TW201928634A - 觸控面板及其壓力觸控傳感結構和觸控壓力判斷方法 - Google Patents

Abstract

本發明是關於一種觸控面板及其壓力觸控傳感結構和觸控壓力判斷方法，觸控面板包括依次層疊分佈的基材、TFT層、OLED層以及鈍化層，壓力觸控傳感結構包括壓力感應結構。壓力感應結構包括依次層疊分佈的第一導電層、介電質層以及第二導電層。第一導電層、介電質層以及第二導電層依順序分佈在位於基材和鈍化層之間的區間。在鈍化層受壓時，根據第一導電層、第二導電層之間的電容變化以及第二導電層到鈍化層上的施力件之間的電容變化，得出施力件施加的觸控壓力。壓力感應結構可以整面分佈在觸控面板上，且能在觸控所在區域單獨的形成電容信號，讓每個位置均能在觸控時感應到觸控壓力。

Description

觸控面板及其壓力觸控傳感結構和觸控壓力判斷方法

本發明是關於觸控領域，更具體地說，是關於一種觸控面板及其壓力觸控傳感結構和觸控壓力判斷方法。

相關技術中的二維觸控應用於觸控面板上的功能已發展多年，為適應消費產品新的需求，美國蘋果公司提出第三維度觸控概念，即為二維觸控功能加上壓力感測。

第三維度觸控主要原理是採用隔層設計，將壓力感測元件安裝在不同層基板上，當表面承受按壓力道時，可透過內部光學膠（OCA）的膠材間隙變化，得知按壓力量大小及位置，改善螢幕邊緣可能反應不夠精準靈活的缺點，並具備溫度補償功能，可抵消溫度變化對感測結果產生的影響。

上述方法存在以下問題：

1. 受限於壓力感測機構，使產品機構設計較為複雜，產品整體無法薄化。

2. 無法同時感測顯示幕上的各點壓力。

3. 無法應用於軟性面板，來實現可撓的特性。

4. 其壓力感測為週邊四點的感測方式，若進行異形面板之設計，將使感測的精準度大大降低。

本發明要解決的技術問題在於，提供一種能感測觸控壓力大小的觸控面板及其壓力觸控傳感結構和觸控壓力判斷方法。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：構造一種觸控面板的壓力觸控傳感結構，所述觸控面板包括依次層疊分佈的基材、TFT層、OLED層以及鈍化層，所述壓力觸控傳感結構包括壓力感應結構， 所述壓力感應結構包括依次層疊分佈的第一導電層、介電質層以及第二導電層， 所述第一導電層、介電質層以及第二導電層依順序分佈在位於所述基材和所述鈍化層之間的區間； 在所述鈍化層受壓時，根據所述第一導電層、第二導電層之間的電容變化以及所述第二導電層到所述鈍化層上的施力件之間的電容變化，得出所述施力件施加的觸控壓力。

優選地，所述第一導電層、介電質層以及第二導電層依次層疊設置，形成所述壓力感應層，所述基材、壓力感應層、TFT層、OLED層以及鈍化層依次層疊設置。

優選地，所述第一導電層、介電質層以及第二導電層依次層疊設置，形成所述壓力感應層，所述基材、TFT層、OLED層、壓力感應層以及鈍化層依次層疊設置。

所述基材、第一導電層、TFT層、OLED層、第二導電層、以及鈍化層依次層疊設置，所述介電質層形成於所述TFT層或OLED層。

優選地，所述第一導電層由可導電的金屬、金屬合金、金屬氧化物中的至少一種採用濺鍍形成， 所述第二導電層由可導電的金屬、金屬合金、金屬氧化物中的至少一種採用濺鍍形成。

優選地，所述金屬包括鋁、銀、銅、鉬、錫、鋅、金、鈦、釹中的一種。

優選地，所述金屬氧化物包括氧化銦錫、銦氧化鋅中的至少一種。

優選地，所述介電質層由有機材料採用物理氣相沉積、化學氣相沉積、蒸鍍、濺鍍、液相沉積中的一種形成；或 所述介電質層由無機材料採用物理氣相沉積、化學氣相沉積、蒸鍍、濺鍍、液相沉積中的一種形成。

優選地，所述鈍化層包括一層或由多層形成，且每層由有機材料或無機材料採用物理氣相沉積、化學氣相沉積、蒸鍍、濺鍍、液相沉積中的一種形成。

優選地，所述有機材料包括聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯中的至少一種。

優選地，所述無機材料包括氧化矽、氮化矽中的至少一種。

優選地，所述基材為玻璃基板，或聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丁二酸乙二醇酯、聚醯亞胺、纖維增強複合材料中的其中一種材質形成的基材。

本發明的觸控面板包括所述的壓力觸控傳感結構。

優選地，所述觸控面板為可彎曲的柔性觸控面板。

優選地，所述觸控面板還包括分別與所述第一導電層、第二導電層電性連接的處理器，所述處理器獲取電容信號，並計算得出觸控壓力。

一種觸控壓力判斷方法，採用所述的壓力觸控傳感結構，所述觸控壓力判斷方法包括： 對所述鈍化層外側觸控； 獲得觸控前後所述第一導電層、第二導電層之間的電容變化以及所述第二導電層到觸控位置上的施力件之間的電容變化；以及 根據電容變化，得出所述施力件施加的觸控壓力。

優選地，還包括以下步驟：根據觸控位置在所述第一導電層、第二導電層上對應的感應點，判斷受壓位置在觸控面板上的座標位置。

實施本發明的觸控面板及其壓力觸控傳感結構和觸控壓力判斷方法，具有以下有益效果：本發明實施例中的觸控面板及其壓力觸控傳感結構在鈍化層被外部觸控受壓時，根據第一導電層、第二導電層之間的電容變化以及第二導電層到鈍化層上的施力件之間的電容變化，通過相應的計算即可得出施力件施加的觸控壓力。

同時，還可根據觸控時觸發到第一導電層、第二導電層的感應點位置，得出觸控位置在觸控面板上的座標，從而能通過觸控能實現三個維度的感應。

進一步地，壓力感應結構可以整面分佈在觸控面板上，且能在觸控所在區域單獨的形成電容信號，讓硬質觸控面板和柔性觸控面板上的每個位置均能在觸控時感應到觸控壓力。

為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的具體實施方式。

如圖1所示，本發明一個優選實施例中的觸控面板10包括依次層疊分佈的基材11、TFT層12（TFT：Thin Film Transistor，薄膜電晶體）、OLED層13（OLED：Organic Light-Emitting Diode，有機發光二極體）以及鈍化層14，進一步地，觸控面板10還包括壓力觸控傳感結構15，壓力觸控傳感結構15包括壓力感應結構，壓力感應結構包括依次層疊分佈的第一導電層151、介電質層152以及第二導電層153。

第一導電層151、介電質層152以及第二導電層153依順序分佈在位於基材11和鈍化層14之間的區間。在鈍化層14受壓時，根據第一導電層151、第二導電層153之間的電容變化以及第二導電層153到鈍化層14上的施力件20之間的電容變化，得出施力件20施加的觸控壓力。

通常，基材11為玻璃材質的基板，觸控面板10上其他部件可以在玻璃基板上分別形成。

在其他實施例中，基材11可為由聚對苯二甲酸乙二醇酯（簡稱：PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（簡稱：PEN）、聚丁二酸乙二醇酯(簡稱：PES)、聚醯亞胺（簡稱：PI）、纖維增強複合材料（簡稱：FRP）中的其中一種材質形成。

TFT層12、OLED層13的製程可為TFT、OLED通用的製程，滿足普通觸控面板10及可彎曲的柔性觸控面板10即可。

鈍化層14採用有機材料、無機材料等絕緣材料形成，設置在面板的最外層用來保護面板，並承受外界的觸控壓力。

在本發明的第一實施例中，第一導電層151、介電質層152以及第二導電層153依次層疊設置，形成壓力感應層15'，第一導電層151、第二導電層153分別由導電材質形成，能進行導電，介電質層152通常由絕緣材料形成，在第一導電層151、第二導電層153之間可以形成電容。

進一步地，觸控面板10還包括分別與第一導電層151、第二導電層153電性連接的處理器，處理器獲取電容信號，並計算得出觸控壓力，同時，還可根據觸控時觸發到第一導電層151、第二導電層153的感應點位置，得出觸控位置在觸控面板上的橫向、縱向的座標及在觸控面板10厚度方向的位置變化，從而能通過觸控能實現三個維度的感應。

壓力感應結構可以整面分佈在觸控面板上，且能在觸控所在區域單獨的形成電容信號，讓硬質觸控面板和柔性觸控面板上的每個位置均能在觸控時感應到觸控壓力。

進一步的，基材11、壓力感應層15'、TFT層12、OLED層13以及鈍化層14依次層疊設置，在鈍化層14被外部觸控受壓時，根據第一導電層151、第二導電層153之間的電容變化以及第二導電層153到鈍化層14上的施力件20之間的電容變化，得出施力件20施加的觸控壓力。

如圖2所示，壓力感應結構的壓力傳感之機制如下：在鈍化層14受外力施壓時，藉由介電質層152所產生的形變，而造成電容值改變，來進行力的判別。

具體地過程如下，一開始未施以壓力時，第一導電層151、第二導電層153之間的單點電容值為C1；

當通過手指或其他施力件20在鈍化層14上給予一定壓力時，施力件20到第二導電層153之間的電容為C3，第一導電層151到第二導電層153之間的電容為C2，因此，施力件20所在位置的單點之電容值為C2+C3，對第一導電層151的感應點，其單點之電容值為1/C2+1/C3，而C2、C3的數值遵循電容公式為： C=εε₀ A/d， 其中： ε:介電質係數，隨介電質層152的材料變化而改變 ε₀ :真空介電質係數 A:電容面積 d:所夾之介電質的厚度

由原本已知電容面積A及材料之介電質係數ε及量測到的電容值信號，可以反推介電質層152的厚度改變量Δd，再由力學公式F=kΔd，求得其單位面積所受之力，進而得到對此壓力感應結構之受力值。

另一更精準之方式為對於製作出的壓力感應結構，進行所受壓力之資料庫建立，進而建立出電容值與受力之關係，來進行所受之力量的判別。

進一步地，在本實施例中，第一導電層151由可導電的金屬採用濺鍍形成，第二導電層153也可由可導電的金屬採用濺鍍形成，濺鍍用的金屬包括鋁、銀、銅、鉬、錫、鋅、金、鈦、釹中的一種。通常，形成第一導電層151、第二導電層153所用的材料為半導體製程上常使用的金屬材料。

可以理解地，為了讓第一導電層151、第二導電層153能導電，還可將可導電的金屬合金用濺鍍的製程製作形成第一導電層151、第二導電層153，金屬合金的組分可包括鋁、銀、銅、鉬、錫、鋅、金、鈦、釹等中的兩種或多種。

進一步地，為了讓第一導電層151、第二導電層153能導電，還可將可導電的金屬氧化物採用濺鍍的製程製作形成第一導電層151、第二導電層153，金屬氧化物可以包括氧化銦錫、銦氧化鋅中的一種，也可包括多種的組合。

本實施例中，介電質層152由有機材料採用物理氣相沉積製程形成，當然，可以理解地，介電質層152也可採用化學氣相沉積、蒸鍍、濺鍍、液相沉積中的一種製程形成。

介電質層152由無機材料採用物理氣相沉積、化學氣相沉積、蒸鍍、濺鍍、液相沉積中的一種形成。

鈍化層14可由有機材料或無機材料採用物理氣相沉積、化學氣相沉積、蒸鍍、濺鍍、液相沉積中的一種形成，鈍化層14可以只形成一層，也可由有機材料或無機材料形成多層堆疊後形成鈍化層14。

進一步地，上述的有機材料包括聚對苯二甲酸乙二醇酯（簡稱：PET）、聚乙烯（簡稱：PE）、聚萘二甲酸乙二醇酯（簡稱：PEN）中的一種，也可由多種組合，無機材料包括氧化矽、氮化矽中的一種，也可由這兩種組合。

在壓力觸控傳感結構獲得觸控位置在觸控面板10上的橫向、縱向的座標及在觸控面板10厚度方向的位置變化、觸控位置的觸控壓力等資訊後，傳遞給讀取晶片，讀取晶片在傳遞給主機板，主機板再將這些資訊傳遞給處理器處理後，傳遞給顯示幕，在顯示幕上進行對應的顯示。

如圖3所示，在本發明的第二實施例中，相對於上述第一實施例，壓力感應結構也是包括第一導電層151、介電質層152、以及第二導電層153，第一導電層151、介電質層152、以及第二導電層153依次層疊設置，形成壓力感應層15'。

與第一實施例不同的是，本實施例中的壓力感應層15'是設置在OLED層13和鈍化層14之間，基材11、TFT層12、OLED層13、壓力感應層15'以及鈍化層14依次層疊設置。

在鈍化層14受壓時，根據第一導電層151、第二導電層153之間的電容變化以及第二導電層153到鈍化層14上的施力件20之間的電容變化，得出施力件20施加的觸控壓力。

參考圖2的第一實施例中對壓力感應結構的壓力傳感之機制的過程描述，如圖4所示，第二實施例中壓力傳感具體地過程如下；

一開始未施以壓力時，第一導電層151、第二導電層153之間的單點電容值為C1；

當通過手指或其他施力件20在鈍化層14上給予一定壓力時，施力件20到第二導電層153之間的電容為C3，第一導電層151到第二導電層153之間的電容為C2，因此，施力件20所在位置的單點之電容值為C2+C3，對第一導電層151的感應點，其單點之電容值為1/C2+1/C3，而C2、C3的數值遵循電容公式為： C=εε₀ A/d， 其中： ε:介電質係數，隨介電質層152的材料變化而改變 ε₀ :真空介電質係數 A:電容面積 d:所夾之介電質的厚度

由原本已知電容面積A及材料之介電質係數ε及量測到的電容值信號，可以反推介電質層152的厚度改變量Δd，再由力學公式F=kΔd，求得其單位面積所受之力，進而得到對此壓力感應結構之受力值。

如圖5所示，在本發明的第三實施例中，相對於上述第一、第二實施例，壓力感應結構包括第一導電層151、介電質層152以及第二導電層153，與第一、第二實施例中不同的是，基材11、第一導電層151、TFT層12、OLED層13、第二導電層153以及鈍化層14依次層疊設置，介電質層152形成於TFT層12或OLED層13。

第一導電層151形成在基材11上後，再依次在第一導電層151上形成TFT層12、OLED層13，在形成TFT層12或OLED層13時，會有一步製程是將有機材料或無機材料採用物理氣相沉積、化學氣相沉積、蒸鍍、濺鍍、液相沉積中的一種形成介電質層152，讓介電質層152形成於TFT層12或OLED層13中。

第二導電層153形成於OLED層13上，最後再在第二導電層153上形成鈍化層14。

本實施例中的介電質層152是屬於TFT層12或OLED層13，可以位於TFT層12與第一導電層151相鄰的側面，與第一導電層151接觸，也可位於OLED層13與第二導電層153相鄰的側面，與第二導電層153接觸，也可均不與第一導電層151、第二導電層153接觸。

在觸控鈍化層14時，本實施例中的介電質層152會在第一導電層151、第二導電層153之間可以形成電容。參考圖2、圖4對第一、第二實施例中對壓力感應結構的壓力傳感之機制的過程描述，如圖6所示，第三實施例中的壓力傳感具體地過程如下；

一開始未施以壓力時，第一導電層151、第二導電層153之間的單點電容值為C1；

當通過手指或其他施力件20在鈍化層14上給予一定壓力時，施力件20到第二導電層153之間的電容為C3，第一導電層151到第二導電層153之間的電容為C2，因此，施力件20所在位置的單點之電容值為C2+C3，對第一導電層151的感應點，其單點之電容值為1/C2+1/C3，而C2、C3的數值遵循電容公式為： C=εε₀ A/d， 其中： ε:介電質係數，隨介電質層152的材料變化而改變 ε₀ :真空介電質係數 A:電容面積 d:所夾之介電質的厚度

由原本已知電容面積A及材料之介電質係數ε及量測到的電容值信號，可以反推介電質層152的厚度改變量Δd，再由力學公式F=kΔd，求得其單位面積所受之力，進而得到對此壓力感應結構之受力值。

如圖7所示，進一步地，採用壓力觸控傳感結構的觸控壓力判斷方法包括以下步驟：

對鈍化層14外側觸控；

獲得觸控前後第一導電層151、第二導電層153之間的電容變化以及第二導電層153到觸控位置上的施力件20之間的電容變化；

根據電容變化，得出施力件20施加的觸控壓力。

根據獲得的觸控壓力，可以得出在觸控壓力方向的位置變化，即可以得出在觸控面板10厚度方向的位置變化。

另外，觸控壓力判斷方法還可包括以下步驟：

根據觸控位置在第一導電層151、第二導電層153上對應的感應點，判斷受壓位置在觸控面板10上的座標位置，即還可在判斷觸控壓力的同時，還可獲得觸控位置在觸控面板上橫向和縱向的座標。

可以理解地，上述各技術特徵可以任意組合使用而不受限制。

以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。

10‧‧‧觸控面板

11‧‧‧基材

12‧‧‧TFT層

13‧‧‧OLED層

14‧‧‧鈍化層

15‧‧‧壓力觸控傳感結構

15'‧‧‧壓力感應層

20‧‧‧施力件

151‧‧‧第一導電層

152‧‧‧介電質層

153‧‧‧第二導電層

C1、C2、C3‧‧‧電容

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中： 圖1是本發明的第一實施例中帶有壓力觸控傳感結構的觸控面板的剖面結構示意圖； 圖2是圖1中的觸控面板在被觸控前後的電容示意圖； 圖3是本發明的第二實施例中帶有壓力觸控傳感結構的觸控面板的剖面結構示意圖； 圖4是圖3中的觸控面板在被觸控前後的電容示意圖； 圖5是本發明的第三實施例中帶有壓力觸控傳感結構的觸控面板的剖面結構示意圖； 圖6是圖5中的觸控面板在被觸控前後的電容示意圖； 圖7是本發明採用壓力觸控傳感結構的觸控壓力判斷方法的流程示意圖。

Claims (17)

1. 一種觸控面板的壓力觸控傳感結構，所述觸控面板包括依次層疊分佈的基材、TFT層、OLED層以及鈍化層，所述壓力觸控傳感結構包括壓力感應結構， 所述壓力感應結構包括依次層疊分佈的第一導電層、介電質層以及第二導電層， 所述第一導電層、所述介電質層以及所述第二導電層依順序分佈在位於所述基材和所述鈍化層之間的區間， 在所述鈍化層受壓時，根據所述第一導電層、所述第二導電層之間的電容變化以及所述第二導電層到所述鈍化層上的施力件之間的電容變化，得出所述施力件施加的觸控壓力。
2. 如申請專利範圍第1項所述的觸控面板的壓力觸控傳感結構，其中所述第一導電層、所述介電質層以及所述第二導電層依次層疊設置，形成壓力感應層， 所述基材、所述壓力感應層、所述TFT層、所述OLED層以及所述鈍化層依次層疊設置。
3. 如申請專利範圍第1項所述的觸控面板的壓力觸控傳感結構，其中所述第一導電層、所述介電質層以及所述第二導電層依次層疊設置，形成壓力感應層， 所述基材、所述TFT層、所述OLED層、所述壓力感應層以及所述鈍化層依次層疊設置。
4. 如申請專利範圍第1項所述的觸控面板的壓力觸控傳感結構，其中所述基材、所述第一導電層、所述TFT層、所述OLED層、所述第二導電層以及所述鈍化層依次層疊設置，所述介電質層形成於所述TFT層或所述OLED層。
5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的觸控面板的壓力觸控傳感結構，其中所述第一導電層由可導電的金屬、金屬合金、金屬氧化物中的至少一種採用濺鍍形成， 所述第二導電層由可導電的金屬、金屬合金、金屬氧化物中的至少一種採用濺鍍形成。
6. 如申請專利範圍第5項所述的觸控面板的壓力觸控傳感結構，其中所述金屬包括鋁、銀、銅、鉬、錫、鋅、金、鈦、釹中的一種。
7. 如申請專利範圍第5項所述的觸控面板的壓力觸控傳感結構，其中所述金屬氧化物包括氧化銦錫、銦氧化鋅中的至少一種。
8. 如申請專利範圍第1項所述的觸控面板的壓力觸控傳感結構，其中所述介電質層由有機材料採用物理氣相沉積、化學氣相沉積、蒸鍍、濺鍍、液相沉積中的一種形成；或 所述介電質層由無機材料採用物理氣相沉積、化學氣相沉積、蒸鍍、濺鍍、液相沉積中的一種形成。
9. 如申請專利範圍第1項所述的觸控面板的壓力觸控傳感結構，其中所述鈍化層包括一層或由多層形成，且每層由有機材料或無機材料採用物理氣相沉積、化學氣相沉積、蒸鍍、濺鍍、液相沉積中的一種形成。
10. 如申請專利範圍第8項或第9項所述的觸控面板的壓力觸控傳感結構，其中所述有機材料包括聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯中的至少一種。
11. 如申請專利範圍第8項或第9項所述的觸控面板的壓力觸控傳感結構，其中所述無機材料包括氧化矽、氮化矽中的至少一種。
12. 如申請專利範圍第1項至第4項、第8項、第9項中任一項所述的觸控面板的壓力觸控傳感結構，其中所述基材為玻璃基板，或為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丁二酸乙二醇酯、聚醯亞胺、纖維增強複合材料中的其中一種材質形成的基材。
13. 一種觸控面板，包括如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述的壓力觸控傳感結構。
14. 如申請專利範圍第13項所述的觸控面板，其中所述觸控面板為可彎曲的柔性觸控面板。
15. 如申請專利範圍第13項或第14項所述的觸控面板，其中所述觸控面板還包括分別與所述第一導電層、所述第二導電層電性連接的處理器，所述處理器獲取電容信號，並計算得出觸控壓力。
16. 一種觸控壓力判斷方法，採用如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述的壓力觸控傳感結構，所述觸控壓力判斷方法包括： 對所述鈍化層外側觸控； 獲得觸控前後所述第一導電層、所述第二導電層之間的電容變化以及所述第二導電層到觸控位置上的施力件之間的電容變化；以及 根據電容變化，得出所述施力件施加的觸控壓力。
17. 如申請專利範圍第16項所述的觸控壓力判斷方法，其還包括以下步驟： 根據觸控位置在所述第一導電層、所述第二導電層上對應的感應點，判斷受壓位置在所述觸控面板上的座標位置。