TWI471794B - 觸控面板 - Google Patents

Description

觸控面板

本發明係有關於觸控裝置，特別係有關於觸控面板。

從iPhone、Surface到Windows 7，多點觸控儼然成為取代鍵盤、滑鼠的新興人機介面。要實現多點觸控功能功能，在技術上必須整合觸控感測與控制、硬體驅動及應用程式的人機介面設計，但是最重要的還是需要具有符合之觸控面板方可達到。目前觸控面板之應用範圍相當廣泛，包括(1)可攜式之資訊、消費性電子及通訊產品(2)金融或商業用途(3)工業用途(4)公共資訊用途等。

以現階段來說，觸控技術無疑是最火紅的產品，其挾帶著可多點觸控、壽命長、高穿透度等優點，讓觸控技術具有潛力成為未來幾年之明日之星。然而，由於觸控面板是透過使用者以具有導電性質的外部物件例如，手指或觸控筆進行表面電容之感應變化，其無法使用絕緣的外部物件操作，如此，舉例來說，在季節性、習慣性需要穿戴手套的使用者而言，需將手套取下才可進行觸控動作，造成使用繁瑣的問題。

本發明係有關於觸控面板，其可使用任何種類的外部物件來操作，使用上非常的便利，且觸控面板的操作效果、操作順暢度佳。

提供一種觸控面板，其包括一電容式觸控結構與一壓力感測式觸控結構。電容式觸控結構供一導電物體觸碰時藉由電容變化量以感測觸控操作。壓力感測式觸控結構係藉由結構的形變來感測觸控操作，並配置在電容式觸控結構的一側上。壓力感測式觸控結構包含一第一導電層、一第二導電層、一電場產生結構與一間隔結構。電場產生結構環繞在第二導電層周圍，用以在第二導電層中產生均勻分佈的電場。間隔結構位於第一導電層與第二導電層之間。間隔結構包括絕緣間隔物、導電間隔物與一軟性介質。導電間隔物與絕緣間隔物係交錯散佈在軟性介質中。絕緣間隔物隔開導電間隔物與第二導電層一間距。壓力感測式觸控結構在觸控操作時，藉由一外力觸壓導致間距改變，進而改變電場的分佈，藉以進行觸控感測的偵測。

下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1圖與第2圖分別繪示一實施例中觸控面板的示意圖與剖面圖。請參照第1圖，觸控面板包括第一觸控結構10與第二觸控結構30。第一觸控結構10係配置在較遠離使用者之觸控側，第二觸控結構30係配置在較靠近使用者之觸控側。第一觸控結構10為一壓力感測式觸控結構，其係藉由結構的形變來感測觸控操作，因此無論觸壓的外部物件是導電的物體或非導電的物體，都可操作第一觸控結構10。

請參照第1圖，第一觸控結構10可包括第一導電層12、間隔結構14、電場產生結構16、第二導電層18與第一基板20。第二導電層18位於第一基板20之一表面上。電場產生結構16位於第二導電層18上。間隔結構14可位於實質上互相平行的第一導電層12與第二導電層18之間。於實施例中，第一導電層12係電性連接一參考電位，例如接地電位(第2圖)。第二導電層18係配置成鄰近第二觸控結構30，第一導電層12係配置成遠離第二觸控結構30。

請再參照第1圖，於實施例中，第一觸控結構10之電場產生結構16係由環繞在第二導電層18周圍的數個導電電極線28所構成。於此實施例中，導電電極線28分別分佈在第二導電層18四角隅處。利用電場產生結構16之導電電極線28於二對角分別施加電壓，以便在第二導電層18中產生均勻分佈的電場。舉例來說，操作時是在四個角落透過導電電極線28施加相同電壓，使第二導電層18整體形成均勻電場。

請參照第2圖，間隔結構14包括多數個絕緣間隔物22與多數個導電間隔物24，其係散佈在一軟性介質26中。在本實施例中絕緣間隔物22與導電間隔物24例如可為球體。絕緣間隔物22具有方向實質上為垂直於第一導電層12的一第一最大尺寸S1，因此，可控制第一導電層12與第二導電層18之間距等於第一最大尺寸S1。導電間隔物24具有方向實質上為垂直於第一導電層12的一第二最大尺寸S2。且第一最大尺寸S1係大於第二最大尺寸S2，因此，絕緣間隔物22係用以將導電間隔物24與第二導電層18隔開形成一間距D。再者，由於第一導電層12是整面的結構，因此可透過間距S1的控制，降低第一導電層12與第二導電層18之間的電場耦合效應，以避免第一導電層12干擾第二導電層18的均勻電場分佈。

更進一步言之，雖然導電間隔物24距離第二導電層18相對於第一導電層12為近，即相距間距D，但導電間隔物24與第二導電層18之間的一有效電容耦合面積相較於第一導電層12與第二導電層18之間的一有效電容耦合面積為小，因此，導電間隔物24與第二導電層18之間的耦合作用相較於第一導電層12與第二導電層18之間的耦合作用可以據以減少。其中有效電容耦合面積即導電間隔物24或第一導電層12之一表面朝向該第二導電層18的投影面積。

另一方面，由於導電間隔物24與第二導電層18之間所形成的間距D相對第一導電層12與第二導電層18之間所形成的間距S1較小，因此，導電間隔物24與第二導電層18之間只需要微小的形變量即可進行第一觸控結構10的觸控操作，相對的，可提高操作者在進行第一觸控結構10的操作順暢度。

於實施例中，絕緣間隔物22與導電間隔物24的條件例如分布密度、數量、尺寸等等係適當地選擇以達到優良的操作效果，舉例來說，使用者以輕鬆的力量操作觸控面板便能得到靈敏、精確的反應動作。再者，舉例來說，第一最大尺寸S1：第二最大尺寸S2為1.33:1。於實施例中，第一最大尺寸S1較佳為200微米。第二最大尺寸S2較佳為150微米。間距D尺寸較佳為50微米。但不以此為限，只要能符合第一最大尺寸S1與第二最大尺寸S2比例均在本發明的保護範圍。

散佈配置的絕緣間隔物22也能均勻地提供其上、下方元件互相隔開的支撐力量，避免元件經長久使用，變形後回復力疲乏而永久變形的問題。

絕緣間隔物22包括例如玻璃、塑膠、氧化物等。導電間隔物24包括金屬、導電高分子材料、ITO(銦錫)、IZO(氧化銦鋅)、AZO(氧化鋁鋅)、ZnO(氧化鋅)、SnO(單晶氧化錫晶體)等。於實施例中，軟性介質26為介電常數實質上大於1的介電物質，包括例如空氣或矽油。第一導電層12與第二導電層18分別包括例如導電高分子材料、ITO(銦錫)、IZO(氧化銦鋅)、AZO(氧化鋁鋅)、ZnO(氧化鋅)、SnO(單晶氧化錫晶體)等透明導電材料。第一基板20可包括玻璃、壓克力、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚亞醯胺(PI)等透明材料。

請再參照第2圖，當進行第一觸控結構10的觸控操作時，其係藉由一外部物件(如圖中所示的觸控筆)觸壓以使第二導電層18變形，導致導電間隔物24與第二導電層18之間的間距D改變，進而改變第二導電層18中電場的分佈情況，藉由電場分佈狀況的差異來算出座標。

更進一步言之，為了達到觸控效果，數個絕緣間隔物22與多數個導電間隔物24必須是形成交錯散佈的配置，使得觸控操作發生時，第二導電層18可藉由形變在任意位置上與導電間隔物24形成電場感應。舉例而言，如第2圖所示，各絕緣間隔物22與各導電間隔物24係彼此交錯散佈的配置；然而，絕緣間隔物22與導電間隔物24彼此交錯的配置數量並不以此為限，也可以是兩個相鄰的絕緣間隔物22與兩個相鄰的導電間隔物24彼此交錯散佈的配置；當然，也可以是，一個絕緣間隔物22與兩個相鄰的導電間隔物24彼此交錯散佈的配置形式，在配置數量上只要能夠達到第二導電層18藉由形變在任意位置上與導電間隔物24形成電場感應的作用即可。

另外，在操作過程中，觸壓的動作不必非得使第二導電層18與導電間隔物24碰觸，只要導電間隔物24與第二導電層18之間的間距D有改變即可達到感測效果。然而，在較佳的實施方式中，當觸壓的動作使第二導電層18與導電間隔物24之間碰觸，電場的均勻性係更進一步地被明顯破壞，因此可得到更為強烈的感測效果。

第二觸控結構30包括第二基板36、第三基板34及電極結構32。電極結構32配置於第二基板36與第三基板34之間。第三基板34配置在第一觸控結構10的第一基板20之另一表面上。於實施例中，係將電極結構32配置在第二基板36與第三基板34之間以形成第二觸控結構30，並形成第一觸控結構10以後，將第二觸控結構30配置在第一觸控結構10的第一基板20上，以形成觸控面板。

於一實施例中，第二觸控結構30為投射式電容觸控結構，其係利用配置在第三基板34與第二基板36之間的電極結構32來讀取具有導電性質的觸控筆或手指觸碰時的電容變化量以感測觸控。電極結構32並不限於如第1圖所示之矩形圖案層，也可使用如第3圖所示的菱形圖案層或其他合適的圖案層。

在外部物件為導電物時，觸控可主要藉由第二觸控結構30來讀取。由於第二觸控結構30係配置在外部物件的碰觸側，因此導電的外部物件能有效地操作觸控面板。而無論外部物件為導電物或絕緣物，觸碰面板的外力造成的結構形變皆會使第一觸控結構10感測觸控。其中由於第二觸控結構30係配置在第一觸控結構10的上方，即第二觸控結構30係配置在靠近操作者之觸控側，因此可以提高第二觸控結構30的感測效果。

第4圖繪示另一實施例中觸控面板的剖面圖。第4圖所示之觸控面板與第2圖所示之觸控面板的差異在於，係省略了第2圖所示之觸控面板的第三基板34。於此實施例中，係在形成第一觸控結構110，並將電極結構132配置在第二基板136上以形成第二觸控結構130之後，使第二觸控結構130的電極結構132與第二基板136共同形成在第一觸控結構110的第一基板120朝向該第二觸控結構130的表面上，其中第二基板136係作為覆蓋板。

第5圖繪示又另一實施例中觸控面板的剖面圖。第5圖所示之觸控面板與第2圖所示之觸控面板的差異在於，第一觸控結構210的第二導電層218係配置成遠離第二觸控結構230，第一觸控結構210的第一導電層212係配置成鄰近第二觸控結構230。與第1圖繪示的觸控面板類似，電場產生結構216的導電電極線228係分佈在第二導電層218四角隅處。

上述實施例所揭露之觸控面板包括第一觸控結構，其係藉由結構的形變來感測碰觸，因此無論觸壓的外部物件是導電的物體或非導電的物體，都可操作觸控面板，使用上非常的便利。絕緣間隔物與導電間隔物的條件係適當地選擇以達到優良的操作效果。散佈配置的絕緣間隔物能均勻地提供其上、下方元件互相隔開的支撐力量，因此能避免元件經長久使用後變形的問題。第一觸控結構也能與其他的觸控結構搭配使用，在設計上富有多元的變化性。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10、110、210．．．第一觸控結構

12、212．．．第一導電層

14、114．．．間隔結構

16、216．．．電場產生結構

18、118、218．．．第二導電層

20、120．．．第一基板

22、122．．．絕緣間隔物

24、124．．．導電間隔物

26．．．軟性介質

28、228．．．導電電極線

30、130、230．．．第二觸控結構

32、132．．．電極結構

34．．．第三基板

36、136．．．第二基板

D．．．間距

S1．．．第一最大尺寸

S2．．．第二最大尺寸

第1圖繪示一實施例中觸控面板的示意圖。

第2圖繪示一實施例中觸控面板的剖面圖。

第3圖繪示一實施例中的電極結構。

第4圖繪示一實施例中第一觸控結構的剖面圖。

第5圖繪示一實施例中觸控面板的剖面圖。

10．．．第一觸控結構

12．．．第一導電層

14．．．間隔結構

18．．．第二導電層

20．．．第一基板

22．．．絕緣間隔物

24．．．導電間隔物

26．．．軟性介質

30．．．第二觸控結構

32．．．電極結構

34．．．第三基板

36．．．第二基板

D．．．間距

S1．．．第一最大尺寸

S2．．．第二最大尺寸

Claims (10)

1. 一種觸控面板，包括：一電容式觸控結構，供一導電物體觸碰時藉由電容變化量以感測觸控操作，該電容式觸控結構係配置在靠近使用者之觸控側；一壓力感測式觸控結構，配置在該電容式觸控結構的一側，且遠離使用者之觸控側，其係藉由結構的形變來感測觸控操作，該壓力感測式觸控結構包含：一第一導電層；一第二導電層；一電場產生結構，環繞在第二導電層周圍，用以在該第二導電層中產生均勻分佈的電場；以及一間隔結構，位於該第一導電層與該第二導電層之間，其中該間隔結構包括：多數個絕緣間隔物；多數個導電間隔物；以及一軟性介質，該些導電間隔物與該些絕緣間隔物係交錯散佈在該軟性介質中，該些絕緣間隔物隔開該些導電間隔物與該第二導電層一間距；其中該壓力感測式觸控結構在觸控操作時，藉由一外力觸壓導致該間距改變，進而改變該電場的分佈，藉以進行觸控感測的偵測。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該第一導電層實質上平行於該第二導電層，該些絕緣間隔物具有方向實質上為垂直於該第一導電層的一第一最大尺 寸，該些導電間隔物具有方向實質上為垂直於該第一導電層的一第二最大尺寸，該第一最大尺寸係大於該第二最大尺寸。
3. 如申請專利範圍第2項所述之觸控面板，其中該第一最大尺寸：該第二最大尺寸為1.33：1。
4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該間距為50微米。
5. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該導電間隔物與該第二導電層之間的一有效電容耦合面積相較於該第一導電層與該第二導電層之間的一有效電容耦合面積為小，且其中該有效電容耦合面積即該導電間隔物或該第一導電層之一表面朝向該第二導電層的投影面積。
6. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該第二導電層係配置成遠離該電容式觸控結構，該第一導電層係配置成鄰近該電容式觸控結構。
7. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該第二導電層係配置成鄰近該電容式觸控結構，該第一導電層係配置成遠離該電容式觸控結構。
8. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該壓力感測式觸控結構更包括一第一基板，該第二導電層位於該第一基板之一表面上。
9. 如申請專利範圍第8項所述之觸控面板，其中該電容式觸控結構包括：一第二基板；一第三基板；以及 一電極結構，配置於該第二基板與該第三基板之間，其中該第三基板配置在該第一基板之另一表面上。
10. 如申請專利範圍第8項所述之觸控面板，其中該電容式觸控結構包括：一電極結構；以及一第二基板，其中該電極結構與第二基板係共同形成在該第一觸控結構的該第一基板之另一表面上，該第二基板係作為覆蓋板。