互容式压力传感器以及触控显示装置与其压力感测方法与流程

文档序号:14194897阅读:415来源:国知局
互容式压力传感器以及触控显示装置与其压力感测方法与流程

本发明是关于一种互容式压力传感器(forcesensor)以及具有压力感测功能的触控显示装置与其压力感测方法,尤指一种可检测多点按压的互容式压力传感器以及具有压力感测功能的触控显示装置与其压力感测方法。



背景技术:

随着科技日新月异,触控技术已广泛地应用于各样的消费性电子产品中,如智能手机(smartphone)、车用触控屏幕以及笔记本电脑等可携式电子产品。目前已发展出的触控技术种类也越来越多样,例如电阻式、电容式、光学式或电磁式触控等,其均用于检测手指或触控笔触摸电子装置的位置,使得电子装置可通过所检测到的触控位置进一步执行对应的指令,因此使用者可通过触控的方式来执行所欲的功能。然而,现今的触控面板仅能通过检测到触控的位置来执行对应的单一指令,但并无法通过一次性的触控动作执行进一步的指令,因此并无法满足使用者在人机互动上更有效率且更直觉地向电子装置传达其意向的需求。



技术实现要素:

本发明的主要目的在于提供一种互容式压力传感器(forcesensor)以及具有压力感测功能的触控显示装置与其压力感测方法,以让使用者在一次触摸动作中进行多个指令,进而提升使用者可直觉性达到的功能数量。

为达到上述的目的,本发明提供一种具有压力感测功能的触控显示装置,包括一触控显示面板、一背光模块以及一压力传感器。触控显示面板具有彼此相对的一显示面以及一背面。背光模块设置于背面上。压力传感器包括一第一导电层、一第二导电层、一绝缘层以及一第三导电层。第一导电层设置于触控显示面板与背光模块之间。第二导电层设置于第一导电层与背光模块之间。绝缘层设置于第一导电层与第二导电层之间。背光模块设置于第二导电层与第三导电层之间,且第一导电层、第二导电层与第三导电层彼此电性绝缘。

为达到上述的目的,本发明另提供一种互容式压力传感器,包括一第一导电层、一第二导电层、一绝缘层、一第三导电层以及一可压缩介电层。第一导电层包括多条第一电极条。第二导电层包括多条第二电极条,与第一电极条交错。绝缘层设置于第一导电层与第二导电层之间。第二导电层设置于第一导电层与第三导电层之间,且第一导电层、第二导电层与第三导电层彼此电性绝缘。可压缩介电层设置于第二导电层与第三导电层之间。

为达上述的目的,本发明又提供一种触控显示装置的压力感测方法。首先,提供触控显示装置,其中触控显示装置包括一触控显示面板、一背光模块以及一压力传感器。触控显示面板具有彼此相对的一显示面以及一背面。背光模块设置于背面上。压力传感器包括一第一导电层、一第二导电层、一绝缘层、一第三导电层以及一可压缩介电层。第一导电层设置于触控显示面板与背光模块之间,且包括多条第一电极条。第二导电层设置于第一导电层与背光模块之间,且包括多条第二电极条,与第一电极条交错。绝缘层设置于第一导电层与第二导电层之间。背光模块设置于第二导电层与第三导电层之间,且第一导电层、第二导电层与第三导电层彼此电性绝缘。可压缩介电层设置于第二导电层与第三导电层之间,且可压缩介电层于未形变前具有一第一厚度。然后,于压力传感器尚未被按压时,分别提供多个驱动信号至第一电极条,并分别从第二电极条接收多个第一电容信号,且将第三导电层电性连接至一参考电压。接着,当压力传感器的至少一位置按压,致使对应此位置的可压缩介电层的第一厚度压缩为一第二厚度时,再次提供驱动信号分别至第一电极条,且从对应此位置的至少一第二电极条接收至少一第二电容信号。随后,比较对应第二电极条的第一电容信号与第二电容信号,以获得至少一按压力值。

本发明的触控显示装置由于设置有互容式压力传感器因此不仅可具有触控感测功能,还可具有压力感测功能。除此之外,由于本发明的互容式压力传感器不仅可检测单点按压的力道,还可检测多点按压的力道,因此使用者不仅可在触控显示装置上执行多点触控的功能,还可在一次触摸动作中进行多种指令,进而提升一次触摸动作可达到的功能数量。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明,其中:

图1绘示本发明第一实施例的互容式压力传感器的俯视示意图。

图2为图1沿着剖线a-a’的剖面示意图。

图3绘示本发明第二实施例的具有压力感测功能的触控显示装置的剖面示意图。

图4为本发明第二实施例的触控显示装置的压力感测方法的流程图。

图5绘示第二实施例的触控显示装置尚未被按压时的状态。

图6绘示第二实施例的触控显示装置受到按压时的状态。

图7绘示本发明一实例的按压力值与电容改变量的关系示意图。

图8绘示触控显示装置被两个触摸物按压时耦合电容的位置与电容改变量的关系示意图。

图中元件标号说明如下:

100、206压力传感器102第一导电层

102s第一电极条104第二导电层

104s第二电极条106第三导电层

108绝缘层110可压缩介电层

112基板200触控显示装置

202触控显示面板202a显示面

202b背面204背光模块

208粘着层ep延伸部

ep1第一延伸部ep2第二延伸部

sp条状部d1第一方向

d2第二方向z垂直投影方向

t1第一厚度t2第二厚度

g1第一间距g2第二间距

el电力线

s10、s20、s30、s40步骤

具体实施方式

请参考图1与图2,图1绘示本发明第一实施例的互容式压力传感器的俯视示意图,图2为图1沿着剖线a-a’的剖面示意图。如图1与图2所示,本实施例所提供的互容式压力传感器100可包括第一导电层102、第二导电层104、第三导电层106、绝缘层108以及可压缩介电层110,且第一导电层102、绝缘层108、第二导电层104、可压缩介电层110以及第三导电层106依序形成于基板112的一表面上。基板112可包括硬质基板例如玻璃基板、保护基板(coverlens)、保护玻璃(coverglass)或可挠式基板/薄膜基板(flexiblesubstrate/filmsubstrate)例如塑胶基板或其他适合材料所形成的基板等。或者,基板112可为电子装置例如触控显示面板。于本实施例中,第一导电层102包括多条第一电极条102s,分别沿着第一方向d1设置,且第二导电层104包括多条第二电极条104s,分别沿着不同于第一方向d1的第二方向d2设置,使得第二电极条104s与第一电极条102s相互交错。绝缘层108设置于第一导电层102与第二导电层104之间,用以电性绝缘第一导电层102与第二导电层104,因此各第一电极条102s与相交错的第二电极条104s于交错处相互耦合进而形成一耦合电容。第二导电层104设置于第一导电层102与第三导电层106之间,且可压缩介电层110设置于第二导电层104与第三导电层106之间,因此第二导电层104可与第三导电层106电性绝缘。由于可压缩介电层110不仅可电性绝缘第二导电层104与第三导电层106,还可具有可压缩的特性;当互容式压力传感器100受到按压时,可压缩介电层110的厚度产生变化,致使所检测到第一电极条102s与第二电极条104s之间的耦合电容会随着可压缩介电层110的厚度变化而改变,进而可通过电容改变量计算出按压的幅度。举例而言,可压缩介电层110包括空气或弹性材料。

于本实施例中,各第二电极条104s可包括一条状部sp与第一电极条102s相互交错。除此之外,各第二电极条104s可选择性地包括多个延伸部ep,分别从条状部sp的至少一侧延伸出。具体而言,延伸部ep可包括第一延伸部ep1与第二延伸部ep2,且第一延伸部ep1与第二延伸部ep2分别从条状部sp的两相对侧延伸出。较佳地,各第一延伸部ep1可与相对应的第二延伸部ep2设置在同一直线上,使得条状部sp与第一延伸部ep1以及第二延伸部ep2可构成栅状结构。但本发明不限于此,各第一延伸部ep1可与相对应的第二延伸部ep2沿条状部sp亦可为线对称但并非设置在同一直线上。举例而言,每一第二电极条104s与第一电极条102s的交点可具有两个延伸部ep,其各自的第一延伸部ep1与相对应的第二延伸部ep2可以条状部sp为线对称但并非设置在同一直线上,并且此两延伸部ep以垂直于条状部sp的一直线为线对称,使得每一第二电极条104s与第一电极条102s的交点周围可测量到均匀且较大的感应量。此外,各第一电极条102s可为驱动电极,分别用以传输一驱动信号,且各第二电极条104s可为感应电极,分别因与对应的第一电极条102s相互电容耦合而感应到驱动信号,进而产生所感应到的电容信号。通过电容信号的变化可检测出第二电极条104s与第一电极条102s之间的耦合电容变化。较佳地,各第一电极条102s的宽度可大于各条状部sp的宽度,使得作为驱动电极的第一电极条102s可用以遮蔽从基板112或其上方所产生的信号干扰,以提高压力感测的灵敏度。并且,各第二电极条104s的至少一延伸部ep可于垂直投影方向z上与一条第一电极条102s重叠,不仅可使第一电极条102s遮蔽延伸部ep,还可增加第一电极条102s与第二电极条104s之间的耦合电容。于本实施例中,各第二电极条104s的两第一延伸部ep1以及两第二延伸部ep2是与同一条第一电极条102s重叠,但不限于此。于另一实施例中,第二导电层104可另包括多个浮接电极,分别设置于两相邻的第二电极条104s之间,且浮接电极与第二电极条104s分隔开,而处于浮接状态。通过浮接电极的设置可增加第二电极条104s所感应到的电容信号,进而提升信号感测量。可理解的是,各第一电极条102s亦可为感应电极,并使各第二电极条104s为驱动电极,其运作模式亦如上述,于此不再赘述。

此外,第三导电层106可为一平面电极,电性连接至一参考电压,例如接地,且覆盖第一导电层102与第二导电层104,使第一电极条102s与第二电极条104s的每一个交错处可于垂直投影方向z上与第三导电层106重叠,借此可让位于各交错处的耦合电容在受到按压时个别受到第三导电层106的影响。具体而言,第三导电层106与第二导电层104之间可具有预定的间距,使得第三导电层106与每个耦合电容在未受到按压时具有相同的间距,因此第二电极条104s所感应到的电容信号彼此约略相同。当互容式压力传感器100受到按压时,对应按压位置的第二电极条104s与第三导电层106之间的间距会缩减,使得第二电极条104s所感应到的电容信号受到第三导电层106的参考电压的影响亦会产生变化,进而可检测出按压的幅度。具体运作方式将并入下文中的触控显示装置的压力感测方法中描述。

本发明的互容式压力传感器可应用至触控显示装置,以搭配触控功能让一次性的触控动作可达到执行多个指令。请参考图3,图3绘示本发明第二实施例的具有压力感测功能的触控显示装置的剖面示意图。如图3所示,本实施例所提供的触控显示装置200可包括触控显示面板202、背光模块204以及压力传感器206。触控显示面板202具有彼此相对的一显示面202a以及一背面202b。触控显示面板202可例如为搭配有触控功能的液晶显示面板,其中触控显示面板202可包含有内嵌式(in-cell/on-cell)、外挂式(out-cell)或混和式(hybridin-cell)触控面板,使触控显示装置200具有触控感测功能,但不以此为限。熟习该技艺的人士应知触控面板亦可为电阻式、电磁式或光学式等其他类型的触控面板。背光模块204设置于触控显示面板202的背面202b上,用以作为触控显示面板202显示画面的光源。背光模块204可例如为侧光式或直下式背光模块。

于本实施例中,压力传感器206可包括第一导电层102、第二导电层104、第三导电层106、绝缘层108以及可压缩介电层110。第一导电层102设置于触控显示面板202与背光模块204之间的背面202b上,第二导电层104设置于第一导电层102与背光模块204之间,且绝缘层108设置于第一导电层102与第二导电层104之间。绝缘层108可包括一光学透明胶,用以将第二导电层104粘贴于第一导电层102上,并提供第一导电层102与第二导电层104电性绝缘的用。第一导电层102、绝缘层108与第二导电层104是粘贴于触控显示面板202的背面202b上。举例而言,第一导电层102与第二导电层104可先分别形成于一薄膜上,且通过绝缘层108将具有第二导电层104的薄膜粘贴于具有第一导电层102的薄膜上。并且,压力传感器206可另包括一粘着层208例如光学透明胶,用以将具有第一导电层102的薄膜粘贴于触控显示面板202的背面202b上。于另一变化实施例中,第一导电层102亦可直接通过光刻蚀刻或网印制程形成于触控显示面板202的背面202b上。绝缘层108可包括有机或无机材料,形成于第一导电层102上。第二导电层104可直接通过另一光刻蚀刻或网印制程形成于绝缘层108上。于本实施例中,第一导电层102与第二导电层104较佳可分别包括透明导电材料,以避免阻挡背光模块204的光线射入触控显示面板202中,且降低对触控显示装置200的画面亮度的影响。本实施例的第一导电层102、第二导电层104与第三导电层106的结构与第一实施例相同,因此在此不多赘述。

此外,第三导电层106设置于背光模块204下,即背光模块204设置于第二导电层104与第三导电层106之间。值得一提的是,第三导电层106可固定在一固件上或为一固件,且触控显示面板202可为一硬质载板,借以支撑并固定粘贴于其上的第一导电层102、绝缘层108与第二导电层104,使得在触控显示装置200未受到按压时,第三导电层106与第二导电层104之间可具有预定的间距,且为均匀一致。举例而言,第三导电层106可为一金属框,用以容置触控显示面板202、背光模块204以及两者之间的第一导电层102与第二导电层104,且第三导电层106可电性连接至触控显示装置200系统的最低电压,例如接地电压或共同电压。须注意,当背光模块204具有可挠性时,第一导电层102、绝缘层108、第二导电层104与第三导电层106不可固定于背光模块204上,以避免在触控显示装置200未受到按压时第三导电层106与第二导电层104之间的间距产生变化。此外,可压缩介电层110设置于第二导电层104与第三导电层106之间。于本实施例中,可压缩介电层110可设置于背光模块204与第三导电层106之间,并包括空气或弹性材料。举例来说,背光模块204与第三导电层106之间可具有容置空间,使得可压缩介电层110可为设置于容置空间内的空气或设置于容置空间内的弹性材料。于另一变化实施例中,可压缩介电层110亦可为背光模块204与第二导电层104之间的空气或弹性材料。

值得说明的是,本实施例的第一导电层102、绝缘层108与第二导电层104设置于触控显示面板202与背光模块204之间,以有效地利用背光模块204与触控显示面板202之间的空间,并可减少触控显示装置200因设置有压力传感器206而增加的厚度,使得触控显示装置200在整合压力传感器206之后的厚度可具有最小幅的增加。并且,通过以金属框作为第三导电层106还可省略额外具有参考电压的电极,以减少元件成本。

下文将进一步说明本实施例的触控显示装置200的压力感测方法。请参考图4至图6,图4为本发明第二实施例的触控显示装置的压力感测方法的流程图,图5绘示第二实施例的触控显示装置尚未被按压时的状态,图6绘示第二实施例的触控显示装置受到按压时的状态。如图4所示,本实施例的触控显示装置的压力感测方法包括以下步骤。首先,进行步骤s10,提供触控显示装置200。由于触控显示装置200是与上述实施例相同,因此不多赘述。并且,可压缩介电层110于未形变前具有一第一厚度t1,如图5所示。然后,进行步骤s20,于压力传感器206尚未被按压时,分别提供多个驱动信号至第一电极条102s,并分别从第二电极条104s接收多个第一电容信号,且将第三导电层106电性连接至参考电压。参考电压可例如为接地电压或共同电压。具体而言,驱动信号循序提供至对应的第一电极条102s,各第二电极条104s于压力传感器206尚未被按压时与各第一电极条102s之间具有第一耦合电容值,因此可感应到驱动信号,进而产生第一电容信号。相对应地,各第二电极条104s亦可循序感应驱动信号。并且,第二电极条104s可电性连接至控制芯片,以利用控制芯片经由第一电容信号计算出第三导电层106与第二电极条104s之间的间距为第一间距g1时的第一耦合电容值。

接着,如图6所示,进行步骤s30,当压力传感器206的至少一位置被按压,致使对应此位置的可压缩介电层110的第一厚度t1被压缩为一第二厚度t2,此时再次分别提供驱动信号至第一电极条102s,且从对应此位置的第二电极条104s接收至少一第二电容信号。具体而言,由于可压缩介电层110的厚度压缩为第二厚度t2,第三导电层106与第二电极条104s之间的间距缩小为第二间距g2,致使第一电极条102s因传送驱动信号所产生的部分电力线el会受到第三导电层106的参考电压的影响,而不被第二电极条104s感应到。故对应按压位置的第二电极条104s所产生的第二电容信号是不同于第一电容信号。通过控制芯片可经由第二电容信号计算出第三导电层106与第二电极条104s之间的间距为第二间距g2时的第二耦合电容值。于本实施例中,对压力传感器206按压可对当压力传感器206的多个位置被按压,且控制芯片可从对应此些位置的第二电极条104s可分别接收多个第二电容信号。

然后,进行步骤s40,比较对应此位置的第一电容信号与第二电容信号,以获得至少一按压力值。第一导电层102与第二导电层104间的至少一耦合电容可相关于至少一按压力值。具体而言,比较对应每个位置的第一电容信号与第二电容信号可通过控制芯片进行,并计算出每个位置的两者差异,或者通过控制芯片直接计算从第一电容信号所获得的第一耦合电容值以及从第二电容信号所获得的第二耦合电容值之间的差异。由于第一耦合电容值与第二耦合电容值的差异,即电容改变量,符合第一公式δc=εaδd/g1g2,其中δc为电容改变量,a为各第二电极条104s与第三导电层106于垂直投影方向z上的重叠面积,g1为触控显示装置200未被按压时第三导电层106与第二电极条104s之间的间距,g2为触控显示装置200被按压时第三导电层106与第二电极条104s之间的间距,δd为各第二电极条104s与第三导电层106之间的间距的改变量,即g1-g2,且ε为介于各第二电极条104s与第三导电层106之间的介电常数,因此通过第一公式以及电容改变量可计算出各第二电极条104s与第三导电层106之间的间距的改变量。于本实施例中,于受按压时第二电极条104s与第三导电层106之间的背光模块204在厚度上并不会产生变化,各第二电极条104s与第三导电层106之间的间距的改变量即为可压缩介电层110的第二厚度t2与第一厚度t1的差异。再者,由于按压力值是符合第二公式f=κδd,其中f为按压力值,且κ为可压缩介电层110的弹性系数,因此控制芯片可通过第二公式以及所计算出第二厚度t2与第一厚度t1的差异获得按压力值。举例而言,按压力值与电容改变量的关系可如图7所示。触控显示装置200内可预先设定不同的按压力值范围可对应执行不同的指令,因此触控显示装置200可依据计算出的按压力值执行相对应的指令,进而达到使用者通过一次性的触控动作执行进一步的指令。于另一实施例中,可压缩介电层110的弹性系数κ可依据按压位置的不同利用高斯曲线做补偿而有所不同,因此比较第一电容信号与第二电容信号的步骤可包括利用对应此位置的可压缩介电层110的至少一弹性系数κ,获得按压力值。举例而言,距离触控显示装置200的中央越近的弹性系数κ越大,而距离触控显示装置200的侧边越近的弹性系数κ越小。

于本实施例中,压力传感器206可同时被多个触摸物按压,控制芯片可从对应触摸物按压位置的第二电极条104s可分别接收多个第二电容信号,以判定各触摸物的按压力值。具体请参考图8,图8绘示触控显示装置被两个触摸物按压时耦合电容的位置与电容改变量的关系示意图。如图8所示,触摸物的大小是大于单一耦合电容的范围,因此单一触摸物是涵盖多个耦合电容。当压力传感器206受到两个触摸物按压时,控制芯片从对应触摸物按压位置的第二电极条104s分别接收多个第二电容信号,因此可通过比较第一电容信号与第二电容信号的步骤获得对应不同位置的电容改变量分布,进而可计算出对应不同位置的按压力值分布。并且,控制芯片可从按压力值分布中获得在特定位置的按压力值较周围的按压力值高(即波峰),以判断出触摸物位于按压力值较高的位置以及其按压力值,进一步执行对应的指令。如此一来,触控显示装置200可针对多点按压进行所欲执行的指令,且搭配触控显示装置200的触控感测功能可让使用者在一次触摸动作中进行多个指令,进而提升使用者可直觉性达到的功能数量。值得说明的是,当至少两触摸物的位置相邻近时,为分辨按压是否触控显示装置200的触摸物为单一或至少两个,控制芯片可计算电容改变量大于一最小值的特定分布范围内的电容改变量的总和,并判断电容改变量的总和是否超过一特定值,其中特定值可例如为单一触摸物的电容改变量总和。当电容改变量的总和超过此特定值时,判断触控显示装置200受到至少两个触摸物按压。以两个触摸物为例,按压力值分布中会有两特定位置的按压力值较周围的按压力值高(即波峰),因此控制芯片可将此两特定位置之间具有最低按压力值的位置(即两波峰之间的波谷)设定为触摸物的分隔点,以将两触摸物的位置区分开,进而判断出各触摸物的按压位置以及按压力值。因此,相较于自容式传感器而言,本实施例的互容式压力传感器206可达到多点按压的按压力值检测,且通过互容式压力传感器206检测按压力值不仅可降低传送与接收信号的端点数量(即接垫数量),还可针对单一触摸物检测出对应的电容改变量的位置分布,进而可更精确地检测出触摸物的按压力值。

综上所述,本发明的触控显示装置由于设置有互容式压力传感器因此不仅可具有触控感测功能,还可具有压力感测功能。除此之外,由于本发明的互容式压力传感器不仅可检测单点按压的力道,还可检测多点按压的力道,因此使用者不仅可在触控显示装置上执行多点触控的功能,还可在一次触摸动作中进行多种指令,进而提升一次触摸动作可达到的功能数量。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上,然其并非用以限定本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的修改和完善,因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

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