TW201606586A - 觸控電極結構及應用其的觸控面板 - Google Patents

Abstract

一種觸控電極結構，其界定出複數位置單元。觸控電極結構包含彼此電性絕緣的電極，且每一電極包含子電極。子電極彼此電性絕緣，且每一子電極包含相互電性連接的子電極單元。每一位置單元由兩個分別屬於不同子電極的子電極單元定義，且每一電極中之位置單元中的子電極單元所屬的子電極種類組合不相同。

Description

觸控電極結構及應用其的觸控面板

本發明是有關於一種觸控技術，特別是一種觸控電極結構及應用其的觸控面板。

在現今消費性電子產品市場，結合觸控功能於顯示器已成為攜帶式電子產品主流發展之趨勢。觸控面板(touch panel)已應用於多種電子產品，例如智慧型手機、行動電話、平板電腦及筆記型電腦。由於使用者可直接透過螢幕上顯示的物件進行操作與下達指令，因此觸控面板提供了使用者與電子產品之間的人性化操作介面。

觸控面板一般包含一觸控區域以及圍繞在觸控區域四周的周邊區域，觸控區域用於產生一感應訊號，而在該周邊區域內則設置有複數個周邊引線，用於將該感應訊號傳遞至訊號處理器進行運算，藉此可確定觸碰位置的座標。

就一般電極結構設計而言，請參照第1圖，其繪示先前技術中一習知觸控面板100的觸控電極結構示意圖。如第1圖所示，觸控面板100的觸控區域102上形成有觸 控電極圖案104，觸控電極圖案104係包含複數條橫向電極104a與複數條縱向電極104b，每一條橫向電極104a與每一條縱向電極104b皆分別由複數個電極單元104c連接而成。對此設計而言，由於為了避免橫向電極104a與縱向電極104b相交，電極圖案104上會使用跨線(jumper)106連接橫向電極104a，並且使用絕緣層108來防止橫向電極104a與縱向電極104b有接觸。

然而，如要在觸控面板上製作跨線與絕緣層，其通常須使用多道微影製程來完成製作，其製程繁複。再者，只要其中的一個跨線出問題，如發生跨線斷裂或是靜電放電等問題，整條電極即告失效。故此，目前業界仍需要對觸控面板習用的觸控電極圖形加以改良，以期能減少製作工序，並提升良率。

本發明提供一種觸控電極結構，其結構中不須設置跨線與絕緣層即可使各電極電性獨立，並同時達到簡化製程步驟暨提升良率之功效。

本發明一實施方式提供一種觸控電極結構，其界定出位置單元。觸控電極結構包含彼此電性絕緣的電極，且每一電極包含子電極。子電極彼此電性絕緣，且每一子電極包含相互電性連接的子電極單元。每一位置單元由兩個分別屬於不同子電極的子電極單元定義，且每一電極中之位置單元中的子電極單元所屬的子電極種類組合不相同。

本發明一實施方式提供一種觸控面板。觸控面板包含基板以及設置於基板上的觸控電極結構。

本發明之觸控電極結構中，因為各位置單元所對應子電極中的子電極單元組合不同，故可賦予各位置單元獨特且唯一的識別性，也即各位置單元唯一對應不同子電極中子電極單元的組合，以達到判定觸碰位置的功效。

100‧‧‧觸控面板

102‧‧‧觸控區域

104‧‧‧觸控電極圖案

104a‧‧‧橫向電極

104b‧‧‧縱向電極

104c‧‧‧電極單元

106‧‧‧跨線

108‧‧‧絕緣層

200‧‧‧觸控面板

208‧‧‧觸控電極結構

204‧‧‧彩色濾光片

206‧‧‧偏光片

210‧‧‧電極

212,212a~212h‧‧‧子電極

214,214a~214c‧‧‧位置單元

216,216a~216i‧‧‧子電極單元

218‧‧‧走線

220a~220b‧‧‧電極區間

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

第1圖繪示先前技術中一習知觸控面板的觸控電極結構示意圖。

第2圖為依照本發明觸控面板一實施例的上視示意圖。

第3A圖為依照本發明觸控面板判定觸控位置一實施例的上視示意圖。

第3B圖為依照本發明觸控面板判定觸控位置另一實施例的上視示意圖。

第4圖為依照本發明觸控面板另一實施例的上視示意圖。

第5圖為依照本發明觸控面板中的電極區域一實施例的上視示意圖。

第6A圖為依照本發明觸控面板之一實施例的側視示意圖。

第6B圖為依照本發明觸控面板之另一實施例的側視示意圖。

以下將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在了解本發明之較佳實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。

本發明之觸控面板中具有多個作為偵測單位的位置單元，且其所對應的子電極單元種類的排列組合不同，因此，系統可以從各子電極的感測信號改變來作為觸碰位置的判定。

請參照第2圖，第2圖為依照本發明觸控面板一實施例的上視示意圖。本發明的觸控面板200包含基板202以及電極210，其中多條彼此電性絕緣的電極210設置於基板202上並構成觸控電極結構。

基板202用以承載並保護設置在其上的元件，此外，基板202還可為一蓋板(cover glass)，其相對於設置有電極的另一面可作為使用者的觸碰面。

基板202可為硬材質或可撓材質透明絕緣材料，例如強化玻璃(強化蓋板)、藍寶石玻璃、聚醯亞胺(PI)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)等。

電極210沿著第一方向D1延伸，且彼此平行排列。 電極210可使用透明的導電材料，如氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、奈米碳管(CNT)、奈米銀(Nano Silver)等材質，在基板202上採用印製、微影蝕刻或雷射蝕刻等方式而成。

根據本發明一實施例，單一條電極210由數條子電極212所構成，且各子電極212彼此電性絕緣，如本圖中所示的六條子電極212a~212f。

每一個子電極212皆包含子電極單元216。以子電極212e為例，其由三個子電極單元216a~216c沿著第一方向D1電性連接而成。子電極單元216a~216c連接方式可採用透明或不透明的導線連接，導線可採用與子電極單元216a~216c相同的透明導電材料，亦可採用金屬包括銅、鉬、鋁等。另外，每一個子電極212皆設置有走線218，其中子電極212通過走線218連接至控制器(未繪示)。

基板202上界定有多個位置單元214，每個位置單元214即代表該觸控面板所能達到的最小感應單位，所有的位置單元214可以陣列排列方式共同組成觸控面板200的觸控區域。

每個位置單元214由兩個子電極單元216定義。而更重要地，每個位置單元214所涵蓋或對應的兩個子電極單元216種類及其組合不同，其分別是由屬於不同子電極212中的子電極單元216排列組合而成，此部分的細節將在下文以圖中所示的三個不同位置單元214a，214b，214c為例作說明。

請注意由於每個位置單元214是由兩個子電極單元216定義，也就是每個位置單元214範圍內有兩個子電極單元216。因此本文中之「涵蓋」，其表示的意思為位置單元214範圍內所具有的子電極單元216。

於位置單元214a中，位置單元214a涵蓋了兩個不同的子電極單元216d以及216g，其中子電極單元216d屬於子電極212b以及子電極單元216g屬於子電極212a。

於位置單元214b中，位置單元214b涵蓋了兩個不同的子電極單元216e以及216h，其中子電極單元216e屬於子電極212b以及子電極單元216h屬於子電極212c。

於位置單元214c中，位置單元214c涵蓋了兩個不同的子電極單元216f以及216i，其中子電極單元216f屬於子電極212c以及子電極單元216i屬於子電極212a。

除此之外，於位置單元214中，其分別涵蓋的子電極單元216為沿著第二方向D2排列，其中第二方向D2與第一方向D1垂直。

根據本發明一實施例，每一個子電極單元216具有三條沿第一方向D1互相平行且電性連接的電極圖案，且其中任意兩個電極圖案間具有開口，如第2圖所示，每一子電極單元216為類似梳子狀。而於每一個位置單元214中，其所涵蓋的兩個子電極單元216分別以電極圖案相互置入對應的開口中。例如，以位置單元214a為例，子電極單元216d的電極圖案位於子電極單元216g的開口內，而子電極單元216g的電極圖案位於子電極單元216d的開口內。因 此，位置單元214a的面積等於其所對應的子電極單元216d以及216h之面積總和。

透過此配置，子電極單元216間能以較大面積產生互電容(耦合電容)，也因此觸控面板200具有較好的靈敏性。然而，應了解到，以上所舉之子電極單元216的電極圖案僅為例示，而非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，可依實際需要，彈性選擇子電極單元216的電極圖案形狀。例如本實施例為矩形，其也可為三角形或其他幾何圖案。

在本發明中，因為各位置單元214所對應子電極212中的子電極單元216組合不同，故此設計將可賦予各位置單元214獨特且唯一的識別性，也即各位置單元214唯一對應不同子電極中的子電極單元的組合，以達到判定觸碰位置的功效。關於達到判定觸碰位置的功效，以下將配合圖示作說明。

請參照第3A圖，第3A圖為依照本發明觸控面板判定觸控位置一實施例的上視示意圖。舉例而言，在實作中，當使用者用手指或其它觸控物體觸碰或靠近基板上的位置單元214c時，位置單元214c處的電訊號(例如互電容引起的電壓或電流)會發生改變。由於位置單元214c涵蓋了子電極212c的子電極單元216f以及子電極212a的子電極單元216i，故此電訊號的改變會導致子電極212a以及212c間的掃描輸出感測訊號產生改變。

而另一方面來說，其他子電極212輸出的感測訊號 則不會受到任何影響，或者說其發生的改變與子電極212a以及212c間感測訊號所產生的改變相比很小，而子電極212a及212c的種類組合僅對應到唯一一個位置單元214c。故此，系統可從特定子電極212輸出的感測訊號受到改變或由定義改變量大小來判定觸碰位置。

第3A圖中，當系統同步地輸入驅動訊號至子電極212a時，亦即以子電極212a作為輸入端(Tx)，再分別掃描子電極212c以及212e，亦即以子電極212c以及212e作為接收端(Rx)。若偵測到其中兩個子電極212輸出的感測訊號發生了改變，此即代表觸碰位置所對應的位置單元214是發生在同時且剛好在此兩個子電極212分別所具有的兩個子電極單元216。

請看到第3B圖，其中第3B圖為依照本發明觸控面板判定觸控位置另一實施例的上視示意圖。同前述偵測方式，然而本實施例中，子電極212b、212d以及212f可以作為輸入端(Tx)，而子電極212c以及212e可以作為作為接收端(Rx)，並進行輸入訊號以及掃描，以進行觸碰位置的偵測。相反地，也可以將子電極212c以及212e作為輸入端(Tx)，而子電極212b、212d以及212f作為接收端(Rx)以進行觸碰位置的偵測。

故此，以上述本發明之觸碰判定機制，只要各位置單元214所涵蓋對應的子電極單元216種類的排列組合不同，系統就可以從各子電極212感測信號的改變來判定觸碰是發生在哪個位置單元214。

請回到第2圖，以第2圖所示單條電極210由六個子電極212a~212f所組成為例，子電極212的形式大致可分為三種。第一種為子電極212a：子電極212a的子電極單元216具有排列規則，亦即子電極212a的子電極單元216以兩個位置單元214作為排列週期。第二種為子電極212b以及212f：子電極212b以及212f分別位於電極210的首位(圖中最左)以及末位(圖中最右)且具有兩個子電極單元216。第三種為子電極212c~212e：子電極212c~212e分別具有三個子電極單元216。

如因發明需求之故，使得電極210需要使用更多的位置單元214，則增加組成電極210的第三種子電極212(第2圖中212c~212e)將可以增加排列組合的數量。相對地，第一種子電極212(第2圖中212a)也對應電極210長度延長，並仍維持相同排列規則。而首位以及末位也仍設置為第二種子電極212(如第2圖中212b以及212f)。

除此之外，本發明之觸控面板200利用不同子電極212之子電極單元216的排列組合方式以對應觸碰各位置單元214，與每一觸碰位置單元需要單獨接出走線並連接至控制器的方式相比，本發明之觸控面板200可減少與控制器連接的走線218數量，從而可減少引線佔用的周邊區域的面積，有利於觸控面板窄邊框的設計。

本實施例中，觸控面板200採單邊出線，亦即子電極212的走線218皆沿同一方向出線，然而，本發明之觸控面板200也能採雙邊出線方式，以下將配圖示作說明。

請參照第4圖，第4圖為依照本發明觸控面板另一實施例的上視示意圖。本發明的觸控面板200包含基板202以及電極210，其中基板202上界定有多個位置單元214，且多條彼此電性絕緣的電極210設置於基板202上。

電極210沿著第一方向D1延伸，且彼此平行排列。單一條電極210由數條子電極212所構成，各子電極212彼此電性絕緣。

每一個子電極212皆包含子電極單元216以及走線218，其中部分子電極212的走線218沿一方向出線，而另一部分子電極212的走線218沿另一方向出線。以本圖為例，子電極212的走線218分別往基板202兩側出線。

每個位置單元214由兩個子電極單元216定義，同前所述，每個位置單元214所涵蓋或對應的子電極單元216種類及其組合不同，其分別是由屬於不同子電極212中的子電極單元216組合而成。

在本實施例中，因為同一條電極210中各位置單元214對應的子電極212中的子電極單元216的排列組合仍不同，故各位置單元214仍可維持獨特、唯一的識別性，也即各位置單元214唯一對應一種不同子電極212中的子電極單元216的組合，以達到判定觸碰位置的功效。而關於各位置單元214對應子電極212中的子電極單元216的排列組合以及各位置單元214的觸碰偵測方式已詳述於前一實施例中，在此不再贅述。

於第4圖中，單條電極210由八個子電極212所組 成，其中子電極212的形式大致可分為四種。第一種為子電極212a：子電極212a的子電極單元216具有排列規則，亦即子電極212a的子電極單元216以兩個位置單元214作為排列週期。第二種為子電極212b以及212h：子電極212b以及212h分別位於電極210的首位以及末位且具有兩個子電極單元216。第三種為子電極212e：子電極212e具有三個子電極單元216，且大致位於電極210的中間。第四種為子電極212c~212g：子電極212c~212g分別位於首位的子電極212b和子電極212e之間以及末位的子電極212h和子電極212e之間，其分別具有三個子電極單元216。

本圖以電極210中間的子電極212e為基準，子電極212e以及位於子電極212e右側的子電極212，其走線218往右側出線。相反地，位於子電極212e左側的子電極212，其走線218往左側出線。因此，於電極210的雙邊出線中，向右側出線與向左側出線的走線218比例大致為1：1。

然而，應了解到，以上所舉之以子電極212e為基準僅為例示，而非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，可依實際需要，彈性選擇作為基準的子電極212，以設置子電極212的走線218之雙邊出線比例或出線方向。

另外，如因發明需求之故，使得電極210列需要增設更多的位置單元214，則增加組成電極210的第四種子電極212(第4圖中212c~212g)將可以增加排列組合的數量。相對地，第一種子電極212(第4圖中212f)也對應電極 210長度作延長，並仍維持相同排列規則。而首位以及末位也仍設置為第二種子電極212(如第4圖中212b以及212h)。

本發明之觸控面板200利用不同子電極212之子電極單元216的排列組合方式以對應觸碰各位置單元214，與每一觸碰位置單元需要單獨接出走線並連接至控制器的方式相比，本發明之觸控面板200除了可減少與控制器連接的走線218數量，從而可減少引線佔用的周邊區域的面積以及有利於觸控面板200窄邊框的設計外，更因為透過電極210的雙邊出線，能更有效利用基板202的空間使用率。

從上述的實施例說明可以了解到，在本發明中，單列電極210所包含對應的位置單元214數量可由組成電極210的子電極212數目來決定。而增加組成的子電極212數目即可增加位置單元214的數量，以對應不同尺寸的面板。

本發明所提供的觸控電極結構及觸控面板200中，由於各電極210以及各子電極212彼此不相交，故電路設計中不須如一般作法般使用跨線來連接同一電極210的子電極212，僅使用單層的導電層就可以圖形化完成整個觸控電極結構。這樣的電路設計結構簡單，所須的製程步驟較少，且可靠性佳，並減少常會發生的跨線斷裂以及靜電放電等問題。

另一方面，請參照第5圖，第5圖為依照本發明觸控面板中的電極區域一實施例的上視示意圖。在實作中， 觸控面板200為了因應較大尺寸的面板設計，基板202上可以界定出兩個電極區間220a-220b來分別設置兩個觸控電極結構，於本實施例中，兩個觸控電極結構中的電極210分別具有不同的延伸方向。舉例而言之，設置在電極區間220a中的電極210為往第一方向D1延伸，設置在電極區間220b中的電極210則往第二方向D2延伸，其中第二方向D2與第一方向D1垂直。

根據本發明一實施例，上述設計將可有效減少每條電極210所界定的位置單元214數目，避免需要用到太多子電極210進而增加電路設計的複雜度，且不同延伸方向的電極210也可以增加基板202的空間使用率。須注意本發明中的電極210延伸方向並不限於圖中所示的水平與垂直兩種方向，其亦有可能與基板202週緣呈斜角設置。

本發明之觸控面板由於為單層式結構，因此觸控電極結構也可以與彩色濾光層作結合，如第6A圖以及第6B圖所示。第6A圖為依照本發明觸控面板之一實施例的側視示意圖。第6B圖為依照本發明觸控面板之另一實施例的側視示意圖。

觸控面板200的基板可為彩色濾光片(color filter；CF)或偏光片(polarizer)。於第6A圖中，觸控電極結構208位於彩色濾光片204以及偏光片206之間。而於第6B圖中，彩色濾光片204位於觸控電極結構208以及偏光片206之間。也就是說觸控電極結構208可直接製作於彩色濾光片204或偏光片206上，並再透過結合彩色濾 光片204和偏光片206完成觸控面板200，如此，可將觸控電極結構整合至顯示裝置內部，實現觸控顯示一體輕薄化的裝置。

綜上所述，本發明之觸控電極結構中，因為各位置單元所對應子電極中的子電極單元組合不同，故可賦予各位置單元獨特且唯一的識別性，也即各位置單元唯一對應不同子電極中子電極單元的組合，以達到判定觸碰位置的功效。

因此，於此設置中，減少了電極與控制器連接的走線數量，從而可減少引線佔用的周邊區域的面積以及有利於觸控面板窄邊框的設計。此外，更因為透過電極的可設計成雙邊出線，其能更有效利用基板的空間使用率。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

200‧‧‧觸控面板

202‧‧‧基板

210‧‧‧電極

212,212a~212f‧‧‧子電極

214,214a~214c‧‧‧位置單元

216,216a~216i‧‧‧子電極單元

218‧‧‧走線

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

Claims (12)

1. 一種觸控電極結構，其界定出複數位置單元，該觸控電極結構包含：彼此電性絕緣的複數電極，其中每一該些電極包含複數子電極，該些子電極彼此電性絕緣，每一該些子電極包含複數個相互電性連接的子電極單元，其中每一該些位置單元由兩個分別屬於不同該些子電極的該些子電極單元定義，且每一該些電極中之該些位置單元中的該些子電極單元所屬的該些子電極種類組合不相同。
2. 如請求項1所述之觸控電極結構，其中每一該些電極與每一該些電極所包含的該些子電極均沿一第一方向延伸。
3. 如請求項2所述之觸控電極結構，其中每一該些位置單元中的該些子電極單元沿著一第二方向排列，且該第二方向與該第一方向垂直。
4. 如請求項1所述之觸控電極結構，更包含複數個電極區間，其中每一該些電極區間涵蓋部份該些電極，且不同的該些電極區間中的該些電極往不同的方向延伸。
5. 如請求項1所述之觸控電極結構，其中該些電極彼此相互平行。
6. 如請求項1所述之觸控電極結構，其中該些子電極彼此不相交。
7. 如請求項1所述之觸控電極結構，其中每一該些位置單元面積等於每一該些位置單元中所對應的該些子電極單元面積總和。
8. 一種觸控面板，包含：一基板，其上界定有複數位置單元；以及至少一如請求項1-7任一項之觸控電極結構，其中該觸控電極結構設置於該基板上。
9. 如請求項8所述之觸控面板，其中該些觸控電極結構數量為兩個，並分別位於該基板之不同區域，且兩個該些觸控電極結構所包含的該些電極分別具有不同的延伸方向。
10. 如請求項8所述之觸控面板，其中該基板為一強化蓋板。
11. 如請求項8所述之觸控面板，其中該基板為一彩色濾光片，該觸控電極結構設置於一偏光片和該彩色濾光片之間，或該彩色濾光片設置於一偏光片與該觸控電極結 構之間。
12. 如請求項8所述之觸控面板，其中該基板為一偏光片。