TWI448938B - 觸控面板以及其操作方法 - Google Patents

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Tpk Touch Solutions Xiamen Inc
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Description

觸控面板以及其操作方法
本發明係關於一種觸控面板，特別是一種具有特殊電極結構的觸控面板。
在現今各式消費性電子產品市場中，個人數位助理(personal digital assistant，PDA)、行動電話(mobile Phone)及筆記型電腦(notebook)等可攜式電子產品乃至於個人電腦、數位家電系統已逐漸使用觸控面板(touch display panel)作為使用者與電子裝置間之資料溝通介面工具。使用觸控面板時，使用者可直接透過螢幕上顯示的物件進行操作與下達指令，因此可提供使用者更人性化的操作介面。此外電子產品的設計皆以輕、薄、短、小為方向，因此在產品設計上希望能節省如按鍵、鍵盤、滑鼠等傳統輸入裝置的設置空間，搭配觸控面板的顯示裝置已逐漸成為各式電子產品的關鍵零件。
請參考第1圖，所繪示為習知觸控面板的結構示意圖。如第1圖所示，觸控面板100的觸控功能主要來自於複數個水平方向的水平電極102以及複數個垂直方向的垂直電極104。藉由此兩軸向的電極，即可分別感測輸入位置的水平或垂直坐標。一般而言，水平電極102以及垂直電極104是分別設置於利用導電材料形成的不同層中，再加上中間的絕緣結構，整個觸控面板100至少需要3至4層的材料堆疊，不僅使產品體積加大，也增加了製作的難度。目前廠商皆戮力於開發各種不同的觸控面板結構，期能減少觸控面板的堆疊層數，以符合當今產品輕薄短小的需求。
本發明於是提出一種觸控面板，具有特殊的電極結構，能減少整體材料的堆疊層數。
根據本發明之一實施例，本發明的觸控面板包含有一基板、複數條第一導線、複數條第二導線以及複數個感測墊。第一導線設置於基板上，彼此平行且沿著一第一方向延伸。第二導線設置於基板上，彼此平行且沿著一第二方向延伸。其中第一導線與第二導線彼此交錯並於基板上形成複數個感測墊區域。每個感測墊係對應設置於每個感測墊區域中，且每個感測墊會電性連接一條第一導線以及一條第二導線。
根據本發明另一實施例，本發明還提供一種觸控面板的操作方法。該操作方法首先進行一第一時間模式，使第一導線具有感測訊號而第二導線不具有感測訊號，接著，感測墊可藉由第一導線來感測第二方向上的觸控位置。然後進行一第二時間模式，使第二導線具有感測訊號而第一導線不具有感測訊號，接著，感測墊可藉由第二導線來感測第一方向上的觸控位置。
本發明的觸控面板由於具有特殊的感測電極結構，只需要一層感測電極(即感測墊)的排列即可完成，故相較於習知需要兩層以上感測電極的結構，本發明觸控面板的厚度可大幅縮小，同時，亦可減少電極材料的使用，降低觸控面板的製造成本。
為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之數個較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。
請參考第2圖，所繪示為本發明觸控面板之第一實施例的結構示意圖。如第2圖所示，本實施例的觸控面板300包含一基板302，以及設置於基板302上的複數條第一導線304、複數條第二導線306、複數個感測墊308以及複數個絕緣塊310。於本實施例中，第一導線304、第二導線306、感測墊308以及絕緣塊310皆位於基板302之同一側。基板302可以是各種透明的軟質基板，也可以是透明的硬質基板，例如，玻璃基板、塑膠基板或石英基板等。
如第2圖所示，第一導線304彼此平行且延伸於一第一方向312，第二導線306彼此平行且延伸於一第二方向314。於一實施例中，第一方向312大體上垂直於第二方向314。第一導線304與第二導線306彼此交錯並於基板302上圍成複數個感測墊區域317。每個感測墊區域317設置有一感測墊308。感測墊308可以是矩形、圓形或其他幾何形狀，於本發明較佳實施例中，感測墊308為正方形，以得到最大的面積利用率。如第2圖所示，每個感測墊308會分別連接一條第一導線304與一條第二導線306。更詳細來說，每個感測墊308會藉由一第一輔助導線304a電性連接於一第一導線304，藉由一第二輔助導線306a電性連接於一第二導線306。於一實施例中，第一輔助導線304a大體上平行於第二方向314，第二輔助導線306a大體上平行於第一方向312。
於本發明較佳實施例中，第一導線304、第一輔助導線304a、第二導線306以及第二輔助導線306a係利用同一道的製程一起形成，其材質包含金屬，例如可以是金、銀、銅、鋁、鉬、鈦、鉭、鎘、或上述之氮化物、或上述之氧化物、或上述之合金、或上述之組合，但不以上述為限，例如第一導線304或者第二導線306也可以包含透明導電材質。感測墊308可以是單層或多層結構，可由一種材料製成或多種材料組合而成，其材料包含透明導電材質，例如是氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)、氧化銦鋅(indium zinc oxide,IZO)、氧化鎘錫(cadmium tin oxide,CTO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide,AZO)、氧化銦鋅錫(indium tin zinc oxide,ITZO)、氧化鋅(zinc oxide)、氧化鎘(cadmium oxide)、氧化鉿(hafnium oxide,HfO)、氧化銦鎵鋅(indium gallium zinc oxide,InGaZnO)、氧化銦鎵鋅鎂(indium gallium zinc magnesium oxide,InGaZnMgO)、氧化銦鋅鎂(indium gallium magnesium oxide,InGaMgO)或氧化銦鎵鋁(indium gallium aluminum oxide,InGaAlO)，但不以上述為限。
如第2圖所示，絕緣塊310設置於基板302上第一導線304以及第二導線306交界處，使得第一導線304以及第二導線306能位於基板302的同一側且能彼此電性絕緣。於一實施例中，第一導線304會跨坐在絕緣塊310的上方，而第二導線306設置在絕緣塊310的下方；而於另一實施例中，第一導線304設置在絕緣塊310的下方，而第二導線306跨坐在絕緣塊310的上方。絕緣塊310可以是絕緣材質例如氧化矽(SiO2 )、氮化矽(SiN)、氮氧化矽(SiCN)、碳化矽(SiC)等，但不以上述為限。如第2圖所示，第一導線304與第二導線306會連接至一控制器316，藉由控制器316所提供的驅動訊號，可提供觸控面板300的感測功能。
本發明的觸控面板300在執行觸控功能時，係在不同的時間下來給予第一導線304以及第二導線306感測訊號，以分別偵測感測墊308的觸控情況。請參考第3圖，所繪示為本發明觸控面板的操作方法的流程示意圖。如第3圖所示(並一併參考第2圖)，於一第一時間模式中，控制器316會給予第一導線304感測訊號，但是會切斷第二導線306使之不具有感測訊號(步驟402)，此時，感測墊308可藉由第一導線304來感測第二方向314上的觸控位置(步驟404)。接續，控制器316會判斷感測墊308是否感測到觸控位置(步驟406)；若判斷結果為是，則繼續進行步驟408；若判斷結果為否，則返回步驟402。接著，於一第二時間模式中，控制器316會給予第二導線306感測訊號，但是會切斷第一導線304使之不具有感測訊號(步驟408)，此時，感測墊308可藉由第二導線306來感測第一方向312上的觸控位置(步驟410)。於是，在這樣第一時間模式與第二時間模式交替執行的情況下，第一導線304以及第二導線306可「共用」感測墊308的感測功能，使得控制器316能偵測第一方向312上的觸控位置以及第二方向314上的觸控位置，藉此運算出正確的觸控位置。可以理解的是，前述實施例是先在第一時間給予第一導線304感測訊號，然後在第二時間給予第二導線306感測訊號；而於另一實施例中，亦可在第一時間先給予第二導線306感測訊號，接著在第二時間給予第一導線304感測訊號。
請參考第4圖與第5圖，所繪示為本發明觸控面板之第二實施例的結構示意圖，其中第5圖為第4圖中沿著BB’切線的剖面圖。如第4圖與第5圖所示，第二實施例與第一實施例的主要區別在於，第二實施例的第一導線304以及第二導線306係設置於基板302的不同側，也就是說，第一導線304以及感測墊308設置於基板302的一側，而第二導線306則設置於基板302的另一側。本實施例中，第二導線306可以包含金屬也可以是透明導線材質。如第5圖所示，基板302中設置有複數個接觸孔318，較佳者，這些接觸孔318會對應設置於感測墊308之下方，而第二輔助導線306a係設置於這些接觸孔318中。每個感測墊308藉由第二輔助導線306a與位於基板302另一側的第二導線306電性連接。如此一來，觸控面板300亦可藉由第一時間模式與第二時間模式交替運作的情況下來偵測感測墊308的感測情況。值得注意的是，由於第一導線304以及第二導線306係設置於基板302的不同側，故本實施例並不需要配置額外的絕緣塊308。
甚至，於另一實施例中，亦可無須配置第一輔助導線304a。請參考第6圖，所繪示為本發明之另一實施例的結構示意圖。如第6圖所示，本實施例的觸控面板300，其感測墊308與第一導線304之間可以不具有第一輔助導線304a，而直接與第一導線304相連。在本實施例中，由於無須考量到第二導線306的配置，因此相較於第一實施例，感測墊308的面積可以擴大，進而提升了觸控面板300的感測靈敏度。
請參考第7圖與第8圖，所繪示為本發明觸控面板之第三實施例的示意圖，其中第8圖為第7圖中沿著CC’切線的剖面圖。如第7圖與第8圖所示，第三實施例與第一實施例的主要區別在於，第三實施例的第一導線304以及第二導線306設置於基板302的同一側，而感測墊308則設置於基板302的另一側。如第7圖所示，基板302中設置有複數個第一接觸孔318a以及複數個第二接觸孔318b，較佳者，第一接觸孔318a和第二接觸孔318b會對應設置於感測墊318的下方。每個感測墊308藉由設置於第一接觸孔318a的第一輔助導線304a與位於基板302另一側的第一導線304電性連接，並藉由設置於第二接觸孔318b中的第二輔助導線306a與位於基板302另一側的第二導線306電性連接。第7圖中雖然CC’切線並未經過第二接觸孔318b，但為了清楚表示其與第一接觸孔318a和感測墊308的相對位置，第7圖仍以虛線描繪之。此外，絕緣塊310設置在基板302與第一導線304和第二導線306相同的一側，並設置於第一導線304以及第二導線306之間，使得第一導線304與第二導線306電性絕緣。本實施例亦可藉由第一時間模式與第二時間模式交替運作的情況下來偵測感測墊308的感測情況。於一實施例中，由於感測墊308包含透明導電材質，而第一導線304第二導線306包含金屬，兩者係位於基板302的不同側，因此製程上並不會互相影響，能以更精簡的流程製作，並得到較佳的產品良率。
請參考第9圖，所繪示為本發明觸控面板之第四實施例的示意圖。如第9圖所示，第四實施例與第一實施例的主要區別在於，第四實施例的第一輔助導線304a與第二輔助導線306a係和感測墊308使用相同的材質，例如都是透明導電材質。也就是說，第一輔助導線304a與第二輔助導線306a係和感測墊308係利用同一個步驟一起形成，使得第一輔助導線304a、第二輔助導線306a以及感測墊308為一體成型(monolithic)。須注意的是，第四實施例可和前述第一實施例、第二實施例和第三實施例做任意的搭配，例如在第4圖中的第一輔助導線304a以透明導電材料來取代，在此並不一一列舉全部組合。
此外，請參考第10圖，所繪示為本發明觸控感測面板之第五實施例的示意圖，其中第10圖為第2圖中沿著AA’切線的剖面圖。如第10圖所示，為了避免各感測墊308之間因距離過近而造成的寄生電容(尤其是在第6圖的實施例中具有較大面積的感測墊308)，本實施例係在各感測墊308之間的基板302上設置有一絕緣層320，絕緣層320會形成在各感測墊308之間的間隙中，較佳者會和感測墊308的頂面切齊，但也可以超過感測墊308的頂面。絕緣層320可以是各種絕緣材質，較佳者宜選用折射率和感測墊308相同的絕緣材質，例如當感測墊308為ITO時，絕緣層320可以是二氧化鈦(TiO2 )或二氧化鋯(ZrO2 )。同樣的，第五實施例可和前述第一實施例、第二實施例以及第三實施例做任意的搭配，在此並不一一列舉全部組合。
此外須注意的是，本發明觸控面板的觸控感測方面，係透過位於基板302上複數個感測墊308所形成的陣列(array)來達成，而感測的方式並不限於電容式的感測方式，而可以是其他方式例如電阻式的觸控方式。舉例來說，可在感測墊308的上方對應設置有一平面電極，藉由按壓時平面電極與感測墊308的接觸而偵測其感測位置。應了解這些感測方式應皆屬本發明的權利範圍。
綜上而言，本發明提供了一種觸控面板的結構與其操作方法，在執行觸控功能時，係在不同的時間下分別給予第一導線以及第二導線感測訊號，以偵測第一方向以及第二方向上的觸控位置。本發明的觸控面板由於具有特殊的感測電極結構，只需要一層的感測電極(即感測墊)的排列即可完成，故相較於習知需要兩層以上感測電極的結構，本發明觸控面板的體積可大幅縮小。
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．．．觸控面板
102．．．水平電極
104．．．垂直電極
300．．．觸控面板
302．．．基板
304．．．第一導線
304a．．．第一輔助導線
306．．．第二導線
306a．．．第二輔助導線
308．．．感測墊
310．．．絕緣塊
312．．．第一方向
314．．．第二方向
316．．．控制器
317．．．感測墊區域
318．．．接觸孔
318a．．．第一接觸孔
318b．．．第二接觸孔
320．．．絕緣層
402．．．步驟
404．．．步驟
406．．．步驟
408．．．步驟
410．．．步驟
第1圖繪示了習知觸控面板的結構示意圖。
第2圖繪示了本發明觸控面板之第一實施例的結構示意圖。
第3圖繪示了本發明觸控面板的操作方法的流程示意圖。
第4圖與第5圖繪示了本發明觸控面板之第二實施例的結構示意圖。
第6圖繪示了本發明觸控面板之另一實施例的結構示意圖。
第7圖與第8圖繪示了本發明觸控面板之第三實施例的結構示意圖。
第9圖繪示了本發明觸控面板之第四實施例的結構示意圖。
第10圖繪示了本發明觸控面板之第五實施例的結構示意圖。
300．．．觸控面板
302．．．基板
304．．．第一導線
304a．．．第一輔助導線
306．．．第二導線
306a．．．第二輔助導線
308．．．感測墊
310．．．絕緣塊
312．．．第一方向
314．．．第二方向
316．．．控制器
317．．．感測墊區域

Claims (19)

  1. 一種觸控面板，包含：複數條第一導線，該等第一導線彼此平行且沿著一第一方向延伸；複數條第二導線，該等第二導線彼此平行且沿著一第二方向延伸，該等第一導線與該等第二導線彼此交錯並形成複數個感測墊區域；複數個感測墊，每個該感測墊對應設置於每個該感測墊區域中，且每個該感測墊電性連接一條該第一導線以及一條該第二導線，以使該第一導線與該第二導線可共享該感測墊的感測功能；以及一控制器，與該等第一導線以及該等第二導線連接，於一第一時間模式中，該等第一導線具有感測訊號且該等第二導線不具有感測訊號；於一第二時間模式中，該等第二導線具有感測訊號且該等第一導線不具有感測訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，還包含複數個絕緣塊設置於該等第一導線以及該等第二導線交界處，使得該等第一導線以及該等第二導線彼此電性絕緣。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，還包含一基板，其中該等第一導線、該等第二導線以及該等感測墊設置於該基板之同一側。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之觸控面板，還包含複數個第一輔助 導線設置於該基板上，其中該等第一輔助導線設置於該等第一導線以及該等感測墊之間，使得每個該感測墊電性連接一條該第一導線。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之觸控面板，還包含複數個第二輔助導線設置於該基板上，其中該等第二輔助導線設置於該等第二導線以及該等感測墊之間，使得每個該感測墊電性連接一條該第二導線。
  6. 一種觸控面板，包含：複數條第一導線以及複數條第二導線，該等第一導線彼此平行且沿著一第一方向延伸，該等第二導線彼此平行且沿著一第二方向延伸；複數個感測墊，其中每個該感測墊電性連接一條該第一導線以及一條該第二導線，以使該第一導線與該第二導線可共享該感測墊的感測功能；以及一控制器，於一第一時間模式中，該等第一導線具有感測訊號且該等第二導線不具有感測訊號；於一第二時間模式中，該等第二導線具有感測訊號且該等第一導線不具有感測訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之觸控面板，還包含一基板，其中該等第一導線以及該等感測墊設置於該基板之同一側，該等第二導線設置於該基板之另一側。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之觸控面板，還包含複數個第一輔助 導線設置於該基板上，其中該等第一輔助導線係設置於該等第一導線以及該等感測墊之間，使得每個該感測墊電性連接一條該第一導線。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之觸控面板，其中還包含複數個接觸孔設置於該基板中，該等感測墊係經由該等接觸孔中的複數個第二輔助導線與該等第二導線電性連接。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之觸控面板，還包含一基板，其中該等第一導線以及該等第二導線設置於該基板之同一側，該等感測墊設置於該基板之另一側。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之觸控面板，其中還包含複數個第一接觸孔設置於該基板中，該等感測墊係經由該等第一接觸孔中的複數個第一輔助導線與該等第一導線電性連接。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之觸控面板，其中還包含複數個第二接觸孔設置於該基板中，該等感測墊係經由該等第二接觸孔中的複數個第二輔助導線與該等第二導線電性連接。
  13. 如申請專利範圍第4項、第8項或第11項所述之觸控面板，其中該等第一輔助導線包含金屬或透明導電材質。
  14. 如申請專利範圍第5項、第9項或第12項所述之觸控面板，其中該等第二輔助導線包含金屬或透明導電材質。
  15. 如申請專利範圍第1項或第6項所述之觸控面板，其中該等感測墊包含透明導電材質。
  16. 如申請專利範圍第1項或第6項所述之觸控面板，其中該等第一導線與該等第二導線包含金屬或透明導電材質。
  17. 如申請專利範圍第1項或第6項所述之觸控面板，還包含一絕緣層設置於該基板上且位於該等感測墊之間。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之觸控面板，其中該絕緣層包含二氧化鈦(TiO2 )或二氧化鋯(ZrO2 )。
  19. 一種觸控面板的操作方法，該觸控面板包含複數條彼此平行且沿著一第一方向延伸之第一導線以及複數條彼此平行且沿著一第二方向延伸之第二導線，以及複數個感測墊，其中每個該感測墊電性連接一條該第一導線以及一條該第二導線，該操作方法包含：進行一第一時間模式，使該等第一導線具有感測訊號且該等第二導線不具有感測訊號；該等感測墊可藉由該等第一導線來感測該第二方向上的觸控位 置；在該第一時間模式完成後，判斷是否感測到觸控位置；若判斷結果為是，則繼續進行一第二時間模式；若判斷結果為否，則返回該第一時間模式；進行該第二時間模式，使該等第二導線具有感測訊號且該等第一導線不具有感測訊號；以及該等感測墊可藉由該等第二導線來感測該第一方向上的觸控位置。
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