觸控裝置的制作方法

本發明是有關于一種觸控裝置，且特別是有關于一種具有三維觸控偵測的觸控裝置。

背景技術：

觸控裝置為日漸普遍的人機接口裝置，當用戶觀察觸控裝置后方的屏幕中的文字或圖形而觸控對應位置時，觸控裝置會感測這些觸控訊號，并傳送到控制器進行處理，以產生對應位置的輸出信號，常見的感測方式有電阻式、電容式、紅外線式和超音波式等。例如，電容式感測系統采用電容傳感器，當用戶觸碰觸控裝置時，所觸碰位置的電容值會改變。因此，當用戶觸碰不同的位置時，感測系統就會計算出電容的改變程度，然后產生對應位置的輸出信號。

近年來，一種可用于偵測壓力大小的壓力感測裝置，因提供給用戶更多的使用體驗而受到熱捧。

現有的觸控裝置若欲整合偵測觸控位置的平面觸控感測電極層和偵測壓力大小的壓力感測電極，為避免壓力感測電極層對平面觸控感測電極層的信號串擾，同時提高壓力感測電極的靈敏度，通常會將平面觸控感測電極層和壓力感測電極層分開制作于觸控顯示設備的不同區域，但這樣的設計對使用者是不方便，且不利于三維觸控偵測。

技術實現要素：

本發明的一個目的在于提供一種三維觸控偵測的觸控裝置。

本發明的一實施方式中，觸控裝置包括一保護蓋板，用以作為該觸控裝置 的保護外蓋，其上表面供使用者施以一觸壓動作；一壓力感測電極層，設置于該保護蓋板下方，用以偵測該觸壓動作的一按壓力道；一平面觸控感測電極層，設置于該保護蓋板與該壓力感測電極層之間，用以偵測一觸壓動作的位置。

本發明的另一實施方式中，該壓力感測電極層包括至少一個放射狀感壓電極，該放射狀感壓電極具有復數個延伸部，該延伸部以該放射狀感壓電極的一中心為原點，朝外呈現一放射狀圖案，以提高該壓力感測電極層的一壓力偵測靈敏度。

本發明的另一實施方式中，該放射狀感壓電極的大小為25mm²至225mm²。

本發明的另一實施方式中，該放射狀感壓電極是由一條透明導線迂回曲折而環繞成一放射狀圖案。

本發明的另一實施方式中，該至少一個放射狀感壓電極的數量為復數個，且是由至少一條透明導線迂回曲折環繞成復數個放射狀圖案，即至少有兩個放射狀圖案是由一條透明導線迂回曲折環繞而成。

本發明的另一實施方式中，該透明導線的線寬范圍為3～500um。

本發明的另一實施方式中，該透明導線應變計因子(gage factor)大于0.5。

本發明的另一實施方式中，更包括一透明基板，且該平面觸控感測電極層與該壓力感測電極層分別設置于該透明基板相對的兩表面，其中該平面觸控感測電極層后續與該保護蓋板貼合。

本發明的另一實施方式中，該平面觸控感測電極層直接設置于保護蓋板下表面。

本發明的另一實施方式中，更包括一絕緣平坦層覆蓋該平面觸控感測電極層，而壓力感測電極層設置于該絕緣平坦層下表面。

本發明的另一實施方式中，更包括一透明基板，該壓力感測電極層設置于 該透明基板上，而該透明基板通過一光學膠與該保護蓋板貼合。

本發明的另一實施方式中，更包括一透明基板，該壓力感測電極層設置于該透明基板上，而該平面觸控感測電極層通過一光學膠與該透明基板貼合。

本發明的另一實施方式中，更包括一顯示面板，其中該壓力感測電極層設置在該顯示面板的上表面，而平面觸控感測電極層通過一光學膠與該壓力感測電極層貼合。

本發明的另一實施方式中，更包括一顯示面板，其中該顯示面板自上而下至少包括一上偏光板，一上基板，一彩色濾光片，一液晶層，一驅動層，一下基板，該壓力感測電極層內嵌于該顯示面板中。

本發明的另一實施方式中，該壓力感測電極層設置于該上偏光板與該上基板之間。

本發明的另一實施方式中，該壓力感測電極層設置于該上基板與該彩色濾光片之間。

本發明將壓力感測電極層設置于平面感測電極層之下，保證壓力感測電極層不會對平面感測電極層的信號產生影響，而特別設計壓力感測電極層的圖案以增強其感測靈敏度。

附圖說明

圖1為本發明之一實施例的一觸控裝置的示意圖。

圖2A為一作用力作用于一物體表面而引起該物體形變的截圖標意圖。

圖2B為一作用力作用于一物體表面而引起該物體形變的平面示意圖。

圖3A為本發明之一實施例的一壓力感測電極層的示意圖。

圖3B為本發明之另一實施例的一壓力感測電極層的示意圖。

圖3C為本發明之另一實施例的一壓力感測電極層的示意圖。

圖4A～5C為本發明之一實施例的一觸控裝置的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述。

本發明于提供一種觸控裝置，其包括一保護蓋板、一壓力感測電極層以及設置于該保護蓋板與該壓力感測電極層之間的一平面觸控感測電極層。詳細說明請參考本案圖示與對應說明。

圖1為本發明之一實施例的一觸控裝置的示意圖。保護蓋板11材質較佳為一強化硬質板，例如硬質塑料、強化玻璃或是三氧化二鋁，保護蓋板11用以作為該觸控裝置的保護外蓋，其上表面供使用者施以一觸壓動作。壓力感測電極層13，設置于保護蓋板11下方，用以偵測觸壓動作的按壓力道。平面觸控感測電極層12，設置于保護蓋板11與壓力感測電極層13之間，用以偵測觸壓動作的位置。在另一實施例中，更包括一絕緣介質(圖上未繪出)，設置于平面觸控感測電極層12與壓力感測電極層13之間，以避免平面觸控感測電極層12的圖案電性影響壓力感測電極層13圖案的電性。

平面觸控感測電極層12具有復數第一方向偵測電極(未顯示)和復數第二方向偵測電極(未顯示)。至少在第一及第二方向偵測電極交叉的位置需以一透明絕緣材料電性隔開，并且第一及第二方向偵測電極構成一平面感測圖案。在一可能實施例中，第一及第二方向偵測電極系設置在同一基板的同一表面上，因此，平面觸控感測電極層12可為一單層氧化銦錫(Single ITO；SITO)架構。

當使用者施加一觸壓動作于保護蓋板11的上表面時，觸壓動作的位置將造成第一與第二方向偵測電極之間的電容容值變化。因此，藉由偵測平面觸控感 測電極層12的容值變化，便可推得觸壓動作的位置，也就是觸壓動作在X方向與Y方向的變化。

壓力感測電極層13具有至少一感壓電極(未顯示)，當用戶施加一觸壓動作于保護蓋板11的上表面時，觸壓動作的力道將透過保護蓋板11及平面觸控感測電極層12，傳導至壓力感測電極層13，造成感壓電極的圖案變形，進而造成感壓電極的阻值發生變化。觸壓動作的不同力道，會造感壓電極的圖案產生不同程度的變形，進而導致感壓電極產生不同程度的阻值變化。因此，可藉由偵測壓力感測電極層13的感壓電極的阻值變化程度，便可推得觸壓動作的力道，也就是觸壓動作在Z方向的變化。

在此實施例中，平面觸控感測電極層12，設置于保護蓋板11與壓力感測電極層13之間，即壓力感測電極層13位于平面觸控感測電極層12遠離觸壓動作面(保護蓋板)的下方。因執行觸壓動作一定是先觸再壓，平面觸控感測電極層12相較于壓力感測電極層13更靠近觸壓動作面，在觸的動作產生之后就可以完成平面位置的偵測，而壓的動作進一步產生時壓力感測電極層13才會開始執行掃描，因而壓力感測電極層13設置的位置及其偵測方式都不會對平面觸控感測電極層12的信號產生影響。但因壓力感測電極層13與觸壓動作面(保護蓋板)之間至少還隔著一平面觸控感測電極層12，因此必須考慮到壓力傳導的衰減，因此必需讓壓力感測電極層13對于壓力的靈敏度提高。

請參考圖2A及圖2B物體受力后形變與作用力關系示意圖，圖2A為一作用力作用于一物體表面而引起該物體形變的截圖標意圖。圖2B為一作用作用于一物體表面而引起該物體形變的平面示意圖。從圖上可觀察到，施力處的中心，物體產生的形變最大，而往四周的形變逐漸小。從圖2B來看，使用者施力作用于一物體表面的作用力是呈現從中心點往外呈放射狀發散，力道會隨著距離中 心點的距離而衰減。

根據圖2A與圖2B的說明，本案提出的壓力感測電極層13具有一種特殊的電極形狀，使得使用者在壓力感測電極層13觸壓所造成的形變能被有效的偵測出來。

圖3A為本發明之一實施例的一壓力感測電極層的示意圖。在本實施例中，壓力感測電極層13包括至少一個放射狀感壓電極21，每一個放射狀感壓電極21都是由一條透明導線迂回曲折而環繞成一放射狀圖案。即放射狀感壓電極21是由一透明導線，以放射狀感壓電極21的中心為原點，沿一放射方向延伸出一定長度后，又迂回往原點延伸，以形成一延伸部21a,如此往復多次形成復數個延伸部21a，則復數個延伸部21a是由以放射狀感壓電極21的中心為原點，朝四周呈現一放射狀排布。

本發明利用一種會因為形變造成電阻變化的導線形成一特定形狀的感測電極，使得因形變造成的電阻變化可被有效的偵測出。本發明之一實施例中,透明導線的線寬范圍為3～500um。這種導線具有下述特性：

GF＝(ΔR/R)/(ΔL/L)

GF為應變計因子Gage Factor，R為感測電極的初始電阻值，L為感測電極的導線總長度，ΔR為感測電極的電阻值變化量，ΔL感測電極的導線的長度變化量。

在GF、初始電阻值R以及電極的導線總長度L固定的情況下，為了讓電阻變化ΔR能更有效的被偵測出，則需要讓電極的導線的長度變化量ΔL越大越好。本發明一實施例提供的放射狀感壓電極21，感測電極的導線在中心處最密集，且導線由中心處向外呈現放射狀排布，與作用力在平面方向上的傳遞方向一致，如此設計，可以讓感測電極產生盡量大的形變ΔL，使得相應的電阻變化 量ΔR足夠被測量出，進而可以根據電阻的變化量判斷對應的深度。簡單來說，透過放射狀電極21的設計，可以有效地提高壓力感測電極層13的一壓力偵測靈敏度。其中同一放射狀感壓電極21的延伸部21a的數量越多，不同放射狀感壓電極21之間排布得越密集，則對于使用者以手指或觸控筆碰觸觸控裝置時的壓力感測越靈敏。

在本實施例中，利用透明導線的長度變化造成的電阻值的電阻變化的特性進行壓力感測。透明應變計因子越大，對于使用者以手指或觸控筆碰觸觸控裝置時的壓力感測越靈敏。在本實施例中，應變計因子必須大于0.5才能得到較佳的感測結果。

根據施力物體及作用力的大小，通常會在作用物體上產生不同程度的形變范圍，以本實施例常用施力物體(電容筆或手指)以及正常施力大小(0～10N)而言，可以被感壓電極有效偵測出的形變范圍，大概會25mm²至225mm²的范圍內。因而本實施例中的至少一個放射狀感壓電極21的大小為25mm²至225mm²，在一較佳實施例中，至少一個放射狀感壓電極21的大小為100mm²，以與一正常成人手指的作用范圍相匹配。然習知技藝者當可根據施力物體和作用力大小不同而訂定不同的感應范圍。

圖3A中壓力感測電極層13包括至少一個個放射狀感壓電極21，且每一個放射狀感壓電極21分別是由單一導線所形成。而圖3B與圖3C分別為本發明之另一實施例的一壓力感測電極層的示意圖。圖3B中，壓力感測電極層13包括復數個放射狀感壓電極31，且復數個放射狀感壓電極31是由至少一條細長導線迂回曲折環繞成復數個放射狀圖案，即至少有兩個放射狀圖案31是由一條細長導線迂回曲折環繞而成。與圖3A相比，圖3B中所需要偵測電阻變化的偵測電路大為減少，也可以減少對應于觸控裝置的所有偵測電路以及控制電路的電路 布局面積。圖3C中，壓力感測電極層13包括復數個放射狀感壓電極41，且復數個放射狀感壓電極41是由一條細長導線迂回曲折環繞成復數個放射狀圖案，即所有放射狀圖案41是由一條細長導線迂回曲折環繞而成。與圖3A、圖3B相比，圖3C中所需要偵測電阻變化的偵測電路為最少，能大幅減少對應于觸控裝置的所有偵測電路以及控制電路的電路布局面積。

雖然上述實施例是以壓力感測電極層13位于平面觸控感測電極層12遠離觸壓動作面(保護蓋板)的下方來進行描述。但本發明并不以此為限，可以明確的是采用本發明提供的上述放射狀感壓電極，可以提升壓力感測電極層對于壓力感測的靈敏度。即該具有放射狀感壓電極的壓力感測電極層可以不與平面觸控感測電極層共同存在，而單獨作為一壓力感測裝置用于偵測壓力大小，且當該壓力感測電極層的應用領域無可視性的要求時，導線也不限于透明材料。

圖4A～4C為本發明之觸控裝置的其它內部示意圖。在圖4A中，觸控裝置包括一保護蓋板11、一平面觸控感測電極層12、一壓力感測電極層13以及一絕緣平坦層14。在本實施例中，平面觸控感測電極層12是直接設置于于保護蓋板11之下表面，一絕緣平坦層14覆蓋于平面觸控感測電極層12之下表面，接著在絕緣平坦層14之下設置壓力感測電極層13。由于平面觸控感測電極層12與壓力感測電極層13系設置于保護蓋板11下方，二者僅以一絕緣平坦層14電性隔開，而無需其他基板，故可節省基板材料。

絕緣平坦層14系用以平坦化平面觸控感測電極層12的圖案，并提供電性絕緣功能，以避免平面觸控感測電極層12與壓力感測電極層13電性連接。在一可能實施例中，絕緣平坦層750A的材料系為聚酰亞胺(Polyimide，PI)。

在圖4B中，觸控裝置包括一保護蓋板11、一平面觸控感測電極層12、一壓力感測電極層13，還包括一透明基板15。平面觸控感測電極層12是直接設 置于于保護蓋板11之下表面。壓力感測電極層13是直接設置于透明基板15之上。在一可能實施例中，平面觸控感測電極層12與壓力感測電極層13之間系以一光學膠相貼合。在一可能實施例中，透明基板15的材質為塑料薄膜、玻璃或三氧化二鋁，在另一可能實施例中，透明基板15系為一顯示面板，該顯示面板可能具有液晶成分(Liquid crystal)、有機發光二極管(OLED)或是電漿成分(Plasma)。

在圖4C中，觸控裝置包括一保護蓋板11、一平面觸控感測電極層12、一壓力感測電極層13，還包括一透明基板15。平面觸控感測電極層12是直接設置于于保護蓋板11之下表面。壓力感測電極層13是直接設置于透明基板15之下。在一可能實施例中，平面觸控感測電極層12與透明基板15之間系以一光學膠相貼合。

圖5A～5C系為本發明之觸控裝置的其它內部示意圖。如圖5A所示，觸控裝置包括一保護蓋板11、一平面觸控感測電極層12、一壓力感測電極層13以及一顯示面板16，其中壓力感測電極層13是整合于顯示面板16之中。在一些實施例中，平面觸控感測電極層12是直接設置于保護蓋板11之下表面，平面觸控感測電極層12與顯示面板16之間系以一光學膠相貼合。本發明并不限定顯示面板16的種類，其可能具有液晶成分(Liquid crystal)、有機發光二極管(OLED)或是電漿成分(Plasma)。

為方便說明，以下將以液晶顯示面板為例，如圖5A所示，顯示面板16自上而下包括一上偏光板(Top Polarizer)161、一上基板162、彩色濾光片163、一液晶層164、一驅動層165以及一下基板166。上偏光板(Top Polarizer)161是設置于上基板162之上，彩色濾光片163設置在上基板162之下，彩色濾光片163具有許多彩色濾波器(color filter)。驅動層165設置于下基板166之上，驅動層 165具有許多薄膜晶體管(TFT)。液晶層164設置在彩色濾光片163與驅動層165之間。

在圖5A中壓力感測電極層13是直接設置于上偏光板161之上表面。平面觸控感測電極層12與壓力感測電極層13之間系以一光學膠相貼合。

圖5B大致與圖5A結構相同，差異之處在于在圖5B中，壓力感測電極層13是設置于上偏光板161與上基板162之間。

圖5C相似圖5A，不同之處在于，圖5C的壓力感測電極層13是設置于上基板162與彩色濾光片163之間。在其它實施例中，壓力感測電極層13還可能位于于彩色濾光片163與液晶層164之間，或液晶層164與驅動層165之間，或驅動層165與下基板166之間，或下基板166之下表面。

如前所述的觸控裝置的實施例中，壓力感測電極層離使用者的操作面(也就是保護蓋板的上方)較遠，因此壓力感測電極層在偵測使用者觸控時產生的壓力變化可能比較不靈敏。為了提高壓力感測電極層的靈敏度，本發明提供了具有放射狀感壓電極圖案的壓力感測電極層的復數個實施例。圖3A～3C的壓力感測電極層都可以應用到圖4A～4C、圖5A～5C的觸控裝置中。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之范圍，即大凡依本發明申請專利范圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之范圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利范圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，并非用來限制本發明之權利范圍。