TWM604004U

TWM604004U - 電容式觸摸感應器

Info

Publication number: TWM604004U
Application number: TW109207527U
Authority: TW
Inventors: 白志強; 林孟癸; 林青峰
Original assignee: 洋華光電股份有限公司
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2020-11-11

Abstract

一種電容式觸摸感應器，包含在基板上下表面分別設有沿一方向以同一節距設置的複數導電條，導電條具有相同寬度，二相鄰導電條之間由一絕緣間隙隔開，使上表面的導電條與下表面的導電條呈正交；基板上下表面的導電條分別被劃分成多數個電極組，每個電極組中包含複數導電條，並選擇性地連接其中一條或數條導電條以形成一有效電極單元，各個所述有效電極單元被連接至信號導線以形成一觸摸感應層，使在基板上、下表面的觸摸感應層共同形成一電容式觸摸感應器，其中，藉由改變所述電極組中的導電條組成數量，或變更所述有效電極單元中所連接的導電條數量，該觸摸感應器的電容感測效能及規格即可簡易地被調整。

Description

電容式觸摸感應器

本創作涉及電容式觸摸感應器的技術範疇，尤其是指一種模組化觸摸玻璃板材以及使用該板材製成的電容式觸摸感應器。

目前配置在顯示幕前面使用的電容式觸摸感應器，大都是使用透明的氧化銦錫(ITO)導電膜加工製作而成的，藉由在透明ITO導電膜上刻劃出多數觸摸感測電極及信號導線以形成觸摸感應器。通常觸摸感應器的設計與生產，必須根據產品尺寸及觸摸IC的電容範圍等因素而做出不同的因應，例如，變更設定感測電極面積以調整所擷取的觸摸感測信號值，改變電極組節距的設置以調節觸摸感測的敏感度；因此面對市場多樣化尺寸的觸摸板需求，導致業者的備料庫存成本壓力大增，且在生產製造方面臨工序複雜化、無法快速生產交貨的困擾；前述缺失，亟待克服。

本創作提供一種模組化觸摸玻璃板材及由其製成的電容式觸摸感應器，在該觸摸玻璃板材的基板的上、下表面分別設一導電層，在導電層中具有模組化設計的預設跡線圖案(Preset trace pattern)，該預設跡線圖案包含複數條平行排列並以相同節距(Pitch)設置的導電條(Conductive bar)，在任意二條相鄰的導電條之間由一絕緣間隙(Insulation gap)將彼此隔開，並令該預設跡線圖案中的導電條及絕緣間隙具有統一規格的尺寸；據此，該板材應用於製作觸摸感應器時，生產者可依照產品規格的設定選定相應尺寸的觸摸玻璃板材，將該基板上預設跡線圖案在有效顯示區域(Active area)範圍以外的導電條材料去除以形成所需的觸摸跡線圖案，該觸摸跡線圖案中的複數所述導電條被劃分成多數個電極組(Electrode group)，各電極組中包含複數導電條，在各電極組中選擇性地電性連接其中一條或數條導電條以形成一有效電極單元(Active electrode unit)，將各電極組中的有效電極單元連接至信號導線，據此形成一觸摸感應層，使在基板上、下表面的觸摸感應層共同形成一電容式觸摸感應器；其中，根據本創作，藉由改變所述電極組中的導電條組成數量，即可變更二電極組之間的節距寬度設定，來調整觸摸感測位置的精度，以及利用改變所述有效電極中所連接的導電條數量，可調設所擷取的觸摸感測電容值以符合不同廠家觸摸IC所設定的工作電容值範圍。因此本創作可將觸摸玻璃板材單一規格化，使電容式觸摸感應器生產原料的備料種類大幅簡化及降低庫存成本，並可提升觸摸感應器在設計方面的靈活性與簡便性，以及簡化生產技術和增進產品生產效率。

進一步來說，根據本創作，所述模組化觸摸玻璃板材包含：在一基板的上、下表面分別設有第一導電層與第二導電層，所述第一導電層具有模組化設計的第一預設跡線圖案，所述第一預設跡線圖案包含複數條順沿第一方向平行排列且具有相同寬度的第一導電條，各個所述第一導電條之間以第一導電條節距的寬度設置，在任意二條相鄰的所述第一導電條之間由第一絕緣間隙將彼此隔開；所述第二導電層具有模組化設計的第二預設跡線圖案，所述第二預設跡線圖案包含複數條順沿第二方向平行排列且具有相同寬度的第二導電條，各個所述第二導電條之間以第二導電條節距的寬度設置，在任意二條相鄰的所述第二導電條之間由第二絕緣間隙將彼此隔開；其中，所述第一方向與所述第二方向呈正交；所述第一導電條節距的寬度相同於所述第二導電條節距的寬度，所述寬度在2mm以下；所述第一絕緣間隙與所述第二絕緣間隙介於500μm到20μm之間。

其中，所述第一導電層及所述第二導電層為透明導電薄膜，其材料選自於金屬氧化物薄膜或石墨烯薄膜；所述金屬氧化物薄膜的材料選自於氧化銦錫、氧化銦鋅、氧化鋅鋁、氧化錫銻或聚乙撐二氧噻吩，但不限定於此。

其中，所述第一導電條與所述第二導電條的外型係呈矩型長條狀、鋸齒型長條狀或由複數個幾何形小面積串連成的長條狀，但實施範圍不以前述式樣為限。

其中，還包含在所述第一導電條及所述第二導電條上電性搭接有低電阻單元(Low-resistance unit)，藉由所述低電阻單元的設置以達降低導電條的面電阻率的目的；所述低電阻單元的材料是選自於金、銀、銅、鋁、鉬、鎳或前述材料的合金等，但不限定於此；所述低電阻單元是由奈米級尺寸的點、線或面的圖形元素之一或數個組合形成；所述低電阻單元為金屬線，其包含一條或複數條連續性延伸的直線狀金屬線或曲線狀金屬線，以及其由設置在同一軸線上的複數金屬線段所組成的，較佳，所述金屬線的線條寬度在10μm以下；所述低電阻單元為金屬網格(Metal mesh)，較佳，所述金屬網格的遮光率在1%以下。

根據本創作，一種由所述之模組化觸摸玻璃板材製成的電容式觸摸感應器，其包含：基板，為一具備介電性、高透光率的板材，在所述基板的中央部位被界定出一觸摸有效區域(Touch Active Area)；第一觸摸感應層，其被設置在所述基板的第一側表面上，所述第一觸摸感應層包含第一觸摸跡線圖案(Touch trace pattern)及第一信號導線(Signal wire)，所述第一觸摸跡線圖案形成在所述基板的觸摸有效區域，所述第一信號導線設置在所述基板的觸摸有效區域外側，所述第一觸摸跡線圖案中具有複數條順沿第一方向設置的第一導電條，各個所述第一導電條之間以第一導電條節距的寬度設置，任二條相鄰所述第一導電條之間由第一絕緣間隙將彼此隔開，複數所述第一導電條被劃分成多個第一電極組(Electrode group)，各個所述第一電極組之間以第一電極組節距的寬度設置，所述第一電極組中包含至少二條以上的所述第一導電條，並選擇性地連接其中一條或數條所述第一導電條形成第一有效電極單元(Active electrode unit)，將所述第一有效電極單元電性連接至所述第一信號導線；第二觸摸感應層，其被設置在所述基板的第二側表面上，所述第二觸摸感應層包含第二觸摸跡線圖案及第二信號導線，所述第二觸摸跡線圖案形成在所述基板的觸摸有效區域，所述第二信號導線設置在所述基板的觸摸有效區域外側，所述第二觸摸跡線圖案中具有複數條順沿第二方向設置的第二導電條，各個所述第二導電條之間以第二導電條節距的寬度設置，任二條相鄰所述第二導電條之間由第二絕緣間隙將彼此隔開，複數所述第二導電條被劃分成多個第二電極組，各個所述第二電極組之間以第二電極組節距的寬度設置，所述第二電極組中包含至少二條以上的所述第二導電條，並選擇性地連接其中一條或數條所述第二導電條形成第二有效電極單元，將所述第二有效電極單元電性連接至所述第二信號導線；以及所述第一方向與所述第二方向呈正交，所述第一電極組節距的寬度相同於所述第二電極組節距的寬度，所述第一觸摸感應層和所述第二觸摸感應層共同形成一電容式觸摸感應器。

其中，所述第一導電條節距的寬度相同於所述第二導電條節距的寬度，所述寬度在2mm以下；所述第一絕緣間隙與所述第二絕緣間隙的寬度介於500μm到20μm之間。

其中，所述第一觸摸感應層及所述第二觸摸感應層為透明導電薄膜，其材料選自於金屬氧化物薄膜或石墨烯薄膜；所述金屬氧化物薄膜的材料選自於氧化銦錫、氧化銦鋅、氧化鋅鋁、氧化錫銻或聚乙撐二氧噻吩，但不限定於此。

其中，還包含在所述第一電極組內那些沒有被連接至所述第一有效電極單元的其中之一條或複數條所述第一導電條被形成接地(Ground)設置，以及在所述第二電極組內那些沒有被連接至所述第二有效電極單元的其中之一條或複數條所述第二導電條被形成接地設置，據此提升觸摸感應器對干擾雜訊的耐受度。

其中，所述第一有效電極單元為驅動電極(Drive electrode)，所述第二有效電極單元為感測電極(Sensing electrode)，所述第一有效電極單元的面積大於所述第二有效電極單元的面積。

其中，更包含在所述第一導電條及所述第二導電條上電性搭接有低電阻單元(Low-resistance unit)，以達降低導電條的面電阻率的目的；所述低電阻單元的材料是選自於金、銀、銅、鋁、鉬、鎳或前述材料的合金等，但不限定於此；所述低電阻單元是由奈米級尺寸的點、線或面的圖形元素之一或數個組合形成；所述低電阻單元為金屬線，其包含一條或複數條連續性延伸的直線狀金屬線或曲線狀金屬線，以及其由設置在同一軸線上的複數金屬線段所組成的，較佳，所述金屬線的線條寬度在10μm以下；所述低電阻單元為金屬網格(Metal Mesh)，較佳，所述金屬網格的遮光率在1%以下。

本「新型內容」係以簡化形式介紹一些選定概念，在下文之「實施方式」中將進一步對其進行描述。本「新型內容」並非意欲辨識申請專利之標的之關鍵特徵或基本特徵，亦非意欲用於限制申請專利之標的之範圍。

10:基板

11:上表面

12:下表面

20:上面導電層

Y-PT:Y軸預設跡線圖案

21:Y軸導電條

22:絕緣間隙

W2:寬度

P2:節距

30:下面導電層

X-PT:X軸預設跡線圖案

31:X軸導電條

32:絕緣間隙

W3:寬度

P3:節距

40:低電阻單元

50:基板

AA:觸摸有效區域

60:第一觸摸感應層

61:第一電極組

Tx:第一有效電極單元

62:第一導電條

63:第一絕緣間隙

68:第一信號導線

69:接地線

EP6:第一電極組節距

W6:寬度

P6:第一導電條節距

TxP:第一觸摸跡線圖案

70:第二觸摸感應層

71:第二電極組

Rx:第二有效電極單元

72:第二導電條

73:第二絕緣間隙

78:第二信號導線

79:接地線

EP7:第二電極組節距

W7:寬度

P7:第二導電條節距

RxP:第二觸摸跡線圖案

圖1為模組化觸摸玻璃板材的疊層組合的側面示意圖。

圖2為模組化觸摸玻璃板材的上面導電層的平面圖。

圖3為模組化觸摸玻璃板材的下面導電層的平面圖。

圖4為模組化觸摸玻璃板材的疊層組合的平面圖。

圖5a為模組化觸摸玻璃板材的另一種導電條的平面形狀示意圖。

圖5b為模組化觸摸玻璃板材的再一種導電條的平面形狀示意圖。

圖6為模組化觸摸玻璃板材在導電條上設有低電阻單元的平面圖。

圖7為電容式觸摸感應器的疊層組合的平面圖。

圖8為電容式觸摸感應器的基板的平面圖。

圖9為電容式觸摸感應器的上面導電層的平面圖。

圖10為電容式觸摸感應器的下面導電層的平面圖。

圖11為另一種電容式觸摸感應器的疊層組合的平面圖。

圖12為另一種電容式觸摸感應器的上面導電層的平面圖。

圖13為另一種電容式觸摸感應器的下面導電層的平面圖。

在圖1至圖6中描述本創作的模組化觸摸玻璃板材的實施例，圖7至圖10中描述本創作的電容式觸摸感應器的第一種實施例，圖11至圖13中描述本創作的電容式觸摸感應器的第二種實施例；附圖描述的是本創作列舉的較佳實施例，但本創作的實施方式並不以該等實施例為限，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所示，本創作之模組化觸摸玻璃板材的結構主要包含基板10、上面導電層20以及下面導電層30。

基板10為一高透光率的玻璃薄板，且其具有開闊且平坦的上表面11與下表面12。

上面導電層20是選用高透光率導電材料，例如是氧化銦錫(ITO)薄膜；如圖2所示，上面導電層20被設置在基板10的上表面11，該上面導電層20具有模組化設計的Y軸預設跡線圖案Y-PT，在該Y軸預設跡線圖案Y-PT中包含多條順沿Y軸方向平行排列的Y軸導電條21，各個Y軸導電條21具有相同寬度W2，且彼此之間以相同節距P2設置，在任意二條相鄰的Y軸導電條21之間由一絕緣間隙22將彼此隔開。

下面導電層30是選用高透光率導電材料，例如是氧化銦錫(ITO)薄膜；如圖3所示，下面導電層30被設置在基板10的下表面12，該下面導電層30具有模組化設計的X軸預設跡線圖案X-PT，在該X軸預設跡線圖案X-PT中包含多條順沿X軸方向平行排列的X軸導電條31，各個X軸導電條31具有相同寬度W3，且彼此之間以相同節距P3設置，在任意二條相鄰的X軸導電條31之間由一絕緣間隙32將彼此隔開。

在圖4中顯示由基板10、上面導電層20以及下面導電層30共同組成後的觸摸玻璃板材的平面圖；其中，Y軸導電條21之間的節距P2相同於X軸導電條31之間的節距P3，較佳的，該等節距P2、P3被設定為大約2mm的寬度，但在實際的應用裡，該等節距的寬度可依照觸摸感應器的規格進行調整，例如，設定較小寬度的節距可提高觸摸感測位置的精度；另，絕緣間隙22、32通常被設定在介於500μm到20μm之間的寬度，主要用以絕緣隔開二相鄰的導電條，並可因應導電條的有效面積做出調整，例如，當需要導電條的有效面積較小時(亦即導電條寬度W2、W3變窄時)，相對地，絕緣間隙22、32的寬度就會變大。

此外，如圖2及圖3所示，在本實施例中，Y軸導電條21與X軸導電條31的外型係呈矩型長條狀，但在其他可行的方案中，該導電條的外型也可以是鋸齒型長條狀(如圖5a所示)或由複數個幾何形小面積(例如是菱形)串連成的長條狀(如圖5b所示)；特別是，因為此類透明觸摸感應器通常被配置在液晶螢幕的前面使用，如果導電條的邊緣直線型設置，有可能導致通過的光線產生干涉紋(Moire)影響畫面顯示品質，所以該導電條的外型是鋸齒型長條狀即可革除或減低光學干涉的問題。

再請參閱圖6，顯示一種在導電條上電性搭接有低電阻單元的實施例；在這個實施例中，該低電阻單元40為一奈米級尺寸的曲線狀金屬線被電性搭接在Y軸導電條21上，用以降低ITO導電條的面電阻率；其中，該金屬線的線條寬度最好在10μm以下，以免妨礙導電條的透光率，該金屬線的材料可選用金、銀、銅、鋁、鉬、鎳或前述材料的合金；該低電阻單元40除了採用前述曲線狀金屬線之外，亦可選用直線狀金屬線、金屬線段或是遮光率在1%以下的金屬網格。

圖7至圖10描述了一種使用前述模組化觸摸玻璃板材製成的電容式觸摸感應器的第一實施例，該電容式觸摸感應器主要包含基板50、第一觸摸感應層60以及第二觸摸感應層70。

如圖8所示，基板50為一高透光率的玻璃薄板，在該基板50的中央部位被界定出一觸摸有效區域AA。

如圖9所示，第一觸摸感應層60設置在基板50的第一側表面(即，上表面)，第一觸摸感應層60包含第一觸摸跡線圖案TxP(即驅動電極跡線圖案，Tx pattern)、第一信號導線68(即，驅動信號導線)及接地線69，第一觸摸跡線圖案TxP形成在該基板50的觸摸有效區域AA，第一信號導線68及接地線69設置在該基板50的觸摸有效區域AA外側，第一觸摸跡線圖案TxP包含多數順沿第一方向(即，Y軸方向)平行排列的第一電極組61(即，驅動電極組)，且任意二個相鄰的第一電極組61之間具有相同的第一電極組節距EP6，其中，在第一電極組61內包含三條順沿第一方向平行排列的第一導電條62，各個第一導電條62具有相同寬度W6，且彼此之間以相同的第一導電條節距P6設置，在任意二條相鄰的第一導電條62之間由一第一絕緣間隙63將彼此隔開，使其中的二條第一導電條62彼此電性連接成為第一有效電極單元Tx(即，有效驅動電極單元)，並將該第一有效電極單元Tx連接至第一信號導線68，再將其中沒有被連接至該第一有效電極單元Tx的那一條第一導電條62連接至接地線69。

如圖10所示，第二觸摸感應層70設置在基板50的下表面第二側表面(即，下表面)，第二觸摸感應層70包含第二觸摸跡線圖案RxP(即，感測電極跡線圖案，Rx pattern)、第二信號導線78(即，感測信號導線)及接地線79，第二觸摸跡線圖案RxP形成在該基板50的觸摸有效區域AA，第二信號導線78及接地線79設置在該基板50的觸摸有效區域AA外側，第二觸摸跡線圖案RxP包含多數順沿第二方向(即，X軸方向)平行排列的第二電極組71(即，感測電極組)，且任意二個相鄰的第二電極組71之間具有相同的第二電極組節距EP7，其中，在第二電極組71內包含三條順沿第二方向平行排列的第二導電條72(即，X軸導電條)，各個第二導電條72具有相同寬度W7，且彼此之間以相同的第二導電條節距P7設置，在任意二條相鄰的第二導電條72之間由一第二絕緣間隙73將彼此隔開，將其中一條第二導電條72設定為第二有效電極單元Rx(即，有效感測電極單元)，並將該第二有效電極單元Rx連接至第二信號導線78，再將其中沒有被連接至該第二有效電極單元Rx的那二條第二導電條72連接至接地線79；其中，第一導電條62之間的第一導電條節距P6與第二導電條72之間的第二導電條節距P7相同，該等導電條節距P6、P7被設定為2mm，而該Y軸的第一絕緣間隙63被設定20μm，X軸的第二絕緣間隙73被設定300μm，從而使第一導電條62的寬度W6大於第二導電條72的寬度W7，換言之，第一導電條62的面積將會大於第二導電條72的面積。在圖7中顯示由基板50、第一觸摸感應層60以及第二觸摸感應層70共同組成後的電容式觸摸感應器的平面圖；在本實施例中，驅動電極被設置在第一觸摸感應層60，感測電極被設置在第二觸摸感應層70，其中，該第一電極組61之間的第一電極組節距EP6相同於該第二電極組71之間的第二電極組節距EP7，亦即該等電極組節距EP6、EP7的寬度均為6mm，且該第一有效電極單元Tx的面積將大於該第二有效電極單元Rx的面積。

進言之，在前述實施例中第一電極組61內包含了三條第一導電條62，第二電極組71內包含三條第二導電條72，但如果應用在較大尺寸的感應器上時，可在該等電極組61、71內可包含較多數量的導電條62、71，例如是由原來的三條改變成六條或十條或是更多數量，以便增加電極組節距EP6、EP7的尺寸，適用於較大尺寸的感應器；此外，亦可藉由改變該等第一有效電極單元Tx及第二有效電極單元Rx所連接的導電條62、71數量，來調設所擷取的觸摸感測電容值以符合不同廠家觸摸IC所設定的工作電容值範圍；據此可知，本創作可利用改變第一電極組61與第二電極組71中的導電條組成數量，以及/或是變更第一有效電極單元Tx與第二有效電極單元Rx中所連接的導電條數量，來調整設計該觸摸感應器的大小尺寸規格以及工作電容值範圍。

圖11至圖13描述了一種使用前述模組化觸摸玻璃板材製成的電容式觸摸感應器的第二實施例，與前述第一實施例對比，本實施例為一較簡化的電容式觸摸感應器結構，二者構造雷同的部分於此不再重複贅述，其主要的差別在於本實施例的第一觸摸感應層60沒有導電條接地結構的設置，其中，如圖 12所示，在第一觸摸感應層60的第一電極組61內包含三條順沿第一方向平行排列的第一導電條62，並該三條第一導電條62彼此電性連接成為第一有效電極單元Tx，使該第一有效電極單元Tx連接至第一信號導線68；另如圖13所示，在第二觸摸感應層70的第二電極組71內包含三條順沿第二方向平行排列的第二導電條72，將其中一條第二導電條72設定為第二有效電極單元Rx(即，有效感測電極單元)，並將該第二有效電極單元Rx連接至第二信號導線78，再將其中沒有被連接至該第二有效電極單元Rx的那二條第二導電條72連接至接地線79；其中，該第一有效電極單元Tx的面積大於該第二有效電極單元Rx的面積，第一觸摸感應層60和第二觸摸感應層70共同形成一電容式觸摸感應器。據此可知，利用改變第一電極組61與第二電極組71中的導電條組成數量，以及/或是變更第一有效電極單元Tx與第二有效電極單元Rx中所連接的導電條數量，該觸摸感應器的電容感測效能及規格即可簡易地被調整。

此外，參照前述模組化觸摸玻璃板材的實施例，在電容式觸摸感應器的第一實施例與第二實施例中，該導電條的外型也可以採用鋸齒型長條狀或由複數個幾何形小面積(例如是菱形)串連成的長條狀；以及在導電條上電性搭接低電阻單元以達降低ITO導電條的面電阻率的目的。

雖然本創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習此技術者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之新型申請專利範圍所界定者為準。