触控传感器的制作方法

1.本发明涉及一种触控传感器，尤指一种于透过电极之间距离变化产生的穿隧电流来判断触控的触控传感器。


背景技术：

2.当前市面上的触控装置不外乎使用电容、电阻以及压电等原理进行操控。又，以电容式触控装置来说，触控装置于触控操作时必须以导体操作，当触控体非为导体时将无法操作电容式触控装置，举例来说，电容式触控装置虽可以手指作为触控体，但是当使用者的手上穿戴有手套则无法对触控装置进行控制。另外，以电阻式触控装置来说，其主要由上下两组ito导电层迭合而成，使用时利用压力令上下两电极接触而导通，经由内部控制器感知面板电压变化而计算出接触点位置，再者，电阻式触控装置乃为接触式触控，此触控方式容易有精准度与灵敏度上的问题，例如以电阻式触控装置进行绘图作业时精密度相对较差，另外电阻式触控装置多为单点触控，当前虽有以多点触控的装置，但装置分辨率较差。又，现今组合电容与电阻的复合式触控面板，虽可进一步地改善电容式触控面板与电阻式触控面板的缺点，然而此类触控面板厚度无法轻薄化。再者，现今压电式触控装置系以压电材料作为面板的基础结构，惟压电材料的信号控制不稳定，易有操作准确度以及灵敏度等问题。又当前压电材料多非光学等级之材料而不适用于触控面板上。
3.进一步地，专利cn 107562235a、cn 108255296a以及us 10296047b虽揭露其触控装置非采前述原理导通上下电极，然根据前开专利说明书内容所揭可发现，该专利主要利用在上下两电极之间设置多个导电颗粒，并于实施时透过缩短该些导电颗粒间距离，借此令其上下电极导通。惟，习用方式仍无法令触控装置准确地切分出面板受压力位置，而使触控装置仍易存有操作准确度或灵敏度不足等问题。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的，在于解决习用触控装置实施时存在触控限制及分辨率不足的问题。
5.为达上述目的，本发明提供一种触控传感器，包含一第一电极、一第二电极以及一绝缘质，该第二电极与该第一电极间隔设置，该第一电极与该第二电极的至少其中一者被施予能量，该第一电极与该第二电极之间存在能量差，该绝缘质设于该第一电极与该第二电极之间。其中，该第一电极与该第二电极的至少其中之一可为一受力者，该受力者未受力时，该触控传感器未生成一电信号，该受力者受力而于一受力点产生形变并改变该受力点与另一者之间的距离，但仍未与另一者接触，该第一电极与该第二电极之间距离缩短达一能量传递距离时，该触控传感器生成该电信号。
6.一实施例中，该绝缘质为一气体或一有形物质。
7.一实施例中，该绝缘质为一气体，该触控传感器具有一设于该第一电极与该第二电极之间的间隔板，该间隔板上布设有至少一提供该气体容置其中的气孔。
8.一实施例中，该触控传感器包含一设于该第一电极远离该绝缘质一侧的第一基板，以及一设于该第二电极远离该绝缘质一侧的第二基板。
9.一实施例中，该第一电极与该第二电极分别以高密度布设有多个导电线。
10.一实施例中，该第一电极是由多个第一子电极所组成，该些第一子电极共享同一该第一基板，该第二电极是由多个第二子电极组成，该些第二子电极共享同一该第二基板。
11.一实施例中，该第一基板是由多个第一子基板所组成，该些第一子基板共享同一该第一电极，该第二基板是由多个第二子基板组成，该些第二子基板共享同一该第二电极。
12.一实施例中，该第一基板是由多个平行间隔设置的第一子基板所组成，该第二基板是由多个平行间隔设置的第二子基板所组成，每一该第一子基板具有一第一延伸方向，每一该第二子基板具有一垂直于该第一延伸方向的第二延伸方向。
13.除前述之外，本发明亦提供一种触控传感器，包含一第一电极、一第二电极以及一绝缘质，该第二电极对应该第一电极设置而未与该第一电极接触，该第二电极与该第一电极之间具有一能量传递距离，该第一电极与该第二电极的至少其中一者被施予能量，该第一电极与该第二电极之间存在能量差，该绝缘质设于该第一电极与该第二电极之间。其中，该第一电极与该第二电极的至少其中之一可为一受力者，该受力者未受力时，该第一电极与该第二电极之间的距离小于该能量传递距离而产生一穿隧电流，该触控传感器长时间生成一电信号并处于未触控状态，该受力者受力而于一受力点产生形变并改变该受力点与另一者之间的距离，当该第一电极与该第二电极之间距离大于该能量传递距离而破坏该穿隧电流的产生时，该触控传感器以该电信号的变化判断被触控。
14.一实施例中，该绝缘质为一气体或一有形物质。
15.一实施例中，该绝缘质为一气体，该触控传感器具有一设于该第一电极与该第二电极之间的间隔板，该间隔板上布设有至少一提供该气体容置其中的气孔。
16.一实施例中，该触控传感器包含一设于该第一电极远离该绝缘质一侧的第一基板，以及一设于该第二电极远离该绝缘质一侧的第二基板。
17.一实施例中，该第一电极与该第二电极分别以高密度布设有多个导电线。
18.一实施例中，该第一电极是由多个第一子电极所组成，该些第一子电极共享同一该第一基板，该第二电极是由多个第二子电极组成，该些第二子电极共享同一该第二基板。
19.一实施例中，该第一基板是由多个第一子基板所组成，该些第一子基板共享同一该第一电极，该第二基板是由多个第二子基板组成，该些第二子基板共享同一该第二电极。
20.一实施例中，该第一基板是由多个平行间隔设置的第一子基板所组成，该第二基板是由多个平行间隔设置的第二子基板所组成，每一该第一子基板具有一第一延伸方向，每一该第二子基板具有一垂直于该第一延伸方向的第二延伸方向。
21.依前述发明内容所揭，相较于习用技术，本发明具有以下特点：本发明该触控传感器不再限制触控者需为导体或非导体，且因该穿隧电流需达一定距离条件才可产生，该穿隧电流的大小更与触控者施力有关，而使该触控传感器可做更具体的触控辨识。再者，本发明所揭该触控传感器的操作准确度与灵敏度亦优于习用以电阻架构或以电容架构实施的触控传感器。
附图说明
22.图1，本发明第一实施例的结构示意图。
23.图2，本发明第一实施例多个排列结构示意图。
24.图3，本发明第一实施例的另一结构示意图。
25.图4，本发明第一实施例的实施状态示意图。
26.图5，本发明第二实施例的结构示意图。
27.图6，本发明第二实施例的实施状态示意图。
28.图7，本发明第三实施例的结构示意图。
29.图8，本发明第三实施例的实施状态示意图。
30.图9，本发明第四实施例的结构示意图。
31.图10，本发明第五实施例的结构示意图。
32.图11，本发明第五实施例的局部放大示意图。
33.图12，本发明第六实施例的结构示意图。
34.图13，本发明第七实施例的结构示意图。
35.图14，本发明第七实施例多个排列结构示意图。
36.图15，本发明第八实施例的结构示意图。
37.图16，本发明第九实施例的结构示意图。
38.图17，本发明第十实施例的结构示意图。
39.图18，本发明第十一实施例的结构示意图。
40.图19，本发明第十二实施例的结构示意图。
41.图20，本发明第十三实施例的结构示意图。
42.图21，本发明第十四实施例的结构示意图。
43.其中附图标记为：
44.10..............触控传感器
45.11..............第一电极111..............第一基板
46.112..............第一子电极
47.113..............导电线
48.114..............第一子基板
49.116..............第一延伸方向
50.12..............第二电极
51.121..............受力点
52.122..............第二基板
53.123..............第二子基板
54.124..............导电线
55.125..............第二子电极
56.127..............第二延伸方向
57.13..............绝缘质
58.14..............能量传递距离
59.15..............穿隧电流
60.16..............间隔板
61.161..............密闭空间
62.162..............气孔
63.20..............外力
64.201..............第一分力
65.202..............第二分力
具体实施方式
66.本发明详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下：
67.请参阅图1至图3，本发明提供一种触控传感器10，该触控传感器10可应用于手机、平板、工业计算机等相关显示产业的产品上，该触控传感器10于实际应用时可以单一数量形成产品面板，亦可以多个该触控传感器10方式实施。进一步地，多个该触控传感器10需间隔设置，并可以规则或不规则方式排列，本文图式所举非用以限制本案。再者，该触控传感器10可以多个实施时，将构成一触控模块，而该些触控传感器10如同前述以适当间距间隔设置，每一该触控传感器10可分别被定义一位置信息，令该触控模块于实施时，可基于该位置信息了解产生触控的位置。
68.承上，该触控传感器10包含一第一电极11、一第二电极12以及一绝缘质13，其中，该第一电极11与该第二电极12具导电性质，举例来说，该第一电极11与该第二电极12可分别为一含有纳米银线(silver nanowires，简称agnw)的材料、一含有氧化铟锡(ito)的材料、一铜质材料或是一银质材料等。一实施例中，该第一电极11与该第二电极12的电阻率皆小于102奥姆公尺。又，该第一电极11与该第二电极12间隔设置，该第一电极11与该第二电极12之间可呈现互为水平或是非水平方式排列，就如图1与图3所绘。进一步地，本发明该第一电极11与该第二电极12无论是以前述的任一方式设置，该第一电极11与该第二电极12彼此仍不接触。又，本文于后为方便说明该第一电极11与该第二电极12的实施，暂以该第一电极11与该第二电极12间呈水平状态进行举例。承上，该第一电极11与该第二电极12的至少其中一者被施予能量，举例地说，该第一电极11未被额外施予能量，该第二电极12则被额外施予能量，使得该第一电极11与该第二电极12之间存有能量差，也就是说该第一电极11与该第二电极12分别为一低电位与一高电位。反之，该第二电极12亦可设计为低电位，该第一电极11则被施予能量而为高电位。又，该第一电极11与该第二电极12亦可被设计皆为具有能量，惟该第一电极11所具有的能量与该第二电极12所具有的能量大小不同，使得该第一电极11与该第二电极12之间同样存在能量差。进一步地说，该第一电极11与该第二电极12之间的能量差并不足以使该第一电极11中的电子或该第二电极12中的电子跨越该绝缘质13而形成电流。换句话说，该第一电极11与该第二电极12于未受力时，该触控传感器10处于稳态而未产生两电极之间的实质地能量传递。
69.另外，该绝缘质13设于该第一电极11与该第二电极12之间，该绝缘质13电阻率大于该第一电极11与该第二电极12的电阻率，该绝缘质13可以一可变形且具良好弹性恢复力的有形物实施，例如硅胶、压克力，又或者是以气体等无形物实施。于后先以有形物进行说明，于本实施例中，该绝缘质13实际上为一未额外掺杂导电材料的物质，该绝缘质13于受压迫形变时电阻率维持不变，该有形物质的电阻率大于102奥姆公尺。承此，该绝缘质13受压
迫时将产生形变，而改变该第一电极11与该第二电极12之间的距离，当该绝缘质13未受压迫时，该绝缘质13将复归原样，并使该第一电极11与该第二电极12之间距离复归至原始距离。一实施例中，该绝缘质13的厚度约为0.01nm至500μm。
70.进一步地，该触控传感器10于实施时可以该第一电极11与该第二电极12的至少其中之一为一受力者。又，本文于后为方便说明遂先假设该第二电极12为该受力者进行说明。该第二电极12未受力时，该第二电极12与该第一电极11之间虽存有能量差，但该第二电极12与该第一电极11之间未有能量传递，该触控传感器10未生成一电信号(图中未示)。于后，该第二电极12受外力作用而于一受力点121产生形变，随着外力的施加，该受力点121与该第一电极11之间的距离被改变，需了解到，本文所指该受力点121是为该第二电极12的受力位置，非指单点。再者，本发明并不限制该受力者的受力方向，本发明该触控传感器10产生能量传递与否，是受该第一电极11与该第二电极12之间的垂直距离变化决定。以图4举例来说，该第二电极12所承受的一外力20相对该第二电极12夹有45度角，此时该外力20可为一相对该外力20夹有45度并与该第二电极12平行的第一分力201，以及一相对该外力20夹有45度并与该第二电极12垂直的第二分力202。又，该第二电极12受该第二分力202作用而令该受力点121朝面对该第一电极11方向位移，使得该受力点121与该第一电极11之间距离被改变，但该第二电极12仍未与该第一电极11接触。该第二电极12持续受力而令该受力点121继续朝面对该第一电极11方向位移，该受力点121与该第一电极11之间的距离达到一能量传递距离14时，该第一电极11与该第二电极12之间生成一穿隧电流15(tunneling current)，令该第一电极11与该第二电极12之间出现电流，进而使该触控传感器10生成该电信号，该触控传感器10进入受触控的状态。该穿隧电流15的计算可如后：
71.i
∝
e-2kd
，其中，i为穿隧电流15，k为波数(wave number)，d为该第一电极11与该第二电极12之间的距离。
72.承上所述，该电信号的大小与该受力者(即前述该第二电极12)受力大小呈正相关，该电信号越大时表示该第二电极12承受的该外力20越大，使得两电极中有越多的电子得传递至另一电极中，而使该穿遂电流15随触控增加。再者，该触控传感器10亦可针对该电信号进行信号放大、信号转换等信号处理。
73.请参阅图5至图6，由前述可知，本发明该绝缘质13亦可为无形物质实施，于后遂以气体进行举例说明。该气体只要电阻率大于该第一电极11与该第二电极12即可用于实施，举例来说该气体可为一惰性气体或是一氮气等。于此实施例中，该触控传感器10所属结构需先界定出一密闭空间161，一实施例中，该密闭空间161可以是由该第一电极11、该第二电极12以及至少一夹设于该第一电极11与该第二电极12之间的间隔板16所形成，举例来说，该间隔板16以单片板材实施时，该间隔板16可开设至少一气孔162，该间隔板16与该第一电极11、该第二电极12组装时，该气孔162两端将分别被该第一电极11及该第二电极12遮蔽，而转为封闭状。此时，位于该气孔162中的气体即为本发明所称该绝缘质13。再者，该气孔162的成形方式可借由对该间隔板16施以黄光、激光、印刷、腐蚀等方式形成。除此之外，该间隔板16以多个实施时，可透过多个该间隔板16放置位置的规划界定出至少一镂空区域(图中未示)，该镂空区域用途与前述该气孔162相同，于此不与赘述。承上，本实施例实施时，该受力者(暂以该第二电极12举例)受外在压力作用而产生形变，而于该第二电极12形变的同时，该密闭空间161受外在压力作用而使体积变小，令存于该密闭空间161内气压增
加。当该外力20解除时，该第二电极12除自行产生复归之外，亦因位于该密闭空间161内的该气体受外在压力的解除而复归至原有的体积。另一方面，该气体以空气组成成份为例的话，其电阻率约为3
×
10
13
奥姆公尺，该气体电阻率虽受所含水气多寡以及温度作用而有所不同，但该气体仍相对该第一电极11与该第二电极12具有较大的电阻率。
74.由前述可知，该触控传感器10是以该穿隧电流15的产生来得知触控，基于相同技术构想，该触控传感器10亦可以未产生该穿隧电流15来得知触控。承此，请参阅图7至图9，一实施例中，该触控传感器10同样包含该第一电极11、该第二电极12以及该绝缘质13，该第一电极11对应该第二电极12设置而未与该第一电极11接触，该第一电极11与该第二电极12可采水平或非水平方式对应设置。该第一电极11与该第二电极12的至少其中一者被施予能量，该第一电极11与该第二电极12之间具有该能量传递距离14，如同前述，当该第一电极11与该第二电极12之间距离小于该能量传递距离14时，该第一电极11与该第二电极12之间将产生能量传递，而具有该穿隧电流15。然而，本实施例该第一电极11与该第二电极12于该触控传感器10装配完成后，该第一电极11与该第二电极12之间距离即短于该能量传递距离14，也就是说，该触控传感器10于未触控时将产生该电信号。于本实施例中，该第一电极11与该第二电极12的至少其中之一可作为该受力者，当该第一电极11与该第二电极12任一未受力时，该触控传感器10处于稳态而生成有该电信号，需了解到，本实施例并非以产生有该电信号来作为触控的依据，此状态将被视为未触控。再者，本实施例中触控者所施予的力不同于前一实施例，而是以拉力进行，举例来说，该触控者可为一具备吸力的对象，该触控者对该受力者施力的同时，吸力将视为对该受力者的拉力，而令该受力点121逐渐朝远离另一者方向位移，也就是使两电极之间距离变大，当该受力者持续受力，致使该受力点121与另一电极之间的距离大于该能量传递距离14，将破坏该穿隧电流15的产生，使该触控传感器10所产生的该电信号产生变化，该触控传感器10即可透过该电信号的变化而判断被触控。
75.承上，本发明该触控传感器10不再限制触控者需为导体或非导体，且因该穿隧电流15需达一定距离条件才可产生，该穿隧电流15的大小更与触控者施力有关，而使该触控传感器10可做更具体的触控辨识。再者，本发明前述所揭该触控传感器10的操作准确度与灵敏度亦优于习用以电阻架构或以电容架构实施的触控传感器。再者，本发明该触控传感器10可与一显示架构搭配实施，而该显示架构除可具备独立的基板，亦可将该第一电极11或该第二电极12视为该显示架构所需的基板，令该显示架构堆栈于上。
76.请参阅图10至图12，为增强本发明感知该电信号的能力，该第一电极11与该第二电极12分别以高密度布设有多个导电线113、124，该些导电线113、124分别以垂直姿态随意布设于该第一电极11及该第二电极12之中，再者，每一该导电线113(124)的其中一端将面对该绝缘质13。一实施例中，该些导电线113、124可分别为该纳米银线。
77.请参阅图13至图21，一实施例中，该触控传感器10更可包含一设于该第一电极11远离该绝缘质13一侧的第一基板111，以及一设于该第二电极12远离该绝缘质13一侧的第二基板122。请参阅图14，本实施例所揭该触控传感器10非以独立实施为限，该触控传感器10亦可以多个实施就如前述该触控模块一般。
78.承上，一实施例中，该第一基板111与该第二基板122可以非导体实施，一旦触控者接触该第二基板122(或该第一基板111)，将令该触控传感器10的整体电容值产生变化，而可借此判断该触控者为导体或非导体。
79.承上，一实施例中，该第二电极12可以多个子单元方式实施，即该第二电极12可由多个第二子电极125所组成，该些第二子电极125间隔设置于该第二基板122上，该些第二子电极125共享同一该第二基板122，就如图16所绘。又，请参阅图17，于本实施例中，该触控传感器10除以该些第二子电极125方式实施，该绝缘质13亦可以多个子单元方式设置，而该些绝缘质13单元是以有形物实施时将互为间隔设置。该些绝缘质13为该气体实施时，该触控传感器10所属结构中将界定有多个该密闭空间161，该些密闭空间161不连通。进一步地，请参阅图18，该触控传感器10亦可同时令该第一电极11同样由多个第一子电极112所组成，该些第一子电极112间隔设置于该第一基板111上，该些第一子电极112共享同一该第一基板111。借此，以令该触控传感器10可更具体判断该受力点121位置。
80.再者，本文前述该些第一子电极112与该些第二子电极125非以块状实施为限，而可以条状实施，就如图19所绘。该些第一子电极112的延伸方向与该第二子电极125的延伸方向互为垂直，以图19所绘进行举例，该些第一子电极112以平行x轴方向排列，该些第二子电极125以平行y轴方向排列，如此一来，本发明可以不同方向的该些第一子电极112与该些第二子电极125来侦测y轴方向与x轴方向上的信号变化。此外，本实施例架构更可以该第一基板111与该第二基板122的相对信号变化进行z轴方向的信号变化。
81.除此之外，请参阅图20与图21，一实施例中，该触控传感器10的两基板以非导体或导体实施时，该第一基板111可由多个第一子基板114组成，该些第一子基板114间隔设置于该第一电极11上，该些第一子基板114共享同一该第一电极11。另一方面，该第二基板122亦可由多个第二子基板123所组成，该些第二子基板123间隔设置于该第二电极12上，该些第二子基板123共享同一该第二电极12。
82.再者，本文前述该些第一子基板114与该些第二子基板123非以块状实施为限，而可以条状实施，就如图21所绘。进一步地，每一该第一子基板114具有一第一延伸方向116，而每一该第二子基板123具有一垂直该第一延伸方向116的第二延伸方向127。如此一来，本发明可以方向不同的该些第一子基板114与该些第二子基板123来侦测y轴方向与x轴方向上的信号变化。此外，本实施例架构更可以该第一电极11与该第二电极12的相对信号变化进行z轴方向的信号变化。