TWI505169B - 觸控面板及具有觸控面板之電子裝置 - Google Patents

Description

觸控面板及具有觸控面板之電子裝置

本發明有關於一種觸控面板結構，特別有關於一種採用奈米碳管導電層的電阻式觸控面板，以及使用該新型觸控面板的電子裝置。

美國專利US 4,672,153,US 4,897,511分別揭露一種電阻式觸控面板結構及位置感測方法。如第1圖所示，習知四線電阻式觸控面板包括二相互疊合的第一導電膜1及第二導電膜2，第一導電膜1及第二導電膜2的表面具有透明導電材質所形成的導電層，第一導電膜1的左右兩側具有二平行的X軸電極3a,3b，第二導電膜2的上下兩側具有二平行的Y軸電極4a,4b。其中X軸電極3b與一電流源5電性連接，使第一導電膜1在未被按壓的情況下可維持一定電位V+；Y軸電極4b透過一電阻6接地或連接至一相對低電位，使第二導電膜2維持相對較低的電位。

為了量測接觸點的位置，X軸電極3a,3b與一比較器7電性連接，Y軸電極4a,4b與另一比較器8電性連接。當觸控面板未被接觸時，X軸電壓差值V_x 為0，Y軸電壓差值V_y 亦為0。當使用者按壓接觸點C，而第一導電膜1變形且碰觸到第二導電膜2時，X軸電壓差V_X ’及Y軸電壓差V_y ’則分別為一介於V+至0之一定值。因此習知的四線電阻式觸控面板可透過X軸電壓差V_X ’及Y軸電壓差V_y ’，經一定的轉換方式，求得接觸點C的X軸及Y軸座標。

為簡化說明，以下僅求得X軸座標為例。如第1圖所示，X軸座標d與第一導電膜寬度D之比值滿足下列公式：

其中，R_film 為第一導電膜及第二導電膜的面電阻，R_contact 為接觸電阻，R_line 為X軸電極3a,3b以及各週邊導線至比較器7之且所形成的等效導線電阻。

習知導電膜所採用的透明導電材料一般為氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)，其膜化面電阻一般介於30~100Ω/□之間。為避免量測誤差，接觸電阻R_contact 及導線電阻R_line 需小於15Ω，換言之，在接觸電阻無法改善的狀況下，導線電阻R_line 越小，也就是各週邊導線的線徑越寬時，所測得的X座標值越準確。

隨著現在消費者的品味要求越來越高，各種搭配觸控面板的電子裝置如：行動電話或數位相機等，也越來越要求窄邊框或「無邊框」設計，但受限於透明透電材料ITO的材料特性，週邊導線的線徑需大於一既定值，往往使觸控面板的邊框無法更進一步縮減，或需要高解析度的電子偵測系統，而造成產品設計上的限制。

本發明提供一種新型觸控面板結構，透過採用不同的導電層材質，提高觸控面板的可靠度，同時可配合導電層的高阻抗特性，大幅縮減觸控面板邊框的寬度，以符合不同的設計需求。

本發明提供一種觸控面板，其包括第一基板及第二基板，第一基板具有第一導電層及第一週邊導線；第二基板與第一基板相疊合設置，第二基板具有第二導電層，設置於面對第一導電層的一側。其中第一導電層及第二導電層具阻抗異向性，第一基板及第二基板以第一導電層及第二導電層重合區域區分為一觸控區域及一邊緣區域，而第一週邊導線通過上述邊緣區域，且邊緣區域寬度介於至100μm至1mm之間。

上述第一基板及第二基板以一環設於觸控區域外圍的膠體層固定，且第一基板及第二基板具有複數個絕緣間隔物，使第一導電層與第二導電層間隔一定間距。

其次，第二基板具有第一電極、第二電極及第二週邊導線。第一電極及第二電極相互平行設置於第二導電膜對側邊緣，且第一電極及第二電極之延伸方向與第一導電膜的主導電方向垂直；第二週邊導線與第二電極電性連接，且第二週邊導線通過邊緣區域，並與第四電極重合。

第一基板另具有第三電極及第四電極，其相互平行設置於第一導電膜對側邊緣，且第三電極及第四電極之延伸方向與第一導電膜的主導電方向垂直；第三電極與該第一週邊導線電性連接，且第一電極通過邊緣區域，同時與第一週邊導線重合。

在一較佳實施例中，第一導電層及第二導電層為一平行排列的奈米碳管層，其阻抗異向性比值介於100至200之間，且第一導電層及第二導電層主要導電方向相互垂直。第一導電層及第二導電層之表面電阻介於1kΩ/□至800kΩ/□之間。

在一較佳實施例中，第一、第二週邊導線及第一至第四電極之線寬介於至50μm至500μm之間。

此外，本發明另一實施例亦提供一種應用上述觸控面板的電子裝置，電子裝置的本體具有一顯示螢幕，觸控面板疊合設置於顯示螢幕上。該觸控面板包括第一基板及第二基板，第一基板具有第一導電層及第一週邊導線；第二基板與第一基板相疊合設置，第二基板具有第二導電層，設置於面對第一導電層的一側。其中第一導電層及第二導電層為具阻抗異向性的平行奈米碳管層，第一基板及第二基板以第一導電層及第二導電層重合區域區分為一觸控區域及一邊緣區域，而第一週邊導線通過上述邊緣區域，且邊緣區域寬度介於至100μm至1mm之間。

在一較佳實施例中，第一導電層及第二導電層為一平行排列的奈米碳管層，其阻抗異向性比值介於100至200之間，且第一導電層及第二導電層主要導電方向相互垂直。第一導電層及第二導電層之表面電阻介於1kΩ/□至800kΩ/□之間。第一、第二週邊導線及第一至第四電極之線寬介於至50μm至500μm之間。

在另一實施例中，顯示螢幕以樞接方式設置於電子裝置本體之一側，觸控面板可是以疊合方式設置於顯示螢幕上，或是另外設置於電子裝置本體上。

在一較佳實施例中，該電子裝置更包括一裝飾膜，疊合設置於觸控面板上相對於第一導電層的一側，且該裝飾膜具有一與觸控區域對應的透明區及一與邊緣區域對應的非透明區，以符合外觀設計的需求。

第2圖為本發明一實施例的電阻式觸控面板組合圖。如第2圖所示，觸控面板200由二導電膜210,220相疊合而成，二導電膜210,220以一環形膠體層230黏合固定，中央均均散佈複數個絕緣間隔物232(spacer)，使二導電膜210,220維持一固定間距。

導電膜210包括一基板211，一導電層213藉由膠體層212黏合固定於基板211表面。在導體層213表面另設置電極214、電極215以及週邊導線216。其中電極214,215相互平行設置於導電膜213對側邊緣。週邊導線216為電極214的延伸，其沿著導電層213外側邊緣平行延伸，末端延伸至導電膜210的下緣中央，作為傳遞訊號之用。

導電膜220亦包括一基板221，另一導電層223藉由膠體層222黏合固定於基板221表面。在導體層223表面另設置電極224、電極225以及週邊導線226，電極224及電極225相互平行設置於導電膜223上，但相對於電極214及電極215不同側、且相互垂直的對側邊緣。週邊導線226為電極224及電極225的延伸，其沿著導電層223下緣平行延伸，其末端延伸至導電膜220的下緣中央，作為傳遞訊號之用。

此外，觸控面板200另包括一軟性印刷電路板240，其具有複數個金屬接點241，在環形膠體層230下緣中央具有一缺口231。在組裝時，該缺口231與軟性電路板240對應，軟性電路板240上下的金屬接點241可與導電膜210及導電膜220上的週邊導線216,226的末端電性連接，透過週邊導線216, 226可使外部電訊號傳遞到導電層210的電極214、電極215以及導電層220的電極224、電極225上。

在一較佳實施例中，環形膠體層230、膠體層212及膠體層222可以是熱固化膠、UV固化膠。

在台灣專利公開案(公開號：TW 200920689)「奈米碳管薄膜製備裝置及其製備方法」中，揭露一種奈米碳管薄膜的製備方法，藉由該方法可產生一具有導電特性的奈米碳管薄膜，且因該方法是由超順垂直排列奈米碳管陣列(Super Vertical-Aligned Carbon Nanotube Array)透過拉伸方式製成，可應用於製作透明導電膜。

為了提高觸控面板的可靠度，並縮減觸控面板的邊框寬度，本發明實施例中之導電層213及導電層223是以上述方法所形成的奈米碳管導電薄膜所構成。但因拉伸製程中，長鍊狀奈米碳管約略沿著拉伸方向平行排列，而導電膜在拉伸方向具有較低阻抗，在垂直拉伸方向阻抗約為拉伸方向阻抗的50至350倍之間，其表面電阻也因量測的位置不同、方向不同而介於1kΩ/□至800kΩ/□之間，因此導電層213及導電層223具有阻抗異向性(或稱為導電異方向性，Anisotropic Conductivity)。

如第2圖所示，在本發明實施例中，導電層213具有一主導電方向P₁ (原導電膜拉伸方向，亦即阻抗較低的方向)，導電層223具有另一主導電方向P₂ ，且導電層213的主要導電方向P₁ 及導電層223的主要導電方向P₂ 相互垂直。

在一較佳實施例中，導電層213與導電層223之主導電方向阻抗約為3kΩ/□至5kΩ/□之間，垂直主導電方向阻抗約 為250kΩ/□至600kΩ/□之間；因此，導電層213與導電層223之阻抗異向性比值約略介於100至200之間。易言之，導電層213與導電層223在垂直主導電方向P₁ ,P₂ 的阻抗約為主導電方向P₁ ,P₂ 阻抗的100至200倍之間。

在本發明實施例中，導電層213與導電層223由約略平行排列的奈米碳管薄膜所構成，其阻抗約為傳統透明導電材料ITO的30~100倍之間。由習知技術中所揭示的公式(A)可知，當電阻式觸控面板的R_film 大幅增加時，在感測誤差的規格不變的狀況下，接觸電阻R_contact 及導線電阻R_line 約可容許等比例放大。易言之，在導線材料不變以及製程許可的狀況下，本發明實施例中之各電極及週邊導線的寬度可依一定比例縮小，以縮減觸控面板邊緣走線區域的寬度。

第3A圖及第3B圖分別為導電膜210及導電膜220之上視圖。如第3A圖及第3B圖所示，在本發明實施例中，導電層213以膠黏合固定於導電膜210中央偏上方，留下左右兩側不含導體層213長條形區域及下方接線區；另，導電層223以膠黏合固定於導電膜220中央，留下上下兩側不含導體層223的長條形區域。由導電層213及導電層223重疊區域可定義為一觸控區域T(以虛線表示)，在觸控區域外圍的定義為一邊緣區域B。導電膜210上的週邊導線216及導電膜223上的電極224均通過左側邊緣區域B，導電膜210上的電極215及導電膜220上的週邊導線226則通過下側邊緣區域B。

為了使邊緣區域B的寬度S較窄，本發明實施例中，導電膜210上的電極214、電極215及週邊導線216、以及導電膜220上的電極224、電極225以及週邊導線226可由印刷方式塗佈 的銀漿層製成，導電膜210上的週邊導線216可與導電膜223上的電極224重合或部份重合；導電膜210上的電極215可與導電膜220上的週邊導線226重合或部份重合。週邊導線216的線寬t₁ 及電極224、電極225的線寬t₂ 可介於至50μm至500μm之間，左右兩側邊緣區域B的寬度S介於至100μm至1mm之間。

在一較佳實施例中，週邊導線216的線寬t₁ 及電極224、電極225的線寬t₂ 為100μm，左右兩側邊緣區域B的寬度S則可縮小到500μm以下，以符合不同的產品設計需求。

第4圖為採用本發明電阻式觸控面板的行動電話之組合圖，其中行動電話僅為應用本發明電阻式觸控面板之一實施例，亦可用於其他如：個行動助理(PDA)、衛星導航(GPS)等，其應用範圍並不在此限。

如第4圖所示，行動電話300的本體310具有一顯示螢幕320，本發明第一實施例之觸控面板200疊合設置於顯示螢幕320上，觸控面板200再透過軟性電路板240與位於行動電話本體310內的連接器330電性連接，以感測使用者的觸控動作。另外，在觸控面板200上方可設置一裝飾膜340，裝飾膜340具有一與觸控面板200之觸控區域T對應的透明區及一與邊緣區域B對應的非透明區，藉由裝飾板340的非透明區遮蓋觸控面板上的線路，以美化行動電話300的外觀。其次，觸控面板200的邊緣區域B較窄，設計時可採用較大的顯示螢幕320，增加可視範圍，亦可大幅增加產品的設計彈性。

第5圖為採用本發明電阻式觸控面板的筆記型電腦之組合圖。如第5圖所示，一平面顯示螢幕420樞接於筆記型電腦 本體410，本發明第一實施例之觸控面板200與裝飾板340貼合後，再疊合設置於顯示螢幕410上，其邊緣區域較窄，其亦可符合筆記型電腦的設計需求。

此外，本發明實施例觸控面板200所使用之基板211,221，除了可使用透明材質如：PE,PC,PET,PMMA或薄化後的玻璃基板外，在不與顯示螢幕疊合使用的狀況下，如：第4圖中筆記型電腦400本體410上的觸控板，亦可使用染色或鍍膜後的不透明PE,PC,PET,PMMA或薄化後的玻璃基板，由二不透明的導電膜，組成不透明的觸控面板。

雖然本發明已於較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，仍可作些許的更動與潤飾，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。

1‧‧‧第一導電膜

2‧‧‧第二導電膜

3a,3b‧‧‧X軸電極

4a,4b‧‧‧Y軸電極

5‧‧‧電流源

6‧‧‧接地電阻

7‧‧‧比較器

8‧‧‧比較器

C‧‧‧接觸點

D‧‧‧第一導電膜寬度

d‧‧‧X座標

V_x ‧‧‧X軸輸出電壓

V_y ‧‧‧Y軸輸出電壓

V+‧‧‧輸入電壓

R_a ,R_b ,R_c ,R_d ‧‧‧電阻

200‧‧‧觸控面板

210‧‧‧導電膜

211‧‧‧基板

212‧‧‧膠體層

213‧‧‧導電層

214‧‧‧電極

215‧‧‧電極

216‧‧‧週邊導線

220‧‧‧導電膜

221‧‧‧基板

222‧‧‧膠體層

223‧‧‧導電層

224‧‧‧電極

225‧‧‧電極

226‧‧‧週邊導線

230‧‧‧膠體層

231‧‧‧缺口

232‧‧‧間隔物

240‧‧‧軟性電路板

241‧‧‧金屬接點

P₁ ,P₂ ‧‧‧主導電方向

T‧‧‧觸控區域

B‧‧‧邊緣區域

S‧‧‧邊緣區域寬度

t₁ ‧‧‧週邊導線寬度

t₂ ‧‧‧電極寬度

300‧‧‧行動電話

310‧‧‧電話本體

320‧‧‧顯示螢幕

330‧‧‧連接器

340‧‧‧裝飾膜

400‧‧‧筆記型電腦

410‧‧‧電腦本體

420‧‧‧顯示螢幕

第1圖為習知四線式電阻式觸控面板之示意圖。

第2圖為本發明電阻式觸控面板之組合圖。

第3A圖為第2圖中第一導電膜之上視圖。

第3B圖為第2圖中第二導電膜之上視圖。

第4圖為採用本發明電阻式觸控面板的行動電話之組合圖。

第5圖為採用本發明電阻式觸控面板的筆記型電腦之組合圖。

200‧‧‧觸控面板

210‧‧‧導電膜

211‧‧‧基板

212‧‧‧膠體層

213‧‧‧導電層

214‧‧‧電極

215‧‧‧電極

216‧‧‧第一週邊導線

220‧‧‧導電膜

221‧‧‧基板

222‧‧‧膠體層

223‧‧‧導電層

224‧‧‧電極

226‧‧‧週邊導線

230‧‧‧膠體層

231‧‧‧缺口

232‧‧‧間隔物

240‧‧‧軟性電路板

241‧‧‧金屬接點

P₁ ,P₂ ‧‧‧主導電方向

Claims (23)

1. 一種觸控面板，包括：一第一基板，具有一第一導電層及一第一週邊導線，設置於該第一基板的一面上；一第二基板，與該第一基板疊合設置，該第二基板具有一第二導電層，設置於面對該第一導電層的一側；以及其中，該第一導電層及該第二導電層具阻抗異向性，該第一基板及該第二基板以該第一導電層及該第二導電層重合區域區分為一觸控區域及一邊緣區域，而該第一週邊導線通過該邊緣區域，且該邊緣區域寬度介於至100μm至1mm之間；及其中，該第一導電層具有一第一主導電方向，且在該第一主導電方向上的阻抗介於3kΩ/□至5kΩ/□之間，在垂直該第一主導電方向上的阻抗介於250kΩ/□至600kΩ/□之間；該第二導電層具有一第二主導電方向，且在該第二主導電方向上的阻抗介於3kΩ/□至5kΩ/□之間，在垂直該第二主導電方向上的阻抗介於250kΩ/□至600kΩ/□之間；且該第一主導電方向與該第二主導電方向相互垂直。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該第一導電層及該第二導電層為一平行排列的奈米碳管層。
3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該第一導電層及該第二導電層之阻抗異向性比值介於100至200之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該第一週邊導線之線寬介於至50μm至500μm之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該第二基板具有一第一電極及一第二電極，其相互平行設置於該第二導電層對側邊緣，且該第一電極及該第二電極之延伸方向與該第一導電層的該第一主導電方向垂直。
6. 如申請專利範圍第5項所述之觸控面板，其中該第一電極通過該邊緣區域，同時與該第一週邊導線重合。
7. 如申請專利範圍第6項所述之觸控面板，其中該第一基板具有一第三電極及一第四電極，其相互平行設置於該第一導電層對側邊緣，且該第三電極及該第四電極之延伸方向與該第一導電層的該第一主導電方向垂直。
8. 如申請專利範圍第7項所述之觸控面板，其中該第三電極與該第一週邊導線電性連接。
9. 如申請專利範圍第8項所述之觸控面板，其中該第二基板具有一第二週邊導線，與該第二電極電性連接，且該第二週邊導線通過該邊緣區域，並與該第四電極重合。
10. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該第一基板及該第二基板以一環設於該觸控區域外圍的一膠體層固定。
11. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該第一基板及該第二基板具有複數個絕緣間隔物，使該第一導電層與該第二導電層間隔一定間距。
12. 一種觸控面板，包括： 一第一基板，具有一第一導電層及一第一週邊導線，設置於該第一基板的一面上；一第二基板，與該第一基板疊合設置，該第二基板具有一第二導電層，設置於面對該第一導電層的一側，其中該第一導電層及該第二導電層之表面電阻介於1kΩ/□至800kΩ/□之間；以及其中，該第一基板及該第二基板以該第一導電層及該第二導電層重合區域區分為一觸控區域及一邊緣區域，而該第一週邊導線通過該邊緣區域，且該邊緣區域寬度介於至100μm至1mm之間；及其中，該第一導電層具有一第一主導電方向，且在該第一主導電方向上的阻抗介於3kΩ/□至5kΩ/□之間，在垂直該第一主導電方向上的阻抗介於250kΩ/□至600kΩ/□之間；該第二導電層具有一第二主導電方向，且在該第二主導電方向上的阻抗介於3kΩ/□至5kΩ/□之間，在垂直該第二主導電方向上的阻抗介於250kΩ/□至600kΩ/□之間；且該第一主導電方向與該第二主導電方向相互垂直。
13. 如申請專利範圍第12項所述之觸控面板，其中該第一導電層及該第二導電層具阻抗異向性，且阻抗異向性比值介於100至200之間。
14. 如申請專利範圍第13項所述之觸控面板，其中該第一導電層及該第二導電層為一平行排列的奈米碳管層。
15. 如申請專利範圍第12項所述之觸控面板，其中該第一週邊導線之線寬介於至50μm至500μm之間。
16. 一種電子裝置，包括：一本體；一觸控面板，設置於該本體上，且該觸控面板包括：一第一基板，具有一第一導電層及一第一週邊導線，設置於該第一基板的一面上；一第二基板，與該第一基板疊合設置，該第二基板具有一第二導電層，設置於面對該第一導電層的一側；以及其中，該第一導電層及該第二導電層具阻抗異向性，該第一基板及該第二基板以該第一導電層及該第二導電層重合區域區分為一觸控區域及一邊緣區域，而該第一週邊導線通過該邊緣區域，且該邊緣區域寬度介於至100μm至1mm之間；及其中，該第一導電層具有一第一主導電方向，且在該第一主導電方向上的阻抗介於3kΩ/□至5kΩ/□之間，在垂直該第一主導電方向上的阻抗介於250kΩ/□至600kΩ/□之間；該第二導電層具有一第二主導電方向，且在該第二主導電方向上的阻抗介於3kΩ/□至5kΩ/□之間，在垂直該第二主導電方向上的阻抗介於250kΩ/□至600kΩ/□之間；且該第一主導電方向與該第二主導電方向相互垂直。
17. 如申請專利範圍第16項所述之電子裝置，其中該本體另包括一顯示螢幕，該觸控面板疊合設置上該顯示螢幕上。
18. 如申請專利範圍第17項所述之電子裝置，其中該觸控面板更包括一裝飾膜，疊合設置於該觸控面板上，相對於該第一導電層的一側，且該裝飾膜具有一與該觸控區域對應的透明區及一與該邊緣區域對應的非透明區。
19. 如申請專利範圍第16項所述之電子裝置，其中該第一導電層及該第二導電層之表面電阻介於1kΩ/□至800kΩ/□之間。
20. 如申請專利範圍第19項所述之電子裝置，其中該第一導電層及該第二導電層為具阻抗異向性的奈米碳管薄膜，其阻抗異向性比值介於100至200之間。
21. 如申請專利範圍第20項所述之電子裝置，其中該第一週邊導線之線寬介於至50μm至500μm之間。
22. 一種電子裝置，包括：一本體；一顯示螢幕，以可移動的方式，設置於該本體上；一觸控面板，疊合設置於該顯示螢幕上，且該觸控面板包括：一第一基板，具有一第一導電層及一第一週邊導線，設置於該第一基板的一面上；一第二基板，與該第一基板疊合設置，該第二基板具有一第二導電層，設置於面對該第一導電層的一側，其中該第一導電層及該第二導電層之表面電阻介於1kΩ/□至800kΩ/□之間；以及其中該第一基板及該第二基板以該第一導電層及該第二導電層重合區域區分為一觸控區域及一邊緣區域， 而該第一週邊導線通過該邊緣區域，且該邊緣區域寬度介於至100μm至1mm之間；及其中，該第一導電層具有一第一主導電方向，且在該第一主導電方向上的阻抗介於3kΩ/□至5kΩ/□之間，在垂直該第一主導電方向上的阻抗介於250kΩ/□至600kΩ/□之間；該第二導電層具有一第二主導電方向，且在該第二主導電方向上的阻抗介於3kΩ/□至5kΩ/□之間，在垂直該第二主導電方向上的阻抗介於250kΩ/□至600kΩ/□之間；且該第一主導電方向與該第二主導電方向相互垂直。
23. 如申請專利範圍第22項所述之電子裝置，其中該顯示螢幕，為一平面顯示器，其以樞接方式設置於該本體之一側。