TWM567408U - Composite transparent touch sensor - Google Patents

Abstract

一種複合式透明觸控感應器，包含至少一觸控感應層，在所述觸控感應層上具有複數電容感應串列以及複數電磁天線串列，在個別的所述電容感應串列和所述電磁天線串列之上分別電性搭接一高電性傳導元件，所述高電性傳導元件由奈米級微細導線構成；藉所述高電性傳導元件的設置可大幅降低所述觸控感應串列及所述天線串列的阻抗值，可在兼顧透光率的基礎下，提升觸控信號傳導效率，以利於大尺寸面積觸控板的設計與製造，且將電容式觸控感應器與電磁式觸控感應器整合於同一透明觸控感應器結構中，不僅具有雙重的觸控輸入功能，更可簡化結構，達節省成本之目的。

Description

複合式透明觸控感應器

本創作涉及配置在螢幕前方使用的透明觸控感應器，特別是有關一種同時具有電容式觸控感應器與電磁式觸控感應器雙重功能的透明觸控感應器結構。

目前電容式觸控感應器大都是使用透明的氧化銦錫(ITO)導電材料製作而成，因其具有透明特性所以可配置在螢幕前使用，而傳統的電磁式觸控感應器的X/Y軸天線陣列則是使用金屬材料，由於金屬導線無法透光，因此通常被配置於螢幕底面使用，以免嚴重影響或減損螢幕的可瞻性。

進一步來說，傳統的透明電容式觸控感應器是藉由在透明ITO薄膜上刻劃出多數的電容感應電極及其信號導路以形成觸控感應結構，然而，近年來隨著電子產品功能精密化的趨勢，觸控感應器上的觸控感應電極和信號導路的尺寸規格也都越來越細小化，而細小化的ITO感應電極和信號導路將會產生高阻抗值現象，造成傳輸信號的衰減，不利於信號的傳輸，導致在大尺寸觸控板的設計及製程開發上，面臨到難以克服的問題。

另一方面，由於電磁式觸控感應器的感應線圈迴路或天線陣列需具備低阻抗特性，一般透明的ITO導電薄膜尚無法滿足這項需求，所以目前的電磁式觸控感應器都是使用高導電性的金屬材料來製作其感應線圈迴路或天線陣列，也因此都只能配於螢幕底面使用，這結果導致螢幕的面板結構厚度增加，對輕薄化產生不利影響，且電磁式觸控感應器與電磁筆搭配運作時中間隔著螢幕的面板結構，容易產生電磁干擾的問題；雖然近年來已有電磁式觸控感應器的業者進行開發，企圖以金屬導線微細化的技術來製作感應線圈迴路或天線陣列，使電磁式觸控感應器因此具備較優良的透光性，以達可配置在螢幕前方使用之目的；然而為了維持電磁感應效能，以及避免斷線導致感應信號傳遞無效，所以金屬導線的線寬無法製作成太過於細小，例如目前通常被製作成最小約0.04mm線寬的鉬鋁鉬導線，但採用0.04mm線寬的金屬導線來製作感應線圈迴路或天線陣列時，除了很容易產生斷線或連線不良的瑕疵，造成訊號傳導的問題之外，實驗上也印證了0.04mm線寬的不透光金屬導線本身所產生的遮光效應，仍然會對螢幕可瞻性造成相當程度的減損，另因該不透光的細金屬導線通常為一直線條，容易與螢幕之薄膜電晶體陣列(TFT array)呈規則性重疊，導致產生光學干涉紋(Moire)，嚴重影響畫面顯示品質。

本創作的主要目的在於提供一種同時具有電容式觸控感應器與電磁式觸控感應器雙重功能的透明觸控感應器結構，同時提供二種觸控輸入方式，方便使用者操作上的需求，多重觸控輸入功能有利於新應用程式(app)的開發與應用，此外，二種觸控感應器被整合於同一觸控感應器結構中，不僅可以節省成本，且可大幅薄化觸控感應器結構的厚度。

本創作的次一目的在於提供一種具備低阻抗效能的複合式透明觸控感應器結構，係在其觸控感應串列或天線串列上設置高電性傳導效率的奈米級細傳導線，據此大幅降低觸控感應串列或天線串列的阻抗值，使透明觸控感應器可在兼顧透光率的基礎下，提高觸控信號感應的敏感度，以及提升觸控信號傳導效率，從而有利於大尺寸面積觸控板的設計與製造。

為達上述目的，本創作所提供之複合式透明觸控感應器結構，其包含：透明的第一感應層及透明的第二感應層，在所述第一感應層與第二感應層中間設置一透明的絕緣層，據此將前述二感應層彼此絕緣分隔設置；其中，所述第一感應層上具有複數第一電容感應串列以及複數第一電磁天線串列，其中，所述第一電容感應串列由複數第一電容感應單元順沿第一方向的串列成排而組成，所述第一電容感應串列的一端設一第一電容信號搭接點，所述第一電磁天線串列順沿第一方向設置，所述第一電磁天線串列的一端設一第一電磁信號搭接點，而另一端則連接至一第一串聯線，所述第一串聯線串聯複數所述第一電磁天線串列，且在所述第一電容感應串列和所述第一電磁天線串列之上分別電性搭接有順沿第一方向的第一高電性傳導元件，所述第一高電性傳導元件由奈米級微細導線構成；所述第二感應層上具有複數第二電容感應串列以及複數第二電磁天線串列，其中，所述第二電容感應串列由複數第二電容感應單元順沿第二方向的串列成排而組成，所述第二電容感應串列的一端設一第二電容信號搭接點，所述第二電磁天線串列順沿第二方向設置，所述第二電磁天線串列的一端設一第二電磁信號搭接點，而另一端則連接至一第二串聯線，所述第二串聯線串聯複數所述第二電磁天線串列，且在所述第二電容感應串列和所述第二電磁天線串列之上分別電性搭接有順沿第二方向的第二高電性傳導元件，所述第二高電性傳導元件由奈米級微細導線構成；所述第一方向與所述第二方向彼此呈正交，複數所述第一電容感應串列與複數所述第二電容感應串列彼此呈交錯設置，使複數所述第一電容感應單元與複數所述第二電容感應單元呈互補圖形態樣對應設置，共同組成一連續格狀的電容感應單元矩陣，而複數所述第一電磁天線串列與複數所述第二電磁天線串列彼此呈正交設置，共同組成一連續格狀的電磁天線矩陣；複數所述第一電容信號搭接點、複數第一電磁信號搭接點，以及複數所述第二電容信號搭接點、複數第二電磁信號搭接點分別電性連接一訊號導線，據此使所述第一感應層與所述第二感應層所捕獲的觸控感應訊號可經由所述訊號導線傳送到後續的訊號處理電路進行運算。

特別是，所述第一感應層與所述第二感應為具透光性的導電性薄層，其材質係選自於金屬氧化物薄膜或石墨烯薄膜等透明材料，其中，所述金屬氧化物薄膜的材料是選自於氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋅鋁(AZO)或氧化錫銻(ATO)等，但實施範圍不以前述材料為限。

特別是，所述第一高電性傳導元件和所述第二高電性傳導元件的材料是選自於金、銀、銅、鋁、鉬、鎳或前述材料的合金等，但實施範圍不以前述材料為限；優選，所述第一高電性傳導元件和所述第二高電性傳導元件的奈米級微細導線的線徑小於25μm，更優選，其線徑在5μm以下。

特別是，所述第一高電性傳導元件和所述第二高電性傳導元件為一條或複數條連續性延伸的直線、波浪型曲線、規則的線條或不規則的線條等，但實施範圍不以前述線條式樣為限。

特別是，所述第一高電性傳導元件和所述第二高電性傳導元件是由間隔設置的複數線段所組成的。

特別是，所述第一高電性傳導元件和所述第二高電性傳導元件是由複數條彼此呈平行狀設置的奈米級微細導線所組成的。

特別是，所述第一電容感應串列與所述第一電磁天線串列彼此呈平行且間隔排列設置，以及所述第二電容感應串列與所述第二電磁天線串列彼此呈平行且間隔排列設置。

特別是，所述透明絕緣層的材料選自於固態的光學膠膜(OCA)或液態的光學樹脂(OCR)等，但實施範圍不以前述材料為限

此將於下文中進一步闡明本創作的其他功能及技術特徵，熟習本技術者熟讀文中的說明後即可據以實現本創作。

如後附之各圖所示是本創作的一些較佳實施例，其中，為提供更清楚的描述及更易理解本創作的技術特徵，圖式內各部分並沒有依照其相對尺寸繪圖，某些尺寸與其他相關尺度相比已經被誇張；不相關之細節部分也未完全繪出，以求圖式的簡潔。

如圖1至圖5所示為本創作第一較佳實施例之複合式透明觸控感應器，其包含一基底層10、一X軸向感應層20、一絕緣層30、一Y軸向感應層40以及一覆膜層50。

其中，該基底層10為一具有優良機械強度的高透光率玻璃薄板，在基底層10的表面周緣部位設有由絕緣性黑色矩陣材(Black Matrix; BM)製成的顏色邊框11，藉該顏色邊框11以在基底層10上界定出在周緣部位形成框型的遮蔽區11a以及在中央部位的可瞻區11b。

X軸向感應層20設置在前述基板的可瞻區11b內，其包含數條X軸電容感應串列(Trace)21以及X軸電磁天線串列26，X軸電容感應串列21和X軸電磁天線串列26彼此呈平行且間隔排列而設置，其中，各別X軸電容感應串列21由多個類菱形面狀的電容感應單元21a順沿X軸方向的串列成排而組成，每一條X軸電容感應串列21的一端設有一電容信號搭接點21b，另在各X軸電容感應串列21具有一順沿X軸方向設置的微細金屬導線23，並且電性搭接於前述電容信號搭接點21b以及各個電容感應單元21a；各別X軸電磁天線串列26是順沿X軸方向而設置，每一條X軸電磁天線串列26的一端設有一電磁信號搭接點27，而另一端則連接至一串聯線28，該串聯線28將該等X軸電磁天線串列26彼此串聯，另在各X軸電磁天線串列26上設有一順沿X軸方向設置的微細金屬導線29，並且電性搭接至前述電磁信號搭接點27以及串聯線28上。

Y軸向感應層40設置在前述基板的可瞻區11b內，其包含數條Y軸電容感應串列41以及Y軸電磁天線串列46，Y軸電容感應串列41和Y軸電磁天線串列46彼此呈平行且間隔排列而設置，其中，各別Y軸電容感應串列41由多個類菱形面狀的電容感應單元41a順沿Y軸方向的串列成排而組成，每一條Y軸電容感應串列41的一端設有一電容信號搭接點41b，另在各Y軸電容感應串列41具有一順沿Y軸方向設置的微細金屬導線43，並且電性搭接於前述電容信號搭接點41b以及各個電容感應單元41a；各別Y軸電磁天線串列46是順沿Y軸方向而設置，每一條Y軸電磁天線串列46的一端設有一電磁信號搭接點47，而另一端則連接至一串聯線48，該串聯線48將該等Y軸電磁天線串列46彼此串聯，另在各Y軸電磁天線串列46上設有一順沿Y軸方向設置的微細金屬導線49，並且電性搭接至前述電磁信號搭接點47以及串聯線48上。

前述X、Y軸向感應層20、40上的電容信號搭接點21b、41b以及電磁信號搭接點27、47皆設置在遮蔽區11a範圍內，它們可分別藉由訊號導線25、45連接將觸控信號傳送至一信號處理電路(未圖示)進行運算。

前述X軸向感應層20以及Y軸向感應層40是由透明的導電薄膜製作而成，其材質係選用金屬氧化物薄膜，例如是氧化銦錫(ITO)；另，前述微細金屬導線23、29、43、49是採用高電性傳導、低阻抗的材料，例如是銅線，由於該等微細金屬導線23、29、43、49的金屬材質較X、Y軸向感應層20、40的金屬氧化物薄膜具有更低的阻抗值，因此將該等微細金屬導線23、43電性搭接該等X、Y軸電容感應串列21、41以及將該等微細金屬導線29、49電性搭接該等X、Y軸電磁天線串列26、46上將可提升觸控信號傳輸的效果，從而有效降低由各個電容感應串列21、41或電磁天線串列26、46到其搭接點21b、41b、27、47之間的阻抗值，減少觸控信號在傳輸過程的衰減率，且前述微細金屬線23、43的線徑被設定在5μm以下，而這種奈米級的金屬線即使是非透明材料也不是人眼目視力所能區辨，所以適合將它被佈設在可瞻區11內使用，不會減損整體透明觸控感應器的可瞻性。

前述X軸向感應層20以及Y軸向感應層40之間藉由透明絕緣層30將彼此絕緣分隔設置。該二感應層上的X、Y軸電容感應串列21、41彼此呈正交，使電容感應單元21a、41a呈互補圖形態樣對應設置，共同組成一菱形網格狀的電容感應單元矩陣，而該等X、Y軸電磁天線串列26、46亦彼此呈正交設置，共同組成一矩形網格狀的電磁天線矩陣。該透明絕緣層30為材料可為固態的光學膠膜(OCA)或液態的光學樹脂(OCR)之一，藉此可將前述二感應層20、40絕緣分隔之外，同時兼具將二者黏合成一體的功能。

另外，該覆膜層50被組合在透明導電膜感應層40外表面上，提供保護該感應層上的線路；覆膜層50為高透光率的絕緣薄膜，例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、環烯烴聚合物(COP)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚碸(PSF)、聚醚碸(PES)、聚碳酸酯(PC)、聚醯胺、聚醯亞胺、丙烯酸樹脂、乙烯基系列樹脂以及三乙烯基纖維素(TAC)等，但不限定於此。

根據上述說明可知，本創作以透明導電層為基材，將電容式觸控感應器與電磁式觸控感應器整合一起，形成一種可配置於螢幕前方使用且具備雙重觸控功能的透明觸控感應器結構，且本創作藉由將微細金屬導線23、29、43、49搭接在X、Y軸電容感應串列21、41以及X、Y軸電磁天線串列26、46的手段，來降低觸控信號傳輸通路的阻抗值，如此不但可提升觸控信號傳輸品質而有利於更大尺寸面積的觸控板的設計製作，也亦可減少作為觸控感應層的導電薄膜的厚度，從而既可節省材料成本更可提升觸控感應層的透光度；又，該微細金屬線23、29、43、49的線徑為奈米級的金屬線，客觀上已非一般目視力所能區辨，且其設置的分布比率占整體面積0.3%以下，遮蔽透光的比率極低，甚至微乎其微，整體觸控感應層的絕大部分面積皆為可透光的鏤空區域，具有極佳透光性，因此將該等微細金屬線布設在感應串列上，既可大幅降低感應串列的阻抗值、提升信號傳輸效率，對其可瞻性影響卻是微乎其微，再者，由於本創作是在導電薄膜上電性搭接微細金屬導線，因此即便是所搭接的微細金屬導線產生斷線或連線不良的狀況，但藉由該導電薄膜本身所具備導電性能，所以仍可維持良好的信號傳輸效率，可確保高良率的產品製造品質，可謂具有一舉數得的優點。

如圖6描述本創作的第二實施例，圖中顯示該等微細金屬導線為一連續性延伸的波浪型曲線43a、49a；而在前面舉例說明的第一實施例中，如圖3中顯示的，該等微細金屬導線23、29、43、49為一連續性延伸的直線；但因透明觸控板通常被配置在液晶螢幕前使用，這種直線設置的微細金屬導線有可能產生干涉紋(Moire)，影響畫面顯示品質；因此本創作在實際的應用方面，該微細金屬導線除了以直線的型態設置之外，亦可採用波浪型曲線、其他規則或不規則連續性延伸線條的型態設置，將可減低光學干涉的問題。此外，再如圖7所示，該微細金屬導線亦可由間隔設置的多數線段43b、49b所組成，據此可依設計上的需求而彈性地調設被該微細金屬導線搭接的該電容感應串列或電磁天線串列的阻抗值，來調整因應信號處理電路所需設定值的要求，而前述線段狀的型態設置亦有減低光學干涉問題的效果，以及提升可瞻性的優點。本創作的其他可行方案中，亦可由複數微細金屬導線43、49且彼此呈平行狀地設置(參閱圖8)，據此確保高效率的信號傳輸性能。

儘管已參考附圖並結合具體實施例完整說明本創作，但應理解，前述實施例僅為了便於進一步說明的實施範例，本創作實施方式並不以該說明為限，熟習此項技術人士會明白各種變化及修改；而此類變化及修改應理解為包括於由隨附申請專利範圍所定義的本創作之範疇內。

10‧‧‧基底層

11‧‧‧顏色邊框

11a‧‧‧遮蔽區

11b‧‧‧可瞻區

20‧‧‧X軸向感應層

21‧‧‧X軸電容感應串列

21a‧‧‧電容感應單元

21b‧‧‧電容信號搭接點

23‧‧‧微細金屬導線

25‧‧‧訊號導線

26‧‧‧X軸電磁天線串列

27‧‧‧電磁信號搭接點

28‧‧‧串聯線

29‧‧‧微細金屬導線

30‧‧‧透明絕緣層

40‧‧‧Y軸向感應層

41‧‧‧Y軸電容感應串列

41a‧‧‧電容感應單元

41b‧‧‧電容信號搭接點

43‧‧‧微細金屬導線

43a、49a‧‧‧波浪型曲線

43b、49b‧‧‧線段

45‧‧‧訊號導線

46‧‧‧Y軸電磁天線串列

47‧‧‧電磁信號搭接點

48‧‧‧串聯線

49‧‧‧微細金屬導線

50‧‧‧覆膜層

圖1為第一實施例之觸控感應器的疊層架構簡示圖。 圖2為第一實施例之觸控感應器的正面視圖。 圖3為第一實施例之觸控感應器的背面視圖。 圖4為第一實施例之X軸向感應層的平面圖。 圖5為第一實施例之Y軸向感應層的平面圖。 圖6為第二實施例之Y軸向感應層的平面圖，描述在該Y軸電容感應串列和Y軸電磁天線串列上搭接有曲線狀的微細金屬導線。 圖7為第三實施例之Y軸向感應層的平面圖，描述在該Y軸電容感應串列和Y軸電磁天線串列上搭接有呈多數間隔線段設置的微細金屬導線。 圖8為第四實施例之Y軸向感應層的平面圖，描述在該Y軸電容感應串列和Y軸電磁天線串列上搭接有多條彼此呈平行狀設置的微細金屬導線。

Claims (10)

1. 一種複合式透明觸控感應器構造，包含：一透明的第一感應層，其具有複數第一電容感應串列以及複數第一電磁天線串列，其中，所述第一電容感應串列由複數第一電容感應單元順沿第一方向的串列成排而組成，所述第一電容感應串列的一端設一第一電容信號搭接點，所述第一電磁天線串列順沿第一方向設置，所述第一電磁天線串列的一端設一第一電磁信號搭接點，而另一端則連接至一第一串聯線，所述第一串聯線串聯複數所述第一電磁天線串列，且在所述第一電容感應串列和所述第一電磁天線串列之上分別電性搭接有順沿第一方向的第一高電性傳導元件，所述第一高電性傳導元件由奈米級微細導線構成；一透明的第二感應層，其具有複數第二電容感應串列以及複數第二電磁天線串列，其中，所述第二電容感應串列由複數第二電容感應單元順沿第二方向的串列成排而組成，所述第二電容感應串列的一端設一第二電容信號搭接點，所述第二電磁天線串列順沿第二方向設置，所述第二電磁天線串列的一端設一第二電磁信號搭接點，而另一端則連接至一第二串聯線，所述第二串聯線串聯複數所述第二電磁天線串列，且在所述第二電容感應串列和所述第二電磁天線串列之上分別電性搭接有順沿第二方向的第二高電性傳導元件，所述第二高電性傳導元件由奈米級微細導線構成；一透明絕緣層，其被設置在所述第一感應層與所述第二感應層中間，據此將前述二感應層彼此絕緣分隔設置；以及所述第一方向與所述第二方向彼此呈正交，複數所述第一電容感應串列與複數所述第二電容感應串列彼此呈交錯設置，使複數所述第一電容感應單元與複數所述第二電容感應單元呈互補圖形態樣對應設置，共同組成一連續格狀的電容感應單元矩陣，而複數所述第一電磁天線串列與複數所述第二電磁天線串列彼此呈正交設置，共同組成一連續格狀的電磁天線矩陣。
2. 如請求項1所述之複合式透明觸控感應器構造，其中，所述第一感應層與所述第二感應層為具透光性的導電性薄層，其材料選自於金屬氧化物薄膜或石墨烯薄膜之一。
3. 如請求項2所述之複合式透明觸控感應器構造，其中，所述金屬氧化物薄膜的材料是選自於氧化銦錫、氧化銦鋅、氧化鋅鋁或氧化錫銻之一。
4. 如請求項1所述之複合式透明觸控感應器構造，其中，所述第一高電性傳導元件和所述第二高電性傳導元件的材料選自於金、銀、銅、鋁、鉬、鎳或前述材料的合金之一。
5. 如請求項1所述之複合式透明觸控感應器構造，其中，所述奈米級微細導線的線徑在5μm以下。
6. 如請求項1所述之複合式透明觸控感應器構造，其中，所述第一高電性傳導元件和所述第二高電性傳導元件為一條或複數條連續性延伸的直線、波浪型曲線、規則的線條或不規則的線條之一。
7. 如請求項1所述之複合式透明觸控感應器構造，其中，所述第一高電性傳導元件和所述第二高電性傳導元件是由間隔設置的複數線段所組成的。
8. 如請求項1所述之複合式透明觸控感應器構造，其中，所述第一高電性傳導元件和所述第二高電性傳導元件是由複數條彼此呈平行狀設置的奈米級微細導線所組成的。
9. 如請求項1所述之複合式透明觸控感應器構造，其中，所述第一電容感應串列與所述第一電磁天線串列彼此呈平行且間隔排列設置，以及所述第二電容感應串列與所述第二電磁天線串列彼此呈平行且間隔排列設置。
10. 如請求項1所述之複合式透明觸控感應器構造，其中，所述透明絕緣層的材料選自於固態的光學膠膜或液態的光學樹脂之一。