TWI490758B - 具觸控式螢幕的顯示器元件 - Google Patents

Description

具觸控式螢幕的顯示器元件

本發明係有關於一種具觸控式螢幕的顯示器元件。

觸控式螢幕已逐漸廣泛應用於消費性電子裝置，其元件中存在一LCD顯示器，例如行動電話、個人數位助理(PDA)或照相機。使用者可藉由觸控式螢幕互動，省卻輸入鍵盤的空間，因此在既定的元件尺寸中，可允許較大的顯示面積。

在作用於觸控點與上述螢幕間的眾物理效應中，感測在相互正交的電極組之間的誘發電容變化、或者感測接地的觸控筆與個別電極之間的誘發電容變化，可保證獲致最高的解析度，並以既有的製程技術最輕易的整合。

增加觸控功能螢幕的傳統方法是將必要的電子結構簡易地疊層於一顯示器的頂部。現行研發中具潛力的廉價解決方案為儘可能地將觸控螢幕結構整合於顯示器中，如此亦具有增加顯示器本身附加價值的優點。無論以何種方式，必需將訊號值最大化，使其能精確地判定“觸控”的位置。

在某些方式中，訊號可藉由改變感測電極的填充因子(fill factor)而極大值化，易言之，即改變該些電極所佔據整體面積的比例。例如，可於線性陣列線中加入鑽石型電極墊。此外，仍有各種不同的最佳化的填充形狀被提出以供使用。

於顯示器上的該觸控螢幕之一無法避免的特徵為其中一組矩形電極鄰近於該顯示器本身中的電性接地面，如此則傾向於降低靈敏度，因為該接地面吸引電場線時，並且電場線延伸至該元件外部時，這些電場線因而無法受到接觸螢幕所影響，導致降低敏感度。

有鑑於此，為了克服上述先前技術的缺點，本發明提供一當干擾靠近一組感測電極時，增加觸控螢幕靈敏度的方法。該干擾可能來自接地面，或畫素電極電路下方的觸控感測器。

根據本發明之實施例，提供一種具觸控式螢幕的顯示器元件，包括：一顯示層；以及一觸控感測器結構於該顯示層的頂部，其包括一第一和一第二電極陣列，該第一電極陣列與該第二電極陣列為非平行；其中該第一電極陣列佔據一觸控感測器區域的一第一比例，該第二電極陣列佔據該觸控感測器區域的一第二比例。

本發明提供一種顯示器裝置，於其中設計一觸控感測器結構，具有交錯的電極，並具有非對稱的填充因子。較佳者為，一較低填充因子用於遠離該顯示結構的該組電極，以及一較高填充因子用於接近該顯示層的該組電極。本發明是基於認知此組合可提供改善的靈敏度，當此取決於在此結構之間的電容模型。藉由定義該第一電極陣列為接近下層的顯示層，則此第一陣列較佳為具有較大的比例。

該些電極陣列可個別包括直線型電極線，在觸控感測區域中，沿其長度方向具有固定的寬度。於一陣列中的該些電極線與另一陣列中的該些電極線具有不同的寬度。此為電極陣列的最簡單的形式。

於另一配置中，該些電極陣列個別包括直線型電極線，沿其長度方向具有擴大部，在該些擴大部之間具有一間隙，對應於其他陣列中的該些電極線的間距，於其一陣列中的該些擴大部與另一陣列中的該些擴大部具有不同的尺寸。此提供一由擴大部所構成的2D陣列，各擴大部由電極線相互連接。例如，該些擴大部具有鑽石的形狀。

上述兩種設計可相互結合，構成於一陣列中具有直線型矩形電極，且於另一陣列中具有擴大部的電極線。

上述兩個電極陣列可具有相同的間距，然而並非以此為限。

該第一比例較佳為比該第二比例多至少0.1，該第一比例亦可比該第二比例多至少0.2或0.3。最接近該顯示結構的該陣列具有愈大的比例，在該顯示結構中，則可提供對電磁訊號愈大的屏蔽效果。

該觸控感測器結構包括一玻璃基板位於該第一和該第二電極陣列之間，以及一抗刮層於該第二電極陣列上，該抗刮層係位於該玻璃基板上對向於該顯示層。上述結構構成該觸控感測器結構的上半部，最接近使用者的觸控裝置(指尖或觸控筆)。一彩色濾光陣列可設置於該顯示層和該觸控感測器結構之間，以及該顯示結構可包括一液晶顯示器。

該顯示結構可具有一頂共同電極面設置於該觸控感測器結構的下方，以及本發明提供一觸控感測器結構，其受到此接地面較少的影響。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

以下以各實施例詳細說明並伴隨著圖式說明之範例，做為本發明之參考依據。在圖式或說明書描述中，相似或相同之部分皆使用相同之圖號。且在圖式中，實施例之形狀或是厚度可擴大，並以簡化或是方便標示。再者，圖式中各元件之部分將以分別描述說明之，另外，特定之實施例僅為揭示本發明使用之特定方式，其並非用以限定本發明。

本發明提供一觸控感測器結構的電極配置，其具有兩組電極陣列，分別佔據該觸控感測區域的不同部分比例。於此稱為“非對稱的”電極設計，其中，不同的電極陣列具有不同的填充因子(fill factor)。本發明改善靈敏度的優點，將討論如下。

第1圖係顯示根據本發明之一比較例的一顯示器裝置具有電容式觸控輸入感測器的剖面示意圖。

該顯示器的部分結構如圖所示，其包括至少一顯示層。此顯示器面板的詳細設計並未本發明的必要技術特徵，因此並未在此提供其細部構造的詳細描述。一般而論，該顯示器結構為一液晶顯示器結構，包括一液晶材料層，夾置於兩基板之間。就主動陣列顯示器而言，該基板包括一下主動基板10和一上被動基板20。該被動基板20例如設置一共同電極12。該共同電極12為一共同接地面，且為一金屬層設置於彩色濾光層14上。位於該共同電極12的下方為一液晶層，其位於主動玻璃基板10上。

許多顯示器技術，例如橫向電場效應(IPS)技術，其所有的電極層皆位於下主動基板上。本發明亦可應用於此，於此實施例中，該觸控感測器亦需要屏蔽該主動基板上的電位改變。

一平面介電層16和該觸控感測器的Y感測電極18的結合位於該彩色濾光層14的上方。

於實際上，結構層12、14、16、18係形成於上玻璃基板20上。因此，該上玻璃基板20係用於該顯示器裝置中的上被動基板，其亦用以該觸控感測器的支撐結構。

該X感測電極22設置於該基板20相對於該Y感測電極18的一側，且提供一光極化層和一抗刮層24做為上表面。該觸控筆或指尖26供使用者碰觸該抗刮層24的表面以達互動觸控的目的。

因此，第1圖顯示一顯示器結構，其具有觸控感測器結構於該顯示器結構的頂部。該顯示器結構的一些構件整合於該觸控感測器，例如該上玻璃基板20、上偏光板24和彩色濾光層14。因此，該結構並不分別定義出顯示器部件和觸控感測器部件，而顯示器功能係設置於觸控感測功能的下方。更進一步的整合程度可於該顯示器內部移動該X感測電極(亦即在兩基板之間)。然而，如此將降低觸控筆作用於XY電容的影響。

第2圖係顯示觸控感測元件的一第一電極組態，其具有直線型電極線30a、30b，沿著線的方向具有多個擴大部32a、32b。在該些擴大部32a、32b之間具有一間隙，對應於其他陣列中的該些電極線的間距，使其定義出一規則的陣列(regular array)。第2圖顯示一對稱的(於X、Y方向上具相同的感測器圖案)具鑽石型的線圖案。

第3圖係顯示根據本發明第2圖設計的修正樣態。於一陣列(特別是靠近該顯示層的陣列)中的該些擴大部30a與另一陣列中的該些擴大部30b具有不同的尺寸。

第4圖係顯示觸控感測元件的一第二電極組態，其具有直線型電極線40a、40b。第4圖顯示一對稱的(於X、Y方向上具相同的感測器圖案)具槓條狀的線圖案。

第5圖係顯示根據本發明第4圖設計的修正樣態。該些槓條狀圖案40a的寬度較寬(同樣是構成靠近該顯示層的陣列)。

第6圖係用以顯示在無觸控輸入情況下，不同的電極設計所展現的不同電容值，其顯示在X電極與Y電極之間的電容。繪線60為對應對稱的鑽石圖案(如第2圖)，而繪線62為對應非對稱的鑽石圖案(如第3圖)。繪線64為對應非對稱的槓條狀圖案(如第5圖)。

就對稱的設計(繪線60)而言，該填充因子(X-軸)表示兩個陣列的鑽石圖案的尺寸。就非對稱的設計而言，其一陣列具有定值的填充因子(為0.015，其表示具有最小寬度的細槓條圖案的覆蓋率，不具鑽石型的尚未定義)，以及另一陣列的填充因子可隨意變化。如圖所示，該非對稱的涵義為，如同預期地，電容並非陡峭地爬升。

第7圖係顯示在具有觸控輸入的情況下，不同的電極設計是如何地改變其電容值，以及顯示在觸控筆存在的情況下，該電容值改變的百分比。

第7圖顯示當使用觸控筆(或指尖)時，最接近電極交截位置且與鄰近的電極交截位置，其電容值的變化。繪線70為對應對稱的鑽石型圖案(如第2圖所示)，以及繪線72為對應鄰近的交截位置。繪線74為對應非對稱的鑽石型圖案(如第3圖所示)，以及繪線76為對應鄰近的交截位置。繪線78為對應非對稱的槓條型圖案(如第5圖所示)，以及繪線80為對應鄰近的交截位置。

在計算第6和7圖中的資料時，可變化該鑽石的對角和該槓條的寬度。於對稱型的實施例中，該鑽石的尺寸，如同上述，等同於X和Y電極，而於非對稱型的實施例中，下方的Y電極的圖案可變化而上方的X電極維持在最小寬度的細槓條形式。

為了方便兩圖案之比較，第6和7圖中的資料乃經過常態化(normalized)成填充分率(fill fraction)。

如同對稱型鑽石圖案的實施例所示，隨著填充分率(fill fraction)增加，位於電極間的電容增加，但是當觸控筆出現時電容變化百分比則會下降。此乃導因於隨著填充因子(fill factor)增加，較多的場線被陷落於電極之間，並且比較不會受到觸控筆存在的影響。

在使用非對稱的填充圖案的實施例中，當填充因子增加時，該電容百分比幾乎維持不變，而位於電極間的電容增加較不劇烈。並且，具槓條型的圖案似乎確實優於具鑽石型的圖案。因此，隨著非對稱填充因子增加，該靈敏度亦已改善。

應注意的是，該電容感測組態在此並未詳細描述，因其亦可使用既存傳統的組態。該電容感測組態適用於感測電極對之間的電容，具有各電極陣列中的各個感測對的一電極，或者適用於感測一電極和接地的觸控筆之間的電容。

本發明可應用於上述直線型和鑽石型電極實施例之外的電極設計中。

於一較佳的實施例中，於不同陣列中的電極為相互垂直，然並非限定於此，以提供兩陣列定義一交錯的陣列圖案。本質上，該些電極必需為非平行。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，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．．．主動玻璃基板

12．．．共同電極

14．．．彩色濾光層

16．．．平面介電層

18．．．Y感測電極

20．．．上玻璃基板

22．．．X感測電極

24．．．抗刮層

26．．．觸控筆或指尖

30a、30b、40a、40b．．．直線型電極線

32a、32b．．．擴大部

62-80．．．繪線

第1圖係顯示根據本發明之一比較例的一顯示器裝置具有電容式觸控輸入感測器的剖面示意圖；

第2圖係顯示根據本發明實施例的觸控感測元件的一第一電極組態；

第3圖係顯示根據本發明第2圖電極設計的修正樣態；

第4圖係顯示根據本發明實施例的觸控感測元件的一第二電極組態；

第5圖係顯示根據本發明第4圖電極設計的修正樣態；

第6圖係用以顯示在無觸控輸入情況下不同的電極設計所展現不同的電容值，其顯示在X電極與Y電極之間的電容；以及

第7圖係顯示在具有觸控輸入的情況下，不同的電極設計是如何地改變其電容值，以及顯示在觸控筆存在的情況下，該電容值改變的百分比。

10．．．主動玻璃基板

12．．．共同電極

14．．．彩色濾光層

16．．．平面介電層

18．．．Y感測電極

20．．．上玻璃板

22．．．X感測電極

24．．．抗刮層

26．．．觸控筆或指尖

Claims (13)

1. 一種具觸控式螢幕的顯示器元件，包括：一顯示層；以及一觸控感測器結構於該顯示層的頂部，其包括一第一和一第二電極陣列，該第一電極陣列與該第二電極陣列為非平行；其中該第一電極陣列佔據一觸控感測器區域的一第一比例，該第二電極陣列佔據該觸控感測器區域的一第二比例，且其中各個該電極陣列包括直線型電極線，沿著其長度方向具有多個擴大部，在該些擴大部之間具有一間隙，對應於其他陣列中的該些電極線的間距，於其一陣列中的該些擴大部與另一陣列中的該些擴大部具有不同的尺寸及相同的形狀。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具觸控式螢幕的顯示器元件，其中該第一電極陣列為比較接近該下方的顯示層，且具有較大的比例。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具觸控式螢幕的顯示器元件，其中各個該電極陣列包括直線型電極線，於一觸控感測器區域內，沿其長度方向具有固定的寬度，於一陣列中的該些電極線與另一陣列中的該些電極線具有不同的寬度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具觸控式螢幕的顯示器元件，其中該些擴大部具有鑽石形狀。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具觸控式螢幕的顯示器元件，其中該第一電極陣列為等間距排列，且該第二電 極陣列為等間距排列。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具觸控式螢幕的顯示器元件，其中該第一比例比該第二比例多至少0.1。
7. 如申請專利範圍第6項所述之具觸控式螢幕的顯示器元件，其中該第一比例比該第二比例多至少0.2。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具觸控式螢幕的顯示器元件，其中該第一比例比該第二比例多至少0.3。
9. 如申請專利範圍第1項所述之具觸控式螢幕的顯示器元件，其中該觸控感測器結構包括一玻璃基板位於該第一和該第二電極陣列之間，以及一抗刮層於該第二電極陣列上，該抗刮層係位於該玻璃基板上對向於該顯示層。
10. 如申請專利範圍第1項所述之具觸控式螢幕的顯示器元件，更包括一彩色濾光層，設置於該顯示層和該觸控感測器結構之間。
11. 如申請專利範圍第1項所述之具觸控式螢幕的顯示器元件，其中該顯示層包括一液晶層。
12. 如申請專利範圍第11項所述之具觸控式螢幕的顯示器元件，更包括一頂共同電極面設置於該顯示層和該觸控感測器結構之間。
13. 如申請專利範圍第1項所述之具觸控式螢幕的顯示器元件，其中該第一電極陣列的電極皆平行，該第二電極陣列的電極皆平行，以及該第一電極陣列的電極垂直於該第二電極陣列的電極。