TWI426440B - 可撓式滑動觸控裝置及其相關接觸位置判定方法 - Google Patents

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Description

可撓式滑動觸控裝置及其相關接觸位置判定方法
本發明有關於一種軟性電子技術，特別是有關於一種可撓式滑動觸控裝置及用於可撓式滑動觸控裝置之位置判定方法。
人機介面(human-machine interface)是人類與機械的溝通平台，其包括操作面板、鍵盤、開關、搖桿(rocker)、方向盤、軌跡球(track ball)及手寫板(writing board)等等。近年來，由於軟性電子(flexible electronics)成為熱門的技術之一，因而發展出各種不同軟性人機介面，例如結合觸控(touch)技術與軟性薄型材料的觸控開關(touch switch)。由於觸控開關可提供使用者更具彈性的操作介面以及多樣化的操作體驗，因而逐漸取代傳統的機械開關。
可撓式滑動觸控開關(Flexible Slide-touch switch)為其中一種類型的觸控開關，其包括上層金屬電極、下層金屬電極以及位於二金屬電極之間的感測材料。一般而言，電阻式觸控開關是透過偵測二金屬電極之間感測電阻差異來進行運作。由於電阻材料容易隨時間或環境因素而發生老化，因此觸控開關的精準度(precision)會降低。再者，在具有堆疊式結構的感測式觸控開關中，當開關受外力按壓時，上層金屬電極會直接與感測材料接觸。由於上述接觸為非歐姆接觸(non-ohmic contact)，因而使開關的靈敏度(sensitivity)降低。另外，感測材料因與電極頻繁接觸而容易發生磨損，導致開關的可靠度降低。
因此，有必要尋求一種新的觸控裝置結構，其能夠解決上述的問題。
本發明提供一種可撓式滑動觸控裝置，包括：一第一可撓式基板、一第二可撓式基板、一支撐層、一第一電極層、複數第二電極層、複數第三電極層以及一感測材料層。支撐層夾設於第一及第二可撓式基板之間，以在其間形成一間隙。第一電極層覆蓋位於間隙內的第一可撓式基板的一內表面上。第二電極層位於間隙內的第二可撓式基板的一內表面上，而第三電極層位於第二可撓式基板的一外表面上且對應於第二電極層，其中每一第三電極層電性連接至對應的第二電極層。感測材料層位於第二可撓式基板的外表面上且覆蓋第三電極層，以形成一串列感測區。
本發明提供一種用於可撓式滑動觸控裝置之接觸位置判定方法，包括：提供一可撓式滑動觸控裝置，其包括：一第一可撓式基板、一第二可撓式基板、一支撐層、一第一電極層、複數第二電極層、複數第三電極層以及一感測材料層。支撐層夾設於第一及第二可撓式基板之間，以在其間形成一間隙。第一電極層覆蓋位於間隙內的第一可撓式基板的一內表面上。第二電極層位於間隙內的第二可撓式基板的一內表面上，而第三電極層位於第二可撓式基板的一外表面上且對應於第二電極層，其中每一第三電極層電性連接至對應的第二電極層。感測材料層位於第二可撓式基板的外表面上且覆蓋第三電極層，以形成對應第三電極層的一串列感測區。將串列感測區的一第一端接地，且將串列感測區的一第二端耦接至一電源電壓。按壓第一可撓式基板，使第一電極層經由第三電極層的其中之一而與一對應的感測區電性接觸。取得電性接觸的感測區與串列感測區的第一端之間的一電壓值。依據電壓值與電源電壓的比率來判定可撓式滑動觸控裝置中對應電性接觸的感測區的一接觸位置。
本發明又提供一種用於可撓式滑動觸控裝置之接觸位置判定方法，包括：提供一可撓式滑動觸控裝置，其包括：一第一可撓式基板、一第二可撓式基板、一支撐層、一第一電極層、複數第二電極層、複數第三電極層以及一感測材料層。支撐層夾設於第一及第二可撓式基板之間，以在其間形成一間隙。第一電極層覆蓋位於間隙內的第一可撓式基板的一內表面上。第二電極層位於間隙內的第二可撓式基板的一內表面上，而第三電極層位於第二可撓式基板的一外表面上且對應於第二電極層，其中每一第三電極層電性連接至對應的第二電極層。感測材料層位於第二可撓式基板的外表面上且覆蓋第三電極層，以形成對應第三電極層的一串列感測區。將串列感測區的一第一端經由一參考電阻而接地。將串列感測區的一第二端耦接至一電源電壓，以在第一端取得一第一電壓值。自串列感測區的一第二端移除電源電壓。將第一電極層耦接至電源電壓並按壓第一可撓式基板，使第一電極層經由第三電極層的其中之一而與一對應的感測區電性接觸，以在第一端取得一第二電壓值。依據第一電壓值、第二電壓值及電源電壓來判定可撓式滑動觸控裝置中對應電性接觸的感測區的一接觸位置。
以下說明本發明實施例之製作與使用。然而，可輕易了解本發明所提供的實施例僅用於說明以特定方法製作及使用本發明，並非用以侷限本發明的範圍。
請參照第1E圖，其繪示出根據本發明實施例之可撓式滑動觸控裝置300剖面示意圖。可撓式滑動觸控裝置300，例如一可撓式處控開關，包括：一第一可撓式基板100及與其相對設置的一第二可撓式基板200。在本實施例中，第一可撓式基板100位於第二可撓式基板200上方。再者，一支撐層104夾設於第一可撓式基板100與第二可撓式基板200之間，以在其間形成一間隙g。
一第一電極層102覆蓋位於間隙g內的第一可撓式基板100的一表面100a上，以形成一連續電極區。複數第二電極層202位於間隙g內的第二可撓式基板200的一表面200a上，以形成一不連續電極區。第一電極層102透過間隙g而與第二電極層202隔開。此處，第二電極層202係作為開關的多重接觸點，使可撓式滑動觸控裝置300能夠藉由多重接觸點來進行多階調控(multi-level regulation)。在一實施例中，第二電極層202可排列成線形，以提供使用者進行滑動觸控操作。在其他實施例中，第二電極層可排列成弧形、環形或波形。
複數第三電極層204位於第二可撓式基板200的一表面200b上且對應於不連續電極區(即，對應於第二電極層202)。每一第三電極層204電性連接至對應的第二電極層202。另外，一第四電極層206及一第五電極層208位於第二可撓式基板200的一表面200b上且位於不連續電極區外側。
在本實施例中，第二可撓式基板200內具有複數導通孔(through substrate via,TSV)201，其大抵對準於第二電極層202及第三電極層204。每一導通孔201由一貫穿孔(through hole)以及貫穿孔內壁的導電材料(未繪示)所構成，用以電性連接每一第二電極層202與對應的第三電極層204。需注意的是第四電極層206及第五電極層208則未透過任何導通孔201與第二電極層202連接。
一感測材料層210，具有多階特性，例如材料特性(如電阻值)與壓力具有一對應關係，舉例來說可為電阻材料、壓電材料等，位於第二可撓式基板200的外表面200b上，且對應於不連續電極區而覆蓋第三電極層204，以形成對應第三電極層204的一串列感測區。未被感測材料層210覆蓋的第四電極層206及第五電極層208則耦接至感測材料層210的兩端。
第1A至1E圖係繪示出根據本發明實施例之可撓式滑動觸控裝置300之製造方法剖面示意圖。請參照第1A圖，提供一第一可撓式基板100，其表面100a具有由一第一電極層102所構成的連續電極區。在本實施例中，第一可撓式基板100及第一電極層102可由印刷板(printed board)所製造而成。接著，在連續電極區外側的第一可撓式基板100的表面100a上形成一支撐層104，其突出於第一電極層102表面，如第1B圖所示。在一實施例中，支撐層104具有阻隔功能，使上下兩層絕緣。
請參照第1C圖，提供一第二可撓式基板200，其表面200a具有由複數第二電極層202所構成的不連續電極區，而其表面200b具有對應於不連續電極區的複數第三電極層204以及位於不連續電極區外側的第四電極層206及第五電極層208。第二電極層202可排列成線形、弧形、環形或波形。再者，第二可撓式基板200具有複數導通孔201，且每一導通孔201對應於一第二電極層202及一第三電極層204，用以作為二電極202及204之間的電性連接。在本實施例中，第二可撓式基板200、第二電極層202、第三電極層204、第四電極層206及第五電極層208可由印刷板(printed board)所製造而成。
請參照第1D圖，可藉由印刷方式，於第二可撓式基板200的表面200b上印製一感測材料層210。需說明的是，製作此感測材料層210之方式亦可為濺鍍方式(sputtering)或蒸鍍方式(evaporation)。在本實施例中，感測材料層210對應於不連續電極區而覆蓋第三電極層204，以形成對應第三電極層204的一串列感測區。在一實施例中，第二可撓式基板200的表面200b上位於不連續電極區外側的第四電極層206及第五電極層208分別耦接至感測材料層210的兩端。
請參照第1E圖，將第一可撓式基板100上的支撐層104黏著貼合於第二可撓式基板200的表面200a，以在第一可撓式基板100與第二可撓式基板200之間形成一間隙g。如此一來，便完成本實施例之可撓式滑動觸控裝置300之製作。
根據上述實施例，當可撓式滑動觸控裝置300受外力按壓時，第一電極層102係與第二電極層202直接接觸而構成歐姆接觸。相較於傳統電阻式觸控開關，可增加可撓式滑動觸控裝置300的靈敏度。同樣地，由於可撓式滑動觸控裝置300係透過第二電極層202而與第一電極層102接觸，因此可避免感測材料層210發生磨損，進而提升可撓式滑動觸控裝置300的可靠度。另外，由第二電極層202所形成的多重接觸點，使可撓式滑動觸控裝置300能夠藉由準確判定接觸位置來進行多階調控。
請參照第2及3圖，其中第2圖係繪示出根據本發明實施例之用於可撓式滑動觸控裝置之接觸位置判定方法流程圖，而第3圖係繪示出第1E圖中可撓式滑動觸控裝置300之等效電路圖。首先，進行步驟S10，提供一可撓式滑動觸控裝置300，其具有由感測材料層210所構成的串列感測區。由感測材料層210所構成的串列感測區包括對應於每一第三電極層204(如第1E圖所示)的複數個感測區(sensing segment)R1 、R2 、R3 、R4 、R5 、R6 至Rn (如第3圖所示)。
接下來，進行步驟S12，將串列感測區的第一端耦接至第四電極層206並接地。再者，將串列感測區的第二端耦接至第五電極層208並耦接至一電源電壓Vcc。
接下來，進行步驟S14，按壓第1E圖中第一可撓式基板100使第一電極層102與第二電極層202的其中之一電性接觸並經由對應的第三電極層204而與感測材料層210中一對應的感測區電性接觸。舉例而言，第一電極層102與對應於感測區R4 的第二電極層202電性接觸(如第3圖所示)。之後，取得接觸第一電極層102的感測區R4 與第四電極層206(即，串列感測區的第一端)之間的一電壓值Vout。
接下來，進行步驟S16，判定可撓式滑動觸控裝置300中對應電性接觸的感測區(例如，感測區R4 )的一接觸位置P。在本實施例中，接觸位置P可表示為(R4 +R5 +R6 +...+Rn )/RT ，其中RT 為串列感測區的總電阻(即，RT =R1 +R2 +R3 +R4 +R5 +R6 +...+Rn )。由第3圖的等效電路圖可知，電壓值Vout與電源電壓Vcc的比率(即，Vout/Vcc)可表示為(R4 +R5 +R6 +...+Rn )/RT 。因此，依據電壓值Vout與電源電壓Vcc的比率(即，Vout/Vcc)可判定接觸位置P。
根據上述實施例，當感測材料層210發生老化時，電壓值Vout與電源電壓Vcc的比率可表示為(R4 +R5 +R6 +...+Rn )×A(t)/(RT ×A(t))，其中A(t)為老化因素(aging factor)，其相同於感測材料層210未發生老化時電壓值Vout與電源電壓Vcc的比率(即，(R4 +R5 +R6 +...+Rn )/RT )。也就是說，電壓值Vout與電源電壓Vcc的比率不會因感測材料層210發生老化而改變。因此，當使用者在操作可撓式滑動觸控裝置300時，可依據電壓值Vout與電源電壓Vcc的比率來精確判定可撓式滑動觸控裝置300中的接觸位置。
請參照第4及5圖，其中第4圖係繪示出根據本發明另一實施例之用於可撓式滑動觸控裝置之接觸位置判定方法流程圖，而第5圖係繪示出第1E圖中可撓式滑動觸控裝置300之等效電路圖。首先，進行步驟S20，提供一可撓式滑動觸控裝置300，其具有由感測材料層210所構成的串列感測區。由感測材料層210所構成的串列感測區包括對應於每一第三電極層204(如第1E圖所示)的複數感測區R1 、R2 、R3 、R4 、R5 、R6 至Rn (如第5圖所示)。
接下來，進行步驟S22，將串列感測區的第一端耦接至第四電極層206並經由一參考電阻RR 而接地。
接下來，進行步驟S24，將串列感測區的第二端耦接至第五電極層208並耦接至一電源電壓Vcc。之後，在串列感測區的第一端取得一第一電壓值V1(即，在參考電阻RR 上的跨壓)。
接下來，進行步驟S26，自串列感測區的第二端移除電源電壓Vcc。接著，將第一電極層102耦接至一電源電壓Vcc並按壓第1E圖中第一可撓式基板100使第一電極層102與第二電極層202的其中之一電性接觸並經由對應的第三電極層204而與感測材料層210中一對應的感測區電性接觸。舉例而言，第一電極層102與對應於感測區R4 的第二電極層202電性接觸(如第5圖所示)。之後，在串列感測區的第一端取得一第二電壓值V2(即，在參考電阻RR 上的跨壓)。
接下來，進行步驟S28，判定可撓式滑動觸控裝置300中對應電性接觸的感測區(例如，感測區R4 )的一接觸位置P。在本實施例中，接觸位置P可表示為(R4 +R5 +R6 +...+Rn )/RT 。由第5圖的等效電路圖可知，總電阻RT 可表示為(Vcc-V1)×RR /V1。再者，感測區R4 至串列感測區的第一端的電阻(即，R4 +R5 +R6 +...+Rn )可表示為(Vcc-V2)×RR /V2。因此，接觸位置P可進一步表示為V1(Vcc-V2)/V2(Vcc-V1)。亦即，依據第一電壓值V1、第二電壓值V2及該電源電壓Vcc可判定接觸位置P。
根據上述實施例，當感測材料層210發生老化時，接觸位置P可表示為(R4 +R5 +R6 +...+Rn )×A(t)/(RT ×A(t))。也就是說，當感測材料層210發生老化時，接觸位置P仍可表示為V1(Vcc-V2)/V2(Vcc-V1)。因此，當使用者在操作可撓式滑動觸控裝置300時，可依據第一電壓值V1、第二電壓值V2及該電源電壓Vcc來精確判定可撓式滑動觸控裝置300中的接觸位置。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動與潤飾，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。
100．．．第一可撓式基板
100a、200a、200b．．．表面
102．．．第一電極層
104．．．支撐層
200．．．第二可撓式基板
201．．．導通孔
202．．．第二電極層
204．．．第三電極層
206．．．第四電極層
208．．．第五電極層
210．．．感測材料層
300．．．可撓式滑動觸控裝置
g．．．間隙
P．．．接觸位置
R1 、R2 、R3 、R4 、R5 、R6 、Rn ．．．感測區
RR ．．．參考電阻
S10、S12、S14、S16、S20、S22、S24、S26、S28．．．步驟
第1A至1E圖係繪示出根據本發明實施例之可撓式滑動觸控裝置300之製造方法剖面示意圖。
第2圖係繪示出根據本發明實施例之用於可撓式滑動觸控裝置之接觸位置判定方法流程圖。
第3圖係繪示出第1E圖中可撓式滑動觸控裝置300之等效電路圖。
第4圖係繪示出根據本發明另一實施例之用於可撓式滑動觸控裝置之接觸位置判定方法流程圖。
第5圖係繪示出第1E圖中可撓式滑動觸控裝置300之等效電路圖。
100．．．第一可撓式基板
100a、200a、200b．．．表面
102．．．第一電極層
104．．．支撐層
200．．．第二可撓式基板
201．．．導通孔
202．．．第二電極層
204．．．第三電極層
206．．．第四電極層
208．．．第五電極層
210．．．感測材料層
300．．．可撓式滑動觸控裝置
g．．．間隙

Claims (10)

  1. 一種可撓式滑動觸控裝置，包括：一第一可撓式基板及一第二可撓式基板；一支撐層，夾設於該第一及該第二可撓式基板之間，以在其間形成一間隙；一第一電極層，覆蓋位於該間隙內的該第一可撓式基板的一內表面上；複數第二電極層，位於該間隙內的該第二可撓式基板的一內表面上；複數第三電極層，位於該第二可撓式基板的一外表面上且對應於該等第二電極層，其中每一第三電極層電性連接至該對應的第二電極層；以及一感測材料層，位於該第二可撓式基板的該外表面上且覆蓋該等第三電極層，以形成一串列感測區。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之可撓式滑動觸控裝置，更包括一第四電極層及一第五電極層對應耦接至該串列感測區的兩端。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之可撓式滑動觸控裝置，其中該第四及該第五電極層位於該第二可撓式基板的該外表面上且未被該感測材料層覆蓋。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之可撓式滑動觸控裝置，其中該第二可撓式基板內具有複數導通孔，以電性連接每一第二電極層與該對應的第三電極層。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之可撓式滑動觸控裝置，其中該等第二電極層排列成線形、弧形、環形或波形。
  6. 一種用於可撓式滑動觸控裝置之接觸位置判定方法，包括：提供一可撓式滑動觸控裝置，其包括：一第一可撓式基板及一第二可撓式基板；一支撐層，夾設於該第一及該第二可撓式基板之間，以在其間形成一間隙；一第一電極層，覆蓋位於該間隙內的該第一可撓式基板的一內表面上；複數第二電極層，位於該間隙內的該第二可撓式基板的一內表面上；複數第三電極層，位於該第二可撓式基板的一外表面上且對應於該等第二電極層，其中每一第三電極層電性連接至該對應的第二電極層；以及一感測材料層，位於該第二可撓式基板的該外表面上且覆蓋該等第三電極層，以形成對應於該等第三電極層的一串列感測區；將該串列感測區的一第一端接地，且將該串列感測區的一第二端耦接至一電源電壓；按壓該第一可撓式基板，使該第一電極層經由該等第三電極層的其中之一而與一對應的感測區電性接觸；取得該電性接觸的感測區與該串列感測區的該第一端之間的一電壓值；以及依據該電壓值與該電源電壓的比率來判定該可撓式滑動觸控裝置中對應該電性接觸的感測區的一接觸位置。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之可撓式滑動觸控裝置之接觸位置判定方法，其中該可撓式滑動觸控裝置更包括一第四電極層及一第五電極層對應耦接至該串列感測區的該第一端及該第二端。
  8. 一種用於可撓式滑動觸控裝置之接觸位置判定方法，包括：提供一可撓式滑動觸控裝置，其包括：一第一可撓式基板及一第二可撓式基板；一支撐層，夾設於該第一及該第二可撓式基板之間，以在其間形成一間隙；一第一電極層，覆蓋位於該間隙內的該第一可撓式基板的一內表面上；複數第二電極層，位於該間隙內的該第二可撓式基板的一內表面上；複數第三電極層，位於該第二可撓式基板的一外表面上且對應於該等第二電極層，其中每一第三電極層電性連接至該對應的第二電極層；以及一感測材料層，位於該第二可撓式基板的該外表面上且覆蓋該等第三電極層，以形成對應於該等第三電極層的一串列感測區；將該串列感測區的一第一端經由一參考電阻而接地；將該串列感測區的一第二端耦接至一電源電壓，以在該第一端取得一第一電壓值；自該串列感測區的該第二端移除該電源電壓；將該第一電極層耦接至該電源電壓並按壓該第一可撓式基板，使該第一電極層經由該等第三電極層的其中之一而與一對應的感測區電性接觸，以在該第一端取得一第二電壓值；以及依據該第一電壓值、該第二電壓值及該電源電壓來判定該可撓式滑動觸控裝置中對應該電性接觸的感測區的一接觸位置。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之可撓式滑動觸控裝置之接觸位置判定方法，其中該可撓式滑動觸控裝置更包括一第四電極層及一第五電極層對應耦接至該串列感測區的該第一端及該第二端。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之可撓式滑動觸控裝置之接觸位置判定方法，其中該接觸位置、該第一電壓值、該第二電壓值及該電源電壓的關係如下：P=V1(Vcc-V2)/V2(Vcc-V1)，其中P為接觸位置、V1為第一電壓值，而V2為第二電壓值。
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