本發(fā)明系有關(guān)于一種觸控裝置，特別是有關(guān)于一種具有三維觸控偵測的觸控裝置。

背景技術(shù)：

觸控裝置為日漸普遍的人機(jī)接口裝置，當(dāng)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(yīng)位置時(shí)，觸控裝置會(huì)感測這些觸控訊號(hào)，并傳送到控制器進(jìn)行處理，以產(chǎn)生對應(yīng)位置的輸出信號(hào)，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(tǒng)采用電容傳感器，當(dāng)用戶接觸觸控裝置時(shí)，所接觸位置的電容值會(huì)改變。因此，當(dāng)用戶接觸不同的位置時(shí)，感測系統(tǒng)就會(huì)計(jì)算出電容的改變程度，然后產(chǎn)生對應(yīng)位置的輸出信號(hào)。

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(yàn)而受到熱捧。

現(xiàn)有的觸控裝置若欲整合偵測觸控位置的平面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感測電極層的信號(hào)串?dāng)_，同時(shí)提高壓力感測電極的靈敏度，通常會(huì)將平面感測電極層和壓力感測電極層分開制作于觸控顯示設(shè)備的不同區(qū)域，但這樣的設(shè)計(jì)對使用者是不方便，且不利于三維觸控偵測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述本發(fā)明提供一種觸控裝置，包括一保護(hù)蓋板、一平面觸控感測層以及一壓力感測層。保護(hù)蓋板用以作為觸控裝置的保護(hù)外蓋，其上表面供使用者施以一觸壓動(dòng)作。平面觸控感測層包括復(fù)數(shù)第一方向偵測電極和復(fù)數(shù)第二方向偵測電極。第一及第二方向偵測電極交叉的位置以一透明絕緣材料電性隔開。第一及第二方向偵測電極構(gòu)成一平面感測圖案。壓力感測層位于保護(hù)蓋板與平面觸控感測層之間，并具有至少一壓感單元。壓感單元構(gòu)成一第一圖案。平面感測圖案及第一圖案在垂直方向上的投影重疊率小于等于平面感測圖案的面積的5％。本發(fā)明的設(shè)計(jì)在保證壓力偵測的靈敏度的前提下，可以解決壓力感測層對平面感測層的信號(hào)影響，將偵測觸控位置的平面感測電極層和偵測壓力大小的壓力感測電極整合到觸控顯示設(shè)備的相同操作區(qū)域，實(shí)現(xiàn)一次觸壓即可獲得三維偵測信號(hào)。

為讓本發(fā)明之特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下：

附圖說明

圖1、7A～7C、8A～8C為本發(fā)明之觸控裝置的內(nèi)部架構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明之平面觸控感測層的圖案示意圖。

圖3為本發(fā)明之壓力感測層的圖案示意圖。

圖4-6為本發(fā)明之平面觸控感測層與壓力感測層之間的圖案分布示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

圖1為本發(fā)明之觸控裝置的內(nèi)部架構(gòu)示意圖。在一實(shí)施例中，觸控裝置100系為一可攜式電子裝置，如電子紙或智能型手機(jī)。如圖所示，觸控裝置100包括一保護(hù)蓋板110、一壓力感測層120以及一平面觸控感測層130。在本實(shí)施例中，壓力感測層120與平面觸控感測層130分別形成在一基板150的相對兩表面上。在一實(shí)施例中，壓力感測層120與保護(hù)蓋板110之間系以光學(xué)膠貼合。保護(hù)蓋板110的材質(zhì)較佳為一強(qiáng)化硬質(zhì)板，例如硬質(zhì)塑料、強(qiáng)化玻璃或是三氧化二鋁，保護(hù)蓋板110作為觸控裝置100的保護(hù)外蓋，其上表面供使用者施以一觸壓動(dòng)作。

壓力感測層120位于保護(hù)蓋板110與平面觸控感測層130之間，并具有至少一壓感單元(未顯示)。壓感單元構(gòu)成一圖案。當(dāng)使用者施加一觸壓動(dòng)作于保護(hù)蓋板110的上表面時(shí)，觸壓動(dòng)作的力道將造成壓力感測層120的圖案變形，進(jìn)而造成壓感單元的阻值發(fā)生變化。觸壓動(dòng)作的不同力道，會(huì)造成壓力感測層120的圖案產(chǎn)生不同程度的變形，進(jìn)而導(dǎo)致壓感單元產(chǎn)生不同程度的阻值變化。因此，可藉由偵測壓力感測層120的壓感單元的阻值變化程度，便可推得觸壓動(dòng)作的力道，也就是觸壓動(dòng)作在Z方向的變化。

平面觸控感測層130具有復(fù)數(shù)第一方向偵測電極(未顯示)和復(fù)數(shù)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(gòu)成一平面感測圖案。在一實(shí)施例中，第一及第二方向偵測電極系形成在同一基板的同一表面上，因此，平面觸控感測層130可為一單層氧化銦錫(Single ITO；SITO)架構(gòu)。

當(dāng)使用者施加一觸壓動(dòng)作于保護(hù)蓋板110的上表面時(shí)，觸壓動(dòng)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層的容值變化，便可推得觸壓動(dòng)作的位置，也就是觸壓動(dòng)作在X方向與Y 方向的變化。

在本實(shí)施例中，由于平面觸控感測層130具備2D的觸控功能，再配合壓力感測層120的Z方向偵測結(jié)果，便可使觸控裝置100具備了3D觸控的功能，用以偵測觸壓動(dòng)作在三個(gè)方向上的變化。在一實(shí)施例中，基板150的材料系為塑料、玻璃或是三氧化二鋁，但并非用以限制本發(fā)明。

由于壓力感測層120位于平面觸控感測層130的上方，并且更靠近使用者的操作面，故可避免使用者所施加的觸壓動(dòng)作被其它不同的層疊結(jié)構(gòu)所消散掉，可大幅增加壓力感測層120的壓力感知能力。在本實(shí)施例中，平面觸控感測層130的平面感測圖案與壓力感測層120的圖案在垂直方向上的投影重疊率小于等于平面感測圖案的面積的5％。因此，可避免壓力感測層120對平面觸控感測層130的信號(hào)干擾。

圖2為本發(fā)明之平面觸控感測層的一圖案示意圖。如上所述，平面觸控感測層具有復(fù)數(shù)第一及第二方向偵測電極。為方便說明，圖2僅顯示部分的第一及第二方向偵測電極。在本實(shí)施例中，第一方向偵測電極XD和第二方向偵測電極YD系形成在一基板的同一表面，也就是形成在同一平面上。因此，圖2系顯示一單層氧化銦錫(Single ITO；SITO)結(jié)構(gòu)，以作為本發(fā)明的平面觸控感測層。

在本實(shí)施例中，平面感測圖案200系由復(fù)數(shù)第一方向偵測電極XD和復(fù)數(shù)第二方向偵測電極YD所構(gòu)成。如圖所示，第一方向偵測電極XD包括復(fù)數(shù)第一方向電極塊XE及復(fù)數(shù)第一連接線220。每一第一連接線220電性連接相鄰的兩個(gè)第一方向電極塊XE。每一第二方向偵測電極YD包括復(fù)數(shù)第二方向電極塊YE及復(fù)數(shù)第二連接線210。每一第二連接線210電性連接相鄰的兩個(gè)第二方向電極塊YE。

當(dāng)使用者施加一觸壓動(dòng)作時(shí)，施加位置的相對應(yīng)第一方向電極塊XE與第二方向電極塊YE之間的容值將發(fā)生變化，因而可得知觸壓動(dòng)作的發(fā)生位置。在本實(shí)施例中，第一方向電極塊XE與第二方向電極塊YE在垂直方向上的投影所構(gòu)成的圖案稱為第二圖案。在一實(shí)施例中，第二圖案與壓力感測層的圖案在垂直方向上的投影彼此不重疊。另外，第一方向電極塊XE與第二方向電極塊YE之間具有一蝕刻間隙230。在一實(shí)施例中，壓力感測層120的圖案在垂直方向上的投影系位于蝕刻間隙230中。

圖3為本發(fā)明之壓力感測層的一圖案示意圖。如上所述，壓力感測層具有至少一壓感單元。為方便說明，圖3僅顯示壓感單元311～318。在本實(shí)施例中，壓感單元311～318的每一者系由一透明導(dǎo)線迂回曲折而環(huán)繞成一輻射狀圖案。當(dāng)使用者在保護(hù)蓋板上施加一觸壓動(dòng)作時(shí)，相對應(yīng)的壓感單元的線長將發(fā)生變化(因被按壓)，進(jìn)而影響壓感單元的等效阻值。因此，當(dāng)觸壓的力道不同時(shí)，壓感單元將產(chǎn)生不同的阻值變化。

舉例而言，當(dāng)用戶觸壓的區(qū)域系相對于壓感單元311時(shí)，如果觸壓的力道較大，則壓感單元310的阻值具有較大的變化量；相反地，如果觸壓的力道較小，則壓感單元311的阻值具有較小的變化量。因此，藉由測量壓感單元311～318的阻值變化量，便可判斷出觸壓的力道。

由于壓感單元311～318的通常由相同材料制作而成，故以下僅以壓感單元311為例，說明壓感單元的材料選擇應(yīng)考慮的一個(gè)重要參數(shù)，即材料的應(yīng)變計(jì)因子(Gage Factor；GF)的計(jì)算方式。材料的應(yīng)變計(jì)因子(Gage Factor；GF)如下式所示：

GF＝(ΔR/R)/(ΔL/L)；

其中，R為導(dǎo)電材料在未被觸壓時(shí)的等效阻值，ΔR為導(dǎo)電材料被觸壓后的 阻值變化量，L為導(dǎo)電材料未被觸壓時(shí)的線長，ΔL為導(dǎo)電材料被觸壓后的線長變化量。在一實(shí)施例中，為了更好的偵測ΔR的大小，導(dǎo)電材料的應(yīng)變計(jì)因子GF系大于0.5，用以提供較佳的靈敏度。

圖4為圖2的偵測電極XE、YE與圖3的壓感單元311～318之間的關(guān)系示意圖。如圖4所示，壓感單元311～318所形成的圖案構(gòu)成一第一圖案，第一圖案在垂直方向上的投影位置并未重疊第一方向電極塊XE及第二方向電極塊YE在垂直方向上的投影位置。在本實(shí)施例中，壓感單元311～318在垂直方向上的投影位置是位于平面觸控感測層的蝕刻間隙中。在其它實(shí)施例中，壓感單元311～318的圖案與平面觸控感測層上的平面感測圖案200在垂直方向上的投影重疊率小于等于平面感測圖案200的面積的5％。

在一實(shí)施例中，藉由測量壓感單元311～318的阻值變化，便可得知觸壓力道，再藉由測量偵測第一方向電極塊XE及第二方向電極塊YE之間的容值變化，便可得知觸壓位置，結(jié)合觸壓力道及觸壓位置，便可達(dá)到3D觸控功能。

圖5及6為本發(fā)明之壓力感測層的其它圖案示意圖。在圖5中，壓感單元的數(shù)量為復(fù)數(shù)個(gè)，且復(fù)數(shù)個(gè)壓感單元中至少有兩個(gè)壓感單元如壓感單元511、512是由同一條透明導(dǎo)線迂回曲折環(huán)繞而成。在圖6中，壓感單元的數(shù)量為復(fù)數(shù)個(gè)，且復(fù)數(shù)個(gè)壓感單元均是由同一條透明導(dǎo)線迂回曲折環(huán)繞而成。與圖3相比，圖5、圖6中所需要偵測電阻變化的偵測電路更少，能大幅減少對應(yīng)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。

另外，雖然圖3、5及6揭露了不同的壓感單元的圖案，但并非用以限制本發(fā)明。在其它實(shí)施例中，可將圖3、5及6之至少一者的圖案作為一壓力感測層上的圖案。

在一實(shí)施例中，壓感單元系布滿壓力感測層的一可視區(qū)。在另一實(shí)施例中， 壓感單元并非布滿壓力感測層，而是僅形成在壓力感測層的一特定區(qū)域，如左上角或右上角。當(dāng)用戶在觸控裝置裝置的左上角(對應(yīng)壓力感測層的左上角)施加一觸壓動(dòng)作時(shí)，相對應(yīng)的壓感單元的阻值將發(fā)生變化，再根據(jù)使用者的觸壓力道做相對應(yīng)的控制，如調(diào)整音量或影像亮度。另外，由于壓力感測層較接近觸控裝置的操作面，故可大幅提高偵測的靈敏度。再者，結(jié)合壓感單元以及偵測電極，便可達(dá)到3D觸控功能。

圖7A～7C為本發(fā)明之觸控裝置的其它內(nèi)部示意圖。在圖7A中，觸控裝置700A包括一保護(hù)蓋板710A、一壓力感測層720A、一平面觸控感測層730A以及一絕緣平坦層750A。壓力感測層720A形成于保護(hù)蓋板710A之下，再形成一絕緣平坦層750A于壓力感測層720A下，接著在絕緣平坦層750A之下形成平面觸控感測層730A。由于壓力感測層720A與平面觸控感測層730A系形成于保護(hù)蓋板710A下方，二者僅以一絕緣平坦層750A電性隔開，而無需其他基板，故可節(jié)省基板材料。

絕緣平坦層750A系用以平坦化壓力感測層720A與平面觸控感測層730A的圖案，并提供電性絕緣功能，以避免壓力感測層720A的圖案電性影響平面觸控感測層730A的圖案的電性。在一實(shí)施例中，絕緣平坦層750A的材料系為聚酰亞胺(Polyimide，PI)。在其它實(shí)施例中，可利用一自動(dòng)涂布機(jī)將絕緣材料刮成平坦且均勻之薄膜。

在圖7B中，觸控裝置700B包括一保護(hù)蓋板710B、一壓力感測層720B、一平面觸控感測層730B以及一基板750B。壓力感測層720B形成于保護(hù)蓋板710B之下。平面觸控感測層730B形成于基板750B之上。在一實(shí)施例中，平面觸控感測層730B與壓力感測層720B之間系以一光學(xué)膠相貼合。在一實(shí)施例中，基板750B系為一顯示面板，該顯示面板可能具有液晶成分(Liquid crystal)、有機(jī) 發(fā)光二極管(OLED)或是電漿成分(Plasma)。

在圖7C中，觸控裝置700C包括一保護(hù)蓋板710C、一壓力感測層720C、一平面觸控感測層730C以及一基板750C。壓力感測層720C形成于保護(hù)蓋板710C之下。平面觸控感測層730C形成于基板750C之下。在一實(shí)施例中，基板750C與壓力感測層720C之間系以一光學(xué)膠相貼合。

圖8A～8C系為本發(fā)明之觸控裝置的其它內(nèi)部示意圖。如圖8A所示，觸控裝置800A包括一保護(hù)蓋板810A、一壓力感測層820A以及一整合了平面觸控感測層837A的顯示面板830A。壓力感測層820A形成在保護(hù)蓋板810A之下。在一實(shí)施例中，壓力感測層820A與顯示面板830A之間系以一光學(xué)膠相貼合。本發(fā)明并不限定顯示面板830A的種類。在一實(shí)施例中，顯示模塊110A具有液晶成分(Liquid crystal)、有機(jī)發(fā)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，如圖所示，顯示面板830A包括一上偏光板(Top Polarizer)831A、一平面觸控感測層837A、一上基板832A、彩色濾波層833A、一液晶層834A、一驅(qū)動(dòng)層835A以及一下基板836A。平面觸控感測層837A形成在上偏光板831A之下。上基板832A形成在平面觸控感測層837A之下。彩色濾波層833A形成在上基板832A之下。在一實(shí)施例中，彩色濾波層833A具有許多彩色濾波器(color filter)。液晶層834A形成在彩色濾波層833A之下。驅(qū)動(dòng)層835A形成在液晶層834A之下。在一實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)層835A具有許多薄膜晶體管(TFT)。下基板836A形成在驅(qū)動(dòng)層835A之下。

圖8B及8C相似圖8A，不同之處在于，圖8B的平面觸控感測層837B系形成上基板832B與彩色濾波層833B之間，在圖8C中，平面觸控感測層837C系形成上偏光板831C之上表面。由于圖8B與8C的其它半導(dǎo)體層之間的關(guān)系與圖8A相似，故不再述。在其它實(shí)施例中，平面觸控感測層可能形成于一彩色 濾波層與一液晶層之間，或位于一液晶層與一驅(qū)動(dòng)層之間，或位于一驅(qū)動(dòng)層與一下基板之間，或位于一下基板之下表面。

除非另作定義，在此所有詞匯(包含技術(shù)與科學(xué)詞匯)均屬本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者之一般理解。此外，除非明白表示，詞匯于一般字典中之定義應(yīng)解釋為與其相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域之文章中意義一致，而不應(yīng)解釋為理想狀態(tài)或過分正式之語態(tài)。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許之更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明之保護(hù)范圍當(dāng)視后附之申請專利范圍所界定者為準(zhǔn)。