TWI537808B - 觸控感測單元及其製作方法 - Google Patents

Description

觸控感測單元及其製作方法

本發明是有關於一種觸控感測單元及其製作方法，且特別是有關於一種具有定阻抗的觸控感測單元及其製作方法。

由於觸控能提供使用者更有彈性的操作介面以及更多樣化的操作體驗，因此觸控技術已廣泛地應用於電子裝置之輸入元件以及諸如感測床墊、互動感測墊以及電子白板等感測裝置中。一般來說，觸控技術依照其感測方式可大致分為電阻式觸控、電容式觸控、光學式觸控以及電磁式觸控等。其中，又以電阻式觸控技術的市佔率最高而為主流。

以運作方式而言，電阻式觸控感測元件是由兩片導電層疊合而成，在兩片導電層中佈有電阻材料，使用者的觸碰會使導電層與電阻材料接觸並使迴路導通，以偵測觸碰位置。然而，導電層與電阻材料的接觸為不同性質材料之間的接觸，因此兩者之間的電傳導較差，使得觸控感測元件的感測靈敏度降低。此外，當導電層與電阻材料因外力而接觸時，兩者之間的接觸會受到接觸面積或負載的影響，而容易有誤判或偏移的現象發生，相對增加後端掃描電路的複雜度，並導致觸控感測元件的精準度降低。再者，導電層與電阻材料的接觸會發生磨損，使觸控感測元件的可靠度降低。

本發明提供一種觸控感測單元的製作方法，用以製作具有定阻抗的觸控感測單元。

本發明提出一種觸控感測單元，其包括一第一基板、一第一電極、一第二基板、一第二電極、一支撐層、一第三電極以及一感測層。第一電極配置於第一基板上。第二基板與第一基板對向設置。第一電極位於第一基板與第二基板之間。第二電極配置於第二基板上，且第一電極經由一按壓動作與第二電極接觸。支撐層位於第一基板以及第二基板之間。第三電極配置於第二基板上。感測層具有一固定阻抗，配置於第二基板上，且位於第二電極與第三電極之間以電性連接第二電極與第三電極。

本發明另提出一種觸控感測單元的製作方法。於一第一基板上形成一第一電極。於一第二基板上形成一第二電極與一第三電極。於第一基板與第二基板之間形成一支撐層。於第二電極與第三電極之間形成一感測層，以電性連接第二電極與第三電極，其中感測層具有一固定阻抗。組合第一基板與第二基板，使第一電極位於第一基板與第二基板之間，且第一電極可經由一按壓動作與第二電極接觸。

基於上述，本發明之觸控感測單元包括具定阻抗的感測層，且感測層不會因使用者的按壓動作而與其他構件接觸，因此感測層在操作時能提供固定的阻抗值，使得觸控感測單元具有較佳的精準度、靈敏度以及可靠度。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A為本揭露之一實施例的一種觸控感測單元的剖面示意圖，以及圖1B為圖1A之觸控感測單元的上視示意圖，其中圖1B中省略繪示第一基板與第二基板。請同時參照圖1A與圖1B，在本實施例中，觸控感測單元100包括一第一基板102、一第一電極110、一第二基板104、一第二電極120、一支撐層150、一第三電極140以及一感測層160。第二基板104與第一基板102對向設置。支撐層150位於第一基板102以及第二基板104之間。在本實施例中，第二基板104具有相對的一第一面104a與一第二面104b，其中第一面104a面向第一基板102，且第二基板104包括貫穿第一面104a與第二面104b的貫孔106。支撐層150用以支撐第一基板102與第二基板104，並維持第一基板102與第二基板104之間的間隙(gap)。在本實施例中，第一基板102例如是一軟性印刷電路板(Flexible Printed Circuit,FPC)，以及第二基板104例如是一印刷電路板(printed circuit board,PCB)或一軟性印刷電路板(Flexible Printed Circuit,FPC。支撐層150例如是包括多個間隙物150a、150b，支撐層150的材料特性為具彈性之絕緣體，例如是環氧樹脂或絕緣油墨。

第一電極110配置於第一基板102上。第二電極120配置於第二基板104上，其中第一電極110位於第一基板102與第二基板104之間，且第一電極110經由一按壓動作與第二電極120接觸。在本實施例中，第一電極110例如是一塊狀電極。第二電極120例如是包括分離的一第一導電圖案122與一第二導電圖案124，第一導電圖案122與第二導電圖案124彼此絕緣，且第一導電圖案122與第二導電圖案124經由按壓動作與第一電極110接觸而彼此電性連接(如圖2所示)。在本實施例中，第一電極110例如是一圓形電極，第一導電圖案122例如是環繞第二導電圖案124，以及第一導電圖案122與第二導電圖案124例如是環狀電極。

在本實施例中，第一導電圖案122例如是配置於第二基板104的第一面104a上，第二導電圖案124例如是配置於第二基板104的第一面104a上且經由第二基板104的貫孔106延伸至第二基板104的第二面104b上。在本實施例中，第一電極110、第一導電圖案122以及第二導電圖案124的材料例如是銅、銦錫氧化物或其他導電材料，以及第一電極110、第一導電圖案122以及第二導電圖案124的材料例如是相同。

第三電極140配置於第二基板104上。感測層160具有一固定阻抗，配置於第二基板104上，且位於第二電極120與第三電極140之間以電性連接第二電極120與第三電極140。在本實施例中，感測層160以及第三電極140例如是配置於第二基板104的第二面104b上。第三電極140的材料例如是銅、銦錫氧化物或其他導電材料。感測層160例如是覆蓋第二導電圖案124與第三電極140以電性連接第二導電圖案124與第三電極140。感測層160的材料例如是電阻式感測材料、壓電式感測材料、電容式感測材料以及其他能提供固定阻抗的感測材料。舉例來說，感測層160例如是包括高分子材料與碳黑粉末，以及感測層160的形成方法例如是印刷法，或是以電極圖案之設計達到定阻抗之特性，例如是導電油墨。

在本實施例中，觸控感測單元100例如是更包括一覆蓋層170，覆蓋層170覆蓋感測層160。覆蓋層170使感測層160不會因使用者的按壓動作而與其他構件接觸，使得感測層160能保持固定的阻抗值以及避免磨損，且覆蓋層170能避免環境因素影響保護感測層160之感測功能。在本實施例中，覆蓋層170例如是配置於第二基板104的第二面104b上且覆蓋感測層160。覆蓋層170的材料例如是封裝膠材。

請參照圖2，在本實施例中，按壓動作200例如是使第一導電圖案122、第二導電圖案124以及第三電極140的迴路導通。詳言之，在本實施例中，第一導電圖案122例如是連接至一陽極，以及第三電極140例如是連接至一陰極，以及第二導電圖案124與第三電極140透過感測層160電性連接。其中，當使用者對第一電極110進行按壓動作200時，第一導電圖案122與第二導電圖案124會透過與第一電極110接觸而彼此電性連接。如此一來，第一導電圖案122、第二導電圖案124以及第三電極140的迴路導通，以確認觸碰的發生。

在本實施例中，由於觸控感測單元100具有固定的阻抗值，因此後端電路是根據固定的阻抗值來判斷觸碰發生的位置，而不會受到接觸力或接觸面積大小等外在因素的影響。因此，能降低後端電路的複雜度與避免誤作動訊號的產生，且觸控感測單元100具有較佳的感測精準度。再者，在觸碰觸控感測單元100時，第一電極110會接觸第二電極120，且第一電極110與第二電極120會因為同為導電材料而在接觸時具有吸附(pull in)效應，能降低接觸阻抗值且提升電性傳導速度，使得觸控感測單元100具有較佳的靈敏度。此外，在操作觸控感測單元100時，電極等構件不會接觸到感測層160，因此能避免感測層160因接觸而磨損且使感測層160維持固定的阻抗值，使得觸控感測單元100具有較佳的可靠度。換言之，本實施例之觸控感測單元100具有較佳的精準度、靈敏度以及可靠度。特別一提的是，雖然在本實施例中是以單一個觸控感測單元100進行說明，然而在其他實施例中，也可以將觸控感測單元100陣列排列以形成如圖5E所示的觸控感測陣列10，以實現大面積且多點觸控的功能，且適用於平面或曲面的觸控裝置(諸如床墊、遊戲墊、電子白板等觸控裝置)中。觸控感測陣列10亦具有較佳的精準度、靈敏度以及可靠度，且能避免誤作動訊號的產生。

在上述的實施例中，是以第二電極120具有雙環設計為例來進行說明，但本揭露未限制第一電極與第二電極的構型，舉例來說，在其他實施例中，第一電極也可以具有諸如矩形、菱形、三角形、橢圓形等其他形狀，以及第二電極中的第一導電圖案與第二導電圖案也可以具有其他形狀或者是第二電極實質上為一塊狀電極。

圖3A為本揭露之另一實施例的一種觸控感測單元的剖面示意圖，以及圖3B為圖3A之觸控感測單元的上視示意圖，其中圖3B中省略繪示第一基板與第二基板。請同時參照圖3A與圖3B，在本實施例中，觸控感測單元100a的構件與圖1A與圖1B所示的觸控感測單元100的構件大致相同，以下針對不同處進行說明。在本實施例之觸控感測單元100a中，第二電極120例如是包括分離的一第一導電圖案122與一第二導電圖案124，第一導電圖案122與第二導電圖案124彼此絕緣。在本實施例中，第一導電圖案122與第二導電圖案124例如是條狀電極，以及第一導電圖案122、第二導電圖案124、第三電極140以及感測層160例如是配置於第二基板104的第一面104a上。在本實施例中，支撐層150例如是配置於感測層160上且覆蓋感測層160，以避免感測層160在未進行按壓動作的狀態下與第一基板102或第一電極110接觸。在本實施例中，支撐層150例如是包括多個間隙物150a、150b，間隙物150a、150b中之一者例如是配置於感測層160上且覆蓋感測層160。當然，在其他實施例中，也可以額外在感測層160上形成一覆蓋層(可參照圖1A所示之覆蓋層170)，以避免感測層160在未進行按壓動作的狀態下與第一基板102或第一電極110接觸。

在本實施例中，第一導電圖案122與第二導電圖案124經由按壓動作與第一電極110接觸而彼此電性連接(未繪示)，第二導電圖案124與第三電極140透過感測層160電性連接。在本實施例中，按壓動作例如是使第一導電圖案122、第二導電圖案124以及第三電極140的迴路導通。詳言之，在本實施例中，第一導電圖案122例如是連接至一陽極，以及第三電極140例如是連接至一陰極，其中第二導電圖案124與第三電極140透過感測層160電性連接。當使用者對第一電極110進行按壓動作時，第一導電圖案122會與第二導電圖案124會透過與第一電極110接觸而彼此電性連接。如此一來，第一導電圖案122、第二導電圖案124以及第三電極140的迴路導通，以確認觸碰的發生。

圖4A為本揭露之又一實施例的一種觸控感測單元的剖面示意圖，以及圖4B為圖4A之觸控感測單元的上視示意圖，其中圖4B中省略繪示第一基板與第二基板。請同時參照圖4A與圖4B，在本實施例中，觸控感測單元100b的構件與圖3A與圖3B所示的觸控感測單元100a的構件大致相同，以下針對不同處進行說明。在本實施例之觸控感測單元100b中，第一電極110與第二電極120例如是一塊狀電極，且第一電極110與第二電極120例如是一圓形電極。在本實施例中，第一電極110與第二電極120經由按壓動作而彼此電性連接(未繪示)，第二電極120與第三電極140透過感測層160電性連接。在本實施例中，按壓動作例如是使第一電極110、第二電極120以及第三電極140的迴路導通。詳言之，在本實施例中，第一電極110例如是連接至一陽極，以及第三電極140例如是連接至一陰極，其中第二電極120與第三電極140透過感測層160電性連接。當使用者對第一電極110進行按壓動作時，第一電極110會與第二電極120接觸而彼此電性連接。如此一來，第一電極110、第二電極120以及第三電極140的迴路導通，以確認觸碰的發生。

圖5A至圖5E為圖1A與圖1B所示之觸控感測單元的製作方法的流程剖面示意圖，特別說明的是，在圖5A至圖5E中是以形成多個觸控感測單元100為例，且這些觸控感測單元100例如是形成一觸控感測陣列10。請參照圖5A，首先，於一第一基板102上形成一第一電極110。第一基板102例如是一軟性印刷電路板。第一電極110例如是圓形電極，第一電極110的形成方法例如是微影蝕刻製程，以及第一電極110的材料例如是銅、銦錫氧化物或其他導電材料。

請同時參照圖5B至圖5D，接著，於一第二基板104上形成一第二電極120、一第三電極140以及一支撐層150，其中第二電極120與第三電極140電性連接。在本實施例中，此步驟包括以下流程，請參照圖5B，首先，提供一第二基板104，且第二基板104例如是具有貫穿第一面104a與第二面104b的貫孔106。第二基板104例如是一印刷電路板。接著，於第二基板104的第一面104a上形成分離的第一導電圖案122與第二導電圖案124，其中第二導電圖案124經由貫孔106延伸至第二基板104的第二面104b上，以及第一導電圖案122與第二導電圖案124構成第二電極120。在本實施例中，第一導電圖案122與第二導電圖案124例如是為環狀電極，第一導電圖案122與第二導電圖案124的形成方法例如是微影蝕刻製程，以及第一導電圖案122與第二導電圖案124的材料例如是銅、銦錫氧化物或其他導電材料。

然後，於第二基板104的第二面104b上形成第三電極140。在本實施例中，第三電極140例如是條狀電極，第三電極140的形成方法例如是微影蝕刻製程，以及第三電極140的材料例如是銅、銦錫氧化物或其他導電材料。

請參照圖5C，然後，於第一基板102與第二基板104之間形成一支撐層150。在本實施例中，於第二基板104的第一面104a上形成一支撐層150。支撐層150例如是包括多個間隙物150a、150b，間隙物150a、150b中之一者例如是配置於第二基板104的第一面104a上。支撐層150的形成方法例如是熱壓合製程(hot press)，以及支撐層150的材料例如是環氧樹脂。

請參照圖5D，接著，於第二電極120與第三電極140之間形成一感測層160，以電性連接第二電極120與第三電極140，其中感測層160具有一固定阻抗。在本實施例中，感測層160例如是形成於第二基板104的第二面104b上且覆蓋第二電極120與第三電極140。感測層160的形成方法例如是印刷法，以及感測層160的材料例如是電阻式感測材料、壓電式感測材料、電容式感測材料以及其他能提供固定阻抗值的感測材料。在本實施例中，更包括於第二基板104上形成一覆蓋層170，以覆蓋感測層160。覆蓋層170例如是形成於第二基板104的第二面104b上，覆蓋層170的形成方法例如是印刷法，以及覆蓋層170的材料例如是封裝膠材。

請參照圖5E，而後，組合第一基板102與第二基板104，使第一電極110位於第一基板102與第二基板104之間，且第一電極110可經由一按壓動作與第二電極120接觸。在本實施例中，組合步驟包括先使第一基板102的第一電極110面向第二基板104的第一面104a，並令第一基板102對準第二基板104，使一第一電極110對準一第二電極120。然後，例如是以貼合等方式組合第一基板102與第二基板104。如此一來，完成觸控感測單元100與觸控感測陣列10的製作。

在本實施例中，觸控感測單元100與觸控感測陣列10的製作方法與現有的印刷電路板製程相容，因此在製作上具有技術成熟與生產成本低的優點。特別是，由於觸控感測單元100具有較佳的精準度、靈敏度以及可靠度，因此由觸控感測單元100所形成的觸控感測陣列10能實現大面積且多點觸控的功能，且適用於平面或曲面的觸控裝置(諸如床墊、遊戲墊、電子白板等觸控裝置)中。

綜上所述，本揭露之觸控感測單元具有固定的阻抗值，因此後端電路是根據固定的阻抗值來判斷觸碰發生的位置，而不會受到接觸力或接觸面積大小等外在因素的影響。因此，能降低後端電路的複雜度與避免誤作動訊號的產生，且觸控感測單元具有較佳的感測精準度。再者，在觸碰觸控感測單元時，電極之間的接觸能降低接觸阻抗值且提升電性傳導速度，使得觸控感測單元具有較佳的靈敏度。此外，在操作觸控感測單元時，電極等構件不會接觸到感測層，因此能避免感測層因接觸而磨損並使感測層提供固定的阻抗值，故觸控感測單元具有較佳的可靠度。

特別是，本揭露之觸控感測單元的製作方法與現有的電路板製程相容，因此具有技術成熟與生產成本低的優點，且適於形成觸控感測陣列，以實現大面積且多點觸控的觸控裝置。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，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，當可作些許之更動與潤飾，故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．．．觸控感測陣列

100．．．觸控感測單元

102、104．．．基板

104a、104b．．．面

106．．．貫孔

110、120、140．．．電極

122、124．．．導電圖案

150．．．支撐層

150a、150b．．．間隙物

160．．．感測層

170．．．覆蓋層

200．．．按壓動作

圖1A為本揭露之一實施例的一種觸控感測單元的剖面示意圖。

圖1B為圖1A之觸控感測單元的上視示意圖。

圖2為圖1A之觸控感測單元受按壓動作的剖面示意圖。

圖3A為本揭露之另一實施例的一種觸控感測單元的剖面示意圖。

圖3B為圖3A之觸控感測單元的上視示意圖。

圖4A為本揭露之又一實施例的一種觸控感測單元的剖面示意圖。

圖4B為圖4A之觸控感測單元的上視示意圖。

圖5A至圖5E為圖1A與圖1B所示之觸控感測單元的製作方法的流程剖面示意圖。

100．．．觸控感測單元

102、104．．．基板

104a、104b．．．面

106．．．貫孔

110、120、140．．．電極

122、124．．．導電圖案

150．．．支撐層

150a、150b．．．間隙物

160．．．感測層

170．．．覆蓋層

Claims (19)

1. 一種觸控感測單元，包括：一第一基板；一第一電極，配置於該第一基板上，該第一電極包括一導電圖案；一第二基板，與該第一基板對向設置，其中該第一電極位於該第一基板與該第二基板之間；一第二電極，配置於該第二基板上，其中該第二電極包括一第一導電圖案與一第二導電圖案，該第一導電圖案與該第二導電圖案經由一按壓動作與該第一電極接觸而彼此電性連接；一支撐層，位於該第一基板以及該第二基板之間；一第三電極，配置於該第二基板上；以及一感測層，具有一固定阻抗，配置於該第二基板上，且位於該第二電極與該第三電極之間以電性連接該第二電極與該第三電極。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控感測單元，更包括一覆蓋層，配置於該第二基板上且覆蓋該感測層。
3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控感測單元，其中該第二基板包括一貫孔，該第一導電圖案配置於該第二基板的一第一面上，該第二導電圖案配置於該第二基板的該第一面上且經由該貫孔延伸至該第二基板的一第二面上，該感測層與該第三電極配置於該第二基板的該第二面上，該第一面面向該第一基板以及該第二面與該第一面相對。
4. 如申請專利範圍第3項所述之觸控感測單元，其中 該第一導電圖案環繞該第二導電圖案。
5. 如申請專利範圍第3項所述之觸控感測單元，更包括一覆蓋層，配置於該第二基板的該第二面上且覆蓋該感測層。
6. 如申請專利範圍第1項所述之觸控感測單元，其中該第一導電圖案、該第二導電圖案、該第三電極以及該感測層配置於該第二基板的一第一面上，該第一面面向該第一基板。
7. 如申請專利範圍第6項所述之觸控感測單元，其中該支撐層包括多個間隙物，該些間隙物中之一者配置於該第二基板的該第一面上。
8. 如申請專利範圍第1項所述之觸控感測單元，其中該第一導電圖案與陽極連接，以及該第三電極與陰極連接。
9. 如申請專利範圍第1項所述之觸控感測單元，其中該第二電極、該第三電極以及該感測層配置於該第二基板的一第一面上，該第一面面向該第一基板。
10. 如申請專利範圍第9項所述之觸控感測單元，其中該支撐層包括多個間隙物，該些間隙物中之一者配置於該感測層上且覆蓋該感測層。
11. 如申請專利範圍第9項所述之觸控感測單元，其中該第一電極與陽極連接，以及該第三電極與陰極連接。
12. 一種觸控感測單元的製作方法，包括：於一第一基板上形成一第一電極，該第一電極包括一導電圖案； 於一第二基板上形成一第二電極與一第三電極，其中該第二電極包括一第一導電圖案與一第二導電圖案；於該第一基板與該第二基板之間形成一支撐層；於該第二電極與該第三電極之間形成一感測層，以電性連接該第二電極與該第三電極，其中該感測層具有一固定阻抗；以及組合該第一基板與該第二基板，使該第一電極位於該第一基板與該第二基板之間，且該第一導電圖案與該第二導電圖案經由該按壓與該第一電極接觸而彼此電性連接。
13. 如申請專利範圍第12項所述之觸控感測單元的製作方法，更包括於該第二基板上形成一覆蓋層，以覆蓋該感測層。
14. 如申請專利範圍第12項所述之觸控感測單元的製作方法，其中該第二電極與該第三電極的形成方法包括：於該第二基板上形成該第一導電圖案與該第二導電圖案；於該第二基板上形成該第三電極；以及於該第二導電圖案與該第三電極之間形成該感測層，以電性連接該第二導電圖案與該第三電極。
15. 如申請專利範圍第14項所述之觸控感測單元的製作方法，其中該第二基板包括一貫孔，該第一導電圖案配置於該第二基板的一第一面上，該第二導電圖案配置於該第二基板的該第一面上且經由該貫孔延伸至該第二基板的一第二面上，該感測層與該第三電極配置於該第二基板的該第二面上，該第一面於組合後面向該第一基板以及該 第二面與該第一面相對。
16. 如申請專利範圍第15項所述之觸控感測單元的製作方法，其中該第一導電圖案環繞該第二導電圖案。
17. 如申請專利範圍第14項所述之觸控感測單元的製作方法，其中該第一導電圖案、該第二導電圖案、該第三電極以及該感測層形成於該第二基板的一第一面上，該第一面於組合後面向該第一基板。
18. 如申請專利範圍第17項所述之觸控感測單元的製作方法，其中該支撐層包括多個間隙物，該些間隙物中之一者形成於該感測層上，以覆蓋該感測層。
19. 如申請專利範圍第12項所述之觸控感測單元的製作方法，其中該第二電極、該第三電極以及該感測層配置於該第二基板的一第一面上，該第一面於組合後面向該第一基板。