TWI534669B - 觸控面板及其觸控電極結構 - Google Patents

Description

觸控面板及其觸控電極結構

本發明大體上關於一種觸控電極結構，更具體言之，其係關於一種由多種不同子電極單元組成的觸控電極結構及其觸控面板。

在現今消費性電子產品市場，結合觸控功能於顯示器已成為攜帶式電子產品主流發展之趨勢。觸控面板(touch panel)已應用於多種電子產品，例如智慧型手機、行動電話、平板電腦及筆記型電腦。由於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，因此觸控面板提供了使用者與電子產品之間的人性化操作介面。

觸控面板一般包含一觸控區域以及圍繞在觸控區域四周的周邊區域，觸控區域用於產生一感應訊號，而在該周邊區域內則設置有複數個周邊引線，用於將該感應訊號傳遞至訊號處理器進行運算，藉此可確定觸碰位置的座標。

就一般電極結構設計而言，請參照第1圖，其繪示出先前技術中一習知觸控面板100的觸控電極結構示意圖。如第1圖所示，觸控面板100的觸控區域102上形成有觸控電極圖案104，觸控電極圖案104係包含複數條橫向電極104a與複數條縱向電極104b，每一條橫向電極104a與每一條縱向電極104b皆分別由複數個電極單元104c連接而成。對此設計而言，由於橫向電極104a與縱向電極104b會相交之故，電極圖案上會使用跨線(jumper)106與絕緣層108來隔絕橫向電極104a與縱向電極104b。

然而，如要在觸控面板上製作跨線與絕緣層，其通常須使用5道以上的微影製程來完成製作，其製程繁複。再者，只要其中的一個跨線出問題，如發生跨線斷裂或是靜電放電等問題，整條電極即告失效。故此，目前業界仍需要對觸控面板習用的觸控電極圖形加以改良，以期能減少製作工序，並提升良率。

有鑒於上述習知問題，本發明特此提出了一種新穎的觸控電極結構，其結構中不須設置跨線與絕緣層即可使各電極電性獨立，並同時達到簡化製程步驟暨提升良率之功效。

根據本發明一態樣，其提出了一種觸控電極結構，其中界定有多個位置單元。該觸控電極結構包含多條電極彼此電性絕緣，每條電極涵蓋了多個位置單元且包含多種的子電極，該些子電極彼此電性絕緣，每種子電極包含多個相互電性連接的子電極單元，其中各個位置單元係對應至少一種子電極中的至少一個子電極單元，且各個位置單元中的子電極單元的子電極種類的排列組合係不相同。

根據本發明的另一態樣，其提出了一種觸控面板，該觸控面板包含一基板，其上界定有多個位置單元；多條電極彼此電性絕緣地設置在該基板上，每條電極涵蓋多個位置單元且包含多種的子電極，其中每種該子電極包含多個相互電性連接的子電極單元，各個該位置單元係對應至少一種該子電極中的至少一個子電極單元，且各個該位置單元中的該子電極單元的子電極種類的排列組合係不相同。

無疑地，本發明的這類目的與其他目的在閱者讀過下文以多種圖示與繪圖來描述的較佳實施例細節說明後將變得更為顯見。

100‧‧‧觸控面板

102‧‧‧觸控區域

104‧‧‧觸控電極圖案

104a‧‧‧橫向電極

104b‧‧‧縱向電極

104c‧‧‧電極單元

106‧‧‧跨線

108‧‧‧絕緣層

200‧‧‧觸控面板

201‧‧‧基板

203‧‧‧電極

203a,203b,203c,203d,203e,203f‧‧‧子電極

205,205a,205b,205c‧‧‧位置單元

207‧‧‧子電極單元

209a,209b‧‧‧電極區間

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

本說明書含有附圖併於文中構成了本說明書之一部分，俾使閱者 對本發明實施例有進一步的瞭解。該些圖示係描繪了本發明一些實施例並連同本文描述一起說明了其原理。在該些圖示中：第1圖繪示出習知技術中一觸控面板的頂視圖；第2圖繪示出根據本發明實施例一觸控面板的頂視圖；第3圖繪示出根據本發明另一實施例一觸控面板的頂視圖；第4圖繪示出根據本發明又一實施例一觸控面板的頂視圖；以及第5圖繪示出根據本發明實施例一具有多個電極區域的觸控面板的頂視圖。

在下文的細節描述中，元件符號會標示在隨附的圖示中成為其中的一部份，並且以可實行該實施例之特定範例描述方式來表示。這類實施例會說明足夠的細節俾使該領域的一般技藝人士得以具以實施。閱者須瞭解到本發明中亦可利用其他的實施例或是在不悖離所述實施例的前提下作出結構性、邏輯性、及電性上的改變。因此，下文之細節描述將不欲被視為是一種限定，反之，其中所包含的實施例將由隨附的申請專利範圍來加以界定。

首先請參照第2圖，其繪示出根據本發明實施例一觸控面板的頂視圖。如第2圖所示，本發明的觸控面板200包含一基板201，其用以承載並保護設置在其上的元件，此外，基板201還可為一蓋板(cover glass)，其相對於設置有電極的另一面可作為使用者的觸碰面。基板201可為硬材質或可撓材質透明絕緣材料，例如玻璃、聚醯亞胺(PI)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)等。基板201上界定有多個位置單元205，每個位置單元205即代表該觸控面板所能達到的最小感應單位，所有的位置單元205可以陣列排列方式共同組成觸控面板的觸控區域。

復參照第2圖，基板201上設置有多條彼此電性絕緣的電極203，其沿著一第一方向D1延伸，且較佳彼此平行排列，並涵蓋了基板上界定出的多個位置單元205。電極203可使用透明的導電材料，如氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、奈米碳管(CNT)、奈米銀(Nano Silver)等材質，在基板201上採用印製、微影蝕刻或雷射蝕刻等方式而成。本發明的一大特點在於，單一條電極203係由數條子電極所構成，各子電極彼此電性絕緣，如圖中所示的四條子電極203a~203d。每條子電極203a~203d復由多個子電極單元207沿著第一方向D1電性連接而成，連接方式可採用透明或不透明的導線(圖未標)連接，導線可採用與子電極單元207相同的透明導電材料，亦可採用金屬包括銅、鉬、鋁等。更具體言之，在本發明中，為了達到判定觸碰位置的功能，如第2圖所示，每個位置單元205會涵蓋或對應至少一個以上的子電極單元207，且更重要地，各位置單元205所涵蓋或對應的子電極單元207種類是由不同子電極203a~203d中的子電極單元207排列組合而成，此部分的細節將在下文中說明。

以第2圖中所示的三個不同位置單元205a,205b,205c為例，位置單元205a係涵蓋了三個不同種類的子電極單元207，該三個不同種類的子電極單元207分屬於子電極203a~203c，且沿著與第一方向D1垂直的一第二方向D2排列；位置單元205b僅涵蓋了單個子電極203c的子電極單元，而位置單元205c則涵蓋了子電極203a與203d的子電極單元。位置單元205中的子電極單元207的面積總和約略等於該位置單元的面積，故各位置單元205所涵蓋的子電極單元207的數量和面積並不完全相同。在本發明中，因為各位置單元205對應的子電極中的子電極單元的組合不同，故此設計將可賦予各位置單元205獨特、唯一的識別性，也即各位置單元205唯一對應不同子電極中的子電極單元的組合，以達到判定觸碰位置的功效。舉例言之，在實作中，當使用者用手指或其它觸控物體觸碰或靠近基板上的位置單元205a時，該處的電訊號(例如互電容引起的電壓或電流)會發生改變。由於位置單元 205a涵蓋了子電極203a~203c的子電極單元，故此電訊號的改變會導致子電極203a~203c的掃描輸出的感測訊號產生改變，而另一方面來說，從子電極203d輸出的感測訊號則不會受到任何影響或者發生的改變與子電極203a~203c的的感測訊號產生改變相比很小。故此，系統可從哪些子電極輸出的感測訊號受到改變或該變量的大小來判定觸碰位置。例如，當系統同步地輸入驅動訊號至子電極203a~203d時，再分別掃描子電極203a~203d，若偵測到其中從子電極203a~203c輸出的感測訊號發生了改變，此即代表觸碰位置是發生在同時且剛好具有子電極203a~203c的子電極單元的位置單元205a。故此，以上述本發明之判定機制，只要各位置單元205所涵蓋對應的子電極單元207種類的排列組合不同，系統就可以從各子電極的感測信號的改變來判定觸碰是發生在哪個位置單元205。

以第2圖所示單條電極203由四種子電極203a~203d所組成為例，且在每個位置單元205至多可涵蓋4個子電極單元207的前提下，其子電極單元207的排列組合(包含單個子電極單元情況)可有+++=4+6+4+1=15種。以如此設計，每條電極203在沿著第一方向D1上將可接連設置15個位置單元205。如因發明需求之故電極列需要涵蓋更多的位置單元205，增加組成電極203的子電極種類將可以增加排列組合的數量。另外，本發明之設計利用多個子電極的子電極單元的排列組合的方式對應觸碰各位置單元，與一般習知的每一觸碰位置單元單獨引出引線連接至控制器的方式相比，可減少與控制器的連接的引線數量，從而可減少引線佔用的周邊區域的面積，有利於觸控面板窄邊框的設計。

現在請參照第3圖，其繪示出根據本發明另一實施例一觸控面板的頂視圖。第2圖與第3圖所示的觸控電極圖形差別在於，第3圖中的電極203是由五種子電極203a~203e共同組成，而非四種，且其位置單元205至多僅涵蓋兩個子電極單元207。以這樣的設置方式，其子電極單元207共會有+=5+10=15組排列組合，其數量與第2圖相同。可以理解的是，在本 實施中五種子電極203a~203e中的子電極單元之排列組合也可以採用與第2圖所示的方式，由於增加了一個子電極的數量，子電極203a~203e中的子電極單元的排列組合方式也會相應增加，所以單一條電極203所包含的位置單元205數量也會相應增加，可適用不同尺寸的觸控面板設計。

接下來請參照第4圖，其繪示出根據本發明又一實施例一觸控面板的頂視圖。第4圖與第3圖所示的觸控電極圖形差別在於，第4圖中的電極203是由六種子電極203a~203f共同組成，而非五種，且各個位置單元205對應的子電極單元207的數量相同，在此以各個位置單元205均對應兩個子電極單元為例說明。以如此設置，其子電極單元的排列組合共有=15種，其數量與第2圖與第3圖的電極圖形相同。

以第4圖中所示的三個不同位置單元205a,205b,205c為例說明，位置單元205a,205b,205c係分別涵蓋了兩個不同種類的子電極單元207，其中，位置單元205a係涵蓋了分屬於子電極203c與203f的子電極單元207；位置單元205b係涵蓋了分屬於子電極203e和203f的子電極單元207，而位置單元205c則涵蓋了分屬於子電極203a與203b的子電極單元。在本發明中，因為各位置單元205對應的子電極中的子電極單元的組合不同，故此設計將可賦予各位置單元205獨特、唯一的識別性，也即各位置單元205唯一對應一種不同子電極中的子電極單元的組合，以達到判定觸碰位置的功效。舉例言之，在實行觸控感測時，對每一條電極203分別驅動掃描，不同觸控點的縱座標可根據位於不同行位置的電極203的感測信號變化得到，而觸碰點的橫座標(對應於每一位置單元205的橫座標)則可根據位置單元205所涵蓋的不同種類的子電極的子電極單元來確定，例如不同位置單元205a,205b,205橫座標的確定可參照以下方式，每兩條子電極分別組合驅動掃描，例如驅動子電極203a，分別掃描子電極203b、203c、203d、203e、203f，驅動子電極203b，分別掃描203a、203c、203d、203e、203f，依此類推。如果觸碰位置在位置單元205a，因為位置單元205a涵蓋的子電極單元 207分屬於電極203d與203f，故只有在驅動子電極203d，掃描子電極203f得到的感測信號會發生改變，而其他的組合掃描方式例如驅動子電極203c，掃描203a、203b、203d、203e、203f得到的感測信號均不會發生變化；如果觸碰位置在位置單元205b，因為位置單元205b涵蓋的子電極單元207分屬於電極203e與203f，故只有在驅動子電極203e，掃描子電極203f得到的感測信號會發生改變，而其他的組合掃描方式例如驅動子電極203e，掃描203a、203b、203c、203d、203f得到的感測信號均不會發生變化；如果觸碰位置在位置單元205c，因為位置單元205c涵蓋的子電極單元207分屬於電極203a與203b，故只有在驅動子電極203a，掃描子電極203b得到的感測信號會發生改變，而其他的組合掃描方式例如驅動子電極203a，掃描203c、203d、203e、203f得到的感測信號均不會發生變化；如此可區分不同觸碰位置的橫座標。前述僅為其中一種掃描感測方式，本發明並不以此為限。相較於第2圖所示實施例而言，在本實施例中，不同位置單元205所涵蓋對應的子電極單元207數量較少且相等，可減少不同子電極之間的訊號干擾，提高觸控面板精確度。

從上述第2~4圖的實施例說明可以了解到，在本發明中，單列電極203所涵蓋對應的位置單元205數量可由組成電極203的子電極數目以及單個位置單元205所能涵蓋的子電極單元207數目來決定。增加組成的子電極數目以及所涵蓋的子電極單元可以增加位置單元的數量，但單個位置單元205所涵蓋的子電極單元207數目越多，子電極單元207的面積勢必要縮小，如此將會降低觸控的靈敏度。故對於本發明而言，可視實際所需設置的位置單元數量以及所需達到的觸控靈敏度來決定每條電極203要使用幾種子電極以及每個位置單元205可涵蓋的子電極單元207數目。

本發明所提供的觸控電極結構及觸控面板優點在於，由於各電極203以及各子電極彼此不相交，故電路設計中不須如一般作法般使用跨線來連接同一電極的電極單元，僅使用單層的導電層就可以圖形化完成整個觸控電極結構。這樣的電路設計結構簡單，所須的製程步驟較少，且可靠性佳， 無慣常會發生的跨線斷裂以及靜電放電等問題。

另一方面，請參照第5圖，其繪示出根據本發明一實施例一具有多種電極區域的觸控面板的頂視圖。在實作中，為了因應較大尺寸的面板設計，基板201上可以界定出多個電極區間來設置不同延伸方向的電極。舉例言之，如第5圖所示，設置在電極區間209a中的電極係往第一方向D1延伸，設置在電極區間209b中的電極則往與第一方向D1垂直的第二方向D2延伸。這樣的設計將可有效減少每條電極所須涵蓋的位置單元數目，避免需要用到太多種類的子電極進而增加電路設計的複雜度。須注意本發明中的電極延伸方向並不限於圖中所示的水平與垂直兩種方向，其亦有可能與基板週緣呈斜角設置。

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。

200‧‧‧觸控面板

201‧‧‧基板

203‧‧‧電極

203a,203b,203c,203d‧‧‧子電極

205a,205b,205c‧‧‧位置單元

207‧‧‧子電極單元

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

Claims (14)

1. 一種觸控電極結構，其界定出多個位置單元，該觸控電極結構包含：多條電極彼此電性絕緣，其中每條該電極涵蓋多個該位置單元且包含多種的子電極，該些子電極彼此電性絕緣，每種該子電極包含多個相互電性連接的子電極單元，各個該位置單元係對應至少一種的該子電極中的至少一個子電極單元，且各個該位置單元中的該子電極單元的子電極種類的排列組合係不相同。
2. 如申請專利範圍第1項所述的觸控電極結構，其中每條電極與該電極包含的該些子電極均沿一第一方向延伸。
3. 如申請專利範圍第2項所述的觸控電極結構，其中該位置單元中的該子電極單元沿著與該第一方向垂直的一第二方向排列。
4. 如申請專利範圍第1項所述的觸控電極結構，其中該觸控電極結構包含多種電極區間，每種該電極區間涵蓋多個該電極，且不同的該電極區間中的該電極係往不同的方向延伸。
5. 如申請專利範圍第1項所述的觸控電極結構，其中該些電極彼此相互平行。
6. 如申請專利範圍第1項所述的觸控電極結構，其中該些子電極彼此不相交。
7. 如申請專利範圍第1項所述的觸控電極結構，其中該位置單元的面積等於該位置單元對應的該子電極單元的面積總和。
8. 如申請專利範圍第1項所述的觸控電極結構，其中各個該位置單元對應的 子電極單元的數量相同。
9. 如申請專利範圍第1項所述的觸控電極結構，其中各個該位置單元均對應兩個該子電極單元。
10. 一種觸控面板，包含：一基板，其上界定有多個位置單元；以及多條電極，彼此電性絕緣地設置在該基板上，其中每條該電極涵蓋多個該位置單元且包含多種的子電極，該些子電極彼此電性絕緣，且每種該子電極包含多個相互電性連接的子電極單元，各個該位置單元係對應至少一種該子電極中的至少一個子電極單元，且各個該位置單元中的該子電極單元的子電極種類的排列組合係不相同。
11. 如申請專利範圍第10項所述的觸控面板，其中每條電極與該電極包含的該些子電極均沿一第一方向延伸。
12. 如申請專利範圍第11項所述的觸控面板，其中該位置單元中的該子電極單元沿著與該第一方向垂直的一第二方向排列。
13. 如申請專利範圍第10項所述的觸控面板，其中該基板上界定有多種電極區間，每種該電極區間涵蓋多個該電極，且各種該電極區間中的該電極係往不同的方向延伸。
14. 如申請專利範圍第10項所述的觸控面板，其中該位置單元的面積等於該位置單元對應的該子電極單元的面積總和。