TWI474241B - 電容式觸控面板及其製造方法 - Google Patents

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Description

電容式觸控面板及其製造方法
本發明係涉及一種觸控面板，特別係指一種電容式觸控面板及其製造方法。
近幾年來，隨著科技的快速成長，觸控感測技術已廣泛地應用於日常生活之中，使得觸控輸入介面已逐漸地成為人們用來進行輸入資料的人機介面。而目前在各種觸控感測技術的發展中，又以電容式觸控感測技術蔚為主流。
在電容式觸控面板的架構上，大致可分為兩種態樣。第一種態樣如第一圖所示，為習知技術雙層式電容式觸控面板的剖視示意圖。其是在一基板80的兩個表面上，分別製作複數個相互平行的第一軸向(如Y軸)感測電極81以及複數個相互平行的第二軸向(如X軸)感測電極82。使得第一軸向感測電極81與第二軸向感測電極82之間隔著基板80而形成交叉。如此一來，在運作時，透過獲得第一軸向感測電極81與第二軸向感測電極82之間的耦合電荷的前後差異，得以判斷出是否有觸碰條件產生，並且計算出實際觸碰點的位置。
第二種態樣則如第二圖所示，為習知技術單層式電容式觸控面板的剖視示意圖。其是在一基板90的同一表面上製作複數個相互平行的第一軸向(如Y軸)感測電極(圖未示)及複數個相互平行的第二軸向(如X軸)感測電極92。其中，每一第一軸向感測電極包含多個第一軸向導電元件(圖未示)，並且相鄰的第一軸向導電元件之間是透過一第一軸向導線912進行連接；同樣的，每一第二軸向感測電極92包含多個第二軸向導電元件921，並且相鄰的第二軸向導電元件921之間是透過一第二軸向導線922進行連接。此外，每一第一軸向導線912與第二軸向導線922之間是進一步佈設有一絕緣材質93，藉以形成架橋導電結構(Jumper)的態樣，並且透過架橋導電結構使得第一軸向感測電極91與第二軸向感測電極92得以相互絕緣。藉此，在運作時，透過獲得第一軸向感測電極與第二軸向感測電極92之間的耦合電荷的前後差異，得以判斷出是否有觸碰條件產生，並且計算出實際觸碰點的位置。
然而，上述傳統的電容式觸控面板的架構較為複雜，在製作不同軸向的感測電極時，皆需分別重複經過多道製程，例如：濺鍍、噴塗、蝕刻等步驟才能完成，並且在製程精確度上亦十分要求。如此將導致產品製造成本過高以及生產良率不易提升等問題。
有鑑於此，本發明為了解決上述的技術問題，針對電容式觸控面板中的觸控感測器結構進行改良，將已塗佈於觸控面板之基板一表面上的單層導電薄膜進行圖案化，以成為平面矩陣態樣的感測陣列來獲得感測軸向上的信號變化量。
根據本發明所提出之一方案，提供一種電容式觸控面板包括一基板，以及一在基板的同一表面上由複數個導電元件排列成一感測陣列的觸控感測器，用以產生該感測陣列在一第一軸向及一第二軸向上的感測信號。
根據本發明所提出之再一方案，提供一種電容式觸控面板的製造方法，其步驟包括：形成一由複數個導電元件所排列成的感測陣列於一基板的一表面。接下來，電性連接一輸入匯流排於感測陣列在一第一軸向上的一端，並且電性連接一輸出匯流排於感測陣列在一第二軸向上的一端。
藉此，本發明所能達到的功效在於，不僅能夠有效地簡化觸控面板的整體架構，以減少製程步驟來加快生產速度，同時更可以大幅地降低製造成本以及提升產品良率。
以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明為達成預定目的所採取之方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。
本發明是針對電容式觸控面板中的觸控感測器結構進行改良，設計為單層式感測陣列，直接將已塗佈於觸控面板之基板一表面上的單層導電薄膜進行圖案化，以成為平面矩陣態樣的感測陣列。如此一來，本發明直接透過設計的單層式感測陣列即可用來獲得感測軸向上的信號變化量，進而判斷出使用者實際在電容式觸控面板上觸碰的觸碰點位置。
本發明的觸控感測器之結構可適用於以下幾種驅動感測運作態樣：
1、單一軸向(如X軸)的驅動搭配另一軸向(如Y軸)的感測。
2、單一軸向(如X軸)的驅動搭配不同軸向(X軸及Y軸)的感測。
3、不同軸向(X軸及Y軸)的驅動搭配不同軸向(X軸及Y軸)的感測。
其中，第一種運作態樣是在感測陣列中的其中一軸向上進行驅動，並由另一軸向來進行感測，其運作原理較容易理解。在實際應用上，若為了能更精確地判斷觸碰點的位置，則可採用第二種或第三種運作態樣之設計，以進一步透過不同兩軸向上的感測來計算出觸碰點的位置。以下實施例便是以觸控感測器搭配第二種運作態樣來進行描述及說明。
請參考第三圖，為本發明電容式觸控面板的實施例示意圖。如圖所示，本實施例提供一種電容式觸控面板1，其包括：一基板10、一觸控感測器11及一控制單元12。其中，基板10是例如採用透明玻璃的材質，用來做為電容式觸控面板1的承載基底。
觸控感測器11是設置於基板10，在實際設計上可以是設置於基板10的一上表面或一下表面，在此並無加以限制。附帶說明的是，本實施例中所稱的“上”及“下”方位，僅是用來表示相對的位置關係，對於本說明書的圖式而言，基板10的上表面是較接近觀看者，而下表面則是較遠離觀看者。此外，就觸控感測器11的結構來看，其是進一步包括：複數個導電元件110、一輸入匯流排111及一輸出匯流排112。
導電元件110是在基板10的同一表面上排列成一感測陣列。依據電氣特性原理來看，一般的兩個導體之間即會形成一寄生電容，屬於非實體的電容。因此，在本實施例的感測陣列中，所述的導電元件110彼此在第一軸向及第二軸向上即會分別形成一第一寄生電容113，使得原本相互獨立的導電元件110，因第一寄生電容113的作用而形成串接的網狀態樣。另一方面，每一導電元件110亦會進一步與一接地面形成一第二寄生電容114。
此外，導電元件110的材質在設計上可例如是採用銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、鋅鎵氧化物(GZO)、導電性高分子、奈米碳管(Carbon Nanotube-based Thin Films(CNT))、銦錫氧化物奈米粒子、奈米金屬(Nanowires)、氫氧化鎂嵌入碳元素(Mg(OH)2 ：C)、石墨烯(Graphene)或氧化鋅(ZnO)。並且，本實施例中的導電元件110的形狀是設計為菱形的態樣，當然亦可採用其他如圓形、橢圓形、多邊形或十字形的形狀。然而，不管導電元件110的材質或形狀，在設計上皆非為本發明所限制。
輸入匯流排111是電性連接感測陣列在一第一軸向(如X軸)上的一端；輸出匯流排112則是電性連接感測陣列在第一軸向上的另一端，並且電性連接感測陣列在一第二軸向(如Y軸)上的一端。藉以讓感測陣列是形成由第一軸向上的一端進行驅動，而由第一軸向上的另一端與第二軸向上的一端(共兩端)進行感測的運作態樣。而如第三圖所示，本實施例之感測陣列是例如簡化設計為5*4的矩陣，換句話說，輸入匯流排111是至少包含四條導線通道來分別電性連接第一軸向上由導電元件110所串接而成的四列導電元件群組的一端；而輸出匯流排112則是至少包含九條導線通道來分別電性連接第一軸向上由導電元件110所串接而成的四列導電元件群組的另一端以及第二軸向上由導電元件110所串接而成的五行導電元件群組的一端。
承上所述之架構，輸入匯流排111的連接架構除了本實施例所示之外，在實際設計上，輸入匯流排111亦可進一步電性連接感測陣列在第二軸向上的另一端，讓感測陣列是形成由不同軸向(X軸及Y軸)上的兩端進行驅動，並且再分別由不同軸向(X軸及Y軸)上的另外兩端進行感測的運作態樣。
控制單元12是電性連接輸入匯流排111及輸出匯流排112。其中，控制單元12是用來產生一驅動信號Drive_Sig給輸入匯流排111，並且透過輸出匯流排112來接收至少一感測信號Sense_Sig。更具體來看，控制單元12至少包含二多工器121、122，其中之一多工器121是電性連接輸入匯流排111，用來依序切換輸出驅動信號Drive_Sig至輸入匯流排111的不同導線通道；其中之另一多工器122則是電性連接輸出匯流排112，用來依序切換接收由輸出匯流排112不同導線通道所傳遞的感測信號Sense_Sig。
請同時參考第四圖，為本發明電容式觸控面板的實施例剖視示意圖，並且第四圖僅是進一步針對基板10及導電元件110之間的層疊關係來說明。如第四圖所示，由導電元件110排列而成的感測陣列是以同屬一層的架構來直接設置於基板10的上表面。藉此，本實施例即可在簡化的電容式觸控面板1架構下，透過單層式的感測陣列來獲得第一軸向及第二軸向上的信號變化量。
接下來，為了進一步說明本實施例之觸控感測器的運作，請基於第三圖之架構來參考第五圖，為本發明觸控感測器之寄生電容的實施例等效電路圖。如第五圖所示，感測陣列中所形成的每一第一寄生電容113可等效為一電阻-電容(RC)串聯電路，而每一第二寄生電容114可等效為一RC並聯電路。
進一步舉例說明，假設本實施例的控制單元12是產生10MHz的驅動信號Drive_Sig給輸入匯流排111，使得觸控感測器11是運作在10MHz的工作頻率下，而所述的驅動信號Drive_Sig的頻率大小是用來決定信號穿透的能力，在此依實際應用而設計，並無加以限制。
當無任何觸碰點存在的狀態下，第一寄生電容113所等效的RC串聯電路可例如為50Ω電阻串聯1pF電容；而第二寄生電容114所等效的RC並聯電路可例如為100MΩ電阻並聯1pF電容。當使用者進行觸碰操作而產生至少一觸碰點時，由於觸碰點及其周圍上所對應的第一寄生電容113及第二寄生電容114的電荷皆會受到吸收，使得等效電容值下降。就模擬數據來看，觸碰點所對應的第一寄生電容113及第二寄生電容114的等效電容值大約會從1pF減少至0.8pF，並且越遠離觸碰點，電荷被吸收的越少，等效電容值的減少幅度也就越低。當然實際電容值的變化是會隨環境因素影響而有所誤差，在此僅是舉例來說明。承上所述，藉由量測觸碰點產生前後的感測陣列各行列的電壓變化，即可至少獲得電壓變化量最大的一行及一列，於是計算該變化量最大的行及列的交集即可判定為觸碰點的位置。
請再同時參考第六圖，為本發明觸控感測器的實施例信號變化量示意圖。如圖所示，本實施例之感測陣列在X軸向(列)上的一端是用來接收驅動信號Drive_Sig的輸入；在Y軸向(行)上的一端及X軸向上的另一端是用來分別輸出感測信號Sense_Sig1及Sense_Sig2。此外，本實施例是假設利用一M*N的感測陣列中的第一感測行Col1、第二感測行Col2、第三感測行Col3、第一感測列Row1、第二感測列Row2及第三感測列Row3來進行信號變化量的差異比較之說明。
首先，以比較感測信號Sense_Sig1來進行說明，如下表一所示，由於本實施例的驅動信號Drive_Sig是由第六圖中感測陣列的左側進入，因此基於信號衰減的電氣原理，第一感測行Col1、第二感測行Col2及第三感測行Col3的信號衰減量是越來越大，在尚未有觸碰點產生的狀態下，假設分別可量測到的信號大小為：-32dBm、-36dB及-41dBm；而當有觸碰點產生時，假設在第一感測行Col1、第二感測行Col2及第三感測行Col3上所量測信號大小已分別衰減為：-33dBm、-44dBm及-44dBm。如此一來，便可獲得第一感測行Col1、第二感測行Col2及第三感測行Col3各自在觸碰點產生前後的信號變化量(衰減量)，其中以第二感測行Col2的信號變化量最大。
另一方面，再以比較感測信號Sense_Sig2來說明，同樣由於驅動信號Drive_Sig是由第六圖中感測陣列的左側進入，因此如下表二所示，理論上，第一感測列Row1、第二感測列Row2及第三感測列Row3在尚未有觸碰點產生的狀態下，應分別可量測到相同的信號大小，假設皆為-34dBm。而當有觸碰點產生時，假設在第一感測列Row1、第二感測列Row2及第三感測列Row3上所量測信號大小已分別衰減為：-40dBm、-45dBm及-40dBm。如此一來，便可獲得第一感測列Row1、第二感測列Row2及第三感測列Row3各自在觸碰點產生前後的信號變化量，其中以第二感測列Row2的信號變化量最大。
如此一來，在獲得各行列的信號變化量的情況下，便可進一步計算該變化量最大的第二感測行Col2及第二感測列Row2的交集來判斷出實際觸碰點(即第六圖中虛線所圈設)的位置。
最後，請參考第七圖，為本發明電容式觸控面板的製造方法的第一實施例流程圖。如圖所示，本實施例提供一種電容式觸控面板的製造方法，其步驟包括：提供一基板(S701)，用來做為後續製程的承載基底。接著，塗佈一導電薄膜於基板的一表面(S703)，在此不限制是塗佈於基板的上表面或下表面，依實際設計所需而決定。其中，導電薄膜的材質可採用銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋅鎵氧化物、導電性高分子、奈米碳管、銦錫氧化物奈米粒子、奈米金屬、氫氧化鎂嵌入碳元素、石墨烯或氧化鋅。
接下來，圖案化導電薄膜(S705)，以形成一由複數個導電元件所排列成的感測陣列。所屬技術領域具有通常知識者可以了解，導電薄膜進行圖案化的過程大致是包括烘烤、光罩對準、曝光、顯影、蝕刻等步驟，也就是所謂的黃光製程，在此就不加以贅述。然而，本發明也就是針對此一單層導電薄膜進行一次圖案化製程即可完成所需的感測陣列之架構。
如此一來，便可繼續進行後續的金屬打線製程，以設置一輸入匯流排來電性連接感測陣列在一第一軸向上的一端(S707)，並且設置一輸出匯流排來電性連接感測陣列在第一軸向上的另一端以及感測陣列在一第二軸向上的一端(S709)。其中，步驟(S707)及(S709)的先後順序可以實際製程需求而進行對調或調整，在此並非用來限制本發明。
附帶一提的是，上述步驟(S703)至步驟(S709)的製程也就是用來製作一觸控感測器於基板上的流程步驟。
最後，設置一控制單元以電性連接輸入匯流排及輸出匯流排(S711)。其中，控制單元可例如是打件於一印刷電路板或一軟性電路板，進而再與輸入匯流排及輸出匯流排進行電性連接。藉此，即可完成本實施例所述的電容式觸控面板之製作。
請再參考第八圖，為本發明電容式觸控面板的製造方法的第二實施例流程圖。本實施例與第一實施例流程圖的差異點在於，本實施例在提供一基板(S801)之後，便是直接以一印刷技術來印刷導電元件於基板的一表面(上表面或下表面)，以形成由導電元件排列成的一感測陣列(S803)。如此一來，本實施例之製程所需之步驟相較於第一實施例即可更為簡化。
接下來的步驟(S805)至步驟(S809)則同樣是進行設置輸入匯流排及輸出匯流排的金屬打線製程，以及設置控制單元的製程。在此就不再加以贅述。
綜上所述，本發明設計以平面矩陣態樣的感測陣列來做為觸控感測器之架構，除了能夠有效地簡化觸控面板的整體架構，以減少製程步驟來加快生產速度。更是可以減少耗材的用量以及降低製程的複雜度，從而大幅地降低製造成本並提升產品良率。除此之外，在實際應用上，本發明的電容式觸控面板更可簡單地與各類型顯示螢幕進行整合。
惟，以上所述，僅為本發明的具體實施例之詳細說明及圖式而已，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案所界定之專利範圍。
[習知技術]
80，90．．．基板
81．．．第一軸向感測電極
912．．．第一軸向導線
82，92．．．第二軸向感測電極
921．．．第二軸向導電元件
922．．．第二軸向導線
93．．．絕緣材質
[本發明]
1．．．電容式觸控面板
10．．．基板
11．．．觸控感測器
110．．．導電元件
111．．．輸入匯流排
112．．．輸出匯流排
113．．．第一寄生電容
114．．．第二寄生電容
12．．．控制單元
121，122．．．多工器
Col1．．．第一感測行
Col2．．．第二感測行
Col3．．．第三感測行
Drive_Sig．．．驅動信號
Row1．．．第一感測列
Row2．．．第二感測列
Row3．．．第三感測列
Sense_Sig，Sense_Sig1，Sense_Sig2．．．感測信號
S701至S711．．．流程圖步驟說明
S801至S709．．．流程圖步驟說明
第一圖係習知技術雙層式電容式觸控面板的剖視示意圖；
第二圖係習知技術單層式電容式觸控面板的剖視示意圖；
第三圖係本發明電容式觸控面板的實施例示意圖；
第四圖係本發明電容式觸控面板的實施例剖視示意圖；
第五圖係本發明觸控感測器之寄生電容的實施例等效電路圖；
第六圖係本發明觸控感測器的實施例信號變化量示意圖；
第七圖係本發明電容式觸控面板的製造方法的第一實施例流程圖；及
第八圖係本發明電容式觸控面板的製造方法的第二實施例流程圖。
1．．．電容式觸控面板
10．．．基板
11．．．觸控感測器
110．．．導電元件
111．．．輸入匯流排
112．．．輸出匯流排
113．．．第一寄生電容
114．．．第二寄生電容
12．．．控制單元
121，122．．．多工器
Drive_Sig．．．驅動信號
Sense_Sig．．．感測信號

Claims (12)

  1. 一種電容式觸控面板，包括一基板，及一在該基板的同一表面上由複數個導電元件排列成一感測陣列的觸控感測器，用以產生該感測陣列在一第一軸向及一第二軸向上的感測信號；其中，該些導電元件彼此在該第一軸向及該第二軸向上係形成一第一寄生電容，該觸控感測器進一步包括：一輸入匯流排，係電性連接該感測陣列在該第一軸向上的一端；及一輸出匯流排，係電性連接該感測陣列在該第二軸向上的一端。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板，其中每一該些導電元件係進一步與一接地面形成一第二寄生電容。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電容式觸控面板，其中該輸出匯流排進一步電性連接該感測陣列在該第一軸向上的另一端。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電容式觸控面板，其中該輸入匯流排進一步電性連接該感測陣列在該第二軸向上的另一端。
  5. 如申請專利範圍第3或4項所述之電容式觸控面板，進一步包含：一控制單元，係電性連接該輸入匯流排及該輸出匯流排，該控制單元係產生一驅動信號給該輸入匯流排，並且透過該輸出匯流排來接收該感測信號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板，其中該 些導電元件的形狀係菱形、圓形、橢圓形、多邊形或十字形。
  7. 一種電容式觸控面板的製造方法，其步驟包括：形成一由複數個導電元件所排列成的感測陣列於一基板的一表面；設置一輸入匯流排以電性連接該感測陣列在一第一軸向上的一端；及設置一輸出匯流排以電性連接該感測陣列在一第二軸向上的一端；其中，該些導電元件彼此在該第一軸向及該第二軸向上形成一第一寄生電容。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電容式觸控面板的製造方法，其中該輸出匯流排進一步電性連接該感測陣列在該第一軸向上的另一端。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電容式觸控面板的製造方法，其中該輸入匯流排進一步電性連接該感測陣列在該第二軸向上的另一端。
  10. 如申請專利範圍第7、8或9項所述之電容式觸控面板的製造方法，進一步包含：設置一控制單元以電性連接該輸入匯流排及該輸出匯流排。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之電容式觸控面板的製造方法，其中該形成感測陣列之步驟進一步包含：塗佈一導電薄膜於該基板的表面；及圖案化該導電薄膜。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之電容式觸控面板的製造方 法，其中該形成感測陣列之步驟係以一印刷技術印刷該些導電元件於該基板的表面。
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