電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是有關(guān)于一種電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)，包括第一電極層、第一材料層、第二材料層以及第二電極層。第一材料層配置于第一電極層上，其材料選自半導(dǎo)體材料及絕緣材料兩者其中之一。第二材料層配置于第一材料層上，其材料選自半導(dǎo)體材料及絕緣材料兩者其中的另一種。第二電極層配置于第二材料層上。
【專利說明】電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)于一種觸控面板的元件結(jié)構(gòu)，特別是有關(guān)于一種電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著觸控面板(touch panel)的技術(shù)發(fā)展，觸控面板已經(jīng)廣泛應(yīng)用到電子裝置的熒幕，例如手機、筆記型電腦或平板電腦。觸控面板可以讓使用者更方便的進(jìn)行輸入或操作的動作，讓其使用者介面更為人性化與方便。
[0003]一般而言，根據(jù)觸控面板的構(gòu)造和感測形式的不同可區(qū)分為:電阻式觸控面板、電容式觸控面板、音波式觸控面板、光學(xué)式觸控面板、電磁式觸控面板。就電容式觸控面板而言，其電極結(jié)構(gòu)包括多個接收電極以及多個驅(qū)動電極。在實際應(yīng)用上，驅(qū)動電極用以接收面板控制器所輸入的驅(qū)動信號，以驅(qū)動觸控面板對使用者的觸碰進(jìn)行感測。接收電極用以產(chǎn)生對應(yīng)于使用者觸碰的感應(yīng)信號。然而，現(xiàn)有的電容式觸控面板只接受使用者直接觸碰的觸發(fā)方式，無法利用遠(yuǎn)端或非碰觸的方式來操作。
[0004]此外，就光學(xué)式觸控面板而言，其可利用遠(yuǎn)端或非碰觸的方式來操作，只是現(xiàn)有的光學(xué)式觸控面板多采用內(nèi)嵌式架構(gòu)，即直接將光感應(yīng)器埋設(shè)于薄膜晶體管面板或彩色濾光面板之上，此種架構(gòu)會占去一定的像素面積并影響面板的開口率。
[0005]由此可見，上述現(xiàn)有的觸控面板在結(jié)構(gòu)與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決上述存在的問題，相關(guān)廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設(shè)計被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品又沒有適切結(jié)構(gòu)能夠解決上述問題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)，此電容式觸控面板同時兼具電容式觸控與光學(xué)式觸控的功能。
[0007]本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明提供一種電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)，包括第一電極層、第一材料層、第二材料層以及第二電極層。第一材料層配置于第一電極層上，其材料選自半導(dǎo)體材料及絕緣材料兩者其中之一。第二材料層配置于第一材料層上，其材料選自半導(dǎo)體材料及絕緣材料兩者其中的另一種。第二電極層配置于第二材料層上。
[0008]本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。
[0009]較佳的，前述的電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)，其中該第二材料層的材料選自半導(dǎo)體材料，配置于第二材料層之上的第二電極層在第一方向上的寬度小于第二材料層在第一方向上的寬度。
[0010]較佳的，前述的電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)，其中該第二電極層在第一方向上排列。[0011 ] 較佳的，前述的電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)，其中該第一材料層的材料選自半導(dǎo)體材料，配置于第一材料層之下的第一電極層在第二方向上的寬度小于第一材料層在第二方向上的寬度。
[0012]較佳的，前述的電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)，其中該第一電極層在第二方向上排列。
[0013]較佳的，前述的電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)，其中該半導(dǎo)體材料為金屬氧化物半導(dǎo)體。
[0014]較佳的，前述的電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)，其中在光照期間，材料選自半導(dǎo)體材料的第一材料層或第二材料層的空乏區(qū)電容根據(jù)電容結(jié)構(gòu)的偏壓來產(chǎn)生。
[0015]較佳的，前述的電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)，其中在光照期間，光源提供光線至電容結(jié)構(gòu)，光源的閃爍頻率大于臨界頻率。
[0016]較佳的，前述的電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)，其中該第一電極層與第二電極層用以接收交流信號，以操作在周期性極性反轉(zhuǎn)模式。
[0017]借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)至少具有下列優(yōu)點及有益效果:觸控面板的半導(dǎo)體材料層可兼具光觸發(fā)與指觸發(fā)的觸碰控制，因此本發(fā)明揭露的電容式觸控面板同時兼具電容式觸控與光學(xué)式觸控的功能。
[0018]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】`
[0019]圖1繪示本發(fā)明實施例的電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。
[0020]圖2繪示圖1實施例的電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
[0021]圖3繪示本發(fā)明另一個實施例的電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)的立體示意圖。
[0022]圖4繪示圖3實施例的電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。
[0023]圖5繪示本發(fā)明實施例的第一電極層與第二電極層操作在周期性極性反轉(zhuǎn)模式的概要示意圖。
[0024]圖6繪示本發(fā)明實施例的空乏區(qū)電容在有光照時其周期性變化消失的概要示意圖。
[0025]圖7繪示本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體層的空乏區(qū)電容因光照而產(chǎn)生位移電流的概要示意圖。
[0026]【主要元件符號說明】
[0027]100:電容式觸碰面板
[0028]110:驅(qū)動電極、第一電極層
[0029]120:接收電極、第二電極層
[0030]130,430:第一材料層
[0031]140、440:第二材料層
[0032]410:第一電極層420:第二電極層
[0033]200:電容結(jié)構(gòu)300:液晶顯示面板[0034]X1、X2、X3:行
[0035]Y1、Y2、Y3、Y4:列
[0036]Cs:空乏區(qū)電容Cox:絕緣層電容
[0037]Dl:第一方向D2:第二方向
[0038]Wl:第二電極層在第一方向上的寬度
[0039]W2:第二材料層在第一方向上的寬度
[0040]Is:位移電流Ls:光線
【具體實施方式】
[0041]為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的一種電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)的【具體實施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
[0042]本發(fā)明揭露的電容式觸控面板近似于傳統(tǒng)電容式觸控面板的硬件架構(gòu)，至少可同時實現(xiàn)電容式觸控及光學(xué)式觸控的雙重功能。與傳統(tǒng)電容式觸控面板相較，本發(fā)明揭露的電容式觸控面板更多了一層半導(dǎo)體層，而工藝上并不會有太大的差異。半導(dǎo)體層的材料的選擇只需考慮其透明性，能隙大于或略小于可見光的光子能量皆可。在光學(xué)式觸控操作時，交流信號可直接由觸控面板上產(chǎn)生亦或加諸于所接收的光線之中。當(dāng)半導(dǎo)體層吸收來自觸控面板或環(huán)境的光線時，經(jīng)信號調(diào)制過的光線將有助于觸控面板的判讀。為更清楚地了解本發(fā)明，以下將配合圖式及實施例來詳細(xì)說明。
[0043]圖1繪示本發(fā)明實施例的電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。請參考圖1，圖1繪示一組3x4電極的電容式觸碰面板100。此電容式觸控面板100可分成兩個區(qū)域，分別為包括多個驅(qū)動電極110的驅(qū)動區(qū)以及多個接收電極120的接收區(qū)。在驅(qū)動區(qū)內(nèi)，同一行Xl至X3上是以四個四邊形的驅(qū)動電極110來例示說明。在接收區(qū)內(nèi)，同一列Yl至Y4上是以三個四邊形的接收電極120來例示說明。惟應(yīng)注意的是，此處的行、列僅是參考附加圖式的陣列方向來定義，所使用的行列用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明。
[0044]圖2繪示圖1實施例的電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。請參考圖1及圖2，本實施例的電容式觸控面板100包括多個交錯相連的電容結(jié)構(gòu)200，其剖面示意圖如圖2所示。此電容結(jié)構(gòu)200作為電容式觸控面板100的一部分而配置于液晶顯示面板300上，并與之協(xié)同工作來執(zhí)行觸控感測功能。
[0045]具體而言，本實施例的電容結(jié)構(gòu)200包括第一電極層110、第一材料層130、第二材料層140以及第二電極層120。第一材料層130配置于第一電極層110上，其材料選自半導(dǎo)體材料及絕緣材料兩者其中之一。第二材料層140配置于第一材料層130上，其材料選自半導(dǎo)體材料及絕緣材料兩者其中的另一種。第二電極層120配置于第二材料層140上。在此實施例中，第一材料層130的材料為絕緣材料，第二材料層140的材料為半導(dǎo)體材料。此處的半導(dǎo)體材料包括金屬氧化物半導(dǎo)體，例如氧化銦鎵鋅(Indium Gallium Zinc Oxide,IGZO)或氧化鉿銦鋅(Hafnium Indium Zinc Oxide, HIZO),但本發(fā)明并不加以限制。在另一個實施例中，第一材料層130的材料可選自半導(dǎo)體材料,此時第二材料層140的材料即選自絕緣材料。換句話說，本發(fā)明揭露的概念在于兩個電極層之間除了配置有絕緣層之外，更包括半導(dǎo)體層，因此，絕緣層與半導(dǎo)體層在兩電極層之間的堆疊順序并不用以限制本發(fā)明，且不同的堆疊順序并不影響觸控面板的電容結(jié)構(gòu)的電氣特性。另外，在本實施例中，第一電極層Iio及第二電極層120例如是具透明特性的銦錫氧化物(Indium Tin Oxide, ITO)半導(dǎo)體，但本發(fā)明并不加以限制。
[0046]以下以第二材料層140為半導(dǎo)體層為例進(jìn)一步闡述本發(fā)明揭露的操作原理。在本實施例中，電容結(jié)構(gòu)200中的第二材料層140在適當(dāng)?shù)钠珘簵l件下會形成空乏區(qū)，此空乏區(qū)在某些交流頻率下如同絕緣層。也就是說，根據(jù)實際應(yīng)用需求，施加適當(dāng)?shù)钠珘嚎墒沟诙牧蠈?40產(chǎn)生空乏區(qū)電容Cs，此時電容結(jié)構(gòu)200的整體電容值為絕緣層電容Cox與空乏區(qū)電容Cs的串聯(lián)組合。此外，第二材料層140的另一個特色是可以吸收可見光(visiblelight)或紫外光(ultraviolet, UV)的光子而產(chǎn)生電子-空穴對(electron-hole pair)。電子跟空穴會在空乏區(qū)內(nèi)被電場分離而產(chǎn)生新的電場并且拉平第二材料層140的能帶結(jié)構(gòu)。也就是說，光照將可消除第二材料層140的空乏區(qū)，從而消除空乏區(qū)電容Cs。在本實施例中，電容結(jié)構(gòu)200的整體電容值在光照前后將可差一個空乏區(qū)電容Cs。當(dāng)電容結(jié)構(gòu)200中的第二材料層140的材料選自具有透明性的金屬氧化物半導(dǎo)體IGZO時，有空乏區(qū)(Cox與Cs串聯(lián))跟無空乏區(qū)(只有Cox)的電容結(jié)構(gòu)200，其整體電容值的差異可達(dá)4倍，因此，本實施例的電容結(jié)構(gòu)200可提供足夠的電容值變化來供觸控面板100進(jìn)行判別之用。
[0047]圖3繪示本發(fā)明另一個實施例的電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)的立體示意圖。圖4繪示圖3實施例的電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。請參考圖3及圖4，本實施例的電容結(jié)構(gòu)400包括第一電極層410、第一材料層430、第二材料層440以及第二電極層420，各結(jié)構(gòu)層之間的堆疊關(guān)系如圖3所示，在此不再贅述。在本實施例中，第二材料層440為半導(dǎo)體層，其在第一方向Dl上排列，第一材料層430為絕緣層，其在第二方向D2上排列。為了圖式簡潔起見，圖3僅繪示一個第一材料層430，其在第二方向D2上排列的概念可由第二材料層440在第一方向Dl上的排列方式類推之。
[0048]在本實施例中，觸控面板100的各電容結(jié)構(gòu)400是由第一電極層410與第二電極層420夾持第二材料層440與第一材料層430所形成。與第二材料層440接觸的第二電極層420并不需要與第二材料層440整面接觸。也就是說，配置于第二材料層440之上的第二電極層420在第一方向Dl上的寬度Wl小于第二材料層440在第一方向Dl上的寬度W2。但本發(fā)明并不限于此，在其他實施例中，第二電極層420也可與第二材料層440整面接觸，即此時寬度Wl等于寬度W2。在寬度Wl小于寬度W2的結(jié)構(gòu)狀態(tài)中，具有半導(dǎo)體態(tài)的金屬氧化物較易被制作。
[0049]在另一個實施例中，也可以是第一材料層430的材料選自半導(dǎo)體材料，而第二材料層440的材料選自絕緣材料。在此種結(jié)構(gòu)狀態(tài)中，配置于第一材料層430之下的第一電極層410在第二方向D2上的寬度小于第一材料層430在第二方向D2上的寬度,其概念可由第二電極層420與第二材料層440之間的關(guān)系類推之，在此不再贅述。
[0050]一般而言，半導(dǎo)體層與絕緣層之間的介面容易捕捉電子或空穴，其介面的物理現(xiàn)象類似于以金屬氧化物半導(dǎo)體所制作的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的半導(dǎo)體層與絕緣層之間的介面物理現(xiàn)象。此種金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的臨界電壓(threshold voltage)會根據(jù)其被施加的電場狀態(tài)而有所不同。此外，此種金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的結(jié)構(gòu)在光照前后，其臨界電壓的大小也會有所改變。也就是說，當(dāng)光照移除之后，半導(dǎo)體層的空乏區(qū)不一定會恢復(fù)到光照前的寬度。因此，至少為了避免此種光照前后空乏區(qū)寬度不一致的現(xiàn)象，可在金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極與源極之間施加正向偏壓，此可有效加大臨界電壓，以恢復(fù)空乏區(qū)的寬度，使半導(dǎo)體層在光照前后空乏區(qū)寬度一致。
[0051]因此，在圖3的實施例中，第一電極層410與第二電極層420接收交流信號，以操作在周期性極性反轉(zhuǎn)模式，如圖5所示。此處的交流信號是指當(dāng)?shù)谝浑姌O層410被施加正偏壓+V時，第二電極層420被施加負(fù)偏壓-V。反之，當(dāng)?shù)谝浑姌O層410被施加負(fù)偏壓-V時，第二電極層420被施加正偏壓+V。因此，在周期性極性反轉(zhuǎn)模式下，第二材料層440的空乏區(qū)的寬度可被維持，因此空乏區(qū)的寬度不會因為光照前后有所改變。從空乏區(qū)電容Cs的觀點來看，有光照跟沒光照時的差異在于有光照時，空乏區(qū)電容Cs的周期性變化消失，如圖6所示。
[0052]在本發(fā)明的實施例中，為了避免觸控面板100在光學(xué)式觸控模式下對非觸發(fā)光線進(jìn)行誤判，可對觸發(fā)觸控面板100的光源進(jìn)行信號上的調(diào)制，以避免其誤判。具體而言，本實施例的空乏區(qū)電容Cs對非觸發(fā)光線的反應(yīng)較敏感，此處的非觸發(fā)光線例如是來自觸控面板或環(huán)境的光線。本實施例對光源信號的調(diào)制方法例如是調(diào)制光源使其具有大于臨界值的閃爍頻率f，從而提供對應(yīng)的光線來照射觸控面板的電容結(jié)構(gòu)。此概念可示意如圖7，其繪示本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體層的空乏區(qū)電容Cs因光照而產(chǎn)生位移電流的概要示意圖。在圖7中，空乏區(qū)電容Cs受具有閃爍頻率f的光線Ls所照射，其閃爍頻率f大于觸發(fā)光學(xué)控制的臨界頻率值。因此，空乏區(qū)電容Cs可據(jù)此產(chǎn)生同樣頻率的位移電流Is供觸控面板100讀取，以避免觸控面板100在光學(xué)式觸控模式下對非觸發(fā)光線進(jìn)行誤判。
[0053]綜上所述，本發(fā)明的實施例中至少具有以下其中一個優(yōu)點，電容式觸控面板包括半導(dǎo)體材料層，可兼具光觸發(fā)與指觸發(fā)的觸碰控制。并且，觸控面板的兩個電極間的電壓可周期性反轉(zhuǎn)來維持空乏區(qū)電容的大小。另外，在光學(xué)式觸控模式下，觸發(fā)光線可被調(diào)制成具有特定頻率以增加觸控面板的信號判斷能力。因此本發(fā)明的實施例揭露的電容式觸控面板同時兼具電容式觸控與光學(xué)式觸控的功能。
[0054]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電容式觸控面板的電容結(jié)構(gòu)，其特征在于其包括: 第一電極層； 第一材料層，配置于該第一電極層上，其材料選自半導(dǎo)體材料及絕緣材料兩者其中之 第二材料層，配置于該第一材料層上，其材料選自該半導(dǎo)體材料及該絕緣材料兩者其中的另一種；以及 第二電極層，配置于該第二材料層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容結(jié)構(gòu)，其特征在于其中該第二材料層的材料選自該半導(dǎo)體材料，配置于該第二材料層之上的該第二電極層在第一方向上的寬度小于該第二材料層在該第一方向上的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容結(jié)構(gòu)，其特征在于其中該第二電極層在該第一方向上排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容結(jié)構(gòu)，其特征在于其中該第一材料層的材料選自該半導(dǎo)體材料，配置于該第一材料層之下的該第一電極層在第二方向上的寬度小于該第一材料層在該第二方向上的寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電容結(jié)構(gòu),其特征在于其中該第一電極層在該第二方向上排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容結(jié)構(gòu)，其特征在于其中該半導(dǎo)體材料為金屬氧化物半導(dǎo)體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容結(jié)構(gòu)，其特征在于其中在光照期間，材料選自該半導(dǎo)體材料的該第一材料層或該第二材料層的空乏區(qū)電容根據(jù)該電容結(jié)構(gòu)的偏壓來產(chǎn)生。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電容結(jié)構(gòu)，其特征在于其中在該光照期間，光源提供光線至該電容結(jié)構(gòu)，該光源的閃爍頻率大于臨界頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容結(jié)構(gòu)，其特征在于其中該第一電極層與該第二電極層用以接收交流信號，以操作在周期性極性反轉(zhuǎn)模式。
【文檔編號】G06F3/044GK103677463SQ201310232465
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年6月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月7日
【發(fā)明者】陳蔚宗, 辛哲宏, 蔡娟娟, 唐文忠, 楊智翔 申請人:元太科技工業(yè)股份有限公司