TWI592853B - Touch device with integrated pressure sensing - Google Patents

Description

整合壓力感測功能的觸控裝置

本發明是有關一種觸控裝置的設計，特別是有關一種可藉由觸控壓力及其中電容值的改變以進行壓力感測的整合壓力感測功能的觸控裝置。

隨著觸控功能的普及化，許多高科技產品皆具有觸控的功能，以點擊觸控的方式進行操作。若依觸控的感測方式可再細分為：電訊號，其係如電阻式、電容式及電磁式等；光訊號，其係如紅外線式等；聲訊號，其係如表面聲波式、聲波導式、色散信號式及聲脈衝式等。然而，現今的主流觸控技術係以電容式觸控為主，相較於早期的電阻式觸控，電容式為非直接接觸式觸控，具有較高的可靠性。

目前電容式觸控，其係偵測人體手指接近觸控面板時的電容變化，以得知手指的座標位置，當手指大力按壓時，人體彈性的手指關節與皮膚將使接觸觸控面板的接觸面積變大，及再藉由演算法計算接觸面積變大是因為手指大力壓的關係，並以藉此模擬壓力的感測。但，此壓力感測方法將有兩個問題，一是若使用被動式觸控筆或其它金屬棒時，則無法同人體彈性的肌膚，而可以增加接觸到觸控面板的面積；另一則是手指的大小將會影響接觸面積的變化量。

承上所述，壓力感測的方法有可以設置在觸控筆上，藉由使用觸控筆時，因不同的施加壓力而造成觸控筆的筆尖形狀的收縮，再藉由偵測筆尖的變化以得知觸控壓力的大小，例如可以用紅外線光學閘門偵測筆尖的伸縮量，或是將壓力感測元件設置於觸控裝置，例如可以在顯示器背面增加壓力感測裝置，亦可有整面式、條狀式或是點狀式的；或是在顯示器正面增加壓力感測裝置，但為了避免影響到顯示器正面的顯示畫面區域的顯示功能，顯示器正面增加的壓力感測裝置較多為條狀式或是點狀式，而使用壓力感測的裝置有例如壓電材料、壓阻感應、電容式及薄膜電阻式等。

但於一般電容式觸控裝置中，若再加裝壓力感測裝置，則會增加觸控裝置的整體厚度，即使是將顯示面板組裝於手機時的膠材，例如雙面膠(Double-Stick Attach，DSA)、泡棉(Sponge或Gasket)等材料以壓電材料取代，雖可因此不增加觸控裝置的整體厚度，但需將壓力感測裝置的訊號提供給系統端，又需再新增一線路來連接，且需要一特定IC晶片處理壓力感測訊號，無論在厚度或是新增的線路及晶片成本上，於大量生產觸控裝置時，皆係為相當可觀的成本支出。

因此，有鑑於習知技術的缺失，本發明提出一種整合壓力感測功能的觸控裝置。

本發明的主要目的係在提供一種整合壓力感測功能的觸控裝置，利用外力按壓蓋體及觸控面板時，因蓋體與觸控面板朝向施力方向彎曲，而改變觸控面板與顯示模組的導電層的距離，藉由改變顯示模組上的導電層與觸控模組間的距離變化，進而因顯示模組與觸控模組間的電容值改變進行壓力感測。

本發明的另一目的係在提供一種整合壓力感測功能的觸控裝置，利用因改變顯示模組上的導電層與觸控模組間的距離變化，而使電容值改變並與顯示模組中的特定頻率訊號相比較，藉此更容易區分手指及壓力所產生的電容值訊號的差異。

本發明的再一目的係在提供一種整合壓力感測功能的觸控裝置，因結合壓力感測以及區分手指及壓力所產生的電容值訊號的差異，可使本發明省去習知技術中的壓力感測裝置，及可省去整體結構的厚度，並且更省去昂貴的製造成本。

為了達到上述的目的，本發明提供一種整合壓力感測功能的觸控裝置，其係包括一顯示模組並其中一表面具有一導電層，且於導電層中設有至少一特定頻率訊號；一觸控模組係位於顯示模組的導電層上並連接至顯示模組，且與顯示模組的導電層間設有一間隙，當觸控模組受到至少一外力觸控時會與顯示模組產生一電容值；及一蓋體係位於觸控模組上，蓋體連接及覆蓋住觸控模組，且當蓋體承受至少一外力觸控時，蓋體及觸控模組會承受到壓力以朝至少一外力的施力方向彎曲，以使間隙的變化會產生對應電容值及壓力的改變，並藉由顯示模組中的特定頻率訊號以區分外力所改變觸控模組及顯示模組間的電容值與蓋體及觸控模組所承受的壓力。

其中，所述之整合壓力感測功能的觸控裝置更包含一支撐層，其係環設於觸控模組及顯示模組的導電層間，支撐層係與觸控模組及顯示模組的導電層間形成間隙

其中，所述之整合壓力感測功能的觸控裝置更包含一支撐層，其係設置於蓋體及顯示模組的導電層周圍，支撐層係與連接蓋體的觸控模組及顯示模組的導電層間形成間隙。

其中，所述之整合壓力感測功能的觸控裝置更包含一填充物，其係可以填滿於觸控模組、顯示模組的導電層及支撐層間的間隙；此填充物黏膠，例如光學黏膠。

其中，所述之觸控模組更包含一發射層，其係位於顯示模組的導電層上且接合至顯示模組，並與顯示模組的導電層間產生間隙，發射層中具有複數平行排列的感應發射條；及一接收層係位於發射層上，接收層具有複數平行排列的感應接收條，且接收層的該等感應接收條係與發射層的該等感應發射條交錯排列。

其中，所述之整合壓力感測功能的觸控裝置更包括一壓力感測晶片，其係電性連接觸控模組及顯示模組，並可以控制及偵測至少一外力所施予的壓力大小，此外力係為接觸點擊或重壓點擊。

其中，所述之導電層係為導電薄膜、導電屏蔽層(conductive shield layer)、靜電屏蔽層(Electrostatic Discharge shield layer)或子畫素共極層(VCOM layer)。

底下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

觸控裝置中的觸控功能的普及，隨著使用觸控的技術進步，觸控裝置對於使用者的觸控靈敏度技術早已邁向成熟，但仍需藉由觸控感測裝置以感測觸控所造成的壓力，觸控感測裝置則會增加製造觸控裝置的製造成本以及厚度的提升，本發明所揭示的技術特徵則可免除安裝習知的觸控感測裝置。

首先，請先參照本發明的第一圖所示，一種整合壓力感測功能的觸控裝置10，其係包括一顯示模組12、一觸控模組14、一蓋體16及一支撐層18。顯示模組12的表面具有一導電層20，導電層20係可為導電薄膜、導電屏蔽層(conductive shield layer)、靜電屏蔽層(Electrostatic Discharge shield layer)或子畫素共極層(VCOM layer)，於本實施例中導電層20係為導電屏蔽層，且導電層20中係可輸入至少一特定頻率訊號；觸控模組14係位於顯示模組12的導電層20上層，觸控模組14並連接至顯示模組12；蓋體16係位於觸控模組14上，蓋體16連接及覆蓋住觸控模組14，於本實施例中蓋體16係為透明保護殼；支撐層18係環設於觸控模組14及顯示模組12的導電層20間，以利用支撐層18使觸控模組14及導電層20間形成一間隙22。再者，請參照本發明第二圖所示，觸控模組14與顯示模組12的導電層20及支撐層18間的間隙22係為一容置空間，其中更可填滿一填充物24，於本實施例中填充物24係為一如光學黏膠(Optically Clear Adhesive，OCA)的黏膠。

承接上段，於說明完本發明的結構之後，接續說明本發明整合壓力感測功能的觸控裝置10的作動方式，請參照本發明第三a圖所示，當使用者的手指26接觸點擊以碰觸到蓋體16時，觸控模組14與顯示模組12間會產生一電容值，並且可藉由整合壓力感測功能的觸控裝置10中所設置的壓力感測晶片，其係可裝設於整合壓力感測功能的觸控裝置10中，例如整合 在觸控模組14內，壓力感測晶片係電性連接至觸控模組14及顯示模組12，並可以控制及偵測使用者的手指26所接觸點擊的位置及按壓的壓力大小。若當至少一外力如使用者的手指26給予蓋體16更大的壓力重壓點擊時，此時請參照本發明第三b圖所示，蓋體16及觸控模組14會承受到壓力，並朝向使用者的手指26的施力方向彎曲，以使間隙22的變化會產生對應電容值及壓力的改變，當使用者的手指26向蓋體16施予更大的壓力時，間隙22的變化會使觸控模組14及導電層20的距離變得更小，並且此時由於距離變小會造成觸控模組14及顯示模組12的電容值變大，顯示模組12中所設有的特定頻率訊號則可以區分因手指26外力所改變觸控模組14及顯示模組12間的電容值與蓋體16及觸控模組14所承受的壓力大小，並可設置多組特定頻率訊號以避開手指26觸控時可能造成的干擾源，依照不同的特定頻率訊號以區分手指26接觸點擊時產生的電容訊號，或是因手指26或是其他外力所重壓點擊時造成的壓力感測的電容訊號。

另外，由於支撐層主要設置且支撐於觸控模組或顯示模組之間，或是可以避免設置在觸控模組的感應區上，更有助於觸控感應的偵測，本發明再提供一實施例可以將支撐層設置於蓋體及顯示模組之間，如本發明的第四圖所示，一種整合壓力感測功能的觸控裝置10，其係包括一顯示模組12、一觸控模組14、一蓋體16及一支撐層18。顯示模組12的表面具有一導電層20，導電層20亦係可為導電薄膜、導電屏蔽層、靜電屏蔽層或VCOM層，於本實施例中導電層20亦係可為導電屏蔽層，且導電層20中係可輸入至少一特定頻率訊號；觸控模組14係位於顯示模組12的導電層20上層，觸控模組14並連接至顯示模組12；蓋體16係位於觸控模組14上，蓋體16連接及覆蓋住觸控模組14，於本實施例中蓋體16係為透明保護殼；支撐層18係設置於蓋體16及顯示模組12的導電層20周圍，以利用支撐層18與連接蓋體 16的觸控模組14及導電層20間形成一間隙22，並請參照本發明第五圖所示，觸控模組14與顯示模組12的導電層20間的間隙22係為一容置空間，其中更可填滿一填充物24，於本實施例中填充物24亦係為一OCA黏膠。

承接上段，於說明完本發明另一實施例的結構之後，接續說明此實施例的作動方式，請參照本發明第六a圖所示，當使用者的手指26接觸點擊以碰觸到蓋體16時，觸控模組14與顯示模組12間會產生一電容值，並且可藉由壓力感測晶片控制及偵測使用者的手指26所接觸點擊的位置及按壓的壓力大小。若當至少一外力如使用者的手指26給予蓋體16更大的壓力重壓點擊時，此時請參照本發明第六b圖所示，蓋體16及觸控模組14會承受到壓力，並朝向使用者的手指26的施力方向彎曲，以使間隙22的變化會產生對應電容值及壓力的改變，當使用者的手指26給予更大的壓力時，間隙22的變化會使觸控模組14及導電層20的距離變得更小，並且此時由於距離變小會造成觸控模組14及顯示模組12的電容值變大，顯示模組12中所設有的特定頻率訊號則可以區分因手指26外力所改變觸控模組14及顯示模組12間的電容值與蓋體16及觸控模組14所承受的壓力大小，並可設置多組特定頻率訊號以避開手指26或其它如觸控筆等觸具的外力觸控時可能造成的干擾源，依照不同的特定頻率訊號以區分手指26接觸點擊時產生的電容訊號，或是因手指26或是其他外力所重壓點擊時造成的壓力感測的電容訊號。

再者，由於本發明的觸控模組與習知的觸控模組結構相同，在此再詳敘說明觸控模組中的發射層與接收層對於感應壓力的差異。首先請先參照本發明第七a圖所示，第七a圖主要是描述觸控模組14的結構，因此於第七a圖中省略了蓋體、支撐層及顯示模組，觸控模組14中更包含一發射層28及接收層30，其中發射層28係位於顯示模組的導電層20上且接合至顯 示模組，並與顯示模組的導電層20間產生間隙，發射層28中有複數平行排列的感應發射條，於本實施例中係有四條感應發射條282a~282d；接收層30係位於發射層28上，且具有複數平行排列的感應接收條，於本實施例中有三條感應接收條302a~302c，且接收層30的感應接收條302a~302c係與發射層28的感應發射條282a~282d交錯排列。請同時再參照第三b圖所示，當手指26按壓蓋體16導致觸控模組14與顯示模組12的導電層20的間隙22距離變小時，由於感應發射條282a~282d的間距小於0.2公厘(millimeter，mm)，使發射層28的形狀類似於導電層20，則會使觸控模組14中的透明導電層無法接收到電容值訊號的增加，因此可以藉由壓力感測晶片進行切換，當偵測來自外力所施予的壓力時，接收層30則不動作，此時壓力感測晶片則偵測發射層28與導電層20間所產生的電容值及壓力的變化。

另，請再參照本發明第七b圖所示，第七b圖主要也是描述觸控模組14的結構，因此於第七b圖中也省略了蓋體、支撐層及顯示模組，觸控模組14中更包含一發射層28及接收層30，其中發射層28係位於顯示模組的導電層20上且接合至顯示模組，並與顯示模組的導電層20間產生間隙，發射層28中有複數平行排列的感應發射條，於本實施例中係有四條感應發射條282e~282h；接收層30係位於發射層28上，且具有複數平行排列的感應接收條，於本實施例中有三條感應接收條302d~302f，且接收層30的感應接收條302d~302f係與發射層28的感應發射條282e~282h交錯排列，本發明第七a圖與第七b圖的差異僅在於感應發射條的間距不同，發射層28的感應發射條282e~282h的間距的範圍則在1~3mm之間，間距距離比本發明第七a圖大，壓力感測晶片則可以直接偵測接收層30及導電層20所受到如手指的外力或其他外力所造成的壓力及電容值的改變。

綜上所述，本發明的整合壓力感測功能的觸控裝置可以藉由顯示模組上的導電層與觸控模組間的間隙距離變化進行壓力感測，並在顯示模組中輸入特定頻率訊號以更容易區別出手指所產生的電容值訊號與感測到壓力所造成的電容值訊號，另外支撐層的設置除了上述的兩種不同的結構以外，還可以安裝在蓋體與系統機殼間。透過本發明的整合壓力感測功能的觸控裝置可以省去習知技術中的壓力感測裝置，以減少整體結構的厚度且省去昂貴的製造成本。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

10‧‧‧整合壓力感測功能的觸控裝置
12‧‧‧顯示模組
14‧‧‧觸控模組
16‧‧‧蓋體
18‧‧‧支撐層
20‧‧‧導電層
22‧‧‧間隙
24‧‧‧填充物
26‧‧‧手指
28‧‧‧發射層
282a~282h‧‧‧感應發射條
30‧‧‧接收層
302a~302f‧‧‧感應接收條

第一圖為本發明第一實施例的結構示意圖。 第二圖為本發明第一實施例間隙填滿填充物的結構示意圖。 第三a圖至第三b圖為本發明第一實施例的作動示意圖。 第四圖為本發明第二實施例的結構示意圖。 第五圖為本發明第二實施例間隙填滿填充物的結構示意圖。 第六a圖至第六b圖為本發明第二實施例的作動示意圖。 第七a圖至第七b圖為本發明觸控模組的簡易示意圖。

10‧‧‧整合壓力感測功能的觸控裝置

12‧‧‧顯示模組

14‧‧‧觸控模組

16‧‧‧蓋體

18‧‧‧支撐層

20‧‧‧導電層

22‧‧‧間隙

Claims (14)

1. 一種整合壓力感測功能的觸控裝置，其係包括：一顯示模組，其一表面具有一導電層，且該導電層中係可輸入至少一特定頻率訊號；一觸控模組，其係包含一發射層及一接收層，該發射層位於該顯示模組的該導電層上並接合至該顯示模組，並與該顯示模組的該導電層間產生有一間隙，該發射層中具有複數平行排列的感應發射條，該接收層係位於該發射層上，該接收層具有複數平行排列的感應接收條，且該接收層的該等感應接收條係與該發射層的該等感應發射條交錯排列，當該觸控模組受到至少一外力觸控時會與該顯示模組產生一電容值；及一蓋體，其係位於該觸控模組上，該蓋體連接及覆蓋住該觸控模組，且當該蓋體承受該至少一外力觸控時，該蓋體及該觸控模組會承受到壓力以朝該至少一外力的施力方向彎曲，以使該間隙的變化會產生對應該電容值及該壓力的改變，並藉由該顯示模組中的該特定頻率訊號以區分該外力所改變該觸控模組及該顯示模組間的該電容值與該蓋體及該觸控模組所承受的該壓力。
2. 如請求項1所述之整合壓力感測功能的觸控裝置，更包含一支撐層，其係環設於該觸控模組及該顯示模組的該導電層間，該支撐層係與該觸控模組及該顯示模組的該導電層間形成該間隙。
3. 如請求項1所述之整合壓力感測功能的觸控裝置，更包含一支撐層，其係設置於該蓋體及該顯示模組的該導電層周圍，該支撐層係與連接該蓋體的該觸控模組及該顯示模組的該導電層間形成該間隙。
4. 如請求項2或3所述之整合壓力感測功能的觸控裝置，更包含一填充 物，其係可以填滿於該觸控模組、該顯示模組的該導電層及該支撐層間的該間隙。
5. 如請求項4所述之整合壓力感測功能的觸控裝置，其中該填充物係為黏膠。
6. 如請求項5所述之整合壓力感測功能的觸控裝置，其中該黏膠係為光學黏膠(Optically Clear Adhesive，OCA)。
7. 如請求項1所述之整合壓力感測功能的觸控裝置，更包括一壓力感測晶片，其係電性連接該觸控模組及該顯示模組，並可以控制及偵測該至少一外力所施予的該壓力大小。
8. 如請求項1所述之整合壓力感測功能的觸控裝置，其中該外力係為接觸點擊。
9. 如請求項1所述之整合壓力感測功能的觸控裝置，其中該外力係為重壓點擊。
10. 如請求項1所述之整合壓力感測功能的觸控裝置，其中該導電層係為導電薄膜。
11. 如請求項1所述之整合壓力感測功能的觸控裝置，其中該導電層係為導電屏蔽層(conductive shield layer)。
12. 如請求項1所述之整合壓力感測功能的觸控裝置，其中該導電層係為靜電屏蔽層(Electrostatic Discharge shield layer)。
13. 如請求項1所述之整合壓力感測功能的觸控裝置，其中該導電層係為子畫素共極層(VCOM layer)。
14. 如請求項1所述之整合壓力感測功能的觸控裝置，其中該蓋體係為透明保護殼。