TWI478033B - 電容式觸控面板的電容結構 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種觸控面板的元件結構，且特別是有關於一種電容式觸控面板的電容結構。
隨著觸控面板(touch panel)的技術發展，觸控面板已經廣泛應用電子裝置的螢幕，例如手機、筆記型電腦或平板電腦。觸控面板可以讓使用者更方便的進行輸入或操作的動作，讓其使用者介面更為人性化與方便。
一般而言，根據觸控面板的構造和感測形式的不同可區分為：電阻式觸控面板、電容式觸控面板、音波式觸控面板、光學式觸控面板、電磁式觸控面板。就電容式觸控面板而言，其電極結構包括多個接收電極以及多個驅動電極。在實際應用上，驅動電極係用以接收面板控制器所輸入的驅動訊號，以驅動觸控面板對使用者的觸碰進行感測。接收電極係用以產生對應於使用者觸碰的感應訊號。然而，現有之電容式觸控面板只接受使用者直接觸碰的觸發方式，無法利用遠端或非碰觸的方式來操作。
此外，就光學式觸控面板而言，其可利用遠端或非碰觸的方式來操作，惟現有的光學式觸控面板多採用內嵌式架構，即直接將光感應器埋設於薄膜電晶體面板或彩色濾光面板之上，此種架構會佔去一定的畫素面積並影響面板的開口率。
本發明提供一種電容式觸控面板的電容結構，此電容式觸控面板同時兼具電容式觸控與光學式觸控的功能。
本發明提供一種電容式觸控面板的電容結構，包括一第一電極層、一第一材料層、一第二材料層以及一第二電極層。第一材料層配置於第一電極層上，其材料係選自一半導體材料及一絕緣材料兩者其中之一。第二材料層配置於第一材料層上，其材料係選自半導體材料及絕緣材料兩者其中之另一。第二電極層配置於第二材料層上。
在本發明之一實施例中，上述之第二材料層的材料係選自半導體材料。配置於第二材料層之上的第二電極層在一第一方向上的一寬度小於第二材料層在第一方向上的一寬度。
在本發明之一實施例中，上述之第二電極層在第一方向上排列。
在本發明之一實施例中，上述之第一材料層的材料係選自半導體材料。配置於第一材料層之下的第一電極層在一第二方向上的一寬度小於第一材料層在第二方向上的一寬度。
在本發明之一實施例中，上述之第一電極層在第二方向上排列。
在本發明之一實施例中，上述之半導體材料為一金屬氧化物半導體。
在本發明之一實施例中，在一照光期間，材料選自半
導體材料的第一材料層或第二材料層的一空乏區電容係根據電容結構的偏壓來產生。
在本發明之一實施例中，在照光期間，一光源提供光線至電容結構。光源的一閃爍頻率大於一臨界頻率。
在本發明之一實施例中，上述之第一電極層與第二電極層用以接收一交流訊號，以操作在一週期性極性反轉模式。
基於上述，在本發明之實施例中，觸控面板的半導體材料層可兼具光觸發與指觸發的觸碰控制，因此本揭露之電容式觸控面板同時兼具電容式觸控與光學式觸控的功能。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本揭露之電容式觸控面板近似於傳統電容式觸控面板的硬體架構，至少可同時實現電容式觸控及光學式觸控的雙重功能。與傳統電容式觸控面板相較，本揭露之電容式觸控面板更多了一層半導體層，而製程上並不會有太大的差異。半導體層的材料的選擇只需考慮其透明性，能隙大於或略小於可見光之光子能量皆可。在光學式觸控操作時，交流訊號可直接由觸控面板上產生亦或加諸於所接收的光線之中。當半導體層吸收來自觸控面板或環境的光線時，經訊號調製過的光線將有助於觸控面板的判讀。為更
清楚地瞭解本發明，以下將配合圖式及一實施例來詳細說明。
圖1繪示本發明一實施例之電容式觸控面板的電極結構的俯視示意圖。請參考圖1，圖1繪示一組3x4電極的電容式觸碰面板100。此電容式觸控面板100可分成兩個區域，分別為包括多個驅動電極110的驅動區以及多個接收電極120的接收區。在驅動區內，同一行X1至X3上係以4個四邊形的驅動電極110來例示說明。在接收區內，同一列Y1至Y4上係以3個四邊形的接收電極120來例示說明。惟應注意者係，此處的行、列僅是參考附加圖式的陣列方向來定義，所使用的行列用語是用來說明並非用來限制本發明。
圖2繪示圖1實施例之電容式觸控面板的電容結構的剖面示意圖。請參考圖1及圖2，本實施例之電容式觸控面板100包括多個交錯相連的電容結構200，其剖面示意圖如圖2所示。此電容結構200作為電容式觸控面板100的一部分而配置於液晶顯示面板300上，並與之協同工作來執行觸控感測功能。
具體而言，本實施例之電容結構200包括一第一電極層110、一第一材料層130、一第二材料層140以及一第二電極層150。第一材料層130配置於第一電極層110上，其材料係選自一半導體材料及一絕緣材料兩者其中之一。第二材料層140配置於第一材料層130上，其材料係選自半導體材料及絕緣材料兩者其中之另一。第二電極層120
配置於第二材料層140上。在此實施例中，第一材料層130之材料為絕緣材料，第二材料層140之材料為半導體材料。此處的半導體材料包括金屬氧化物半導體，例如氧化銦鎵鋅(Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO)或氧化鉿銦鋅(Hafnium Indium Zinc Oxide，HIZO)，但本發明並不加以限制。在另一實施例中，第一材料層130之材料可選自半導體材料，此時第二材料層140之材料即選自絕緣材料。換句話說，本揭露的概念及精神其中之一即在於兩電極層之間除了配置有絕緣層之外，更包括半導體層，因此，絕緣層與半導體層在兩電極層之間的堆疊順序並不用以限制本發明，且不同的堆疊順序並不影響觸控面板的電容結構的電氣特性。另外，在本實施例中，第一電極層110及第二電極層150例如是具透明特性的銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)半導體，但本發明並不加以限制。
底下以第二材料層140為半導體層為例進一步闡述本揭露之操作原理。在本實施例中，電容結構200中的第二材料層140在適當的偏壓條件下會形成空乏區，此空乏區在某些交流頻率下如同絕緣層。也就是說，根據實際應用需求，施加適當的偏壓可使第二材料層140產生空乏區電容Cs，此時電容結構200的整體電容值為絕緣層電容Cox與空乏區電容Cs的串聯組合。此外，第二材料層140的另一個特色是可以吸收可見光(visible light)或紫外光(ultraviolet，UV)之光子而產生電子-電洞對(electron-hole pair)。電子跟電洞會在空乏區內被電場分離而產生新的電
場並且拉平第二材料層140的能帶結構。也就是說，照光將可消除第二材料層140的空乏區，從而消除空乏區電容Cs。在本實施例中，電容結構200的整體電容值照光前後將可差一個空乏區電容Cs。當電容結構200中之第二材料層140的材料係選自具有透明性之金屬氧化物半導體IGZO時，有空乏區(Cox與Cs串聯)跟無空乏區(只有Cox)之電容結構200，其整體電容值的差異可達4倍，因此，本實施例之電容結構200可提供足夠的電容值變化來供觸控面板100進行判別之用。
圖3繪示本發明另一實施例之電容式觸控面板的電容結構的立體示意圖。圖4繪示圖3實施例之電容式觸控面板的電極結構的俯視示意圖。請參考圖3及圖4，本實施例之電容結構400包括一第一電極層410、一第一材料層430、一第二材料層440以及一第二電極層420，各結構層之間的堆疊關係如圖3所示，在此不再贅述。在本實施例中，第二材料層440為半導體層，其在第一方向D1上排列，第一材料層430為絕緣層，其在第二方向D2上排列。為了圖式簡潔起見，圖3僅繪示一個第一材料層430，其在第二方向D2上排列之概念可由第二材料層440第一方向D1上的排列方式類推之。
在本實施例中，觸控面板100的各電容結構400是由第一電極層410與第二電極層420夾持第二材料層440與第一材料層430所形成。與第二材料層440接觸的第二電極層420並不需要與第二材料層440整面接觸。也就是說，
配置於第二材料層440之上的第二電極層420在第一方向D1上的寬度W1小於第二材料層440在第一方向D1上的寬度W2。但本發明並不限於此，在其他實施例中，第二電極層420也可與第二材料層440整面接觸，即此時寬度W1等於寬度W2。在寬度W1小於寬度W2的實施態樣中，具有半導體態的金屬氧化物較易被製作。
在另一實施例中，也可以是第一材料層430的材料選自半導體材料，而第二材料層440的材料選自絕緣材料。在此種實施態樣中，配置於第一材料層430之下的第一電極層410在第二方向D2上的寬度小於第一材料層430在第二方向D2上的寬度，其概念可由第二電極層420與第二材料層440之間的關係類推之，在此不再贅述。
一般而言，半導體層與絕緣層之間的介面容易捕捉電子或電洞，其介面的物理現象類似於以金屬氧化物半導體所製作的金氧半電晶體之半導體層與絕緣層之間的介面物理現象。此種金氧半電晶體的臨界電壓(threshold voltage)會根據其被施加的電場狀態而有所不同。此外，此種金氧半電晶體的結構在照光前後，其臨界電壓的大小也會有所改變。也就是說，當光照移除之後，半導體層的空乏區不一定會回復到照光前的寬度。因此，至少為了避免此種照光前後空乏區寬度不一致的現象，可在金氧半電晶體的閘極與源極之間施加正向偏壓，此可有效加大臨界電壓，以回復空乏區的寬度，使半導體層在照光前後空乏區寬度一致。
因此，在圖3的實施例中，第一電極層410與第二電極層420接收一交流訊號，以操作在一週期性極性反轉模式，如圖5所示。此處的交流訊號是指當第一電極層410被施加正偏壓+V時，第二電極層420被施加負偏壓-V。反之，當第一電極層410被施加負偏壓-V時，第二電極層420被施加正偏壓+V。因此，在週期性極性反轉模式下，第二材料層440的空乏區的寬度可被維持，因此空乏區的寬度不會因為照光前後有所改變。從空乏區電容Cs的觀點來看，有照光跟沒照光時的差異在於有照光時，空乏區電容Cs的週期性變化消失，如圖6所示。
在本發明之實施例中，為了避免觸控面板100在光學式觸控模式下對非觸發光線進行誤判，可對觸發觸控面板100的光源進行訊號上的調製，以避免其誤判。具體而言，本實施例之空乏區電容Cs對非觸發光線的反應較敏感，此處的非觸發光線例如是來自觸控面板或環境的光線。本實施例對光源訊號的調製方法例如是調製光源使其具有一大於臨界值的閃爍頻率f，從而提供對應的光線來照射觸控面板的電容結構。此一概念可示意如圖7，其繪示本發明一實施例之半導體層的空乏區電容Cs因照光而產生位移電流的概要示意圖。在圖7中，空乏區電容Cs受具有閃爍頻率f的光線Ls所照射，其閃爍頻率f大於觸發光學控制的臨界頻率值。因此，空乏區電容Cs可據此產生同樣頻率的位移電流Is供觸控面板100讀取，以避免觸控面板100在光學式觸控模式下對非觸發光線進行誤判。
綜上所述，本發明之實施例中至少具有以下其中一個優點，電容式觸控面板包括一半導體材料層可兼具光觸發與指觸發的觸碰控制。並且，觸控面板的兩電極間的電壓可週期性反轉來維持空乏區電容的大小。另外，在光學式觸控模式下，觸發光線可被調製成具有特定頻率以增加觸控面板的訊號判斷能力。因此本發明之實施例揭露之電容式觸控面板同時兼具電容式觸控與光學式觸控的功能。
雖然本發明已以實施例揭露如上，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，當可作些許之更動與潤飾，故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‧‧‧電容式觸碰面板
110‧‧‧驅動電極、第一電極層
120‧‧‧接收電極、第二電極層
130、430‧‧‧第一材料層
140、440‧‧‧第二材料層
410‧‧‧第一電極層
420‧‧‧第二電極層
200‧‧‧電容結構
300‧‧‧液晶顯示面板
X1、X2、X3‧‧‧行
Y1、Y2、Y3、Y4‧‧‧列
Cs‧‧‧空乏區電容
Cox‧‧‧絕緣層電容
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
W1‧‧‧第二電極層在第一方向上的寬度
W2‧‧‧第二材料層在第一方向上的寬度
Is‧‧‧位移電流
Ls‧‧‧光線
圖1繪示本發明一實施例之電容式觸控面板的電極結構的俯視示意圖。
圖2繪示圖1實施例之電容式觸控面板的電容結構的剖面示意圖。
圖3繪示本發明另一實施例之電容式觸控面板的電容結構的立體示意圖。
圖4繪示圖3實施例之電容式觸控面板的電極結構的俯視示意圖。
圖5繪示本發明一實施例之第一電極層與第二電極層操作在週期性極性反轉模式的概要示意圖。
圖6繪示本發明一實施例之空乏區電容在有照光時其
週期性變化消失的概要示意圖。
圖7繪示本發明一實施例之半導體層的空乏區電容因照光而產生位移電流的概要示意圖。
410‧‧‧第一電極層
420‧‧‧第二電極層
430‧‧‧第一材料層
440‧‧‧第二材料層
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
W1‧‧‧第二電極層在第一方向上的寬度
W2‧‧‧第二材料層在第一方向上的寬度
Claims (9)
- 一種電容式觸控面板的電容結構，包括：一第一電極層；一第一材料層，配置於該第一電極層上，其材料係選自一半導體材料及一絕緣材料兩者其中之一；一第二材料層，配置於該第一材料層上，其材料係選自該半導體材料及該絕緣材料兩者其中之另一；以及一第二電極層，配置於該第二材料層上。
- 如申請專利範圍第1項所述之電容結構，其中該第二材料層的材料係選自該半導體材料，配置於該第二材料層之上的該第二電極層在一第一方向上的一寬度小於該第二材料層在該第一方向上的一寬度。
- 如申請專利範圍第2項所述之電容結構，其中該第二電極層在該第一方向上排列。
- 如申請專利範圍第1項所述之電容結構，其中該第一材料層的材料係選自該半導體材料，配置於該第一材料層之下的該第一電極層在一第二方向上的一寬度小於該第一材料層在該第二方向上的一寬度。
- 如申請專利範圍第4項所述之電容結構，其中該第一電極層在該第二方向上排列。
- 如申請專利範圍第1項所述之電容結構，其中該半導體材料為一金屬氧化物半導體。
- 如申請專利範圍第1項所述之電容結構，其中在一照光期間，材料選自該半導體材料的該第一材料層或該第 二材料層的一空乏區電容係根據該電容結構的一偏壓來產生。
- 如申請專利範圍第7項所述之電容結構，其中在該照光期間，一光源提供一光線至該電容結構，該光源的一閃爍頻率大於一臨界頻率。
- 如申請專利範圍第1項所述之電容結構，其中該第一電極層與該第二電極層用以接收一交流訊號，以操作在一週期性極性反轉模式。
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