压电式触控面板的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种压电式触控面板，包括：多个压电感应单元，配置于一基板之一侧，各压电感应单元包括：一接地层；一讯号层；一压电材料层，配置于该接地层及该讯号层之间，并且电性连接接地层及讯号层，其中该压电材料层的材质包括以一3d态过渡金属掺杂氧化锌而形成的一固溶体；以及多条讯号导线，分别电性连接压电感应单元的该讯号层。
【专利说明】压电式触控面板
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及触控面板，且特别是有关于压电式触控面板。
【背景技术】
[0002]市场上对于电子产品的尺寸的要求朝轻薄短小的方向发展，因此许多电子产品，例如手机、个人数字助理与卫星定位系统，已不再设计会占据大量空间的键盘输入设备，而是将触控输入设备整合至各类电子产品中。
[0003]目前能够支持多点触控的触控面板是以电容式触控面板为主流。然而，电容式触控面板检测的是触控面板的两轴向感测电极之间的电容，或者触控面板的两轴向感测电极分别与接地端之间的电容，在受触碰物体(如手指)影响前后所产生的电容变化量。因此触碰物体必须是导体才能影响电容，若触碰物体是绝缘体，则触控面板将无法检测到碰触的
位置。
[0004]因此，开发 一种 能不受触碰物体类型限制而支持多点触控的触控面板技术是目前值得加以研究发展的地方。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，制作一种触控面板达到既能检测不同类型的触碰物体又能实现多点触控的目的。 本 实用新型提供一种压电式触控面板，包括:多个压电感应单元，配置于一基板之 一侧，各压电感应单兀包括:一接地层；一讯号层；一压电材料层，配置于该接地层及该讯号层之间，并且电性连接接地层及讯号层，其中该压电材料层的材质包括以一 3d态过渡金属掺杂氧化锌而形成的一固溶体；以及多条讯号导线，分别电性连接压电感应单兀的该讯号层。
[0006]本实用新型提供的触控面板，采用压电材料制作感应单元，利用基板上的多个压电感应单元直接感测外部压力形变，判定触压位置，对触碰物体无限定，且可实现多点触控。此外，因压电材料可以将机械形变转化为电信号，不需要额外的驱动电压就可检测触控面板上的信息，使得本实用新型的触控面板同时具有低能耗的特点；采用的压电材料包括以一 3d态过渡金属掺杂氧化锌而形成的一固溶体，具有较大内阻，使得本实用新型的触控面板反应更加灵敏。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1A绘示本实用新型一实施例之压电式触控面板的上视图。
[0008]图1B绘示图1A之压电式触控面板沿1-1’线段的剖面图。
[0009]图2A绘示 本实用新型一实施例之压电式触控面板的上视图。
[0010]图2B绘示图 2A之压电式触控面板沿Ι-线段的剖面图。
[0011]图3A绘示本实用 新型一实施例之压电式触控面板的上视图。
[0012]图3B绘示图3A之压电式触控面板沿Ι-线段的剖面图。[0013]图4A绘示本实用新型一实施例之压电式触控面板的上视图。
[0014]图4B绘示图4A之压电式触控面板沿1-1’线段的剖面图。
【具体实施方式】
[0015]以下将详细说明本实用新型实施例之制作与使用方式。应注意的是，本实用新型提供许多可供应用的发明概念，其可以多种特定型式实施。文中所举例讨论之特定实施例仅为制造与使用本实用新型之特定方式，非用以限制本实用新型之范围。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本实用新型，不代表所讨论之不同实施例及/或结构之间具有任何关连性。再者，当述及一第一材料层位于一第二材料层上或之上时，包括第一材料层与第二材料层直接接触或间隔有一或更多其他材料层之情形。在图式中，实施例之形状或是厚度可能扩大，以简化或是突显其特征。再者，图中未绘示或描述之组件，可为所属【技术领域】中具有通常知识者所知的任意形式。
[0016]本实用新型系提供一种压电式触控面板，其具有多个配置于基板之一侧的压电感应单元以及多条分别电性连接这些压电感应单元的讯号导线，且压电感应单元的压电材料层的材质包括以3d态过渡金属掺杂氧化锌而形成的一固溶体。本实用新型藉由在氧化锌内掺杂3d态过渡金属的方式有效提高压电材料层的电阻率，藉此可有效保留因触碰压电感应单元而产生的电荷，并透过讯号导线将此电荷传导至控制器，以对触碰位置进行精准地定位。以下将介绍将本实用新型的压电材料层应用在多种不同类型的压电式触控面板中的实施例。
[0017]图1A绘示本实用新型一实施例之压电式触控面板的上视图。图1B绘示图1A之压电式触控面板沿1-1’线段的剖面图。请同时参照图1A与图1B，本实施例之触控面板100包括一基板110、多个压电感应单元120、以及多条讯号导线130，其中基板110可例如是采用透明材质来制成，例如玻璃基板、塑料基板或薄膜基板。基板110具有相对的一第一表面112以及一第二表面114，其中在实际应用上，第一表面112是例如代表远离使用者之侧的表面，而第二表面114则是代表靠近使用者之侧的表面。
[0018]压电感应单元120配置于基板100之一侧，本实施例是例如配置于第一表面112之侧。附带一提的是，压电感应单元120的数量是根据实际的分辨率需求来设计，在此并无加以限制，分辨率越高则压电感应单元120的数量越多，感测也就越精确。本实施例的各个压电感应单元120之间是彼此分离且彼此电性绝缘，并且所有压电感应单元120是呈矩阵排列的设计来配置于第一表面112上。当然，压电感应单元120的排列方式是依实际设计来决定，本实用新型并无加以限制。本实施例的压电式触控面板100可进一步包含一绝缘层140，配置于压电感应单元120之间，使这些压电感应单元120更好的彼此电性绝缘。
[0019]讯号导线130同样例如配置于基板110的第一表面112之侧，并对应电性连接压电感应单元120及位于触控区T外的控制器(未绘示)，用来传递压电感应单元120及控制器之间的信号，让控制器可利用特定的算法来处理压电感应单元120的感测信号以进行定位。
[0020]进一步针对压电感应单元120来说明，各压电感应单元120包括一接地层122、一压电材料层124、以及一讯号层126。根据本实施例的迭层架构设计，接地层122配置于基板110的第一表面112上。压电材料层124配置于接地层122上，且压电材料层124的材质包括以一 3d态过渡金属掺杂氧化锌而形成的一固溶体。讯号层126配置于压电材料层124上。换言之，压电材料层124是配置于讯号层126与接地层122之间，并且电性连接讯号层126及接地层122。在此架构下，前述的讯号导线130是配置于讯号层126上，并且所述多条讯号导线130是分别电性连接多个压电感应单元120的讯号层126，让每个压电感应单元120是由对应的一条讯号导线130进行信号传递。当然，讯号导线130在走线布局的部分则会是配置于压电感应单元120之间的绝缘层140的表面上。
[0021]此外，在本实施例中，压电式触控装置100更包括一接地导线层170，用来电性连接接地层122，并且接地导线层170进一步电性连接于控制器的接地端，让接地层122与控制器的接地电压准位得以一致，有利于控制器判断触碰位置。由于本实施例的接地层122是彼此分离且彼此电性绝缘，因此本实施例的接地导线层170可例如包含多条接地导线，用来分别电性连接各个接地层122。更具体来讲，本实施例的接地导线层170配置于基板110的第一表面112上，且位于压电感应单元120及基板110之间，其中在对应电性连接各接地层122的接地导线之间除了是彼此分开之外，更进一步是通过另一绝缘层180来达到电性绝缘。
[0022]在一实施例中，3d态过渡金属包括铬、锰、铜、或是其他适合的过渡金属。在一实施例中，若3d态过渡金属以M代表，则固溶体的化学式为ZrvxMxO，其中x = 0.0001?0.05。更具体来讲，在一实施例中，3d态过渡金属为铜，且压电材料层124的电阻率为1*104奥姆厘米(Ω*αιι)?9.9*104奥姆厘米(Ω*αιι)。在另一实施例中，3d态过渡金属为锰，且压电材料层124的电阻率为1*105奥姆厘米(Ω*αιι)?9.9*105奥姆厘米(Ω*αιι)。在又一实施例中，3d态过渡金属为铬，且压电材料层的电阻率为1*106奥姆厘米(Ω*αιι)?9.9*106奥姆厘米(Ω *cm)。
[0023]由上述实验数据可知，本实施例所设计的3d态过渡金属掺杂氧化锌的压电材料层124具有较高的电阻率。因此，本实施例具有较大内阻的压电材料层124能有效保留触碰产生的电荷，有助于压电式触控面板100进行动态侦测。此外，也因为压电材料层124具有较大的内阻，让触碰动作结束之后也较不容易出现信号的记忆效应，使得在对触碰动作进行定位时不会因信号的重迭而导致误判。
[0024]详细而言，3d态过渡金属会替换氧化锌中部分的Zn2+离子。在掺杂的过程中，由于氧化锌的缺陷增多而形成的较多的晶界，而晶界容易散射载流子，因此，掺杂3d过渡金属的氧化锌所制成的薄膜具有较高的电阻率。此外，取代Zn2+离子的3d态过渡金属会吸引并束缚自由电子从而降低载流子浓度，进而提升电阻率。再者，3d态过渡金属掺杂会增加晶粒的周围区域的剩余氧浓度进而提升电阻率。
[0025]承上所述，由于压电感应单元120的原理是直接藉由机械形变来转化为电信号，因此不会受限于触碰物体的类型(导体或非导体)，并且也不需要额外的驱动电压就可侦测触碰位置，可有效节能。此外，由于每个压电感应单元120有独立对应的讯号导线130来进行传递信号，因此可对各个压电感应单元120进行寻址，达到多点触碰的功能。
[0026]在一实施例中，讯号层126及接地层122分别为一透明导电层，压电材料层124为一透明压电材料层。详细而言，接地层122以及讯号层126可由透明导电材料所组成，例如氧化铟锡(indium tin oxide, ΙΤ0)、氧化铟锌(indium zinc oxide, IZO)、氧化镉锡(cadmium tin oxide, CTO)、氧化招锋(aluminum zinc oxide, ΑΖ0)、氧化铟锋锡(indiumtin zinc oxide, ITZO)、氧化锡(tin oxide)、氧化锋(zinc oxide)、氧化镉(cadmiumoxide)、氧化給(hafnium oxide, HfO)> 氧化铟嫁锋(indium gallium zinc oxide,InGaZnO)、氧化铟嫁锋续(indium gallium zinc magnesium oxide, InGaZnMgO)、氧化铟嫁续(indium gallium magnesium oxide, InGaMgO)、氧化铟嫁招(indium gallium aluminumoxide, InGaAlO)、奈米碳管(Carbon Nano Tube, CNT)、银奈米碳管或铜奈米碳管等,或是其他透明导电材质与金属或非金属的合成物。
[0027]在一实施例中，讯号导线130的材质可为透明导电材料或是不透明导电材料，透明导电材料例如为前述接地层122以及讯号层126可使用的材质，不透明导电材料例如为银、金、奈米碳管。讯号导线130可为奈米级或是微米级宽度的金属导线。此外，在本实施例中，压电式触控面板400更包括一接地导线层170，用来电性连接接地层122，并且接地导线层170进一步电性连接于控制器的接地端，让接地层122与控制器的接地电压准位得以一致，有利于控制器判断触碰位置。由于本实施例的接地层122是彼此分离且彼此电性绝缘，因此本实施例的接地导线层170可例如包含多条接地导线，用来分别电性连接各个接地层122。更具体来讲，本实施例的接地导线层170配置于基板110的第一表面112上，且位于压电感应单元120及基板110之间，其中在对应电性连接各接地层122的接地导线之间除了是彼此分开之外，更进一步是通过另一绝缘层180来达到电性绝缘。
[0028]在一实施例中，触控面板100可更包括一增透膜150。增透膜150至少对应压电感应单元120的压电材料层124来配置于基板110的表面，本实施例是例如将增透膜150配置于基板110之第二表面114上。在一实施例中，增透膜150的面积相同于对应位于其正上方的压电材料层124的面积。增透膜150可增加透光率，以弥补因压电材料层124所减少的透光率。增透膜150的材质包括氟化镁(MgF2)、氧化钛(Ti02)、硫化铅(PbS)、硒化铅(PbSe)、二氧化钙(Si02)及五氧化二铌(Nb205)的至少其中之一。当然，在另外的实施例中，增透膜150亦可配置于第一表面112并且位于基板110和压电感应单元120之间，在此并非为本实施例所限制。此外，增透膜150也可以采一连续膜层态样来全面覆盖于基板110之表面，用来匹配压电感应单元120及绝缘层140之间因材质不同所产生的折射率差异。
[0029]补充说明的是，由图1B之迭层架构来看，压电感应单元120自基板110的第一表面112起依序是接地导线层170、接地层122、压电材料层124及讯号层126的迭层态样，并且讯号导线130再配置于讯号层126上。然而，在实际设计上，压电感应单元120的迭层态样亦可与本实施例相反，自基板110的第一表面112起依序是讯号层126、压电材料层124及接地层122、接地导线层170，并且讯号导线130是配置于基板110及讯号层126之间，此一迭层态样并非为本实用新型所限制。
[0030]虽然图1A所绘示的压电感应单元120呈方形，但不限于此，在其他实施例中，压电感应单元120亦可呈圆形或是其他适合的形状。
[0031]图2A绘示本实用新型一实施例之压电式触控面板的上视图。图2B绘示图2A之压电式触控面板沿1-1’线段的剖面图。请同时参照图2A与图2B，本实施例之压电式触控面板200相似于图1A与图1B所示之压电式触控面板100，两者差异之处在于本实施例之压电式触控面板200的所有压电感应单元120的压电材料层124是彼此电性相连，并且在所有压电感应单元120的讯号层126之间是通过绝缘层140来电性绝缘，而接地层122之间是通过另一绝缘层160来电性绝缘。[0032]图3A绘示本实用新型一实施例之压电式触控面板的上视图。图3B绘示图3A之压电式触控面板沿1-1’线段的剖面图。请同时参照图3A与图3B，本实施例之压电式触控面板300相似于图1A与图1B所示之压电式触控面板100，两者差异之处在于本实施例之压电式触控面板300的所有压电感应单元120的接地层122是彼此电性相连以形成一共地层的态样。该接地层122可通过一接地导线层来电性连接于控制器的接地端，让接地层122与控制器的接地电压准位得以一致，有利于控制器判断触碰位置。由于本实施例的所有压电感应单元120的接地层122是电性相连成一共地层的态样，因此接地导线层可设计成一条接地导线即可，搭接于共地层的周边，因而在图中未绘出。
[0033]图4A绘示本实用新型一实施例之压电式触控面板的上视图。图4B绘示图4A之压电式触控面板沿1-1’线段的剖面图。请同时参照图4A与图4B，本实施例之压电式触控面板400相似于图3A与图3B所示之压电式触控面板100，两者差异之处在于本实施例之压电式触控面板300的所有压电感应单元120的压电材料层124系彼此电性相连。换言之，本实施例配置于压电感应单元120之间的绝缘层140仅是电性绝缘讯号层126。由于本实用新型所使用的压电材料层124的材质具有较大的内阻，因此当所有压电感应单元120的压电材料层124是电性相连以构成连续膜层设计时，不同压电感应单元120之间所产生的信号也不会相互影响。
[0034]此外，由于增透膜150至少需与各压电感应单元120的压电材料层124对应设置，因此，本实施例之增透膜150是对应电性相连的所有压电材料层124而设计为一连续膜层。
[0035]藉此，由于本实用新型采用以3d态过渡金属掺杂氧化锌而形成的固溶体作为压电材料层，故可有效提升压电材料层的电阻率，进而有效保留因触碰压电感应单元而产生的电荷，并透过讯号导线将此电荷传导至控制器以对触碰位置进行精准地定位。再者，本实用新型之压电材料层不易出现记忆效应，因此，可更加精准地定位出触碰位置。
[0036]综上所述，本实用新型之压电式触控面板不会受限于触碰物体的类型，并且也不需要额外的驱动电压就可侦测触碰位置，由每个压电感应单元直接将机械形变转化为电信号传递至控制器，进而直接判定用户的触碰位置，故本实用新型之压电式触控面板可有效节能。再者，本实用新型的压电感应单元在感测上是不会相互影响，并由各自对应的讯号导线来传递信号至控制器因而能支持多点触碰的功能。
[0037]本实用新型虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型的范围，任何所属【技术领域】中具有通常知识者，在不脱离本实用新型之精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本实用新型之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。
【权利要求】
1.一种压电式触控面板，包括: 多个压电感应单元，配置于一基板之一侧，各该压电感应单元包括: 一接地层； 一讯号层；及 一压电材料层，配置于该接地层及该讯号层之间，并且电性连接该接地层及该讯号层，其中该压电材料层的材质包括以一 3d态过渡金属掺杂氧化锌而形成的一固溶体；以及 多条讯号导线，分别电性连接该些压电感应单元的该讯号层。
2.如权利要求1所述之压电式触控面板，其中该3d态过渡金属包括铬、锰或铜。
3.如权利要求1所述之压电式触控面板，其中若该3d态过渡金属以M代表，则该固溶体的化学式为Zn1JMxO,其中x = 0.0001?0.05。
4.如权利要求1所述之压电式触控面板，其中该3d态过渡金属为铜，且该压电材料层的电阻率为1*104奥姆厘米(Ω*ο?)?9.9*104奥姆厘米(Ω*ο?)。
5.如权利要求1所述之压电式触控面板，其中该3d态过渡金属为锰，且该压电材料层的电阻率为1*105奥姆厘米(Ω*ο?)?9.9*105奥姆厘米(Ω*ο?)。
6.如权利要求1所述之压电式触控面板，其中该3d态过渡金属为铬，且该压电材料层的电阻率为1*106奥姆厘米(Ω*ο?)?9.9*106奥姆厘米(Ω*ο?)。
7.如权利要求1所述之压电式触控面板，其中该些压电感应单元的该压电材料层系彼此电性相连。
8.如权利要求1或7所述之压电式触控面板，其中该些压电感应单元的该接地层系彼此电性相连以形成一共地层。
9.如权利要求1所述之压电式触控面板，其中该些压电感应单元系彼此分离且彼此电性绝缘。
10.如权利要求9所述之压电式触控面板，其中该些压电感应单元系呈矩阵排列。
11.如权利要求1所述之压电式触控面板，更包括: 一接地导线层，电性连接该些压电感应单元的该接地层。
12.如权利要求1所述之压电式触控面板，其中该讯号层及该接地层分别为一透明导电层。
13.如权利要求1所述之压电式触控装置，更包括: 一增透膜，至少对应该些压电感应单元的压电材料层来配置于该基板的一表面。
【文档编号】G06F3/041GK203376710SQ201320460224
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2013年7月30日
【发明者】戈卡尔普.贝拉默戈鲁, 朱浚斈, 王燕儒, 杨贵宝 申请人:宸鸿科技(厦门)有限公司