TWI450164B - Capacitive touchpad - Google Patents

Description

電容式觸控板

本發明係有關一種電容式觸控板，特別是關於一種導體與非導體皆可應用的電容式觸控板。

現有的電容式觸控板是利用多個感應器(touch sensor)來偵測物件的接觸。電容的公式為

其中，A為兩電極彼此重疊的面積，d為兩電極之間的距離，ε為兩電極之間介電層的介電常數。當導體(例如手指)接觸電容式觸控板時，會造成觸點處的感應器(touch sensor)的電容值變化，經由檢測器檢測，得到該觸點的位置。而上述之習知技術，其缺點為只能偵測人體手指或一定面積的導體所產生的電容變化，無法應用在非導體的材質。

因此，一種導體與非導體皆可應用的電容式觸控板乃為所冀。

本發明的目的，在於提出一種導體與非導體皆可應用的電容式觸控板。

根據本發明，一種電容式觸控板包含保護層，位於該保護層下方的彈性導電層，位於該彈性導電層下方的感應層，上表面具有一絕緣層，存在於該保護層及該彈性導電層之間的複數個第一絕緣凸塊，以及存在於該彈性導電層及該感應層之間的複數個第二絕緣凸塊，與該第一絕緣凸塊相互錯位，其中，該感應層與該彈性導電層形成一個電容。

根據本發明，一種電容式觸控板包含保護層，其下表面為導電極板，位於該保護層下方的彈性絕緣層，位於該彈性絕緣層下方的感應層，存在於該保護層及該彈性絕緣層之間的複數個第一絕緣凸塊，以及存在於該彈性絕緣層及該感應層之間的複數個第二絕緣凸塊，與該第一絕緣凸塊相互錯位，其中，該感應層與該導電極板形成一個電容。

根據本發明，一種電容式觸控板包含軟式感應層，其上表面具有保護膜下表面具有絕緣膜，位於該軟式感應層下方的彈性導電層，位於該彈性導電層下方的底板，存在於該軟式感應層及該彈性導電層之間的複數個第一絕緣凸塊，以及存在於該彈性導電層及該底板之間的複數個第二絕緣凸塊，與該第一絕緣凸塊相互錯位，其中，該軟式感應層與該彈性導電層形成一個電容。

根據本發明，一種電容式觸控板包含軟式感應層，其上表面具有保護膜，位於該軟式感應層下方的彈性絕緣層，位於該彈性絕緣層下方的導電層，存在於該軟式感應層及該彈性絕緣層之間的複數個第一絕緣凸塊，以及存在於該彈性絕緣層及該導電層之間的複數個第二絕緣凸塊，與該第一絕緣凸塊相互錯位，其中，該感應層與該導電層形成一個電容。

本發明提出一種電容式觸控板，無論觸碰的物件是導体還是非導體，本發明的電容式觸控板藉由兩電極之間的距離與介電係數的變化造成電容值變化，進而可偵測出與觸碰位置相對應的座標值。

圖1係本發明電容式觸控板第一實施例的剖面圖，圖2a、2b係本實施例操作時的示意圖。本實施例的電容式觸控板具有保護層10、彈性導電層12及感應層14，彈性導電層12位於保護層10與感應層14之間，感應層14上表面具有一絕緣層。一實施例中，該感應層14由印刷電路板(PCB)製成。此外，本發明的電容式觸控板還具有第一絕緣凸塊16存在於彈性導電層12與保護層10之間，第二絕緣凸塊18存在於彈性導電層12與感應層14之間，且第一絕緣凸塊16與第二絕緣凸塊18相互錯位。而彈性導電層12與保護層10、感應層14之間因絕緣凸塊16、18的存在形成許多空隙20，這些空隙20充滿流體介質。在一實施例中，空隙20填充空氣，以節省用料成本。彈性導電層12與感應層14之間將形成一個電容。當物件22接觸時，力量下壓於保護層10，會使彈性導電層12產生形變，進而擠壓空隙20中的流體介質，如圖2a、2b所示，流體介質於形變處24、26被完全排除，使得彈性導電層12與感應層14之間介質的平均介電係數產生變化。因此，彈性導電層12的形變將造成形變處24、26的彈性導電層12與感應層14之間的距離與介電係數同時發生改變，產生電容值變化，檢測器(圖中未示，也就是控制IC)便根據該電容值變化可定位出形變處24或26之位置。而在偵測電容值時，檢測器對感應層14施加第一驅動信號，例如圖3中的波形28，該彈性導電層12為接地電位，例如圖3中的波形30。另一實施例中，是對該彈性導電層12施加與該第一驅動信號反相的第二驅動信號，例如圖3中的波形32，放大偵測到的電容值信號。又一實施例中，增加施加於感應層14的第一驅動信號的振幅，例如圖3中的波形34，同樣可放大偵測到的電容值信號。

熟習電容式觸控技術者皆了解，感應層包括有許多感應器(touch sensor)，觸控板的感應層可以是利用印刷電路版製作，也可以是以薄膜製程來製造，感應器可以是金屬，也可以是銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,簡稱ITO)，關於感應層及感應器的結構、形狀及組成，為熟習觸控技術者所熟知，並且都可以適用於本發明。

圖4係本發明電容式觸控板第二實施例的剖面圖，圖5a、5b係本實施例操作時的示意圖。本實施例的電容式觸控板具有保護層36、彈性絕緣層38及感應層40，彈性絕緣層38位於保護層36與感應層40之間，該保護層40的下表面為導電極板42。此外，本發明的電容式觸控板還具有第一絕緣凸塊16存在於彈性絕緣層38與保護層36之間，第二絕緣凸塊18存在於彈性絕緣層38與感應層40之間，且第一絕緣凸塊16與第二絕緣凸塊18相互錯位。而彈性絕緣層38與保護層36、感應層40之間因絕緣凸塊16、18的存在形成許多空隙20，這些空隙20充滿流體介質。導電極板42與感應層40之間將形成一個電容。當物件22接觸時，力量下壓於保護層36，會使彈性絕緣層38產生形變，進而擠壓空隙20中的流體介質，如圖5a、5b所示，流體介質於形變處44、46被完全排除，使得導電極板42與感應層40之間介質的平均介電係數產生變化。因此，彈性絕緣層38的形變將造成形變處44、46的導電極板42與感應層40之間的距離與介電係數發生改變，產生電容值變化，檢測器(圖中未示)便根據該電容值變化可定位出形變處44或46之位置。在偵測電容值時，檢測器對感應層40施加如圖3中波形28或32的第一驅動信號，並使導電極板42為接地電位或是施加與該第一驅動信號反相的信號，如圖3中波形34。

圖6係本發明電容式觸控板第三實施例的剖面圖，圖7a、7b係本實施例操作時的示意圖。本實施例的電容式觸控板具有軟性感應層48、彈性導電層50及支撐底板52，彈性導電層50位於軟性感應層48及支撐底板52之間，該軟性感應層48的上表面具有保護膜54而下表面具有絕緣膜56。此外，本發明的電容式觸控板還具有第一絕緣凸塊16存在於彈性導電層50與軟性感應層48之間，第二絕緣凸塊18存在於彈性導電層50與支撐底板52之間，且第一絕緣凸塊16與第二絕緣凸塊18相互錯位。而彈性導電層50與軟性感應層48、支撐底板52之間因絕緣凸塊16、18的存在形成空隙20，這些空隙20充滿流體介質。彈性導電層50與軟性感應層48之間將形成一個電容。當物件22接觸時，力量下壓於軟性感應層48， 會使彈性導電層50產生形變，進而擠壓空隙20中的流體介質，如圖7a、7b所示，流體介質於形變處58、60被完全排除，使得彈性導電層50與軟性感應層48之間介質的平均介電係數產生變化。因此，彈性導電層50的形變將造成形變處58、60的彈性導電層50與軟性感應層48之間的距離與介電係數發生改變，產生電容值變化，檢測器(圖中未示)便根據該電容值變化可定位出形變處58或60之位置。在偵測電容值時，於軟性感應層48施加如圖3中波形28或32的第一驅動信號，並使彈性導電層50為接地電位或是施加與該第一驅動信號反相的第二驅動信號，如圖3中波形34。

圖8係本發明電容式觸控板第四實施例的剖面圖，圖9a、9b係本實施例操作時的示意圖。本實施例的電容式觸控板具有軟性感應層62、彈性絕緣層64及導電層66，彈性絕緣層64位於軟性感應層62及導電層66之間，該軟性感應層62的上表面具有保護膜68而下表面具有絕緣膜70。此外，本發明的電容式觸控板還具有第一絕緣凸塊16存在於彈性絕緣層64與軟性感應層62之間，第二絕緣凸塊18存在於彈性絕緣層64與導電層66之間，且第一絕緣凸塊16與第二絕緣凸塊18相互錯位。而彈性絕緣層64與軟性感應層62、導電層66之間因絕緣凸塊16、18的存在形成空隙20，這此空隙20充滿流體介質。軟性感應層62與導電層66之間將形成一個電容。當物件22接觸時，力量下壓於軟性感應層62，會使彈性絕緣層64產生形變，進而擠壓空隙20中的流體介質，如圖9a、9b所示，流體介質於形變處72、74被完全排除，使得軟性感應層62與導電層66之間介質的平均介電係數產生變化。因此，彈性絕緣層64的形變將造成形變處72、74的導電層66與軟性感應層62之間的距離與介電係數發生改變，產生電容值變化，檢測器(圖中未示)便根據該電容值變化可定位出形變處72或74之位置。在偵測電容值時，於軟性感應層62施加如圖3中波形28或32的第一驅動信號，導電層66為接地電壓或是施加與該第一驅動信號反相的第二驅動信號，如圖3中波形34。

上述之實施例，皆利用兩電極之間的距離與介電係數的改變，造成電容值變化，而電容值的變化如下式所示

若以半徑1.5mm筆頭觸碰本發明之觸控板，其中流體介質為空氣，絕緣凸塊的厚度d=0.1mm為例，代入公式2可得到電容值變化為。

圖10係上述實施例中絕緣凸塊16、18位於彈性層上下表面的立體示意圖，而本發明對於絕緣凸塊16、18的結構、形狀並無限定，只要符合存在於彈性層上下表面之絕緣凸塊形成相互錯位的條件即可，如圖11~13皆為絕緣凸塊16、18實施例的布局俯視圖。圖1及圖6的實施例中，該彈性導電層的材料則可使用具導電性的聚苯乙烯(PolyStyrene,簡稱PS)或銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,簡稱ITO)形成的薄膜，而圖4及圖8的實施例中，該彈性絕緣層的材料可使用聚對苯二甲酸乙二酯(PolyEthylene Terephthalate，簡稱PET)、玻璃纖維板(Fiberglass Reinforced Epoxy Laminates，簡稱FR4)、聚醯亞胺(Polyimide，簡稱PI，為一種含有醯亞胺基的有機高分子材料)、聚酯薄膜(Mylar)、聚碳酸酯(PolyCarbonate，簡稱PC)或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer,簡稱EVA)。而絕緣凸塊可由利用油墨印刷堆疊、雙面膠帶貼附、蝕刻或不導電鍍膜(Non Conductive Vacuum Metallization，簡稱NCVM)…等方式形成。

以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。

10．．．保護層

12．．．彈性導電層

14．．．感應層

16．．．絕緣凸塊

18．．．絕緣凸塊

20．．．空隙

22．．．物件

24．．．形變處

26．．．形變處

28．．．波形

30．．．波形

32．．．波形

34．．．波形

36．．．保護層

38．．．彈性絕緣層

40．．．感應層

42．．．導電極板

44．．．形變處

46．．．形變處

48．．．軟體感應層

50．．．彈性導電層

52．．．支撐底板

54．．．保護膜

56．．．絕緣膜

58．．．形變處

60．．．形變處

62．．．軟體感應層

64．．．彈性絕緣層

66．．．導電層

68．．．保護膜

70．．．絕緣膜

72．．．形變處

74．．．形變處

圖1係本發明電容式觸控板第一實施例的剖面圖；

圖2a、2b係圖1實施例操作時的示意圖；

圖3係施加於本發明電容式觸控板的驅動信號波形圖；

圖4係本發明電容式觸控板第二實施例的剖面圖；

圖5a、5b係圖4實施例操作時的示意圖；

圖6係本發明電容式觸控板第三實施例的剖面圖；

圖7a、7b係圖6實施例操作時的示意圖；

圖8係本發明電容式觸控板第四實施例的剖面圖；

圖9a、9b係圖8實施例操作時的示意圖；

圖10係上述實施例中絕緣凸塊位於彈性層上下表面的立體示意圖；以及

圖11~13皆為絕緣凸塊實施例的布局俯視圖。

10．．．保護層

12．．．彈性導電層

14．．．感應層

16．．．絕緣凸塊

18．．．絕緣凸塊

20．．．空隙

Claims (22)

1. 一種電容式觸控板，包含：保護層；彈性導電層，位於該保護層下方；感應層，位於該彈性導電層下方，上表面具有一絕緣層；複數個第一絕緣凸塊，其中該複數個第一絕緣凸塊呈網格狀地分布存在於該保護層及該彈性導電層之間；以及複數個第二絕緣凸塊，其中該複數個第二絕緣凸塊呈網格狀地分布存在於該彈性導電層及該感應層之間，並與該複數個第一絕緣凸塊相互錯位；其中，該感應層與該彈性導電層形成一電容，當該保護層及該彈性導電層受壓力時，會使該彈性導電層產生形變而使該彈性導電層與該感應層之間的距離產生變化，因而使該電容的電容值產生變化。
2. 如請求項1之觸控板，其中該彈性導電層的材料為具導電性的聚苯乙烯或銦錫氧化物薄膜。
3. 如請求項1之觸控板，其中該複數個第一及該複數個第二絕緣凸塊利用油墨印刷堆疊、雙面膠帶貼附、蝕刻或不導電鍍膜而形成。
4. 如請求項1之觸控板，其中該感應層為印刷電路板。
5. 如請求項1之觸控板，其中該感應層於檢測該電容時，供施加第一驅動信號。
6. 如請求項5之觸控板，其中該彈性導電層於檢測該電容時，供施加與該第一驅動信號反相的第二驅動信號，或為接地電位。
7. 一種電容式觸控板，包含：保護層，其下表面為導電極板；彈性絕緣層，位於該保護層下方；感應層，位於該彈性絕緣層下方；複數個第一絕緣凸塊，其中該複數個第一絕緣凸塊呈網格狀地分布存在於該保護層及該彈性絕緣層之間；以及複數個第二絕緣凸塊，其中該複數個第二絕緣凸塊呈網格狀地分布存在於該彈性絕緣層及該感應層之間，並與該複數個第一絕緣凸塊相互錯位；其中，該感應層與該導電極板形成一電容，當該保護層及該彈性絕緣層受壓力時，會使該彈性絕緣層產生形變而使該導電極板與該感應層之間的距離產生變化，因而使該電容的電容值產生變化。
8. 如請求項7之觸控板，其中該彈性絕緣層的材料為聚對苯二甲酸乙二酯、玻璃纖維板、聚醯亞胺、聚酯薄膜、聚碳酸酯或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
9. 如請求項7之觸控板，其中該複數個第一及該複數個第二絕緣凸塊利用油墨印刷堆疊、雙面膠帶貼附、蝕刻或不導電鍍膜而形成。
10. 如請求項7之觸控板，其中該感應層為印刷電路板。
11. 如請求項7之觸控板，其中該感應層於檢測該電容時，供施加第一驅動信號。
12. 如請求項11之觸控板，其中該導電極板於檢測該電容時，供施加與該第一驅動信號反相的第二驅動信號，或為接地電位。
13. 一種電容式觸控板，包含：軟式感應層，其上表面具有保護膜而下表面具有絕緣膜；彈性導電層，位於該軟式感應層下方；底板，位於該彈性導電層下方；複數個第一絕緣凸塊，其中該複數個第一絕緣凸塊呈網格狀地分布存在於該軟式感應層及該彈性導電層之間；以及複數個第二絕緣凸塊，其中該複數個第二絕緣凸塊呈網格狀地分布存在於該彈性導電層及該底板之間，並與該複數個第一絕緣凸塊相互錯位；其中，該軟式感應層與該彈性導電層形成一電容，當該軟式感應層及該彈性導電層受壓力時，會使該彈性導電層產生形變而使該彈性導電層與該軟式感應層之間的距離產生變化，因而使該電容的電容值產生變化。
14. 如請求項13之觸控板，其中該彈性導電層包含具導電性的聚苯乙烯或銦錫氧化物薄膜。
15. 如請求項13之觸控板，其中該複數個第一及該複數個第二絕緣凸塊利用油墨印刷堆疊、雙面膠帶貼附、蝕刻或不導電鍍膜而形成。
16. 如請求項13之觸控板，其中該軟式感應層於檢測該電容時，供施加第一驅動信號。
17. 如請求項16之觸控板，其中該彈性導電層於檢測該電容時，供施加與該第一驅動信號反相的第二驅動信號，或為接地電位。
18. 一種電容式觸控板，包含： 軟式感應層，其上表面具有保護膜；彈性絕緣層，位於該軟式感應層下方；以及導電層，位於該彈性絕緣層下方；複數個第一絕緣凸塊，其中該複數個第一絕緣凸塊呈網格狀地分布存在於該軟式感應層及該彈性絕緣層之間；以及複數個第二絕緣凸塊，其中該複數個第二絕緣凸塊呈網格狀地分布存在於該彈性絕緣層及該導電層之間，並與該複數個第一絕緣凸塊相互錯位；其中，該軟式感應層與該導電層形成一電容，當該軟式感應層及該彈性絕緣層受壓力時，會使該彈性絕緣層產生形變而使該軟式感應層與該導電層之間的距離產生變化，因而使該電容的電容值產生變化。
19. 如請求項18之觸控板，其中該彈性絕緣層的材料為聚對苯二甲酸乙二酯、玻璃纖維板、聚醯亞胺、聚酯薄膜、聚碳酸酯或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
20. 如請求項18之觸控板，其中該複數個第一及該複數個第二絕緣凸塊利用油墨印刷堆疊、雙面膠帶貼附、蝕刻或不導電鍍膜而形成。
21. 如請求項18之觸控板，其中該軟式感應層於檢測該電容時，供施加第一驅動信號。
22. 如請求項21之觸控板，其中該導電層於檢測該電容時，供施加與該第一驅動信號反相的第二驅動信號，或為接地電位。