並不以此為限。

復參照第1圖，本發明的特徵要點在於，電極部102的兩側有第一主分支電極106延伸而出。在本發明較佳實施例中，第一主分支電極106係設置在電極部102兩側的中點上，其沿著一第二方向延伸而出，如Y軸方向，其中第一方向與第二方向較佳呈90度角。如圖所示，兩相鄰的第一主分支電極106彼此相對但不互相接觸。在尺度方面，舉例言之，第一主分支電極106的長度可為第一電極100的節距P1的三分之一，如2釐米。第一主分支電極106的寬度可為介於300~400微米之間。兩相鄰的第一主分支電極106之間的間距d約為1釐米。須注意以上的尺度規格皆為例示之用，但並不以此為限，且本發明中第一主分支電極106的數量並不限定為只有一條。

接著請參照第2圖，其繪示出根據本發明較佳實施例複數條第二電極圖形的上視圖。本發明的第二電極可為互容式電極結構中的發射電極(Transmitter,Tx)其可與對應的接收電極(Rx)產生電容耦合並構成投射電場。如第2圖所示，第二電極110係呈等間距平行設置，且沿著一第二方向延伸，如Y軸方向。同第一電極100，第二電極110係由多個電極部112與多個橋接部114交替連接而成，其中電極部112的寬度係大於橋接部114的寬度。在此較佳實施例中，電極部112係呈狹長矩形，其與橋接部114連接的一端呈漸縮態樣，兩者使用單一材質形成，如使用ITO材料以微影蝕刻或黃光製程一體成形在基板上。在尺度方面，舉例言之，第二電極110之間的節距P2介於4~7釐米之間，橋接部114的寬度約為300微米(μm)，長度可設定成其寬度的三至四倍，如1釐米。電極部112的寬度約為節距P2的六分之一至七分之一，如1釐米，長度則為節距P2的七分之五，約4釐米。須注意以上的尺度規格皆為例示之用，但並不以此為限。

復參照第2圖，電極部112的兩側有第二主分支電極116延伸而出。在本發明較佳實施例中，第二主分支電極116係設置在電極部112兩側 的中點上，其沿著一第一方向延伸而出，如X軸方向，其中第一方向與第二方向較佳呈90度角。如圖所示，兩相鄰的第二主分支電極116彼此相對但不互相接觸。在本發明中，第一電極100與第二電極110的差別處在於，如第2圖所示，第二電極110的電極部112兩側另外具有第二次分支電極118。在本發明較佳實施例中，第二次分支電極118分設在第二主分支電極116兩側且相隔一樣的間隔。此外，在其他實施例中，第一電極100亦可形成有如第二電極110般的次分支電極，端視實際發明的需求與設計而定。

在尺度方面，舉例言之，第二主分支電極116的長度可為第二電極110的節距P2的三分之一，如2釐米。第一電極100的節距P1與第二電極的節距P2可設定為相同。第二次分支電極118的長度則小於第二主分支電極116的長度。第二主分支電極116與第二次分支電極118的寬度可相同，如介於300~400微米之間，兩相鄰的第二主分支電極116之間的間距d約為0.4釐米。須注意以上的尺度規格皆為例示之用，但並不以此為限，且第二主分支電極116的數量並不限定為只有一條，而其兩側的第二次分支電極118的數量也不限定為分別只有一條，其可能在兩側呈多條多種長度之次分支設計。

接著請參照第3圖，其繪示出第1圖所示的第一電極100與第2圖所示的第二電極110疊合後的放大上視圖。如第3圖所示，疊合後的多條第一電極100與多條第二電極110係共同構成了一電極陣列，兩者較佳在其橋接部104/114部位交錯，進而界定出多個方形感應區域單元，且該第一電極100及第二電極110可位於同一基板上下兩側，或是位於一基板之同一側，亦或是分別設置於不同基板上。第一主分支電極106、第二主分支電極116、以及第二次分支電極118係延伸進入感應區域單元之中。復如第3圖所示，在較佳實施例中，設置在電極部側邊中點的第一主分支電極106與第二主分支電極116會從四個方向延伸接近感應區域單元的中點，且相鄰第一主分支電極106間距係為相鄰第二主分支電極116間距的2.5倍，而第二次分支電 極118則會與第二主分支電極116以及第一電極100等間隔設置。須注意對應不同的電極節距以及X軸/Y軸夾角，感應區域單元亦可能是其他形狀，如長方形或平行四邊形等，且主分支電極與次分支電極可能為非直線態樣，如弧形、波浪形、鋸齒形等。

從第3圖可以清楚看出，本發明的主分支電極與次分支電極設計可以有效覆蓋感應區域單元內的空乏區域，而剩餘的空乏區域則可另外設置多個虛置導體塊120來加以填補。虛置導體塊120的材質可與電極相同，而係可增加電極與IC電路之間的電磁屏蔽效果，並可增加平面上的單位圖形均勻度，但其並未加以通電，故不會對電容值造成負面影響。另需注意到，該些虛置導體塊120不會和第一電極100及第二電極110直接接觸，第3圖為第一電極、第二電極分別設於基板上下兩側且處置導體塊位於基板下側的實施情況；應當理解的是，第一電極100及第二電極110可同時設在基板同一側，並在橋接部114交錯處以非導電性材質隔開。

在說明完上述本發明的電極圖形設計之後，接下來將以截面圖來說明所述電極在基板上的相對位置以及其電容耦合關係。現在請參照第4圖，其繪示出根據本發明較佳實施例電容式觸控板的截面示意圖(圖中僅繪出第一電極100及第二電極110分設於基板上下兩側的實施情況)。如第4圖所示，本發明的第一電極100與第二電極110係分別設置在一透明基板130的上下表面。透明基板130的材質可為PET、PC、PMMA、PEN、PES、PVA、PI、PS、玻璃等。一保護玻璃140，如強化玻璃，設置在第二電極(Rx)110電極上以提供保護效果，操作時保護玻璃140係為進行觸控或近接之一端。內含驅動電路的液晶模組150則設置在另一側的第一電極100下方，其中的驅動IC(未圖示)會與第二電極(Tx)110電連結並提供一驅動電壓訊號。在接受驅動電壓後，第一電極100與第二電極110之間會產生投射式電場(如圖中虛線所示)，達成兩電極間的電容耦合。如此，當一觸控筆160接近或接觸保護蓋板140時，其會改變兩電極間的既有電場，並吸收部分電容使得感應 電容值發生改變，其中的作用機制可以下述公式來說明：△C _P =(C _P -C _f )/C _P …(一)

其中，C _p 為驅動節點的互感感應電容；C _f 為手指感應的對地電容；而△C _p 為原有感應電容的電容變化比值。

由上述式(一)可知，驅動節點的感應電容C _p 值越大，觸控感應時的電容變化比值△C _p 就越接近1，代表其觸控行為發生時的電容變化量越小，對於感測相對不易。

本發明將第一電極100與第二電極110設計呈狹長形狀，即實質上縮小電極的線寬，如此使得電極間彼此的距離增大，而縮小變窄的橋接部設計可使兩電極的重合面積更為縮小，以上種種設計都能使驅動節點的感應電容C _p 值變小。如此，觸控行為發生時電容變化比值△C _p 變化量相對變大，有助於觸控之感應，增加感應的靈敏度。感測靈敏度的增加亦使得本發明有條件應用在未來對電容變化比值條件更嚴苛的雙層超薄薄膜基材的觸控面板設計中。

另一方面，本發明的優點在於，就互容式感應技術而言，發射電極(Tx，即第二電極110)與接收電極(Rx，即第一電極100)交會處的電容訊號最強，越往方形感應區域內部，如區域中心點，其電容訊號越弱。本發明不採用習知技術縮小電極節距或是高壓驅動/高製作成本的作法，而以主分支電極與次分支電極之發明設計來達到有效覆蓋方形感應區域內部的空乏區域之功效，以增強該處的電容訊號，改善了習知技術中互容式感應解析度不足的問題，同時又不會造成第一電極100與第二電極110有過多的重合區域，進而造成驅動節點的感應電容C _p 值變大而使得感測靈敏度變小。

再者，填補剩餘空乏區域的虛置導體塊120與第二電極110都設置在基板130的下表面，兩者共同作為上方第一電極100與下方液晶模組150之間的電磁屏蔽，以減少感測雜訊。虛置導體塊120亦可作為圖中磁力線的 跳板，達到降低感應電容C _p 值的效果。

故綜合上述說明，本發明的分支電極設計較之習知技術能有效提升電容感應的靈敏度與解析度，減少所需設置的電極pin數目以及製作成本，其兼具實質的特徵創新與發明功效。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100‧‧‧第一電極

106‧‧‧第一主分支電極

110‧‧‧第二電極

116‧‧‧第二主分支電極

118‧‧‧第二次分支電極

120‧‧‧虛置導體塊

Claims (13)

1. 一種電容式觸控板，包含：至少一基板；複數條第一電極，其間隔設置在該基板上且沿著一第一方向延伸；以及複數條第二電極，其間隔設置在該基板上且沿著一第二方向延伸；其中該第一電極具有至少一條第一主分支電極沿著該第二方向延伸，該第二電極具有至少一條第二主分支電極沿著該第一方向延伸以及至少一條第二次分支電極沿著該第一方向延伸。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之電容式觸控板，其中該第一電極另具有至少一條第一次分支電極沿著該第二方向延伸。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之電容式觸控板，其中該第一主分支電極與該第二主分支電極的長度相同，該第一次分支電極與該第二次分支電極的長度相同。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之電容式觸控板，其中該第一主分支電極與兩側相鄰的該第二電極等間距，該第二主分支電極與兩側相鄰的該第一電極等間距，該第二主分支電極及該第二次分支電極彼此等間距設置，且該第二次分支電極及該第一電極係彼此等間距設置。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之電容式觸控板，其中該第一電極的節距為該第一主分支電極長度的三倍，該第二電極的節距為該第二主分支電極的長度的三倍。
6. 根據申請專利範圍第1項所述之電容式觸控板，其中該第一電極的節距介於4~7釐米之間，該第二電極的節距介於4~7釐米之間。
7. 根據申請專利範圍第1項所述之電容式觸控板，其中該第一主分支電極、該第二主分支電極、以及該第二次分支電極的寬度皆介於300~400微米之間。
8. 根據申請專利範圍第1項所述之電容式觸控板，其中該第一電極與該第二電極皆由多個電極部與多個橋接部交替連接而成，且該電極部的寬度大於該橋接部的寬度。
9. 根據申請專利範圍第8項所述之電容式觸控板，其中該橋接部的長度為該橋接部的寬度的三至四倍。
10. 根據申請專利範圍第1項所述之電容式觸控板，更包含多個虛置導體塊設置在該基板表面的剩餘空間上。
11. 根據申請專利範圍第1項所述之電容式觸控板，其中該第一電極間隔設置在該基板的上表面，該第二電極間隔設置在該基板的下表面。
12. 根據申請專利範圍第1項所述之電容式觸控板，其中該第一電極與該第二電極設置在該基板的同一表面上，該第一電極與該第二電極之間以非導電性材料隔絕。
13. 根據申請專利範圍第1項所述之電容式觸控板，其中相鄰的該第一主分支電極的間距為相鄰的該第二主分支電極的間距的2.5倍。