TWI567613B

TWI567613B - 壓力感測模組以及壓力觸控感測顯示模組

Info

Publication number: TWI567613B
Application number: TW104140681A
Authority: TW
Inventors: 陳煜東; 陳俊榮; 林林; 劉錦璋
Original assignee: 恆顥科技股份有限公司
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2017-01-21
Also published as: CN106843561A; TW201721378A

Description

壓力感測模組以及壓力觸控感測顯示模組

本發明是有關於一種壓力感測模組以及壓力觸控感測顯示模組。

觸控感測模組因能提供使用者更直覺且便利的操控方式，而被廣泛地用於各式消費性電子產品中，如電子書、智慧行動通訊裝置以及平板電腦等。當使用者碰觸上述電子產品的使用者介面(user interface)時，觸控感測模組便依據觸控物(如手指或觸控筆)所碰觸的二維座標，選取對應的顯示物件或執行對應的操作功能。然而，隨著市場競爭越趨激烈以及穿戴式裝置的出現，觸控感測模組之判斷維度勢必被要求進一步地提升，以實現更多元之操作功能。

本發明提供一種壓力感測模組，其具有壓力感測功能。

本發明提供一種壓力觸控感測顯示模組，其可實現三維觸控感測。

本發明的一種壓力感測模組，其具有主動區以及至少部分環繞主動區的周邊區。壓力感測模組包括壓力感測結構。壓力感測結構位於周邊區中且暴露主動區。壓力感測結構包括第一電極、中間層以及多個第二電極。第一電極至少部分環繞主動區。第二電極至少部分環繞主動區且與第一電極重疊。中間層位於第一電極與第二電極之間。

本發明的一種壓力觸控感測顯示模組，其包括顯示模組、壓力感測模組以及觸控元件。壓力感測模組位於顯示模組上且具有主動區以及至少部分環繞主動區的周邊區。壓力感測模組包括壓力感測結構。壓力感測結構位於周邊區中且暴露主動區。壓力感測結構包括第一電極、中間層以及多個第二電極。第一電極至少部分環繞主動區。第二電極至少部分環繞主動區且與第一電極重疊。中間層位於第一電極與第二電極之間。觸控元件位於主動區中。

基於上述，本發明的壓力感測模組可依據壓力感測結構之中間層受壓所造成的電容值或電阻值的變化，判斷壓力感測模組所受之壓力，從而實現壓力感測功能；此外，也可藉由壓力感測結構中的第一電極、中間層以及多個第二電極來判斷觸控物(如手指或觸控筆)所碰觸的二維座標。另外，本發明的壓力觸控感測顯示模組除了可藉由壓力感測結構判斷壓力感測模組所受之壓力(即第三維度的感測)之外，還可藉由觸控元件判斷觸控物(如手指或觸控筆)所碰觸的二維座標，從而實現三維觸控感測。

為讓本發明的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是依照本發明的第一實施例的一種壓力感測模組的爆炸示意圖。圖1B是依照本發明的第一實施例的一種壓力感測模組的局部剖面示意圖。請參照圖1A及圖1B，壓力感測模組100具有主動區A1以及至少部分環繞主動區A1的周邊區A2。主動區A1為光可穿透的區域，其例如對應顯示模組(未繪示)的顯示區設置，以顯示影像畫面。周邊區A2為設置線路的區域。為避免不透光的線路影響壓力感測模組100的視覺效果，周邊區A2可設置抗光材質的裝飾層(未繪示)或利用顯示模組之殼體(未繪示)來遮蔽不透光的線路。

主動區A1以及周邊區A2的形狀可視設計需求改變。舉例而言，主動區A1的形狀可為圓形(如圖1A所示)、矩形或其他多邊形，而周邊區A2的形狀可為環形，如圓環形，但本發明不限於此。

壓力感測模組100包括壓力感測結構110。壓力感測結構110位於周邊區A2中且暴露主動區A1。壓力感測結構110包括第一電極112、中間層114以及多個第二電極116。第一電極112至少部分環繞主動區A1。第二電極116至少部分環繞主動區A1，且第二電極116與第一電極112重疊。中間層114位於第一電極112與第二電極116之間。

在本實施例中，第一電極112例如為環狀電極。中間層114位於第一電極112上且覆蓋第一電極112。第二電極116位於中間層114上且環繞主動區A1。第二電極116透過中間層114而與第一電極112結構上分離。第二電極116的數量為3，且各第二電極116例如為圓弧狀電極，然而，第二電極116的數量及形狀可依設計需求改變；另外在其他實施例中，中間層可位於第二電極116上且覆蓋第二電極116，第一電極112位於中間層114上。

由於周邊區A2通常會被裝飾層或顯示模組之殼體遮蔽，因此設置在周邊區A2中的壓力感測結構110中的各元件(包括第一電極112、中間層114以及第二電極116)的材料不限於透光材料。換句話說，第一電極112、中間層114以及第二電極116除了可採用透光材料之外，也可採用不透光的材料。舉例而言，第一電極112以及第二電極116可採用金屬、合金或由上述堆疊而成的單層或多層導電結構。或者，第一電極112以及第二電極116可採用透光導電材料，如金屬氧化物，但不以此為限。

中間層114的材料亦可以是透光或不透光的材料。此外，中間層114的材料例如是介電材料或是壓阻式材料。當觸控物按壓壓力感測模組100時，第二電極116與第一電極112之間的間距G會隨觸控物施加於壓力感測模組100之作用力(壓力)的大小而改變。在中間層114的材料為介電材料的架構下，間距G的改變會造成第二電極116與第一電極112之間的電容值改變，從而外部的控制電路(未繪示)可依據上述電容值變異或電容值改變所造成之偏壓值變異或可導通之電流值變異，來判斷觸控物施加於壓力感測模組10之壓力的大小。依據平行板電容器公式以及彈性模數(又稱楊氏模數)公式可推得電容值變化量與電容值的比值會與單位面積的作用力(force)呈正比，且與彈性模數呈反比。考量到一般使用者的按壓力道，本實施例的中間層114的介電常數落在2至4的範圍內，且中間層114的彈性模數落在10 ⁴帕斯卡至10 ⁶帕斯卡的範圍內，以使第二電極116與第一電極112之間的電容值變化量落在控制電路所能讀取到的電容值範圍內。舉例而言，中間層114可以是由光學膠(Optical Clear Adhesive, OCA)固化而成，但不以此為限。另一方面，在中間層114的材料為壓阻式材料的架構下，間距G的改變會造成中間層114的電阻值改變，從而外部的控制電路(未繪示)可依據上述電阻值變異或電阻值改變所造成之可導通之電流值變異，來判斷觸控物施加於壓力感測模組10之壓力的相對值。由上述，壓力感測模組100可依據壓力感測結構110之中間層114受壓所造成的電容值或電阻值的變化，判斷壓力感測模組100所受之壓力，從而實現壓力感測功能。

依據不同的需求，壓力感測結構110可進一步包括其他元件。舉例而言，壓力感測結構110可進一步包括第一導線CL1以及多條第二導線CL2，以進行訊號傳輸，其中第一導線CL1連接第一電極112，而第二導線CL2連接第二電極116。在本實施例中，第一導線CL1與第一電極112屬於同一層。此外，第二導線CL2與第二電極116屬於同一層。然而，本發明不以此為限。在其他實施例中，第一導線CL1與第一電極112可分層設置。此外，第二導線CL2與第二電極116也可分層設置。

另外，壓力感測模組100可進一步包括第一基板120以及相對於第一基板120的第二基板130。在本實施例中，第一電極112以及第一導線CL1配置在第一基板120上，而第二電極116以及第二導線CL2配置在第二基板130上。中間層114例如為光學膠，且第一電極112與第二電極116透過中間層114而彼此接合。在接合後，第一電極112(以及第一導線CL1)位於第一基板120與中間層114之間，或是第一基板120位於第一電極112(以及第一導線CL1)與中間層114之間，且第二電極116(以及第二導線CL2)位於第二基板130與中間層114之間，或是第二基板130位於第二電極116(以及第二導線CL2)與中間層114之間。第一基板120以及第二基板130可皆為薄膜基板，但不以此為限，在另一實施例中，第一基板120以及第二基板130的其中一者可為蓋板，而其中另一者可為顯示模組的基板或是顯示模組的框體。另一提的是，當觸控物碰觸主動區A1時，壓力感測結構110中的各第二電極116與第一電極112之間亦會產生對應的壓力訊號，且各第二電極116對應之壓力訊號大小會依據各第二電極116與觸控座標之遠近而有所不同，從而壓力感測模組100可依據各第二電極116對應之壓力訊號大小判斷觸控位置。換句話說，壓力感測模組100亦可判斷二維觸控座標。

以下以圖2至圖4說明壓力感測模組的其他實施型態，其中相同或相似的元件以相同或相似的標號表示，於此不再贅述。圖2是依照本發明的第二實施例的一種壓力感測模組的局部剖面示意圖。請參照圖2，壓力感測模組200與壓力感測模組100的主要差異在於壓力感測模組200進一步包括第一黏著層AD1以及第二黏著層AD2，其中第一黏著層AD1位於第一電極112(以及第一導線CL1)與第一基板120之間，且第二黏著層AD2位於第二電極116(以及第二導線CL2)與第二基板130之間。第一黏著層AD1以及第二黏著層AD2的彈性模數分別大於10 ⁹帕斯卡，以避免第一黏著層AD1以及第二黏著層AD2的其中任一者緩衝掉施加於壓力感測模組200的觸控壓力，並使觸控壓力能有效地傳遞至壓力感測結構110。

圖3是依照本發明的第三實施例的一種壓力感測模組的局部剖面示意圖。請參照圖3，壓力感測模組300與壓力感測模組100的主要差異在於壓力感測結構110A進一步包括間隔層310。間隔層310是絕緣層，其位於第二電極層116上且具有多個貫孔O。各貫孔O暴露其中一第二電極116。第二導線CL2位於間隔層310上，且第二電極116與第二導線CL2透過貫孔O而電性連接。藉由將第二導線CL2與第二電極116分層設置，可在不變更第二電極116的寬度下，窄化周邊區A2的寬度，而實現窄邊框的設計。

圖4是依照本發明的第四實施例的一種壓力感測模組的上視示意圖。請參照圖4，壓力感測模組400採用圖3中第二導線CL2與第二電極116分層設置的設計，其中圖4省略繪示圖3中第二基板130以及間隔層310。壓力感測模組400與壓力感測模組300的主要差異在於壓力感測結構110B進一步包括至少一接地線CL3。接地線CL3位於中間層114(請參照圖3)上，且各接地線CL3環繞主動區A1且位於第二電極116的一側。接地線CL3的設置有助於改善靜電放電(ESD)效應以及降低電磁干擾(Electromagnetic Interference, EMI)。在本實施例中，接地線CL3的數量為2，且兩條接地線CL3分別環繞在第二電極116的內側及外側。此外，接地線CL3與第二電極116例如屬於同一層，且接地線CL3與第二導線CL2亦分層設置。另外，接地線CL3與對應的第二導線CL2透過貫孔O而電性連接。然而，本發明不以此為限。

圖5是依照本發明的第一實施例的一種壓力觸控感測顯示模組的爆炸示意圖。圖6A至圖6C分別是圖5中觸控元件以及蓋板的第一種至第三種局部剖面示意圖。請參照圖5及圖6A，壓力觸控感測顯示模組10包括顯示模組12、壓力感測模組14以及觸控元件16。顯示模組12可以是任何具有顯示功能的模組。舉例而言，顯示模組12可以是自發光顯示模組或非自發光顯示模組。自發光顯示模組例如是有機電激發光顯示模組，非自發光顯示模組可包括液晶顯示模組以及背光模組，但不以此為限。

壓力感測模組14位於顯示模組12上且具有主動區A1以及至少部分環繞主動區A1的周邊區A2。壓力感測模組14包括壓力感測結構U。壓力感測結構U位於周邊區A2中且暴露主動區A1。在本實施例中，壓力感測結構U採用圖1A的壓力感測結構110，但不以此為限。壓力感測結構U亦可採用圖3的壓力感測結構110A或圖4的壓力感測結構110B。此外，壓力感測模組14可替換成圖1至圖4的壓力感測模組100、200、300、400。

觸控元件16位於主動區A1中，且觸控元件16可進一步延伸至周邊區A2中並局部覆蓋周邊區A2，以提升主動區A1周圍的感測線性度，但不以此為限。觸控元件16可以是電阻式觸控元件或電容式觸控元件。以電容式觸控元件為例，觸控元件16可以是單層觸控感測結構或是雙層觸控感測結構。以雙層觸控感測結構為例，觸控元件16可具有第一導電層E1、第二導電層E2以及絕緣層IN。第一導電層E1與第二導電層E2可形成相互交錯的電極，以提供二維觸控感測。絕緣層IN配置在第一導電層E1與第二導電層E2之間，且至少設置在電極的交錯處，以使交錯的電極各自維持獨立的電性。

壓力觸控感測顯示模組10可進一步包括蓋板18。蓋板18可以是具有高機械強度的硬質基板，如玻璃基板，以保護(如防刮)位於其下的元件。在本實施例中，觸控元件16配置在蓋板18面向壓力感測模組14的表面S上。具體地，第二導電層E2、絕緣層IN以及第一導電層E1例如是依序堆疊於表面S上，但不以此為限。

在另一實施例中，請參照圖6B，第一導電層E1可設置在基板SUB1上，而第二導電層E2可設置在蓋板18的表面S上。絕緣層IN可具有黏性，以接合第一導電層E1與第二導電層E2。在又一實施例中，請參照圖6C，第一導電層E1可設置在基板SUB1上，而第二導電層E2設置在基板SUB2上，其中基板SUB2透過黏著層ADa與蓋板18的表面S接合，且第一導電層E1透過黏著層ADb與第二導電層E2接合。

請再參照圖5，壓力觸控感測顯示模組10還可進一步包括第一黏著層AD1以及第二黏著層AD2，其中第一黏著層AD1接合蓋板18與壓力感測模組14，且第二黏著層AD2接合壓力感測模組14與顯示模組12。第一黏著層AD1以及第二黏著層AD2的彈性模數分別大於10 ⁹帕斯卡，以避免第一黏著層AD1以及第二黏著層AD2的其中任一者緩衝掉施加於壓力觸控感測顯示模組10的觸控壓力，使觸控壓力能有效地傳遞至壓力感測結構U。

藉由觸控元件16判斷二維觸控座標，壓力觸控感測顯示模組10可具有二維觸控感測功能。此外，藉由壓力感測結構U之中間層114受壓所造成的電容值或電阻值的變化，壓力感測模組14可感測垂直於壓力觸控感測顯示模組10方向(即第三維度)的壓力值，因此壓力觸控感測顯示模組10可實現三維觸控感測。另一提的是，當觸控物碰觸主動區A1時，壓力感測結構U中的各第二電極116與第一電極112之間亦會產生對應的壓力訊號，且各第二電極116對應之壓力訊號大小會依據各第二電極116與觸控座標之遠近而有所不同，從而壓力感測模組14可依據各第二電極116對應之壓力訊號大小判斷觸控位置。換句話說，壓力感測模組14可輔助判斷二維觸控座標，使二維觸控感測更為精準。

圖7A是依照本發明的第二實施例的一種壓力觸控感測顯示模組的爆炸示意圖。圖7B是依照本發明的第二實施例的一種壓力觸控感測顯示模組的局部剖面示意圖。請參照圖7A及圖7B，壓力觸控感測顯示模組20相似於壓力觸控感測顯示模組10，且相同的元件以相同的標號表示，於此不再贅述。壓力觸控感測顯示模組20與壓力觸控感測顯示模組10的主要差異在於觸控元件16配置在顯示模組12的基板SUB上。基板SUB例如是顯示模組12出射顯示光束的基板。在本實施例中，觸控元件16配置在基板SUB的外表面SO上，且與外表面SO接觸，但不以此為限。在另一實施例中，觸控元件16也可透過黏著層(未繪示)而與外表面SO接合。

圖8是依照本發明的第三實施例的一種壓力觸控感測顯示模組的局部剖面示意圖。請參照圖8，壓力觸控感測顯示模組30相似於壓力觸控感測顯示模組20，且相同的元件以相同的標號表示，於此不再贅述。壓力觸控感測顯示模組30與壓力觸控感測顯示模組20的主要差異在於觸控元件16配置在基板SUB的內表面SI上。換句話說，觸控元件16與顯示模組12的顯示介質(未繪示)位於基板SUB的同一側。

綜上所述，本發明的壓力感測模組可依據壓力感測結構之中間層受壓所造成的電容值或電阻值的變化，判斷壓力感測模組所受之壓力，從而實現壓力感測功能。此外，本發明的壓力觸控感測顯示模組除了可藉由觸控元件判斷觸控物(如手指或觸控筆)所碰觸的二維座標之外，還可藉由壓力感測結構判斷壓力感測模組所受之壓力(即第三維度的感測)，從而實現三維觸控感測。

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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10、20、30‧‧‧壓力觸控感測顯示模組
12‧‧‧顯示模組
14、100、200、300、400‧‧‧壓力感測模組
16‧‧‧觸控元件
18‧‧‧蓋板
110、110A、110B、U‧‧‧壓力感測結構
112‧‧‧第一電極
114‧‧‧中間層
116‧‧‧第二電極
120‧‧‧第一基板
130‧‧‧第二基板
310‧‧‧間隔層
A1‧‧‧主動區
A2‧‧‧周邊區
AD1‧‧‧第一黏著層
AD2‧‧‧第二黏著層
ADa、ADb‧‧‧黏著層
CL1‧‧‧第一導線
CL2‧‧‧第二導線
CL3‧‧‧接地線
E1‧‧‧第一導電層
E2‧‧‧第二導電層
G‧‧‧間距
IN‧‧‧絕緣層
O‧‧‧貫孔
S‧‧‧表面
SI‧‧‧內表面
SO‧‧‧外表面
SUB、SUB1、SUB2‧‧‧基板

圖1A是依照本發明的第一實施例的一種壓力感測模組的爆炸示意圖。圖1B是依照本發明的第一實施例的一種壓力感測模組的局部剖面示意圖。圖2是依照本發明的第二實施例的一種壓力感測模組的局部剖面示意圖。圖3是依照本發明的第三實施例的一種壓力感測模組的局部剖面示意圖。圖4是依照本發明的第四實施例的一種壓力感測模組的上視示意圖。圖5是依照本發明的第一實施例的一種壓力觸控感測顯示模組的爆炸示意圖。圖6A至圖6C分別是圖5中觸控元件以及蓋板的第一種至第三種局部剖面示意圖。圖7A是依照本發明的第二實施例的一種壓力觸控感測顯示模組的爆炸示意圖。圖7B是依照本發明的第二實施例的一種壓力觸控感測顯示模組的局部剖面示意圖。圖8是依照本發明的第三實施例的一種壓力觸控感測顯示模組的局部剖面示意圖。

100‧‧‧壓力感測模組

110‧‧‧壓力感測結構

112‧‧‧第一電極

114‧‧‧中間層

116‧‧‧第二電極

120‧‧‧第一基板

130‧‧‧第二基板

A1‧‧‧主動區

A2‧‧‧周邊區

CL1‧‧‧第一導線

CL2‧‧‧第二導線

Claims

一種壓力感測模組，具有一主動區以及一至少部分環繞該主動區的周邊區，該壓力感測模組包括：一壓力感測結構，位於該周邊區中且暴露該主動區，該壓力感測結構包括：一第一電極，至少部分環繞該主動區；多個第二電極，至少部分環繞該主動區且與該第一電極重疊；一中間層，位於該第一電極與該些第二電極之間；以及至少一接地線，各該接地線環繞該主動區且位於該些第二電極的一側。
如申請專利範圍第1項所述的壓力感測模組，其中該壓力感測結構更包括：一第一導線，連接該第一電極，且該第一導線與該第一電極屬於同一層。
如申請專利範圍第1項所述的壓力感測模組，其中該壓力感測結構更包括：多條第二導線，連接該些第二電極，且該些第二導線與該些第二電極屬於同一層。
如申請專利範圍第1項所述的壓力感測模組，其中該壓力感測結構更包括：一間隔層；以及多條第二導線，其中該間隔層位於該些第二電極以及該些第二導線之間且具有多個貫孔，各該貫孔暴露其中一第二電極，且該些第二電極以及該些第二導線透過該些貫孔而電性連接。
如申請專利範圍第1項所述的壓力感測模組，更包括：一第一基板，其中該第一電極配置在該第一基板遠離或靠近該中間層的表面上；以及一第二基板，相對於該第一基板，其中該些第二電極配置在該第二基板遠離或靠近該中間層的表面上。
如申請專利範圍第5項所述的壓力感測模組，更包括：一第一黏著層，位於該第一電極與該第一基板之間；以及一第二黏著層，位於該些第二電極與該第二基板之間，其中該第一黏著層以及該第二黏著層的彈性模數分別大於10⁹帕斯卡。
如申請專利範圍第1項所述的壓力感測模組，其中該中間層的材料是壓阻式材料。
如申請專利範圍第1項所述的壓力感測模組，其中該中間層的材料是介電材料，該中間層的介電常數落在2至4的範圍內，且該中間層的彈性模數落在10⁴帕斯卡至10⁶帕斯卡的範圍內。
一種壓力觸控感測顯示模組，包括：一顯示模組；一壓力感測模組，位於該顯示模組上且具有一主動區以及一至少部分環繞該主動區的周邊區，該壓力感測模組包括一壓力感測結構，該壓力感測結構位於該周邊區中，暴露該主動區且包括一第一電極、一中間層、多個第二電極以及至少一接地線，該第一電極至少部分環繞該主動區，該些第二電極至少部分環繞該主動區且與該第一電極重疊，該中間層位於該第一電極與該些第二電極之間，各該接地線環繞該主動區且位於該些第二電極的一側；以及一觸控元件，位於該主動區中。
如申請專利範圍第9項所述的壓力觸控感測顯示模組，其中該壓力感測結構更包括：一第一導線，連接該第一電極，且該第一導線與該第一電極屬於同一層。
如申請專利範圍第9項所述的壓力觸控感測顯示模組，其中該壓力感測結構更包括：多條第二導線，連接該些第二電極，且該些第二導線與該些第二電極屬於同一層。
如申請專利範圍第9項所述的壓力觸控感測顯示模組，其中該壓力感測結構更包括：一間隔層；以及多條第二導線，其中該間隔層位於該些第二電極以及該些第二導線之間且具有多個貫孔，各該貫孔暴露其中一第二電極，且該些第二電極以及該些第二導線透過該些貫孔而電性連接。
如申請專利範圍第9項所述的壓力觸控感測顯示模組，更包括：一蓋板，位於該壓力感測模組上；一第一黏著層，接合該蓋板與該壓力感測模組；以及一第二黏著層，接合該壓力感測模組與該顯示模組，其中該第一黏著層以及該第二黏著層的彈性模數分別大於10⁹帕斯卡。
如申請專利範圍第13項所述的壓力觸控感測顯示模組，其中該觸控元件配置在該蓋板面向該壓力感測模組的表面上。
如申請專利範圍第9項所述的壓力觸控感測顯示模組，其中該觸控元件配置在該顯示模組的基板上。
如申請專利範圍第9項所述的壓力觸控感測顯示模組，其中該中間層的材料是壓阻式材料。
如申請專利範圍第9項所述的壓力觸控感測顯示模組，其中該中間層的材料是介電材料，該中間層的介電常數落在2至4的範圍內，且該中間層的彈性模數落在10⁴帕斯卡至10⁶帕斯卡的範圍內。