电容式触控面板的电容结构的制作方法
【专利摘要】本发明是有关于一种电容式触控面板的电容结构，包括第一电极层、第一材料层、第二材料层以及第二电极层。第一材料层配置于第一电极层上，其材料选自半导体材料及绝缘材料两者其中之一。第二材料层配置于第一材料层上，其材料选自半导体材料及绝缘材料两者其中的另一种。第二电极层配置于第二材料层上。
【专利说明】电容式触控面板的电容结构
【技术领域】
[0001]本发明有关于一种触控面板的元件结构，特别是有关于一种电容式触控面板的电容结构。
【背景技术】
[0002]随着触控面板(touch panel)的技术发展，触控面板已经广泛应用到电子装置的荧幕，例如手机、笔记型电脑或平板电脑。触控面板可以让使用者更方便的进行输入或操作的动作，让其使用者介面更为人性化与方便。
[0003]一般而言，根据触控面板的构造和感测形式的不同可区分为:电阻式触控面板、电容式触控面板、音波式触控面板、光学式触控面板、电磁式触控面板。就电容式触控面板而言，其电极结构包括多个接收电极以及多个驱动电极。在实际应用上，驱动电极用以接收面板控制器所输入的驱动信号，以驱动触控面板对使用者的触碰进行感测。接收电极用以产生对应于使用者触碰的感应信号。然而，现有的电容式触控面板只接受使用者直接触碰的触发方式，无法利用远端或非碰触的方式来操作。
[0004]此外，就光学式触控面板而言，其可利用远端或非碰触的方式来操作，只是现有的光学式触控面板多采用内嵌式架构，即直接将光感应器埋设于薄膜晶体管面板或彩色滤光面板之上，此种架构会占去一定的像素面积并影响面板的开口率。
[0005]由此可见，上述现有的触控面板在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种电容式触控面板的电容结构，此电容式触控面板同时兼具电容式触控与光学式触控的功能。
[0007]本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本发明提供一种电容式触控面板的电容结构，包括第一电极层、第一材料层、第二材料层以及第二电极层。第一材料层配置于第一电极层上，其材料选自半导体材料及绝缘材料两者其中之一。第二材料层配置于第一材料层上，其材料选自半导体材料及绝缘材料两者其中的另一种。第二电极层配置于第二材料层上。
[0008]本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0009]较佳的，前述的电容式触控面板的电容结构，其中该第二材料层的材料选自半导体材料，配置于第二材料层之上的第二电极层在第一方向上的宽度小于第二材料层在第一方向上的宽度。
[0010]较佳的，前述的电容式触控面板的电容结构，其中该第二电极层在第一方向上排列。[0011 ] 较佳的，前述的电容式触控面板的电容结构，其中该第一材料层的材料选自半导体材料，配置于第一材料层之下的第一电极层在第二方向上的宽度小于第一材料层在第二方向上的宽度。
[0012]较佳的，前述的电容式触控面板的电容结构，其中该第一电极层在第二方向上排列。
[0013]较佳的，前述的电容式触控面板的电容结构，其中该半导体材料为金属氧化物半导体。
[0014]较佳的，前述的电容式触控面板的电容结构，其中在光照期间，材料选自半导体材料的第一材料层或第二材料层的空乏区电容根据电容结构的偏压来产生。
[0015]较佳的，前述的电容式触控面板的电容结构，其中在光照期间，光源提供光线至电容结构，光源的闪烁频率大于临界频率。
[0016]较佳的，前述的电容式触控面板的电容结构，其中该第一电极层与第二电极层用以接收交流信号，以操作在周期性极性反转模式。
[0017]借由上述技术方案，本发明电容式触控面板的电容结构至少具有下列优点及有益效果:触控面板的半导体材料层可兼具光触发与指触发的触碰控制，因此本发明揭露的电容式触控面板同时兼具电容式触控与光学式触控的功能。
[0018]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】`
[0019]图1绘示本发明实施例的电容式触控面板的电容结构的俯视示意图。
[0020]图2绘示图1实施例的电容式触控面板的电容结构的剖面示意图。
[0021]图3绘示本发明另一个实施例的电容式触控面板的电容结构的立体示意图。
[0022]图4绘示图3实施例的电容式触控面板的电容结构的俯视示意图。
[0023]图5绘示本发明实施例的第一电极层与第二电极层操作在周期性极性反转模式的概要示意图。
[0024]图6绘示本发明实施例的空乏区电容在有光照时其周期性变化消失的概要示意图。
[0025]图7绘示本发明实施例的半导体层的空乏区电容因光照而产生位移电流的概要示意图。
[0026]【主要元件符号说明】
[0027]100:电容式触碰面板
[0028]110:驱动电极、第一电极层
[0029]120:接收电极、第二电极层
[0030]130,430:第一材料层
[0031]140、440:第二材料层
[0032]410:第一电极层420:第二电极层
[0033]200:电容结构300:液晶显示面板[0034]X1、X2、X3:行
[0035]Y1、Y2、Y3、Y4:列
[0036]Cs:空乏区电容Cox:绝缘层电容
[0037]Dl:第一方向D2:第二方向
[0038]Wl:第二电极层在第一方向上的宽度
[0039]W2:第二材料层在第一方向上的宽度
[0040]Is:位移电流Ls:光线
【具体实施方式】
[0041]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种电容式触控面板的电容结构的【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如后。
[0042]本发明揭露的电容式触控面板近似于传统电容式触控面板的硬件架构，至少可同时实现电容式触控及光学式触控的双重功能。与传统电容式触控面板相较，本发明揭露的电容式触控面板更多了一层半导体层，而工艺上并不会有太大的差异。半导体层的材料的选择只需考虑其透明性，能隙大于或略小于可见光的光子能量皆可。在光学式触控操作时，交流信号可直接由触控面板上产生亦或加诸于所接收的光线之中。当半导体层吸收来自触控面板或环境的光线时，经信号调制过的光线将有助于触控面板的判读。为更清楚地了解本发明，以下将配合图式及实施例来详细说明。
[0043]图1绘示本发明实施例的电容式触控面板的电容结构的俯视示意图。请参考图1，图1绘示一组3x4电极的电容式触碰面板100。此电容式触控面板100可分成两个区域，分别为包括多个驱动电极110的驱动区以及多个接收电极120的接收区。在驱动区内，同一行Xl至X3上是以四个四边形的驱动电极110来例示说明。在接收区内，同一列Yl至Y4上是以三个四边形的接收电极120来例示说明。惟应注意的是，此处的行、列仅是参考附加图式的阵列方向来定义，所使用的行列用语是用来说明并非用来限制本发明。
[0044]图2绘示图1实施例的电容式触控面板的电容结构的剖面示意图。请参考图1及图2，本实施例的电容式触控面板100包括多个交错相连的电容结构200，其剖面示意图如图2所示。此电容结构200作为电容式触控面板100的一部分而配置于液晶显示面板300上，并与之协同工作来执行触控感测功能。
[0045]具体而言，本实施例的电容结构200包括第一电极层110、第一材料层130、第二材料层140以及第二电极层120。第一材料层130配置于第一电极层110上，其材料选自半导体材料及绝缘材料两者其中之一。第二材料层140配置于第一材料层130上，其材料选自半导体材料及绝缘材料两者其中的另一种。第二电极层120配置于第二材料层140上。在此实施例中，第一材料层130的材料为绝缘材料，第二材料层140的材料为半导体材料。此处的半导体材料包括金属氧化物半导体，例如氧化铟镓锌(Indium Gallium Zinc Oxide,IGZO)或氧化铪铟锌(Hafnium Indium Zinc Oxide, HIZO),但本发明并不加以限制。在另一个实施例中，第一材料层130的材料可选自半导体材料,此时第二材料层140的材料即选自绝缘材料。换句话说，本发明揭露的概念在于两个电极层之间除了配置有绝缘层之外，更包括半导体层，因此，绝缘层与半导体层在两电极层之间的堆叠顺序并不用以限制本发明，且不同的堆叠顺序并不影响触控面板的电容结构的电气特性。另外，在本实施例中，第一电极层Iio及第二电极层120例如是具透明特性的铟锡氧化物(Indium Tin Oxide, ITO)半导体，但本发明并不加以限制。
[0046]以下以第二材料层140为半导体层为例进一步阐述本发明揭露的操作原理。在本实施例中，电容结构200中的第二材料层140在适当的偏压条件下会形成空乏区，此空乏区在某些交流频率下如同绝缘层。也就是说，根据实际应用需求，施加适当的偏压可使第二材料层140产生空乏区电容Cs，此时电容结构200的整体电容值为绝缘层电容Cox与空乏区电容Cs的串联组合。此外，第二材料层140的另一个特色是可以吸收可见光(visiblelight)或紫外光(ultraviolet, UV)的光子而产生电子-空穴对(electron-hole pair)。电子跟空穴会在空乏区内被电场分离而产生新的电场并且拉平第二材料层140的能带结构。也就是说，光照将可消除第二材料层140的空乏区，从而消除空乏区电容Cs。在本实施例中，电容结构200的整体电容值在光照前后将可差一个空乏区电容Cs。当电容结构200中的第二材料层140的材料选自具有透明性的金属氧化物半导体IGZO时，有空乏区(Cox与Cs串联)跟无空乏区(只有Cox)的电容结构200，其整体电容值的差异可达4倍，因此，本实施例的电容结构200可提供足够的电容值变化来供触控面板100进行判别之用。
[0047]图3绘示本发明另一个实施例的电容式触控面板的电容结构的立体示意图。图4绘示图3实施例的电容式触控面板的电容结构的俯视示意图。请参考图3及图4，本实施例的电容结构400包括第一电极层410、第一材料层430、第二材料层440以及第二电极层420，各结构层之间的堆叠关系如图3所示，在此不再赘述。在本实施例中，第二材料层440为半导体层，其在第一方向Dl上排列，第一材料层430为绝缘层，其在第二方向D2上排列。为了图式简洁起见，图3仅绘示一个第一材料层430，其在第二方向D2上排列的概念可由第二材料层440在第一方向Dl上的排列方式类推之。
[0048]在本实施例中，触控面板100的各电容结构400是由第一电极层410与第二电极层420夹持第二材料层440与第一材料层430所形成。与第二材料层440接触的第二电极层420并不需要与第二材料层440整面接触。也就是说，配置于第二材料层440之上的第二电极层420在第一方向Dl上的宽度Wl小于第二材料层440在第一方向Dl上的宽度W2。但本发明并不限于此，在其他实施例中，第二电极层420也可与第二材料层440整面接触，即此时宽度Wl等于宽度W2。在宽度Wl小于宽度W2的结构状态中，具有半导体态的金属氧化物较易被制作。
[0049]在另一个实施例中，也可以是第一材料层430的材料选自半导体材料，而第二材料层440的材料选自绝缘材料。在此种结构状态中，配置于第一材料层430之下的第一电极层410在第二方向D2上的宽度小于第一材料层430在第二方向D2上的宽度,其概念可由第二电极层420与第二材料层440之间的关系类推之，在此不再赘述。
[0050]一般而言，半导体层与绝缘层之间的介面容易捕捉电子或空穴，其介面的物理现象类似于以金属氧化物半导体所制作的金属氧化物半导体晶体管的半导体层与绝缘层之间的介面物理现象。此种金属氧化物半导体晶体管的临界电压(threshold voltage)会根据其被施加的电场状态而有所不同。此外，此种金属氧化物半导体晶体管的结构在光照前后，其临界电压的大小也会有所改变。也就是说，当光照移除之后，半导体层的空乏区不一定会恢复到光照前的宽度。因此，至少为了避免此种光照前后空乏区宽度不一致的现象，可在金属氧化物半导体晶体管的栅极与源极之间施加正向偏压，此可有效加大临界电压，以恢复空乏区的宽度，使半导体层在光照前后空乏区宽度一致。
[0051]因此，在图3的实施例中，第一电极层410与第二电极层420接收交流信号，以操作在周期性极性反转模式，如图5所示。此处的交流信号是指当第一电极层410被施加正偏压+V时，第二电极层420被施加负偏压-V。反之，当第一电极层410被施加负偏压-V时，第二电极层420被施加正偏压+V。因此，在周期性极性反转模式下，第二材料层440的空乏区的宽度可被维持，因此空乏区的宽度不会因为光照前后有所改变。从空乏区电容Cs的观点来看，有光照跟没光照时的差异在于有光照时，空乏区电容Cs的周期性变化消失，如图6所示。
[0052]在本发明的实施例中，为了避免触控面板100在光学式触控模式下对非触发光线进行误判，可对触发触控面板100的光源进行信号上的调制，以避免其误判。具体而言，本实施例的空乏区电容Cs对非触发光线的反应较敏感，此处的非触发光线例如是来自触控面板或环境的光线。本实施例对光源信号的调制方法例如是调制光源使其具有大于临界值的闪烁频率f，从而提供对应的光线来照射触控面板的电容结构。此概念可示意如图7，其绘示本发明实施例的半导体层的空乏区电容Cs因光照而产生位移电流的概要示意图。在图7中，空乏区电容Cs受具有闪烁频率f的光线Ls所照射，其闪烁频率f大于触发光学控制的临界频率值。因此，空乏区电容Cs可据此产生同样频率的位移电流Is供触控面板100读取，以避免触控面板100在光学式触控模式下对非触发光线进行误判。
[0053]综上所述，本发明的实施例中至少具有以下其中一个优点，电容式触控面板包括半导体材料层，可兼具光触发与指触发的触碰控制。并且，触控面板的两个电极间的电压可周期性反转来维持空乏区电容的大小。另外，在光学式触控模式下，触发光线可被调制成具有特定频率以增加触控面板的信号判断能力。因此本发明的实施例揭露的电容式触控面板同时兼具电容式触控与光学式触控的功能。
[0054]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种电容式触控面板的电容结构，其特征在于其包括: 第一电极层； 第一材料层，配置于该第一电极层上，其材料选自半导体材料及绝缘材料两者其中之 第二材料层，配置于该第一材料层上，其材料选自该半导体材料及该绝缘材料两者其中的另一种；以及 第二电极层，配置于该第二材料层上。
2.根据权利要求1所述的电容结构，其特征在于其中该第二材料层的材料选自该半导体材料，配置于该第二材料层之上的该第二电极层在第一方向上的宽度小于该第二材料层在该第一方向上的宽度。
3.根据权利要求1所述的电容结构，其特征在于其中该第二电极层在该第一方向上排列。
4.根据权利要求1所述的电容结构，其特征在于其中该第一材料层的材料选自该半导体材料，配置于该第一材料层之下的该第一电极层在第二方向上的宽度小于该第一材料层在该第二方向上的宽度。
5.根据权利要求4所述的电容结构,其特征在于其中该第一电极层在该第二方向上排列。
6.根据权利要求1所述的电容结构，其特征在于其中该半导体材料为金属氧化物半导体。
7.根据权利要求1所述的电容结构，其特征在于其中在光照期间，材料选自该半导体材料的该第一材料层或该第二材料层的空乏区电容根据该电容结构的偏压来产生。
8.根据权利要求7所述的电容结构，其特征在于其中在该光照期间，光源提供光线至该电容结构，该光源的闪烁频率大于临界频率。
9.根据权利要求1所述的电容结构，其特征在于其中该第一电极层与该第二电极层用以接收交流信号，以操作在周期性极性反转模式。
【文档编号】G06F3/044GK103677463SQ201310232465
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年6月7日 优先权日:2012年9月7日
【发明者】陈蔚宗, 辛哲宏, 蔡娟娟, 唐文忠, 杨智翔 申请人:元太科技工业股份有限公司