CN106843561A - 压力感测模块以及压力触控感测显示模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压力感测模块以及压力触控感测显示模块，所述压力感测模块具有主动区以及至少部分环绕主动区的周边区。压力感测模块包括压力感测结构。压力感测结构位于周边区中且暴露主动区。压力感测结构包括第一电极、中间层以及多个第二电极。第一电极至少部分环绕主动区。第二电极至少部分环绕主动区且与第一电极重叠。中间层位于第一电极与第二电极之间。本发明可通过压力感测结构判断压力感测模块所受的压力，还可通过触控元件判断触控物所碰触的二维坐标，从而实现三维触控感测。
Description
技术领域
本发明涉及一种压力感测模块以及压力触控感测显示模块。
背景技术
触控感测模块因能提供使用者更直接且便利的操控方式，而被广泛地用于各式消费性电子产品中，如电子书、智能移动通讯装置以及平板电脑等。当使用者碰触上述电子产品的使用者界面(user interface)时，触控感测模块便依据触控物(如手指或触控笔)所碰触的二维坐标，选取对应的显示物件或执行对应的操作功能。然而，随着市场竞争越趋激烈以及穿戴式装置的出现，触控感测模块的判断维度势必被要求进一步地提升，以实现更多元的操作功能。
发明内容
本发明提供一种压力感测模块，其具有压力感测功能。
本发明提供一种压力触控感测显示模块，其可实现三维触控感测。
本发明的一种压力感测模块，其具有主动区以及至少部分环绕主动区的周边区。压力感测模块包括压力感测结构。压力感测结构位于周边区中且暴露主动区。压力感测结构包括第一电极、中间层以及多个第二电极。第一电极至少部分环绕主动区。第二电极至少部分环绕主动区且与第一电极重叠。中间层位于第一电极与第二电极之间。
本发明的一种压力触控感测显示模块，其包括显示模块、压力感测模块以及触控元件。压力感测模块位于显示模块上且具有主动区以及至少部分环绕主动区的周边区。压力感测模块包括压力感测结构。压力感测结构位于周边区中且暴露主动区。压力感测结构包括第一电极、中间层以及多个第二电极。第一电极至少部分环绕主动区。第二电极至少部分环绕主动区且与第一电极重叠。中间层位于第一电极与第二电极之间。触控元件位于主动区中。
基于上述，本发明的压力感测模块可依据压力感测结构的中间层受压所造成的电容值或电阻值的变化，判断压力感测模块所受的压力，从而实现压力感测功能；此外，也可通过压力感测结构中的第一电极、中间层以及多个第二电极来判断触控物(如手指或触控笔)所碰触的二维坐标。另外，本发明的压力触控感测显示模块除了可通过压力感测结构判断压力感测模块所受的压力(即第三维度的感测)之外，还可通过触控元件判断触控物(如手指或触控笔)所碰触的二维坐标，从而实现三维触控感测。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，幷配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A是依照本发明的第一实施例的一种压力感测模块的***示意图。
图1B是依照本发明的第一实施例的一种压力感测模块的局部剖面示意图。
图2是依照本发明的第二实施例的一种压力感测模块的局部剖面示意图。
图3是依照本发明的第三实施例的一种压力感测模块的局部剖面示意图。
图4是依照本发明的第四实施例的一种压力感测模块的上视示意图。
图5是依照本发明的第一实施例的一种压力触控感测显示模块的***示意图。
图6A至图6C分别是图5中触控元件以及盖板的第一种至第三种局部剖面示意图。
图7A是依照本发明的第二实施例的一种压力触控感测显示模块的***示意图。
图7B是依照本发明的第二实施例的一种压力触控感测显示模块的局部剖面示意图。
图8是依照本发明的第三实施例的一种压力触控感测显示模块的局部剖面示意图。
附图标号说明：
10、20、30：压力触控感测显示模块；
12：显示模块；
14、100、200、300、400：压力感测模块；
16：触控元件；
18：盖板；
110、110A、110B、U：压力感测结构；
112：第一电极；
114：中间层；
116：第二电极；
120：第一基板；
130：第二基板；
310：间隔层；
A1：主动区；
A2：周边区；
AD1：第一粘着层；
AD2：第二粘着层；
ADa、ADb：粘着层；
CL1：第一导线；
CL2：第二导线；
CL3：接地线；
E1：第一导电层；
E2：第二导电层；
G：间距；
IN：绝缘层；
O：通孔；
S：表面；
SI：内表面；
SO：外表面；
SUB、SUB1、SUB2：基板。
具体实施方式
图1A是依照本发明的第一实施例的一种压力感测模块的***示意图。图1B是依照本发明的第一实施例的一种压力感测模块的局部剖面示意图。请参照图1A及图1B，压力感测模块100具有主动区A1以及至少部分环绕主动区A1的周边区A2。主动区A1为光可穿透的区域，其例如对应显示模块(未示出)的显示区设置，以显示图像画面。周边区A2为设置线路的区域。为避免不透光的线路影响压力感测模块100的视觉效果，周边区A2可设置抗光材质的装饰层(未示出)或利用显示模块的壳体(未示出)来遮蔽不透光的线路。
主动区A1以及周边区A2的形状可视设计需求改变。举例而言，主动区A1的形状可为圆形(如图1A所示)、矩形或其他多边形，而周边区A2的形状可为环形，如圆环形，但本发明不限于此。
压力感测模块100包括压力感测结构110。压力感测结构110位于周边区A2中且暴露主动区A1。压力感测结构110包括第一电极112、中间层114以及多个第二电极116。第一电极112至少部分环绕主动区A1。第二电极116至少部分环绕主动区A1，且第二电极116与第一电极112重叠。中间层114位于第一电极112与第二电极116之间。
在本实施例中，第一电极112例如为环状电极。中间层114位于第一电极112上且覆盖第一电极112。第二电极116位于中间层114上且环绕主动区A1。第二电极116通过中间层114而与第一电极112结构上分离。第二电极116的数量为3，且各第二电极116例如为圆弧状电极，然而，第二电极116的数量及形状可依设计需求改变；另外在其他实施例中，中间层可位于第二电极116上且覆盖第二电极116，第一电极112位于中间层114上。
由于周边区A2通常会被装饰层或显示模块的壳体遮蔽，因此设置在周边区A2中的压力感测结构110中的各元件(包括第一电极112、中间层114以及第二电极116)的材料不限于透光材料。换句话说，第一电极112、中间层114以及第二电极116除了可采用透光材料之外，也可采用不透光的材料。举例而言，第一电极112以及第二电极116可采用金属、合金或由上述堆叠而成的单层或多层导电结构。或者，第一电极112以及第二电极116可采用透光导电材料，如金属氧化物，但不以此为限。
中间层114的材料也可以是透光或不透光的材料。此外，中间层114的材料例如是介电材料或是压阻式材料。当触控物按压压力感测模块100时，第二电极116与第一电极112之间的间距G会随触控物施加于压力感测模块100的作用力(压力)的大小而改变。在中间层114的材料为介电材料的架构下，间距G的改变会造成第二电极116与第一电极112之间的电容值改变，从而外部的控制电路(未示出)可依据上述电容值变异或电容值改变所造成的偏压值变异或可导通的电流值变异，来判断触控物施加于压力感测模块10的压力的大小。依据平行板电容器公式以及弹性模数(又称杨氏模数)公式可推得电容值变化量与电容值的比值会与单位面积的作用力(force)呈正比，且与弹性模数呈反比。考量到一般使用者的按压力道，本实施例的中间层114的介电常数落在2至4的范围内，且中间层114的弹性模数落在104帕斯卡至106帕斯卡的范围内，以使第二电极116与第一电极112之间的电容值变化量落在控制电路所能读取到的电容值范围内。举例而言，中间层114可以是由光学胶(OpticalClear Adhesive,OCA)固化而成，但不以此为限。另一方面，在中间层114的材料为压阻式材料的架构下，间距G的改变会造成中间层114的电阻值改变，从而外部的控制电路(未示出)可依据上述电阻值变异或电阻值改变所造成的可导通的电流值变异，来判断触控物施加于压力感测模块10的压力的相对值。由上述，压力感测模块100可依据压力感测结构110的中间层114受压所造成的电容值或电阻值的变化，判断压力感测模块100所受的压力，从而实现压力感测功能。
依据不同的需求，压力感测结构110可进一步包括其他元件。举例而言，压力感测结构110可进一步包括第一导线CL1以及多条第二导线CL2，以进行信号传输，其中第一导线CL1连接第一电极112，而第二导线CL2连接第二电极116。在本实施例中，第一导线CL1与第一电极112属于同一层。此外，第二导线CL2与第二电极116属于同一层。然而，本发明不以此为限。在其他实施例中，第一导线CL1与第一电极112可分层设置。此外，第二导线CL2与第二电极116也可分层设置。
另外，压力感测模块100可进一步包括第一基板120以及相对于第一基板120的第二基板130。在本实施例中，第一电极112以及第一导线CL1配置在第一基板120上，而第二电极116以及第二导线CL2配置在第二基板130上。中间层114例如为光学胶，且第一电极112与第二电极116通过中间层114而彼此接合。在接合后，第一电极112(以及第一导线CL1)位于第一基板120与中间层114之间，或是第一基板120位于第一电极112(以及第一导线CL1)与中间层114之间，且第二电极116(以及第二导线CL2)位于第二基板130与中间层114之间，或是第二基板130位于第二电极116(以及第二导线CL2)与中间层114之间。第一基板120以及第二基板130可皆为薄膜基板，但不以此为限，在另一实施例中，第一基板120以及第二基板130的其中一者可为盖板，而其中另一者可为显示模块的基板或是显示模块的框体。另一提的是，当触控物碰触主动区A1时，压力感测结构110中的各第二电极116与第一电极112之间也会产生对应的压力信号，且各第二电极116对应的压力信号大小会依据各第二电极116与触控坐标的远近而有所不同，从而压力感测模块100可依据各第二电极116对应的压力信号大小判断触控位置。换句话说，压力感测模块100也可判断二维触控坐标。
以下以图2至图4说明压力感测模块的其他实施型态，其中相同或相似的元件以相同或相似的标号表示，于此不再赘述。图2是依照本发明的第二实施例的一种压力感测模块的局部剖面示意图。请参照图2，压力感测模块200与压力感测模块100的主要差异在于压力感测模块200进一步包括第一粘着层AD1以及第二粘着层AD2，其中第一粘着层AD1位于第一电极112(以及第一导线CL1)与第一基板120之间，且第二粘着层AD2位于第二电极116(以及第二导线CL2)与第二基板130之间。第一粘着层AD1以及第二粘着层AD2的弹性模数分别大于109帕斯卡，以避免第一粘着层AD1以及第二粘着层AD2的其中任一者缓冲掉施加于压力感测模块200的触控压力，并使触控压力能有效地传递至压力感测结构110。
图3是依照本发明的第三实施例的一种压力感测模块的局部剖面示意图。请参照图3，压力感测模块300与压力感测模块100的主要差异在于压力感测结构110A进一步包括间隔层310。间隔层310是绝缘层，其位于第二电极层116上且具有多个通孔O。各通孔O暴露其中一第二电极116。第二导线CL2位于间隔层310上，且第二电极116与第二导线CL2通过通孔O而电性连接。通过将第二导线CL2与第二电极116分层设置，可在不变更第二电极116的宽度下，窄化周边区A2的宽度，而实现窄边框的设计。
图4是依照本发明的第四实施例的一种压力感测模块的上视示意图。请参照图4，压力感测模块400采用图3中第二导线CL2与第二电极116分层设置的设计，其中图4省略示出图3中第二基板130以及间隔层310。压力感测模块400与压力感测模块300的主要差异在于压力感测结构110B进一步包括至少一接地线CL3。接地线CL3位于中间层114(请参照图3)上，且各接地线CL3环绕主动区A1且位于第二电极116的一侧。接地线CL3的设置有助于改善静电放电(ESD)效应以及降低电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)。在本实施例中，接地线CL3的数量为2，且两条接地线CL3分别环绕在第二电极116的内侧及外侧。此外，接地线CL3与第二电极116例如属于同一层，且接地线CL3与第二导线CL2也分层设置。另外，接地线CL3与对应的第二导线CL2通过通孔O而电性连接。然而，本发明不以此为限。
图5是依照本发明的第一实施例的一种压力触控感测显示模块的***示意图。图6A至图6C分别是图5中触控元件以及盖板的第一种至第三种局部剖面示意图。请参照图5及图6A，压力触控感测显示模块10包括显示模块12、压力感测模块14以及触控元件16。显示模块12可以是任何具有显示功能的模块。举例而言，显示模块12可以是自发光显示模块或非自发光显示模块。自发光显示模块例如是有机电激发光显示模块，非自发光显示模块可包括液晶显示模块以及背光模块，但不以此为限。
压力感测模块14位于显示模块12上且具有主动区A1以及至少部分环绕主动区A1的周边区A2。压力感测模块14包括压力感测结构U。压力感测结构U位于周边区A2中且暴露主动区A1。在本实施例中，压力感测结构U采用图1A的压力感测结构110，但不以此为限。压力感测结构U也可采用图3的压力感测结构110A或图4的压力感测结构110B。此外，压力感测模块14可替换成图1至图4的压力感测模块100、200、300、400。
触控元件16位于主动区A1中，且触控元件16可进一步延伸至周边区A2中并局部覆盖周边区A2，以提升主动区A1周围的感测线性度，但不以此为限。触控元件16可以是电阻式触控元件或电容式触控元件。以电容式触控元件为例，触控元件16可以是单层触控感测结构或是双层触控感测结构。以双层触控感测结构为例，触控元件16可具有第一导电层E1、第二导电层E2以及绝缘层IN。第一导电层E1与第二导电层E2可形成相互交错的电极，以提供二维触控感测。绝缘层IN配置在第一导电层E1与第二导电层E2之间，且至少设置在电极的交错处，以使交错的电极各自维持独立的电性。
压力触控感测显示模块10可进一步包括盖板18。盖板18可以是具有高机械强度的硬质基板，如玻璃基板，以保护(如防刮)位于其下的元件。在本实施例中，触控元件16配置在盖板18面向压力感测模块14的表面S上。具体地，第二导电层E2、绝缘层IN以及第一导电层E1例如是依序堆叠于表面S上，但不以此为限。
在另一实施例中，请参照图6B，第一导电层E1可设置在基板SUB1上，而第二导电层E2可设置在盖板18的表面S上。绝缘层IN可具有粘性，以接合第一导电层E1与第二导电层E2。在又一实施例中，请参照图6C，第一导电层E1可设置在基板SUB1上，而第二导电层E2设置在基板SUB2上，其中基板SUB2通过粘着层ADa与盖板18的表面S接合，且第一导电层E1通过粘着层ADb与第二导电层E2接合。
请再参照图5，压力触控感测显示模块10还可进一步包括第一粘着层AD1以及第二粘着层AD2，其中第一粘着层AD1接合盖板18与压力感测模块14，且第二粘着层AD2接合压力感测模块14与显示模块12。第一粘着层AD1以及第二粘着层AD2的弹性模数分别大于109帕斯卡，以避免第一粘着层AD1以及第二粘着层AD2的其中任一者缓冲掉施加于压力触控感测显示模块10的触控压力，使触控压力能有效地传递至压力感测结构U。
通过触控元件16判断二维触控坐标，压力触控感测显示模块10可具有二维触控感测功能。此外，通过压力感测结构U的中间层114受压所造成的电容值或电阻值的变化，压力感测模块14可感测垂直于压力触控感测显示模块10方向(即第三维度)的压力值，因此压力触控感测显示模块10可实现三维触控感测。另一提的是，当触控物碰触主动区A1时，压力感测结构U中的各第二电极116与第一电极112之间也会产生对应的压力信号，且各第二电极116对应的压力信号大小会依据各第二电极116与触控坐标的远近而有所不同，从而压力感测模块14可依据各第二电极116对应的压力信号大小判断触控位置。换句话说，压力感测模块14可辅助判断二维触控坐标，使二维触控感测更为精准。
图7A是依照本发明的第二实施例的一种压力触控感测显示模块的***示意图。图7B是依照本发明的第二实施例的一种压力触控感测显示模块的局部剖面示意图。请参照图7A及图7B，压力触控感测显示模块20相似于压力触控感测显示模块10，且相同的元件以相同的标号表示，于此不再赘述。压力触控感测显示模块20与压力触控感测显示模块10的主要差异在于触控元件16配置在显示模块12的基板SUB上。基板SUB例如是显示模块12出射显示光束的基板。在本实施例中，触控元件16配置在基板SUB的外表面SO上，且与外表面SO接触，但不以此为限。在另一实施例中，触控元件16也可通过粘着层(未示出)而与外表面SO接合。
图8是依照本发明的第三实施例的一种压力触控感测显示模块的局部剖面示意图。请参照图8，压力触控感测显示模块30相似于压力触控感测显示模块20，且相同的元件以相同的标号表示，于此不再赘述。压力触控感测显示模块30与压力触控感测显示模块20的主要差异在于触控元件16配置在基板SUB的内表面SI上。换句话说，触控元件16与显示模块12的显示介质(未示出)位于基板SUB的同一侧。
综上所述，本发明的压力感测模块可依据压力感测结构的中间层受压所造成的电容值或电阻值的变化，判断压力感测模块所受的压力，从而实现压力感测功能。此外，本发明的压力触控感测显示模块除了可通过触控元件判断触控物(如手指或触控笔)所碰触的二维坐标之外，还可通过压力感测结构判断压力感测模块所受的压力(即第三维度的感测)，从而实现三维触控感测。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (19)
1.一种压力感测模块，具有主动区以及至少部分环绕所述主动区的周边区，所述压力感测模块包括：
压力感测结构，位于所述周边区中且暴露所述主动区，所述压力感测结构包括：
第一电极，至少部分环绕所述主动区；
多个第二电极，至少部分环绕所述主动区且与所述第一电极重叠；以及
中间层，位于所述第一电极与所述多个第二电极之间。
2.根据权利要求1所述的压力感测模块，其中所述压力感测结构还包括：
第一导线，连接所述第一电极，且所述第一导线与所述第一电极属于同一层。
3.根据权利要求1所述的压力感测模块，其中所述压力感测结构还包括：
多条第二导线，连接所述多个第二电极，且所述多个第二导线与所述多个第二电极属于同一层。
4.根据权利要求1所述的压力感测模块，其中所述压力感测结构还包括：
间隔层；以及
多条第二导线，其中所述间隔层位于所述多个第二电极以及所述多个第二导线之间且具有多个通孔，各所述通孔暴露其中一第二电极，且所述多个第二电极以及所述多个第二导线通过所述多个通孔而电性连接。
5.根据权利要求1所述的压力感测模块，其中所述压力感测结构还包括：
至少一接地线，各所述接地线环绕所述主动区且位于所述多个第二电极的一侧。
6.根据权利要求1所述的压力感测模块，还包括：
第一基板，其中所述第一电极配置在所述第一基板远离或靠近所述中间层的表面上；以及
第二基板，相对于所述第一基板，其中所述多个第二电极配置在所述第二基板远离或靠近所述中间层的表面上。
7.根据权利要求6所述的压力感测模块，还包括：
第一粘着层，位于所述第一电极与所述第一基板之间；以及
第二粘着层，位于所述多个第二电极与所述第二基板之间，其中所述第一粘着层以及所述第二粘着层的弹性模数分别大于109帕斯卡。
8.根据权利要求1所述的压力感测模块，其中所述中间层的材料是压阻式材料。
9.根据权利要求1所述的压力感测模块，其中所述中间层的材料是介电材料，所述中间层的介电常数落在2至4的范围内，且所述中间层的弹性模数落在104帕斯卡至106帕斯卡的范围内。
10.一种压力触控感测显示模块，包括：
显示模块；
压力感测模块，位于所述显示模块上且具有主动区以及至少部分环绕所述主动区的周边区，所述压力感测模块包括压力感测结构，所述压力感测结构位于所述周边区中，暴露所述主动区且包括第一电极、中间层以及多个第二电极，所述第一电极至少部分环绕所述主动区，所述多个第二电极至少部分环绕所述主动区且与所述第一电极重叠，所述中间层位于所述第一电极与所述多个第二电极之间；以及
触控元件，位于所述主动区中。
11.根据权利要求10所述的压力触控感测显示模块，其中所述压力感测结构还包括：
第一导线，连接所述第一电极，且所述第一导线与所述第一电极属于同一层。
12.根据权利要求10所述的压力触控感测显示模块，其中所述压力感测结构还包括：
多条第二导线，连接所述多个第二电极，且所述多个第二导线与所述多个第二电极属于同一层。
13.根据权利要求10所述的压力触控感测显示模块，其中所述压力感测结构还包括：
间隔层；以及
多条第二导线，其中所述间隔层位于所述多个第二电极以及所述多个第二导线之间且具有多个通孔，各所述通孔暴露其中一第二电极，且所述多个第二电极以及所述多个第二导线通过所述多个通孔而电性连接。
14.根据权利要求10所述的压力触控感测显示模块，其中所述压力感测结构还包括：
至少一接地线，各所述接地线环绕所述主动区且位于所述多个第二电极的一侧。
15.根据权利要求10所述的压力触控感测显示模块，还包括：
盖板，位于所述压力感测模块上；
第一粘着层，接合所述盖板与所述压力感测模块；以及
第二粘着层，接合所述压力感测模块与所述显示模块，其中所述第一粘着层以及所述第二粘着层的弹性模数分别大于109帕斯卡。
16.根据权利要求15所述的压力触控感测显示模块，其中所述触控元件配置在所述盖板面向所述压力感测模块的表面上。
17.根据权利要求10所述的压力触控感测显示模块，其中所述触控元件配置在所述显示模块的基板上。
18.根据权利要求10所述的压力触控感测显示模块，其中所述中间层的材料是压阻式材料。
19.根据权利要求10所述的压力触控感测显示模块，其中所述中间层的材料是介电材料，所述中间层的介电常数落在2至4的范围内，且所述中间层的弹性模数落在104帕斯卡至106帕斯卡的范围内。
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