TW201807550A

TW201807550A - 互容式壓力感測器以及具有壓力感測功能之觸控顯示裝置與其壓力感測方法

Info

Publication number: TW201807550A
Application number: TW105128033A
Authority: TW
Inventors: 張護繼
Original assignee: 晨星半導體股份有限公司
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2018-03-01
Also published as: TWI605369B; US10452215B2; US20180059823A1

Abstract

本發明提供一種互容式壓力感測器以及具有壓力感測功能之觸控顯示裝置與其壓力感測方法，其中觸控顯示裝置包括觸控顯示面板、背光模組以及壓力感測器。背光模組設置於觸控顯示面板的背面上。壓力感測器包括第一導電層、第二導電層、絕緣層以及第三導電層。第一導電層設置於觸控顯示面板與背光模組之間，第二導電層設置於第一導電層與背光模組之間，且絕緣層設置於第一導電層與第二導電層之間。背光模組設置於第二導電層與第三導電層之間，且第一導電層、第二導電層與第三導電層彼此電性絕緣。

Description

互容式壓力感測器以及具有壓力感測功能之觸控顯示裝置與其壓力感測方法

本發明係關於一種互容式壓力感測器(force sensor)以及具有壓力感測功能之觸控顯示裝置與其壓力感測方法，尤指一種可偵測多點按壓的互容式壓力感測器以及具有壓力感測功能之觸控顯示裝置與其壓力感測方法。

隨著科技日新月異，觸控技術已廣泛地應用於各樣的消費性電子產品中，如智慧型手機(smart phone)、車用觸控螢幕以及筆記型電腦等可攜式電子產品。目前已發展出的觸控技術種類也越來越多樣，例如電阻式、電容式、光學式或電磁式觸控等，其均用於偵測手指或觸控筆觸摸電子裝置的位置，使得電子裝置可透過所偵測到的觸控位置進一步執行對應的指令，因此使用者可透過觸控的方式來執行所欲的功能。然而，現今之觸控面板僅能透過偵測到觸控的位置來執行對應之單一指令，但並無法透過一次性的觸控動作執行進一步的指令，因此並無法滿足使用者在人機互動上更有效率且更直覺地向電子裝置傳達其意向的需求。

本發明之主要目的在於提供一種互容式壓力感測器(force sensor)以及具有壓力感測功能之觸控顯示裝置與其壓力感測方法，以讓使用者在一次觸摸動作中進行多個指令，進而提升使用者可直覺性達到的功能數量。

為達上述之目的，本發明提供一種具有壓力感測功能之觸控顯示裝置，包括一觸控顯示面板、一背光模組以及一壓力感測器。觸控顯示面板具有彼此相對之一顯示面以及一背面。背光模組設置於背面上。壓力感測器包括一第一導電層、一第二導電層、一絕緣層以及一第三導電層。第一導電層設置於觸控顯示面板與背光模組之間。第二導電層設置於第一導電層與背光模組之間。絕緣層設置於第一導電層與第二導電層之間。背光模組設置於第二導電層與第三導電層之間，且第一導電層、第二導電層與第三導電層彼此電性絕緣。

為達上述之目的，本發明另提供一種互容式壓力感測器，包括一第一導電層、一第二導電層、一絕緣層、一第三導電層以及一可壓縮介電層。第一導電層包括複數條第一電極條。第二導電層包括複數條第二電極條，與第一電極條交錯。絕緣層設置於第一導電層與第二導電層之間。第二導電層設置於第一導電層與第三導電層之間，且第一導電層、第二導電層與第三導電層彼此電性絕緣。可壓縮介電層設置於第二導電層與第三導電層之間。

為達上述之目的，本發明又提供一種觸控顯示裝置之壓力感測方法。首先，提供觸控顯示裝置，其中觸控顯示裝置包括一觸控顯示面板、一背光模組以及一壓力感測器。觸控顯示面板具有彼此相對之一顯示面以及一背面。背光模組設置於背面上。壓力感測器包括一第一導電層、一第二導電層、一絕緣層、一第三導電層以及一可壓縮介電層。第一導電層設置於觸控顯示面板與背光模組之間，且包括複數條第一電極條。第二導電層設置於第一導電層與背光模組之間，且包括複數條第二電極條，與第一電極條交錯。絕緣層設置於第一導電層與第二導電層之間。背光模組設置於第二導電層與第三導電層之間，且第一導電層、第二導電層與第三導電層彼此電性絕緣。可壓縮介電層設置於第二導電層與第三導電層之間，且可壓縮介電層於未形變前具有一第一厚度。然後，於壓力感測器尚未被按壓時，分別提供複數個驅動訊號至第一電極條，並分別從第二電極條接收複數個第一電容訊號，且將第三導電層電性連接至一參考電壓。接著，當壓力感測器之至少一位置按壓，致使對應此位置之可壓縮介電層的第一厚度壓縮為一第二厚度時，再次提供驅動訊號分別至第一電極條，且從對應此位置之至少一第二電極條接收至少一第二電容訊號。隨後，比較對應第二電極條之第一電容訊號與第二電容訊號，以獲得至少一按壓力值。

本發明之觸控顯示裝置由於設置有互容式壓力感測器因此不僅可具有觸控感測功能，還可具有壓力感測功能。除此之外，由於本發明之互容式壓力感測器不僅可偵測單點按壓的力道，還可偵測多點按壓的力道，因此使用者不僅可在觸控顯示裝置上執行多點觸控的功能，還可在一次觸摸動作中進行多種指令，進而提升一次觸摸動作可達到的功能數量。

請參考第1圖與第2圖，第1圖繪示本發明第一實施例之互容式壓力感測器之俯視示意圖，第2圖為第1圖沿著剖線A-A’之剖面示意圖。如第1圖與第2圖所示，本實施例所提供之互容式壓力感測器100可包括第一導電層102、第二導電層104、第三導電層106、絕緣層108以及可壓縮介電層110，且第一導電層102、絕緣層108、第二導電層104、可壓縮介電層110以及第三導電層106依序形成於基板112的一表面上。基板112可包括硬質基板例如玻璃基板、保護基板(cover lens)、保護玻璃(cover glass)或可撓式基板/薄膜基板(flexible substrate/film substrate)例如塑膠基板或其他適合材料所形成之基板等。或者，基板112可為電子裝置例如觸控顯示面板。於本實施例中，第一導電層102包括複數條第一電極條102S，分別沿著第一方向D1設置，且第二導電層104包括複數條第二電極條104S，分別沿著不同於第一方向D1之第二方向D2設置，使得第二電極條104S與第一電極條102S相互交錯。絕緣層108設置於第一導電層102與第二導電層104之間，用以電性絕緣第一導電層102與第二導電層104，因此各第一電極條102S與相交錯之第二電極條104S於交錯處相互耦合進而形成一耦合電容。第二導電層104設置於第一導電層102與第三導電層106之間，且可壓縮介電層110設置於第二導電層104與第三導電層106之間，因此第二導電層104可與第三導電層106電性絕緣。由於可壓縮介電層110不僅可電性絕緣第二導電層104與第三導電層106，還可具有可壓縮的特性；當互容式壓力感測器100受到按壓時，可壓縮介電層110的厚度產生變化，致使所偵測到第一電極條102S與第二電極條104S之間的耦合電容會隨著可壓縮介電層110的厚度變化而改變，進而可透過電容改變量計算出按壓的幅度。舉例而言，可壓縮介電層110包括空氣或彈性材料。

於本實施例中，各第二電極條104S可包括一條狀部SP與第一電極條102S相互交錯。除此之外，各第二電極條104S可選擇性地包括複數個延伸部EP，分別從條狀部SP之至少一側延伸出。具體而言，延伸部EP可包括第一延伸部EP1與第二延伸部EP2，且第一延伸部EP1與第二延伸部EP2分別從條狀部SP的兩相對側延伸出。較佳地，各第一延伸部EP1可與相對應之第二延伸部EP2設置在同一直線上，使得條狀部SP與第一延伸部EP1以及第二延伸部EP2可構成柵狀結構。但本發明不限於此，各第一延伸部EP1可與相對應之第二延伸部EP2沿條狀部SP亦可為線對稱但並非設置在同一直線上。舉例而言，每一第二電極條104S與第一電極條102S之交點可具有兩個延伸部EP，其各自之第一延伸部EP1與相對應之第二延伸部EP2可以條狀部SP為線對稱但並非設置在同一直線上，並且此兩延伸部EP以垂直於條狀部SP之一直線為線對稱，使得每一第二電極條104S與第一電極條102S之交點周圍可量測到均勻且較大的感應量。此外，各第一電極條102S可為驅動電極，分別用以傳輸一驅動訊號，且各第二電極條104S可為感應電極，分別因與對應之第一電極條102S相互電容耦合而感應到驅動訊號，進而產生所感應到的電容訊號。透過電容訊號的變化可偵測出第二電極條104S與第一電極條102S之間的耦合電容變化。較佳地，各第一電極條102S的寬度可大於各條狀部SP的寬度，使得作為驅動電極的第一電極條102S可用以遮蔽從基板112或其上方所產生的訊號干擾，以提高壓力感測的靈敏度。並且，各第二電極條104S之至少一延伸部EP可於垂直投影方向Z上與一條第一電極條102S重疊，不僅可使第一電極條102S遮蔽延伸部EP，還可增加第一電極條102S與第二電極條104S之間的耦合電容。於本實施例中，各第二電極條104S之兩第一延伸部EP1以及兩第二延伸部EP2係與同一條第一電極條102S重疊，但不限於此。於另一實施例中，第二導電層104可另包括複數個浮接電極，分別設置於兩相鄰之第二電極條104S之間，且浮接電極與第二電極條104S分隔開，而處於浮接狀態。透過浮接電極的設置可增加第二電極條104S所感應到的電容訊號，進而提升訊號感測量。可理解的是，各第一電極條102S亦可為感應電極，並使各第二電極條104S為驅動電極，其運作模式亦如上述，於此不再贅述。

此外，第三導電層106可為一平面電極，電性連接至一參考電壓，例如接地，且覆蓋第一導電層102與第二導電層104，使第一電極條102S與第二電極條104S的每一個交錯處可於垂直投影方向Z上與第三導電層106重疊，藉此可讓位於各交錯處的耦合電容在受到按壓時個別受到第三導電層106的影響。具體而言，第三導電層106與第二導電層104之間可具有預定的間距，使得第三導電層106與每個耦合電容在未受到按壓時具有相同的間距，因此第二電極條104S所感應到的電容訊號彼此約略相同。當互容式壓力感測器100受到按壓時，對應按壓位置的第二電極條104S與第三導電層106之間的間距會縮減，使得第二電極條104S所感應到的電容訊號受到第三導電層106的參考電壓的影響亦會產生變化，進而可偵測出按壓的幅度。具體運作方式將併入下文中之觸控顯示裝置的壓力感測方法中描述。

本發明之互容式壓力感測器可應用至觸控顯示裝置，以搭配觸控功能讓一次性的觸控動作可達到執行多個指令。請參考第3圖，第3圖繪示本發明第二實施例之具有壓力感測功能之觸控顯示裝置之剖面示意圖。如第3圖所示，本實施例所提供之觸控顯示裝置200可包括觸控顯示面板202、背光模組204以及壓力感測器206。觸控顯示面板202具有彼此相對之一顯示面202a以及一背面202b。觸控顯示面板202可例如為搭配有觸控功能之液晶顯示面板，其中觸控顯示面板202可包含有內嵌式(in-cell/on-cell)、外掛式(out-cell)或混和式(hybrid in-cell)觸控面板，使觸控顯示裝置200具有觸控感測功能，但不以此為限。熟習該技藝之人士應知觸控面板亦可為電阻式、電磁式或光學式等其他類型之觸控面板。背光模組204設置於觸控顯示面板202的背面202b上，用以作為觸控顯示面板202顯示畫面的光源。背光模組204可例如為側光式或直下式背光模組。

於本實施例中，壓力感測器206可包括第一導電層102、第二導電層104、第三導電層106、絕緣層108以及可壓縮介電層110。第一導電層102設置於觸控顯示面板202與背光模組204之間的背面202b上，第二導電層104設置於第一導電層102與背光模組204之間，且絕緣層108設置於第一導電層102與第二導電層104之間。絕緣層108可包括一光學透明膠，用以將第二導電層104黏貼於第一導電層102上，並提供第一導電層102與第二導電層104電性絕緣之用。第一導電層102、絕緣層108與第二導電層104係黏貼於觸控顯示面板202的背面202b上。舉例而言，第一導電層102與第二導電層104可先分別形成於一薄膜上，且透過絕緣層108將具有第二導電層104之薄膜黏貼於具有第一導電層102之薄膜上。並且，壓力感測器206可另包括一黏著層208例如光學透明膠，用以將具有第一導電層102之薄膜黏貼於觸控顯示面板202之背面202b上。於另一變化實施例中，第一導電層102亦可直接透過微影蝕刻或網印製程形成於觸控顯示面板202的背面202b上。絕緣層108可包括有機或無機材料，形成於第一導電層102上。第二導電層104可直接透過另一微影蝕刻或網印製程形成於絕緣層108上。於本實施例中，第一導電層102與第二導電層104較佳可分別包括透明導電材料，以避免阻擋背光模組204的光線射入觸控顯示面板202中，且降低對觸控顯示裝置200的畫面亮度的影響。本實施例之第一導電層102、第二導電層104與第三導電層106之結構與第一實施例相同，因此在此不多贅述。

此外，第三導電層106設置於背光模組204下，即背光模組204設置於第二導電層104與第三導電層106之間。值得一提的是，第三導電層106可固定在一固件上或為一固件，且觸控顯示面板202可為一硬質載板，藉以支撐並固定黏貼於其上之第一導電層102、絕緣層108與第二導電層104，使得在觸控顯示裝置200未受到按壓時，第三導電層106與第二導電層104之間可具有預定的間距，且為均勻一致。舉例而言，第三導電層106可為一金屬框，用以容置觸控顯示面板202、背光模組204以及兩者之間的第一導電層102與第二導電層104，且第三導電層106可電性連接至觸控顯示裝置200系統之最低電壓，例如接地電壓或共同電壓。須注意，當背光模組204具有可撓性時，第一導電層102、絕緣層108、第二導電層104與第三導電層106不可固定於背光模組204上，以避免在觸控顯示裝置200未受到按壓時第三導電層106與第二導電層104之間的間距產生變化。此外，可壓縮介電層110設置於第二導電層104與第三導電層106之間。於本實施例中，可壓縮介電層110可設置於背光模組204與第三導電層106之間，並包括空氣或彈性材料。舉例來說，背光模組204與第三導電層106之間可具有容置空間，使得可壓縮介電層110可為設置於容置空間內的空氣或設置於容置空間內的彈性材料。於另一變化實施例中，可壓縮介電層110亦可為背光模組204與第二導電層104之間的空氣或彈性材料。

值得說明的是，本實施例之第一導電層102、絕緣層108與第二導電層104設置於觸控顯示面板202與背光模組204之間，以有效地利用背光模組204與觸控顯示面板202之間的空間，並可減少觸控顯示裝置200因設置有壓力感測器206而增加的厚度，使得觸控顯示裝置200在整合壓力感測器206之後的厚度可具有最小幅的增加。並且，透過以金屬框作為第三導電層106還可省略額外具有參考電壓的電極，以減少元件成本。

下文將進一步說明本實施例之觸控顯示裝置200的壓力感測方法。請參考第4圖至第6圖，第4圖為本發明第二實施例之觸控顯示裝置的壓力感測方法的流程圖，第5圖繪示第二實施例之觸控顯示裝置尚未被按壓時的狀態，第6圖繪示第二實施例之觸控顯示裝置受到按壓時的狀態。如第4圖所示，本實施例之觸控顯示裝置的壓力感測方法包括以下步驟。首先，進行步驟S10，提供觸控顯示裝置200。由於觸控顯示裝置200係與上述實施例相同，因此不多贅述。並且，可壓縮介電層110於未形變前具有一第一厚度T1，如第5圖所示。然後，進行步驟S20，於壓力感測器206尚未被按壓時，分別提供複數個驅動訊號至第一電極條102S，並分別從第二電極條104S接收複數個第一電容訊號，且將第三導電層106電性連接至參考電壓。參考電壓可例如為接地電壓或共同電壓。具體而言，驅動訊號循序提供至對應之第一電極條102S，各第二電極條104S於壓力感測器206尚未被按壓時與各第一電極條102S之間具有第一耦合電容值，因此可感應到驅動訊號，進而產生第一電容訊號。相對應地，各第二電極條104S亦可循序感應驅動訊號。並且，第二電極條104S可電性連接至控制晶片，以利用控制晶片經由第一電容訊號計算出第三導電層106與第二電極條104S之間的間距為第一間距G1時的第一耦合電容值。

接著，如第6圖所示，進行步驟S30，當壓力感測器206之至少一位置被按壓，致使對應此位置之可壓縮介電層110的第一厚度T1被壓縮為一第二厚度T2，此時再次分別提供驅動訊號至第一電極條102S，且從對應此位置之第二電極條104S接收至少一第二電容訊號。具體而言，由於可壓縮介電層110的厚度壓縮為第二厚度T2，第三導電層106與第二電極條104S之間的間距縮小為第二間距G2，致使第一電極條102S因傳送驅動訊號所產生的部分電力線EL會受到第三導電層106的參考電壓的影響，而不被第二電極條104S感應到。故對應按壓位置的第二電極條104S所產生的第二電容訊號係不同於第一電容訊號。透過控制晶片可經由第二電容訊號計算出第三導電層106與第二電極條104S之間的間距為第二間距G2時的第二耦合電容值。於本實施例中，對壓力感測器206按壓可對當壓力感測器206之複數個位置被按壓，且控制晶片可從對應此些位置之第二電極條104S可分別接收複數個第二電容訊號。

然後，進行步驟S40，比較對應此位置之第一電容訊號與第二電容訊號，以獲得至少一按壓力值。第一導電層102與第二導電層104間之至少一耦合電容可相關於至少一按壓力值。具體而言，比較對應每個位置之第一電容訊號與第二電容訊號可透過控制晶片進行，並計算出每個位置的兩者差異，或者透過控制晶片直接計算從第一電容訊號所獲得之第一耦合電容值以及從第二電容訊號所獲得之第二耦合電容值之間的差異。由於第一耦合電容值與第二耦合電容值之差異，即電容改變量，符合第一公式ΔC=εAΔD/G1G2，其中ΔC為電容改變量，A為各第二電極條104S與第三導電層106於垂直投影方向Z上的重疊面積，G1為觸控顯示裝置200未被按壓時第三導電層106與第二電極條104S之間的間距，G2為觸控顯示裝置200被按壓時第三導電層106與第二電極條104S之間的間距，ΔD為各第二電極條104S與第三導電層106之間的間距的改變量，即G1-G2，且ε為介於各第二電極條104S與第三導電層106之間的介電常數，因此透過第一公式以及電容改變量可計算出各第二電極條104S與第三導電層106之間的間距的改變量。於本實施例中，於受按壓時第二電極條104S與第三導電層106之間的背光模組204在厚度上並不會產生變化，各第二電極條104S與第三導電層106之間的間距的改變量即為可壓縮介電層110之第二厚度T2與第一厚度T1的差異。再者，由於按壓力值係符合第二公式F=κΔD，其中F為按壓力值，且κ為可壓縮介電層110之彈性係數，因此控制晶片可透過第二公式以及所計算出第二厚度T2與第一厚度T1的差異獲得按壓力值。舉例而言，按壓力值與電容改變量的關係可如第7圖所示。觸控顯示裝置200內可預先設定不同的按壓力值範圍可對應執行不同的指令，因此觸控顯示裝置200可依據計算出的按壓力值執行相對應的指令，進而達到使用者透過一次性的觸控動作執行進一步的指令。於另一實施例中，可壓縮介電層110之彈性係數κ可依據按壓位置的不同利用高斯曲線做補償而有所不同，因此比較第一電容訊號與第二電容訊號的步驟可包括利用對應此位置之可壓縮介電層110之至少一彈性係數κ，獲得按壓力值。舉例而言，距離觸控顯示裝置200的中央越近的彈性係數κ越大，而距離觸控顯示裝置200的側邊越近的彈性係數κ越小。

於本實施例中，壓力感測器206可同時被複數個觸摸物按壓，控制晶片可從對應觸摸物按壓位置之第二電極條104S可分別接收複數個第二電容訊號，以判定各觸摸物的按壓力值。具體請參考第8圖，第8圖繪示觸控顯示裝置被兩個觸摸物按壓時耦合電容的位置與電容改變量的關係示意圖。如第8圖所示，觸摸物的大小係大於單一耦合電容的範圍，因此單一觸摸物係涵蓋複數個耦合電容。當壓力感測器206受到兩個觸摸物按壓時，控制晶片從對應觸摸物按壓位置之第二電極條104S分別接收複數個第二電容訊號，因此可透過比較第一電容訊號與第二電容訊號之步驟獲得對應不同位置的電容改變量分布，進而可計算出對應不同位置的按壓力值分布。並且，控制晶片可從按壓力值分布中獲得在特定位置的按壓力值較周圍的按壓力值高(即波峰)，以判斷出觸摸物位於按壓力值較高的位置以及其按壓力值，進一步執行對應的指令。如此一來，觸控顯示裝置200可針對多點按壓進行所欲執行的指令，且搭配觸控顯示裝置200的觸控感測功能可讓使用者在一次觸摸動作中進行多個指令，進而提升使用者可直覺性達到的功能數量。值得說明的是，當至少兩觸摸物的位置相鄰近時，為分辨按壓是否觸控顯示裝置200的觸摸物為單一或至少兩個，控制晶片可計算電容改變量大於一最小值之特定分布範圍內的電容改變量的總和，並判斷電容改變量的總和是否超過一特定值，其中特定值可例如為單一觸摸物的電容改變量總和。當電容改變量的總和超過此特定值時，判斷觸控顯示裝置200受到至少兩個觸摸物按壓。以兩個觸摸物為例，按壓力值分布中會有兩特定位置的按壓力值較周圍的按壓力值高(即波峰)，因此控制晶片可將此兩特定位置之間具有最低按壓力值的位置(即兩波峰之間的波谷)設定為觸摸物的分隔點，以將兩觸摸物的位置區分開，進而判斷出各觸摸物的按壓位置以及按壓力值。因此，相較於自容式感測器而言，本實施例之互容式壓力感測器206可達到多點按壓的按壓力值偵測，且透過互容式壓力感測器206偵測按壓力值不僅可降低傳送與接收訊號的端點數量(即接墊數量)，還可針對單一觸摸物偵測出對應的電容改變量的位置分布，進而可更精確地偵測出觸摸物的按壓力值。

綜上所述，本發明之觸控顯示裝置由於設置有互容式壓力感測器因此不僅可具有觸控感測功能，還可具有壓力感測功能。除此之外，由於本發明之互容式壓力感測器不僅可偵測單點按壓的力道，還可偵測多點按壓的力道，因此使用者不僅可在觸控顯示裝置上執行多點觸控的功能，還可在一次觸摸動作中進行多種指令，進而提升一次觸摸動作可達到的功能數量。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100、206‧‧‧壓力感測器
102‧‧‧第一導電層
102S‧‧‧第一電極條
104‧‧‧第二導電層
104S‧‧‧第二電極條
106‧‧‧第三導電層
108‧‧‧絕緣層
110‧‧‧可壓縮介電層
112‧‧‧基板
200‧‧‧觸控顯示裝置
202‧‧‧觸控顯示面板
202a‧‧‧顯示面
202b‧‧‧背面
204‧‧‧背光模組
208‧‧‧黏著層
EP‧‧‧延伸部
EP1‧‧‧第一延伸部
EP2‧‧‧第二延伸部
SP‧‧‧條狀部
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‧‧‧第一間距
G2‧‧‧第二間距
EL‧‧‧電力線
S10、S20、S30、S40‧‧‧步驟

第1圖繪示本發明第一實施例之互容式壓力感測器之俯視示意圖。第2圖為第1圖沿著剖線A-A’之剖面示意圖。第3圖繪示本發明第二實施例之具有壓力感測功能之觸控顯示裝置之剖面示意圖。第4圖為本發明第二實施例之觸控顯示裝置的壓力感測方法的流程圖。第5圖繪示第二實施例之觸控顯示裝置尚未被按壓時的狀態。第6圖繪示第二實施例之觸控顯示裝置受到按壓時的狀態。第7圖繪示本發明一實例之按壓力值與電容改變量的關係示意圖。第8圖繪示觸控顯示裝置被兩個觸摸物按壓時耦合電容的位置與電容改變量的關係示意圖。

Claims

一種具有壓力感測功能之觸控顯示裝置，包括：一觸控顯示面板，具有彼此相對之一顯示面以及一背面；一背光模組，設置於該背面上；以及一壓力感測器，包括：一第一導電層，設置於該觸控顯示面板與該背光模組之間；一第二導電層，設置於該第一導電層與該背光模組之間；一絕緣層，設置於該第一導電層與該第二導電層之間；以及一第三導電層，該背光模組設置於該第二導電層與該第三導電層之間，且該第一導電層、該第二導電層與該第三導電層彼此電性絕緣。
如請求項1所述之具有壓力感測功能之觸控顯示裝置，另包括一可壓縮介電層，設置於該第二導電層與該第三導電層之間，該可壓縮介電層包括空氣或彈性材料。
如請求項2所述之具有壓力感測功能之觸控顯示裝置，其中該壓力感測器用以量測至少一按壓力值，且該第一導電層與該第二導電層間之至少一耦合電容相關於該至少一按壓力值。
如請求項1所述之具有壓力感測功能之觸控顯示裝置，其中該第一導電層包括複數條第一電極條，該第二導電層包括複數條第二電極條，且該等第一電極條與該等第二電極條交錯。
如請求項4所述之具有壓力感測功能之觸控顯示裝置，其中各該第二電極條包括一條狀部以及複數個延伸部，該等延伸部從該條狀部之至少一側延伸出，且各該第二電極條之該等延伸部中之至少一者與該等第一電極條中之一者重疊。
如請求項5所述之具有壓力感測功能之觸控顯示裝置，其中各該第一電極條的寬度大於各該條狀部的寬度。
如請求項5所述之具有壓力感測功能之觸控顯示裝置，其中該第一導電層與該第二導電層分別包括透明導電材料。
如請求項4所述之具有壓力感測功能之觸控顯示裝置，其中各該第一電極條為驅動電極，且各該第二電極條為感應電極。
如請求項1所述之具有壓力感測功能之觸控顯示裝置，其中該第三導電層為一金屬框，用以容置該觸控顯示面板、該背光模組以及該壓力感測器。
如請求項1所述之具有壓力感測功能之觸控顯示裝置，其中該絕緣層為一光學透明膠，用以將該第二導電層黏貼於該第一導電層上。
如請求項1所述之具有壓力感測功能之觸控顯示裝置，其中該壓力感測器另包括一黏著層，設置於該第一導電層與該觸控顯示面板之間，用以將該第一導電層黏貼於該觸控顯示面板的該背面上。
一種互容式壓力感測器，包括：一第一導電層，包括複數條第一電極條；一第二導電層，包括複數條第二電極條，與該等第一電極條交錯；一絕緣層，設置於該第一導電層與該第二導電層之間；一第三導電層，其中該第二導電層設置於該第一導電層與該第三導電層之間，且該第一導電層、該第二導電層與該第三導電層彼此電性絕緣；以及一可壓縮介電層，設置於該第二導電層與該第三導電層之間；其中，該複數條第二電極條可分別接收複數個電容訊號，用以量測至少一按壓力值，其中該第一導電層與該第二導電層間之至少一耦合電容相關於該至少一按壓力值。
如請求項12所述之互容式壓力感測器，其中各該第二電極條包括一條狀部以及複數個延伸部，該等延伸部從該條狀部之至少一側延伸出，且各該第二電極條之至少一該延伸部與一該第一電極條重疊。
如請求項13所述之互容式壓力感測器，其中各該第一電極條的寬度大於各該條狀部的寬度。
如請求項12所述之互容式壓力感測器，其中該第三導電層為一平面電極，覆蓋該第一導電層與該第二導電層。
如請求項12所述之互容式壓力感測器，其中該絕緣層為一光學透明膠，用以將該第二導電層黏貼於該第一導電層上，以及該可壓縮介電層包括空氣或彈性材料。
如請求項12所述之互容式壓力感測器，其中，根據該複數個電容訊號，該互容式壓力感測器產生對應不同位置之一按壓力值分布，藉以實現多點壓力觸控。
一種觸控顯示裝置之壓力感測方法，包括：提供該觸控顯示裝置，其中該觸控顯示裝置包括：一觸控顯示面板，具有彼此相對之一顯示面以及一背面；一背光模組，設置於該背面上；以及一壓力感測器，包括：一第一導電層，設置於該觸控顯示面板與該背光模組之間，且該第一導電層包括複數條第一電極條；一第二導電層，設置於該第一導電層與該背光模組之間，且該第二導電層包括複數條第二電極條，與該等第一電極條交錯；一絕緣層，設置於該第一導電層與該第二導電層之間；一第三導電層，其中該第二導電層設置於該第一導電層與該第三導電層之間，且該第一導電層、該第二導電層與該第三導電層彼此電性絕緣；以及一可壓縮介電層，設置於該第二導電層與該第三導電層之間，且該可壓縮介電層於未形變前具有一第一厚度；於該壓力感測器尚未被按壓時，分別提供複數個驅動訊號至該等第一電極條，並分別從該等第二電極條接收複數個第一電容訊號，且將該第三導電層電性連接至一參考電壓；當該壓力感測器之至少一位置被按壓，致使對應該至少一位置之該可壓縮介電層的第一厚度壓縮為一第二厚度時，再次提供該等驅動訊號分別至該等第一電極條，且從對應該至少一位置之至少一該第二電極條接收至少一第二電容訊號；以及比較對應該至少一第二電極條之一該第一電容訊號與該至少一第二電容訊號，以獲得至少一按壓力值。
如請求項18所述之觸控顯示裝置之壓力感測方法，其中比較對應該至少一第二電極條之該第一電容訊號與該至少一第二電容訊號更包含獲得至少一電容改變量，該至少一按壓力值與對應於同一位置之該至少一電容改變量成正比關係。
如請求項18所述之觸控顯示裝置之壓力感測方法，其中比較對應該至少一第二電極條之該第一電容訊號與該至少一第二電容訊號更包括利用對應於該至少一位置之該可壓縮介電層之至少一彈性係數，獲得該至少一按壓力值。