TWI579756B

TWI579756B - 三維輸入模組

Info

Publication number: TWI579756B
Application number: TW105113663A
Authority: TW
Inventors: 周家麒; 黃俊榮; 莊志成; 鄭太獅
Original assignee: 宸鴻科技（廈門）有限公司
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2016-05-02
Publication date: 2017-04-21
Also published as: CN106557246A; TW201714068A; TWM526125U; CN106557246B

Description

三維輸入模組

本發明涉及觸控及壓感領域，尤其涉及一種三維輸入模組。

隨著科技的發展，觸控組件(touch Screen assembly)已廣泛應用於各種消費電子設備，例如：智能型手機、平板計算機、相機、電子書、MP3播放器等攜帶式電子產品，或是應用於操作控制設備的顯示屏幕。

現有的電子設備大都採用電容式觸控組件，電容式觸控總成是利用人體的電流感應進行工作的。以觸控面所在表面建立二維坐標系(X，Y)，一般的電容式觸控組件在該平面內設置有X方向及Y方向的觸控電極，當手指觸摸在觸控電極所對應的觸控表面上時，由於人體電場，手指改變了觸控點處的電信號。電子設備內部通過對觸控點處電信號改變的精確計算，得出觸摸點在X方向以及Y方向上的坐標位置，即確定觸控點的二維位置進而控制電子設備的顯示、跳轉等操作。

為了進一步豐富觸控組件的功能，目前已有部分觸控組件會加裝獨立的壓力傳感器，該壓力傳感器包括多個壓感單元，位於觸控點處的壓感單元感應來自垂直於觸控面(相當於Z軸方向)的按壓力會產生一定的形變從而引起壓感單元之電信號發生變化，對該電性號的偵測可以確定壓感單元所受到的壓力。通過壓力值的偵測可設計出匹配於不同壓力值下的設備功能，譬如不同力度下同一觸控點可匹配多種功能。即我們可以從觸控點(X，Y)和壓力(Z)所界定的三維角度去豐富設計。

然而，在對電子設備要求越來越高的今天，現有的帶壓力傳感器的電子設備多使用單層壓力感測單元因而存在壓力偵測精度較差問題，特別是抗環境干擾能力差(即存在壓感訊號微弱及環境噪聲過大問題)，尤其是在溫度的改變下，壓力傳感器所產生的溫度效應訊號導致壓力偵測精度降低；也因此，通過發展補強壓感訊號及消除環境噪聲(即特別針對溫度補償等噪聲)的解決方案，是業界所需要的。

為克服目前帶壓力傳感器的電子設備所存在的偵測精度低的問題，本發明提供一種偵測精度較高的三維輸入模組。

本發明提供了一種解決上述技術問題的技術方案：一種三維輸入模組，包括一第一觸控電極層與一第二觸控電極層，該第一觸控電極層上設置有多條第一方向觸控電極，該第二觸控電極層上設置有多條第二方向觸控電極，該三維輸入模組採用互電容方式偵測響應於觸控操作產生觸控信號，該三維輸入模組進一步包括一柔性的複合壓感層，該複合壓感層包括一柔性基材層，該柔性基材層相對兩側分別設置有一第一壓感層與一第二壓感層，該第一壓感層和該第二壓感層上分別設置有至少一第一壓感單元與至少一第二壓感單元，該第一壓感單元和該第二壓感單元響應於觸控操作產生壓力信號，該三維輸入模組採用自電容方式偵測壓力信號。

優選地，在壓力信號偵測處理中，該第二壓感單元作為該第一壓感單元的溫度補償對象。

優選地，該三維輸入模組進一步包括一三維信號處理電路，該第一壓感單元與對應的該第二壓感單元分別產生的熱燥訊號線性相關，通過該三維信號處理電路內設置運算電路將兩者的熱燥訊號進行相互抵消以消除壓力信號誤差。

優選地，該運算電路為加減法運算電路，比例運算電路及微積分運算電路中的一種或多種的組合。

優選地，在壓力信號疊加方式下，該第一壓感層和該第二壓感層的噪聲信號進行了抵消，壓力信號雙倍的增強。

優選地，該第一壓感層為採用正溫度係數的壓感材料製成的正溫度係數壓感層，該第二壓感層為採用負溫度係數的壓感材料制成的負溫度係數壓感層。

優選地，該正溫度係數壓感層之正溫度係數絕對值與負溫度係數壓感層之負溫度係數絕對值相等或成線性關係。

優選地，作為該第一壓感單元之溫度補償對象的該第二壓感單元材料相同，形狀位置及尺寸對應。

優選地，該第一壓感層和/或該第二壓感層材料為壓電材料，係選自單晶體、薄膜類、陶瓷類或聚合物類的壓電材料中的一種或多種組合。

優選地，該三維輸入模組進一步包括至少一隔熱層，該至少一隔熱層設置在該複合壓感層的一側。

與現有技術相比，本發明所提供的三維輸入模組成具有如下優點：

本發明三維輸入模組不僅能夠偵測觸控點位置，而且能夠偵測到觸控點的壓力值，該三維輸入模組設置有一複合壓感層，其可以用於檢測觸控點處的按壓力值。該複合壓感層至少包括一柔性基材層，該柔性基材層採用柔性材質制作，其能夠靈敏感應於觸控點所產生的壓力而發生形變，在一定程度上提升了三維輸入模組的壓力偵測精度。

在該柔性基材層的兩側設置有第一壓感層和第二壓感層，分別位於第一壓感層和第二壓感層上的第一壓感單元和第二壓感單元尺寸位置一一對應，在第一壓感單元和第二壓感單元互為溫度補償的參考對象時，由於其尺寸位置的對應，其各自所受的如溫度以及其他干擾所帶來的噪聲訊號一致，經過運算電路等處理後可以較好的消除壓力信號偵測過程中所產生的其他噪聲訊號。提升壓力偵測精度；尤其是在第一壓感層為採用正溫度係數的壓感材料制成該第二壓感層為採用負溫度係數的壓感材料制成時，其即可達到溫度補償又可以達到壓力信號疊加的效果。整體具有設計靈活，結構合理等優點。

10、50‧‧‧三維輸入模組

11、511‧‧‧上基板

12、52‧‧‧貼合層

13‧‧‧觸控電極層

14‧‧‧第一絕緣層

14’‧‧‧第二絕緣層

10s、50s‧‧‧複合壓感層

18、58‧‧‧三維信號處理電路

131、512‧‧‧第一觸控電極層

132、514‧‧‧第二觸控電極層

134‧‧‧第一方向觸控電極

135‧‧‧第二方向觸控電極

15、15’、55‧‧‧第一壓感層

16、56‧‧‧柔性基材層

17、17’、57‧‧‧第二壓感層

151、751a、751b‧‧‧第一壓感單元

171‧‧‧第二壓感單元

151’、171’‧‧‧PVDF壓電條

513‧‧‧基材層

第1圖是本發明第一實施例三維輸入模組的層狀結構示意圖。

第2A圖是本發明第一實施例三維輸入模組之第一觸控電極層的平面結構示意圖。

第2B圖是本發明第一實施例三維輸入模組之第一觸控電極層與第二觸控電極層的疊加效果示意圖。

第3A圖是本發明第一實施例三維輸入模組之第一壓感層的平面結構示意圖。

第3B圖是本發明第一實施例三維輸入模組之複合壓感層在第3A圖中Ⅳ-Ⅳ處的剖面結構示意圖。

第4圖是本發明第一實施例三維輸入模組之複合壓感層的變形結構示意圖。

第5圖是本發明第二實施例三維輸入模組的層狀結構示意圖。

第6A圖及6B圖是本發明第三實施例三維輸入模組中壓感單元的變形實施例結構示意圖。

為了使本發明的目的，技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施實例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

請參閱第1圖，本發明第一實施例三維輸入模組10從上至下(本發明中，上下左右、頂部、底部等位置詞僅用於限定指定視圖上的相對位置，而非絕對位置)依次包括一上基板11、一貼合層12，一第一觸控電極層131，一第一絕緣層14，一複合壓感層10s，一第二絕緣層14’，一第二觸控電極層132以及一三維信號處理電路18。

第一絕緣層14與第二絕緣層14’分別作為第一觸控電極層131與第二觸控電極層132的承載層，並在觸控電極層13(包括第一觸控電極層131與第二觸控電極層132)與複合壓感層10s之間起絕緣作用。其中，第一觸控電極層131與第二觸控電極層132之間因觸控操作所引起的互電容效應可做為二維位置(即X及Y方向)偵測之用，而複合壓感層10s則用以作為另一維度(即Z方向)壓力值偵測之用。該觸控電極層13與複合壓感層10s均通過導電線(圖未視)與三維信號處理電路18電性連接。

該上基板11可以認定為電子設備的觸摸蓋板，所謂的蓋板包括一觸控操作面與一組件安裝面，其觸控操作面用於手指或觸控筆等進行觸控操作，組件安裝面則用于安裝觸控電極組件或顯示模組等。上基板11材質可以是PEEK(polyetheretherketone聚醚醚酮)，PI(Polyimide聚醯亞胺)，PET(polyethyleneterephthalate聚對苯二甲酸乙二醇酯)，PC(聚碳酸酯聚碳酸酯)，PES(聚丁二酸乙二醇酯，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯polymethylmethacrylate)及其任意兩者的複合物等材料，但不以此為限而可以使用軟性玻璃或薄化玻璃蓋板。

貼合層12可以選用OCA(光學透明膠，Optical Clear Adhesive)或LOCA(液態光學透明膠，Liquid Optical Clear Adhesive)。

該三維信號處理電路18設置在第二觸控電極層132的下方，其位置不作限定，其也可以設置於第二觸控電極層132上方或其一側等的其他位置。

絕緣層(第一絕緣層14以及第二絕緣層14’)的材質優選為SiO₂(二氧化矽)或Si₃N₄(氮化矽)，於其他實施例中可以選用柔性基材，更進一步優選為透明柔性材質，其也可以是剛性基材，如超薄玻璃，藍寶石玻璃，PI(聚醯亞胺)，PC(聚碳酸酯)，聚醚碸(PES)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、壓克力、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚醯胺(PA)、聚苯並咪唑聚丁烯(PB)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酯(PE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚醚醯亞胺、聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)L型聚乳酸(PLLA)等，並未加以局限。

請參閱第2A圖和第2B圖，該第一觸控電極層131包括多條沿第一方向(X方向)平行等間距排列的第一方向觸控電極134，第二觸控電極層132包括多條沿第二方向(Y方向)平行等間距排列的第二方向觸控電極135，X方向與Y方向正交。該第一方向觸控電極134與第二方向觸控電極135界定了陣列排布多個觸控單元，當該觸控單元偵測到來自上基板11的觸控操作後產生相應的電信號傳輸至三維信號處理電路18。

第2A圖及第2B圖中分別以4條第一方向觸控電極134與4條第二方向觸控電極135為例來進行示意說明，實際上，數量不作限制。最佳地，該第一方向觸控電極134與第二方向觸控電極135的設置位置互補。在本實施例中，該X方向與Y方向正交，但X和Y方向的夾角角度不作限定。圖示中僅以菱形條狀的觸控電極(第一方向觸控電極134和第二方向觸控電極135)為例來進行說明，實際上，觸控電極的形狀可以是串聯的三角形、串聯的圓形、矩形，波浪形等其他形狀，其未加以限定。觸控電極材料可以是銦-錫氧化物(ITO)、碳納米管、石墨烯、納米銀線、金屬網格等。

如第1圖中所示，該複合壓感層10s從上至下至少包括一第一壓感層15，一柔性基材層16以及一第二壓感層17，該第一壓感層15以及第二壓感層17設置在柔性基材層16兩側並以柔性基材層16作為承載層。

請參閱第3A圖，該第一壓感層15上設置有至少一個第一壓感單元151，第3A圖中僅以5列×8行陣列的第一壓感單元151為例來進行說明，其實際數量及陣列設計不作限制，視具體需求而定。該第一壓感單元151為矩形，其形狀還可以是其他多邊形，圓形，梯形等不規則形狀中的一種或多種。

須留意，舉例來說，第一壓感層15上的每一第一壓感單元151可通過兩導電線連接至集成電路形成封閉電性回路，俾利每一第一壓感單元151執行自電容壓感偵測，第一壓感層15上的多條導電線可先透過該層對應的軟性電路板(圖未示)進行訊號導出；同理，第二壓感層17的每一第二壓感單元171亦可各自形成封閉電性回路以利自電容壓感偵測，並通過該層對應的軟性電路板(圖未示)進行訊號導出。

請參閱第3B圖，第3B圖為沿第3A圖中Ⅳ-Ⅳ處之剖切圖，位於該柔性基材層16上下表面的第一壓感層15與第二壓感層17形狀尺寸及位置對應，第二壓感層17上設置有第二壓感單元171，多個第一壓感單元151與多個第二壓感單元171之間位置一一對應。第一壓感單元151和第二壓感單元171優選材料相同。觸控操作者在上基板11的上表面進行觸控操作時，該觸控點處對應的至少一第一壓感單元151，或至少一第一壓感單元151與至少一第二壓感單元171將同時受到壓力。

請參閱第4圖，作為第一及第二壓感層15,17的變形實施例：第一壓感層15’選用多個延第一方向(例如是X方向)排布PVDF (Polyvinylidene Fluoride聚偏氟乙稀)壓電條151’(相當於第一壓感單元)來制作，而第二壓感層17’選用多個延第二方向(例如是Y方向)排布PVDF壓電條171’(相當於第二壓感單元)來制作；實際上，第一壓感層15’上的第一壓感單元與第二壓感層17’上的第二壓感單元還可以其他形式進行交錯設置或互補設置，並未加以局限。

該第一壓感單元151和/或第二壓感單元171是由觸控操作所產生的壓力而引起的變形、偏轉或剪切等應變性反應從而導致至少一個電性能發生改變的壓電材料，係選自單晶體、薄膜類、陶瓷類或聚合物類等壓電材料中的一種或多種組合。於具體實施例該壓電材料可以是納米級的氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化錫銻(Antimony Doped Tin Oxide，ATO)、ZnO(氧化鋅)以及氧化鈦鋯、氧化銦鋅(Indium Zinc Oxide，IZO)、氧化鋅鋁(Aluminum Zinc Oxide，AZO)等類似金屬氧化物，石英、鈦酸鋇或鋯鈦酸鉛(PZT)及壓電陶瓷等中的一種或多種等具有壓電或壓阻性質的材料。其還可以是分散在絕緣、透明、可變形的基質中的銦錫氧化物(ITO)、摻銻的氧化錫(ATO)、摻鋁的氧化鋅(AZO)或其它透明導電氧化物的粒子，該基質可包括聚合物材料，例如是共聚物或三元共聚物的任一種)，優選為透光率在70%(最優透光率在90%以上)以上的透明壓電材料。

該柔性基材層16為柔性材質，較佳地，厚度小於500μm，更佳地，厚度小於200μm。柔性基材層16材質可以是聚合物膜，該聚合物膜諸如包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯的膜，薄玻璃片(例如，100μm厚或更薄)或鈉鈣矽玻璃。更進一步優選為透明柔性材質，透光率在80%以上(優選為透光率在90%以上)。

三維信號處理電路18集成在一片晶片上，三維信號處理電路18兼具有處理壓力信號與觸控信號的功能。觸控單元與壓感單元(第一壓感單元151及第二壓感單元171)之觸控信號與壓力信號的偵測方式有多種，在本發明中，採用互電容方式偵測觸控信號，採用自電容的方式偵測壓力信號。

該互電容方式偵測觸控信號具體為：該觸控單元由第一方向觸控電極131與第二方向觸控電極132所界定，其具有電容效應，即第一方向觸控電極131與第二方向觸控電極 132之間形成電容，第一方向觸控電極131相當於電容的上極板，該第二方向觸控電極132相當於電容的下極板，當用戶手指或觸控筆等在上基板11上進行觸控操作時，影響了觸控點之觸控單元上下極板之間的耦合(即互電容效應)，從而改變了這兩個極板之間的電容量。該電容量的改變形成觸控信號傳遞至三維信號處理電路18，該三維信號處理電路18進行信號處理後確認觸控點的位置。

該自電容方式偵測壓力信號具體為：每一壓感單元至少包括二電極，通過該二電極可以測得該壓感單元因按壓動作所產生的壓力信號，該二電極為一壓力驅動電極與一壓力接收電極(均圖未視，即該二電極建構每一壓感單元為完整回路的輸入電極與輸出電極)，該壓力驅動電極接收驅動脈沖，即壓力驅動電極發出激勵信號，壓力接收電極接收壓力信號並通過線路將壓力信號傳導至三維信號處理電路18，三維信號處理電路18對壓力信號進行處理確定按壓力值大小。

壓感層(第一壓感層15與第二壓感層17)選用壓電材料製成，其壓電特性因其所處環境的不同而具有差異性。以第一壓感單元151為例來進行說明，常溫下的第一壓感單元151被按壓下時，理論上，該第一壓感單元151應該會產生大小為d的壓力信號，但由于溫度變化的影響，第一壓感單元151實際所產生的壓力信號D=d+s，s為溫度給第一壓感單元151所帶來的熱燥訊號，該熱燥訊號s因溫度的不同而發生改變，這導致我們實際所檢測到的壓力信號會與第一壓感單元151僅因壓力所產生的實際壓力信號存在誤差，這種情況是我們不希望發生的，當該由於第一壓感層15上的第一壓感單元151分別與第二壓感層17上所鄰近對應的第二壓感單元171有大體上相同或相近的熱膨脹係數等，故，該兩者受溫度影響所帶來的壓力信號的差異量相等或近似(成近似量增加或成線性相關增減關係)。故，我們可以將第一壓感層15上的第一壓感單元151分別與第二壓感層17上所對應的第二壓感單元171作為相互的溫度補償參考對象以消除熱燥訊號所帶來的壓力信號偵測誤差。

作為一種消除熱燥訊號的標准實施例：該第一壓感單元151與對應的第二壓感單元171分別產生的熱燥訊號相同或相近，通過在三維信號處理電路18內設置運算電路(採用差分電路，運算電路或運算電路的組合，如加減法運算電路，比例運算電路，微積分運算電路等)將兩者的熱燥訊號進行相互抵消以消除壓力信號誤差。利用第一壓感單元151和第二壓感單元171所受到的熱燥訊號相同而采取的任何信號處理方式來抵消熱燥訊號的方法都屬於本實施例中溫度補償的設計思想內。在壓力信號的實際偵測過程中，不僅僅會有熱燥訊號產生，其還會有其他干擾訊號，本發明中僅以熱燥訊號為例為進行說明。

作為一種較佳地選擇，該第一壓感層15和第二壓感層17採用不同的材料制作，具體為該第一壓感層15為採用正溫度係數的壓感材料制成的正溫度係數壓感層，該第二壓感層17為採用負溫度係數的壓感材料制成的負溫度係數壓感層，該正溫度係數壓感層之正溫度係數絕對值與負溫度係數壓感層之負溫度係數絕對值呈線性關係(包括相等)。該正溫度係數壓感層和負溫度係數壓感層在相同環境影響下所產生的噪聲訊號大小相同或成比例，但是其極性相反，故，在壓力信號疊加方式下，可以直接通過求和運算電路(正溫度係數和負溫度係數相同情形)或通過比例運算電路和求和運算等的結合將該第一壓感層15和第二壓感層17的噪聲信號進行抵消(即例如第一壓感單元151實際所產生的壓力信號D1=d+s，而第二壓感單元171實際所產生的壓力信號D2=d-s，在壓力信號疊加方式下，D1+D2=d+s+d-s=2d)，壓力信號至少得到雙倍的增強。採用正溫度係數的壓感材料與負溫度係數的壓感材料的配合不僅可以達到了溫度補償所帶來的降噪效果，其也達到了壓力信號疊加所帶來的壓力信號增強效果。

與現有技術相比，本發明所提交的三維輸入模組10至少具有如下優點：

1.本發明三維輸入模組10不僅能夠偵測觸控點位置，而且能夠偵測到觸控點的壓力值，該三維輸入模組10設置有一複合壓感層10s，其可以用於檢測觸控點處的按壓力值。該複合壓感層10s至少包括一柔性基材層16，該柔性基材層16採用柔性材質制作，其能夠靈敏感應於觸控點所產生的壓力而發生形變，在一定程度上提升了三維輸入模組10的壓力偵測靈精度。在該柔性基材層16的兩側設置有第一壓感層15和第二壓感層17，分別位於第一壓感層15和第二壓感層17上的第一壓感單元151和第二壓感單元171尺寸位置一一對應，在第一壓感單元151和第二壓感單元171互為溫度補償的參考對象時，由於其尺寸位置的對應，其各自所受的如溫度以及其他干擾所帶來的噪聲訊號一致，經過運算電路等處理後可以較好的消除壓力信號偵測過程中所產生的其他噪聲訊號。提升壓力偵測精度；尤其是在第一壓感層15為採用正溫度係數的壓感材料制成該第二壓感層17為採用負溫度係數的壓感材料制成時，其即可達到溫度補償又可以達到壓力信號疊加的效果。整體具有設計靈活，結構合理等優點。

2.在本發明中觸控點位置的偵測採用的是互電容的方式偵測，響應於按壓動作所產生的觸控信號類型為電容信號，第一壓感層15和第二壓感層17採用壓電材料制作，其響應於按壓動作所產生的壓力信號類型也為電容信號，觸控信號與壓力信號的響應信號類型相同(即皆為電容訊號)，其便於信號的偵測及處理。尤其是在信號處理時，由於該兩種信號的類型相同，三維輸入模組10的生產廠商無需設計兩套獨立的硬件設備來對壓力信號和觸控信號進行處理，採用集成在一晶片上的三維信號處理電路18即可以實現觸控信號與壓力信號的處理(即支持觸控時的互電容量測及壓感時的自電容量測等電容信號偵測)。這樣提高了三維輸入模組10的集成度，降低了硬件設備的成本。該信號偵測模式同樣適用於本發明的其他實施例。

請參閱第5圖，本發明第二實施例三維輸入模組50從上至下依次包括一上基板511，一第一觸控電極層512，基材層513，一第二觸控電極層514，一貼合層52，一複合壓感層50s以及三維信號處理電路58，基材層513為透明絕緣材質制作，其上下表面分別作為第一觸控電極層512和第二觸控電極層514的承載層。該複合壓感層50s與第一實施例中複合壓感層10s結構及壓力信號偵測原理一致，其從上至下依次包括一第一壓感層55，一柔性基材層56以及一第二壓感層57，該第一壓感層55以及第二壓感層57設置在柔性基材層56兩側並以柔性基材層56作為承載層。本實施例與第一實施的不同之處僅在於：該複合壓感層50s並非內嵌於第一觸控電極層512與第二觸控電極層514之間，而是定位於第一觸控電極層512與第二觸控電極層514同側。即第一觸控電極層512與第二觸控電極層514位於上基板511與複合壓感層50s之間。

本實施所提出的三維輸入模組50之複合壓感層50s位於觸控電極層(包括第一觸控電極層512與第二觸控電極層514)一側，由於觸控電極層和複合壓感層10s相對獨立，故，兩者可以分開由不同廠商制作，然後通過簡單的貼合即可以制成既具有觸控偵測又具有壓力偵測的具有三維輸入模組50，制造上的相互獨立性在一定程度上可以降低最終成品的不良率。該種外掛式結構的設置使得三維輸入模組50的維修變得可能，當觸控電極層或複合壓感層50s其中一部分出現問題時，我們可以非常方便的進行對應部件的更換操作。為了迎合市場的需要，傳統的功能單一的觸控面板將面臨淘汰，但採用本發明所提供的三維輸入模組50則不然，我們可以通過貼合等操作便捷地在傳統觸控面板的一側外掛一複合壓感層50s以實現對傳統觸控面板的“升級”，避免已經制作好的傳統觸控面板被淘汰所帶來的能源浪費，且無論現有的觸控面板是何種結構均可以通過外掛式設計實現“升級”。

第一觸控電極層512與第二觸控電極層514可以設置在基材層513相對的兩側，即如玻璃薄膜式(Glass-film type；GF2)架構，其也可以分別設置在不同的基材層上，即如薄膜式(Glass-film-film type；GFF)，或第一觸控電極層512與第二觸控電極層514相互交錯，即如架橋是觸控(single-side type；SITO)或兩者之間無交疊，即如單層多點式觸控(non-cross type)的形式設置在同一平面內。

請參閱第6A圖，本發明第三實施例三維輸入模組(未標號)與第一實施例三維輸入模組10的不同之處僅在於：第一壓感單元751a與第一實施例中的第一壓感單元151(參考第3A圖)不同，具體為第一壓感單元751a為方波狀，由於在按壓時，壓感材料的邊緣部分更容易感受到壓力而發生變形從而導致壓力信號的發生，故將第一壓感單元751a設置為方波狀，由於該方波狀的第一壓感單元751a邊緣部分尺寸明顯增加，第一壓感單元751a有更加良好的壓力偵測靈敏度。該第一壓感單元751a形狀還可以是折線狀(如第6B圖中第一壓感單元751b)、回旋狀、或其他不規則等形狀。第一壓感單元751a和/或第二壓感單元尺寸最佳小於等於1平方厘米，以期能獲得較好的壓力偵測密度。

更特別的是，當該第一壓感單元751a採用的是的方向性壓力應變壓感材料，該方向性壓力應變壓感材料具有方向特性：在某一個或多個特定方向上發生應變反應(有效應變反應，例如偵測到朝特定方向的滑壓動作)時，其能夠偵測到相應的壓力信號，反之，在非特定方向上難以發生應變反應，或發生應變反應 (無效應變反應)時，其幾乎不能被檢測到壓力信號的產生或壓力信號能夠被偵測到的幾率較低。如若第6A圖中可採用Y方向上的方向性壓力應變壓感材料，則該第一壓感單元751a在Y方向上產生應變反應時，第一壓感單元751a所產生的壓力信號能夠被偵測到，反之，在X方向上(非特定方向上)發生應變反應時，壓力信號難以產生。選用此等材料特性的有益效果為能對壓力方向性進行更精細偵測。

如第6B圖中第一壓感單元751b採用45°(僅以45°為例進行說明，其還可以是其他任意角度)路徑上有效應變反應的方向性壓力應變壓感材料；當然，第一壓感單元751a也可配置成至少2個方向上會發生有效應變反應的方向性壓力應變壓感材料(可取多個方向上的壓力信號的平均值來計算總的壓力信號)。如此，第一壓感單元751a及其變形實施例可以用來配置在特定觸控點處，以用來豐富單一觸控點處的功能或提高觸控靈敏度以避免操作失誤帶來信號誤判。

本發明第四實施例三維輸入模組(均未圖示)與第一實施例中的三維輸入模組10的不同之處僅在於：該三維輸入模組在其複合壓感層與上基板之間選擇性設置至少一隔熱層，由於三維輸入模組無論是應用於消費類電子產品還是工業類等的電子產品，該上基板作為觸控操作面，其曝露於空氣中，熱量容易從上基板傳遞至三維輸入模組內部。該隔熱層作用為阻值熱量從上基板方向傳遞給複合壓感層，避免溫度變化給複合壓感層所帶來的熱燥效應。更進一步，可以在複合壓感層下方設置另一隔熱層以阻止顯示器件等所產生的熱量影響壓力信號的偵測精度。

以上該僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的原則之內所作的任何修改，等同替換和改進等均應包含本發明的保護範圍之內。

10s‧‧‧複合壓感層

16‧‧‧柔性基材層

151‧‧‧第一壓感單元

171‧‧‧第二壓感單元

Claims

一種三維輸入模組，包括一第一觸控電極層與一第二觸控電極層，該第一觸控電極層上設置有多條第一方向觸控電極，該第二觸控電極層上設置有多條第二方向觸控電極，該三維輸入模組採用互電容方式偵測響應於觸控操作產生觸控信號，其中該三維輸入模組進一步包括一柔性的複合壓感層，該複合壓感層包括一柔性基材層，該柔性基材層相對兩側分別設置有一第一壓感層與一第二壓感層，該第一壓感層和該第二壓感層上分別設置有至少一第一壓感單元與至少一第二壓感單元，該第一壓感單元和該第二壓感單元響應於觸控操作產生壓力信號，該三維輸入模組採用自電容方式偵測壓力信號。
如請求項1所述的三維輸入模組，其中在壓力信號偵測處理中，該第二壓感單元作為該第一壓感單元的溫度補償對象。
如請求項2所述的三維輸入模組，其中該三維輸入模組進一步包括一三維信號處理電路，該第一壓感單元與對應的該第二壓感單元分別產生的熱燥訊號線性相關，通過該三維信號處理電路內設置運算電路將兩者的熱燥訊號進行相互抵消以消除壓力信號誤差。
如請求項3所述的三維輸入模組，其中該運算電路為加減法運算電路，比例運算電路及微積分運算電路中的一種或多種的組合。
如請求項2所述的三維輸入模組，其中在壓力信號疊加方式下，該第一壓感層和該第二壓感層的噪聲信號進行了抵消，壓力信號雙倍的增強。
如請求項5所述的三維輸入模組，其中該第一壓感層為採用正溫度係數的壓感材料制成的正溫度係數壓感層，該第二壓感層為採用負溫度係數的壓感材料制成的負溫度係數壓感層。
如請求項6所述的三維輸入模組，其中該正溫度係數壓感層之正溫度係數絕對值與該負溫度係數壓感層之負溫度係數絕對值相等或成線性關係。
如請求項2所述的三維輸入模組，其中作為該第一壓感單元之溫度補償對象的該第二壓感單元材料相同，形狀位置及尺寸對應。
如請求項1所述的三維輸入模組，其中該第一壓感層和/或該第二壓感層材料為壓電材料，係選自單晶體、薄膜類、陶瓷類或聚合物類的壓電材料中的一種或多種組合。
如請求項1所述的三維輸入模組，其中該三維輸入模組進一步包括至少一隔熱層，該至少一隔熱層設置在該複合壓感層的一側。