TWI464643B - 偏光片之觸控感應元件製作方法與偏光裝置 - Google Patents

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Description

偏光片之觸控感應元件製作方法與偏光裝置
本發明有關一種偏光片之觸控感應元件製作方法與偏光裝置，特別是指在顯示器偏光片上製作觸控感應元件的薄型化製程，並以此製程製作的具有觸控功能的偏光裝置。
顯示器，如一般液晶顯示器(LCD)，透過驅動晶片電壓改變顯示器中液晶層上下電極層形成的電場，可以改變當中液晶分子排列與扭轉，因此形成可以選擇背光源穿透或是不能穿透的狀態，之後再透過彩色濾光片(color filter)改變各個畫素的顏色，以產生彩色畫面。
其中，液晶顯示器於液晶層上下兩側會使用上下兩片偏光片，偏光片的功能將來自背光源的非偏極光轉為偏極光，而液晶顯示器就是利用此偏極光加上上述液晶分子扭轉特性來控制光線通過的程度與不通過，以顯示明暗效果。
習知觸控顯示器模組可參考圖1所示的示意圖。在具有觸控功能的顯示器中，通常是結合另一觸控模組，配合感應電路取得使用者碰觸顯示面板上的位置，如圖1顯示的顯示器模組，此例為一與觸控模組101結合的液晶顯示器模組。
圖中顯示器模組設有由上基板104與下基板106夾合的液晶層105，在上基板104上的上方則再以光學膠103貼附一上偏光片102；在下基板106下方透過光學膠107貼附 有下偏光片108。
顯示器模組下方設有光源111，上方設有觸控模組101，並電性連接有一提供液晶電極電壓控制的驅動晶片109，驅動晶片109電性連接於電路基板110，由系統驅動顯示器。在液晶顯示器(如TFT LCD)中的下偏光片108將光源111產生的非偏振光轉變為單一方向的偏振光，下偏光片108與上偏光片102的偏振角度為90度，光線經過液晶層105，因為電場變化改變光線的偏振性，之後再利用上偏光片102再決定每個畫素的明暗程度。
為提供此例之顯示器模組觸控功能，一般方式即另外貼附觸控模組101至其面板之上表面。然而，習知觸控顯示器模組卻有不夠輕薄及成本較高等缺失亟待改善。
為解決上述習知觸控顯示器模組的缺失，本發明提出一種在偏光片表面上直接形成觸控感應元件的製作方法，此製程可以製作薄型化而具有觸控感應元件的偏光裝置。
根據本揭露書所描述的發明實施例，此偏光片之觸控感應元件製作方法包括的步驟有：先備置一具有偏振光功能的基材，比如用於液晶顯示器的偏光片，之後在此基材上塗佈第一透明導電材料。再利用圖案化製程，比如以蝕刻方式在基材上形成複數個第一電極、第一電極引線，與複數個第二電極、第二導線與第二電極引線，其中複數個第一電極與第二電極分別形成該基材上不同軸向(比如X軸與Y軸)的電極，複數個相鄰第一電極為不連接的電極，相鄰第二電極之間以第二導線電性連接，複數個第一電 極引線分別連接各路不連續的複數個第一電極，複數個第二電極引線分別連接各路連續的複數個第二電極。
由於上述第一電極之間跨接的部份產生有非連續電極線路，因此方法步驟再噴塗一絕緣材料在非連續第一電極之間，形成一橋接絕緣層；之後，於橋接絕緣層上噴塗形成第二透明導電材料，經光固化(如紫外光)或熱固化後，形成在橋接絕緣層上的第一導線，藉此第一導線連接各非連續的第一電極。
上述製作方法係用以形成表面設有觸控元件的偏光裝置，偏光裝置包括有具有偏振光功能的基材、複數個於基材上而透過圖案化第一透明導電材料形成的複數個第一電極、第一電極引線、第二電極、第二導線與第二電極引線、噴塗絕緣材料形成於非連續第一電極之間的一橋接絕緣層與噴塗第二透明導電材料於橋接絕緣層上而經固化的第一導線，這些元件組成本揭露書所提出的偏光裝置。
上述的第一透明導電層與第二透明導電層可為同一種材料，特別是一種透光率高於85%的高透光導電材料。而塗佈第一透明導電材料於基材上的步驟的方式包括一種乾式精密塗佈製程，亦或可為一種濕式精密塗佈製程。
本揭露書所描述的發明實施例關於一種偏光片之觸控感應元件製作方法，實施例之一係為製作用於液晶顯示模組內的偏光裝置，特別是指在顯示器偏光片上製作觸控感應元件的薄型化製程，並以此製程製作的具有觸控功能的偏光裝置。此偏光裝置同時具備觸控功能(如電容式)與 偏振光效果，實現無需額外加上觸控面板的內建(touch embedded displays)觸控功能的顯示模組。
圖2所示之流程描述本發明偏光片之觸控感應元件製作方法實施例，並可同時參考圖3A,3B,3C,3D,3E所示意描述的製作方法中各元件實施態樣。
製程包括如步驟S201，先備置一具有偏振光功能的基材，此具有偏振光功能的基材特別是用於顯示器模組中的偏光片，如圖3A顯示的偏光片301，此偏光片特別是高透光率(透光率約大於85%)的偏光片，並可應用在平面顯示器中的偏光片，偏光片的表面至少已經設有阻氣(水氣、氧氣)和硬化處理層透光。
接著如步驟S203，可利用塗佈方式(coating)在基材表面上形成第一透明導電材料，如乾式塗佈製程或濕式塗佈製程，如圖3B所示的導電材料303，由於此基材的實施方式之一是用於顯示器模組上的偏光片，因此，此第一透明導電材料可為透光率大於85%左右的一種高透光率的導電材料。
在此步驟中，塗佈的方式以精密塗佈方式較佳，可以一層高透光導電材料均勻地塗佈在具有偏振光功能的基材上，此精密塗佈技術可為乾式製程(dry process)或濕式製程(wet process)，成膜厚度可控制在0.01um至10um之間，誤差可控制在15%。第一透明導電材料可應用有氧化銦錫(ITO)、奈米銀(nano silver)、奈米銅(nano Cu)、導電高分子、奈米碳管(carbon nano tube)、石墨烯(Graphene)、溴化銀(AgBr)、氧化銦鎵鋅(IGZO)等材料。其中導電高分子係經摻雜(Doping)的結構的化學衍生物所組成 ，其包括但不限定於聚苯胺(polyaniline)與其衍生物，以及聚噻吩(polythiophene)與其衍生物等。
當利用乾式製程形成上述第一透明導電材料時，主要方法可以濺鍍(sputtering)、蒸鍍(evaporation)、化學氣相沈積法(Chemical Vapor Deposition,CVD)等方式；另可應用濕式製程(wet process)進行塗佈，其中可如一種縫鑄模(slot die)製程、凹版印刷(gravure)、浸泡化學溶液(dipping)噴塗(inject-printing)與噴灑(spraying)塗佈製程等。
根據本發明實施例，有別於傳統電容器式觸控顯示器是使用雙層感應器(X,Y方向的感應電極設於不同的兩層)，此實施例特別針對一種單層感應器提出設計，也就是將X,Y方向的感應電極設於同一層，因此在製程上需要解決不同方向的電極線路的佈局。
如製程中的步驟S205，方法繼續圖案化(patterning)經形成第一透明導電材料的基材表面，圖案化的結果將在基材上形成複數個以一種透明導電材料(第一透明導電材料)為材料的感測區與訊號引線區，特別是作為觸控顯示器上的感應電極與相關引線，可參考圖4A，其中同時具有X方向與Y方向(方向設定不以示意圖為限)的第一電極(11)與第二電極(21)。
其中，此類單層感應器上的複數個感測區之間在不同軸向分別包括有非連續電極線路與相鄰連續電極線路，比如複數個相鄰的第一電極(11)之間為不連續的線路，而複數個相鄰的第二電極(21)之間為以第二導線(22)連接的連續線路。在第一電極(11)所設的軸向形成有多路的線路，對外的連線則分別有第一電極引線(13)；第二電 極(21)所設的軸向形成有多路以第二電極引線(23)對外的連線。
上述圖案化的方式可以用於半導體製程中的蝕刻方式實現，包括乾式蝕刻製程(dry etching)與濕式蝕刻製程(wet etching)。
其中乾式蝕刻的方式可利用蝕刻膏塗佈、雷射雕刻或擋板光罩(shutter mask)蒸鍍法圖案化第一透明導電材料，使得基板表面可以形成多個感測區與訊號引線區。
乾式蝕刻方式可以區分為兩種極端的性質的蝕刻方式，即純物理性蝕刻與純化學反應性蝕刻。純物理性蝕刻可視為一種物理濺鍍方式，它是利用輝光(glow discharge)放電將氣體解離成帶正電的離子，再利用偏壓將離子加速，濺擊在被蝕刻物的表面，而將被蝕刻物質原子擊出。此乾式蝕刻的方式包括執行化學反應、離子輔助蝕刻、形成保護層避免無關的區域遭受蝕刻，以及排除殘留物。
濕式蝕刻則可以是曝光、顯影、蝕刻的黃光微影蝕刻形成上述感測區及訊號引線區。濕式蝕刻即將上述第一透明導電材料設計無須被蝕去的部份用光阻(photoresist)覆蓋，如感測區與訊號引線區，其他區域則利用特定的化學溶液蝕去，並轉成可溶於此溶液的化合物後加以排除，而達到蝕刻的目的。濕式蝕刻的進行主要是藉由溶液與待蝕刻材質間的化學反應，因此可藉由調配與選取適當的化學溶液。
濕式蝕刻主要步驟為：化學蝕刻液擴散至導電材料之表面、蝕刻液與待蝕刻材料發生化學反應、反應後產物從蝕刻材料之表面擴散至溶液中，並隨溶液排出。
經步驟S205圖案化後，形成如圖3C所示由導電材料303所蝕刻顯出的第一電極11的區域，與第二電極(未顯示於圖3C)之間的第二導線22，並電性連接於各路第一電極的第一電極導線13，圖3C所示之剖面圖可對照圖4A中虛線所標示的剖面線3C。
由於上述步驟形成的複數個第一電極與第二電極同時涵蓋一個平面上平均分布的感應電極，因此在特定軸向為以連續電極線路(如第二電極)連接的多個電極，藉以產生此軸向的感應訊號；在另一軸向則包括多個感應電極，但這些電極之間則不相連，即前述的相鄰不連續的第一電極。
為連結非連續的感應電極，方法如步驟S207，利用噴塗製程在非連續電極線路之間形成橋接絕緣層，如噴塗一氧化層。可參考圖3D，在第一電極11之間並跨過連接另一軸向第二電極之間的第二導線22的位置上方形成一橋接絕緣層305。圖3D所示的剖面圖可對照圖4B中顯示的剖面線3D，其中示意在第一電極11之間形成有一橋接絕緣層305。
接著如步驟S209，再於各橋接絕緣層上噴塗一種透明導電材料(第二透明導電材料)，此導電材料可為能以光固化或是熱固化方式定型的可固化材料，以形成圖3E與圖4C所揭示在橋接絕緣層305上形成的第一導線12，其中圖3E可對照圖4C中的剖面線3E。如同前述形成感應區與訊號引線區(第一電極、第二電極與相關引線)的透明導電材料所應用的材料，可應用有氧化銦錫(ITO)、奈米銀(nano silver)、奈米銅(nano Cu)、導電高分子、奈米碳管(carbon nano tube)、石墨烯(Graphene)、溴化銀(AgBr)、氧化銦鎵鋅(IGZO)等材料。其中導電高分子係經摻雜(Doping)的結構的化學衍生物所組成，其包括但不限定於聚苯胺(polyaniline)與其衍生物，以及聚噻吩(polythiophene)與其衍生物等。
在一實施例中，塗佈於基材上的用於感應區與訊號引線區的透明導電材料(第一透明導電材料)與用於製作橋接導電層的透明導電材料(第二透明導電材料)可為同一種材料，當然亦可為不同一種材料。第二透明導電材料因充當小面積的導電橋接功能，其透光率可高於80%以上。
如前述步驟S207與S209所使用的噴塗製程，根據發明實施例之一，在上述不連續的第一電極11之間的非連續電極線路上(參考圖4A，可表示為Y方向)用精密度達0.1um至5um(墨滴)的噴塗方式，將高透光性絕緣層和導電材料依序噴塗。再如步驟S211所示，可以紫外光(UV)固化，或熱固化，在已設計之連續電極線路特定點上，形成一用以跨接不連續電極線路的橋接導電層，形成的橋接通路如圖3E顯示的第一導線12。
上述具有偏振光功能的基材、複數個不同軸向的第一電極與第二電極，加上相鄰第一電極之間的橋接絕緣層與第一導線、第二電極之間的第二導線，並分別對外連線感應電路的第一電極引線與第二電極引線等元件之組合形成表面設有觸控元件的偏光裝置。
之後如步驟S213，上述利用偏光片之觸控感應元件製作方法製作的裝置可接著與顯示器模組結合，形成在顯示器模組上方具有觸控功能的偏光裝置。
所應用的顯示器模組包括一般如液晶顯示器(LCD)或是由有機發光二極體(OLED)為發光與顯示元件的顯示器。液晶顯示器的型式則可包括TN、STN、TFT、LTPS等；有機發光二極體顯示器則可包括小分子(small molecule)和高分子(polymer)種類，並可為主動(active matrix)或被動(passive matrix)矩陣驅動式的有機發光二極體顯示器。
依本揭露書所描述的偏光片之觸控感應元件製作方法實施例，其中使用的導電高分子材料和精密噴塗方式可以實現低溫電極跨接架橋和提高觸控感測器之精度與線性度，並可窄化邊框。其中製程的低溫環境比如是攝氏80度至90度之間，特別是本發明應用低溫製程之目的之一是因為一般偏光片的耐熱溫度並不高。
圖4A,4B,4C顯示本發明偏光裝置製作架橋通路的實施例示意圖。
圖4A顯示為上述製程中經過表面圖案化之後的表面電極形成的樣態，其中更包括與電極同時形成的引線，圖中明顯可見表面電極X方向與Y方向分別形成有相互連接的連續電極線路(如此例的X方向的複數個第二電極21)與不相連接的不連續電極線路(如此例的Y方向的複數個第一電極11)。
在此例中，如X方向的複數個第二電極21以第二導線22相互電連接，並於一端透過第二電極引線23連接感測電路410；再如Y方向顯示的非連續連接的複數個第一電極11，由於與複數個第二電極21在同一平面，避免電氣干擾或是短路，因此初步設計為非連續的電極電路，第一電極 引線13為第一電極11連接感測電路410的線路。
各軸向電極區透過電極引線集中連結於偏光裝置一側，以便於連結外部感測電路410。於較佳實施例中，引線因為與各透明電極一次圖案化形成，因此材料皆為透明導電材料，但可為相同或是不同種類的透明導電材料。
之後，如圖4B所示，製程透過噴塗程序在不連續電極線路之間先形成電性絕緣的結構，如圖所示，此例為在縱向(Y方向)的複數個第一電極11為不連續電極，相鄰的第一電極11間形成一跨接另一方向(此例為X方向)第二電極21之間的橋接絕緣層305，製程可參考圖2與圖3D的描述，圖3D即對照此圖的剖面線3D之一部分所繪製。之後再如圖4C所示，在上述橋接絕緣層305上繼續以噴塗方式形成作為相鄰第一電極11之間的第一導線12，製程可參考圖2與圖3E的描述，圖3E即對照此圖的剖面線3E之一部分所繪製。此第一導線12與下方第二電極21(X方向)之間的電路用橋接絕緣層305區隔，避免電氣干擾。
圖5顯示本發明偏光裝置與顯示器模組結合的實施例示意圖。
此實施例顯示為設有上述具有觸控元件的偏光裝置50的顯示器模組，偏光裝置50所應用的顯示器模組並不限於此例，而此例描述的顯示器模組之主要構造包括有液晶層507，液晶層507由上基板505與下基板509夾合，能夠保護液晶層507結構。
在下基板509以下，以一光學膠511結合下偏光片513，在上基板505以上，則以光學膠503結合以本揭露書揭露的製程產生的偏光裝置50，偏光裝置50主要有上偏光片 501與觸控面板中的感測電極層502等的結構。
顯示器模組下方設有光源515，整體顯示器模組由驅動晶片519驅動，驅動晶片519連接於顯示電路板521。顯示器模組所結合的偏光裝置50，其中的感測電極層502則連接有觸控電路板517，用以取得觸控訊號，以反應於顯示電路板521以及相關應用上。
綜上所述，本揭露書所描述的偏光片之觸控感應元件製作方法與偏光裝置，此發明特色在於可實施的範疇下，若應用於液晶顯示器或有機發光二極體顯示器的偏光片上，不限於上偏光片(接近人類眼睛的一側)或是下偏光片(接近背光源的一側)。以此方法實現的偏光裝置不僅可以實現更薄的內嵌式(in-cell)觸控顯示器，可比一般單玻璃觸控方案(one-glass solution，OGS)的顯示器更薄，可有效縮減空間使用，更可因為製程簡化而達到降低成本的目的。
惟以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為之等效結構變化，均同理包含於本發明之範圍內，合予陳明。
101‧‧‧觸控模組
102‧‧‧上偏光片
103,107‧‧‧光學膠
104‧‧‧上基板
105‧‧‧液晶層
106‧‧‧下基板
108‧‧‧下偏光片
109‧‧‧驅動晶片
110‧‧‧電路基板
111‧‧‧光源
301‧‧‧偏光片
303‧‧‧導電材料
11‧‧‧第一電極
12‧‧‧第一導線
13‧‧‧第一電極引線
21‧‧‧第二電極
22‧‧‧第二導線
23‧‧‧第二電極引線
305‧‧‧橋接絕緣層
410‧‧‧感測電路
3C,3D,3E‧‧‧剖面線
50‧‧‧偏光裝置
521‧‧‧顯示電路板
501‧‧‧上偏光片
502‧‧‧感測電極層
503,511‧‧‧光學膠
505‧‧‧上基板
507‧‧‧液晶層
509‧‧‧下基板
513‧‧‧下偏光片
515‧‧‧光源
517‧‧‧觸控電路板
519‧‧‧驅動晶片
步驟S201~S213‧‧‧偏光片之觸控感應元件製程
圖1描述習知技術觸控顯示器模組示意圖；圖2所示之流程描述本發明偏光片之觸控感應元件製作方法實施例；圖3A,3B,3C,3D,3E示意描述本發明偏光片之觸控感應元件製作方法實施例； 圖4A,4B,4C顯示本發明偏光裝置製作架橋通路的實施例示意圖；圖5顯示本發明偏光裝置與顯示器模組結合的實施例示意圖。
S201‧‧‧備置一具有偏振光功能的基材
S203‧‧‧形成透明導電材料
S205‧‧‧圖案化形成感測區及引線區
S207‧‧‧噴塗形成橋接絕緣層
S209‧‧‧噴塗形成橋接導電層
S211‧‧‧固化
S213‧‧‧結合於一顯示器模組

Claims (12)

  1. 一種偏光片之觸控感應元件製作方法，包括：備置一具有偏振光功能的基材，為一設於一顯示器內的光學偏光膜，該光學偏光膜的表面至少設有一阻氣和硬化處理層；塗佈一第一透明導電材料於該基材上；圖案化該基材上的該第一透明導電材料，形成複數個第一電極、第一電極引線，與複數個第二電極、第二導線與第二電極引線，該複數個第一電極與第二電極分別形成該基材上不同軸向的電極；其中該複數個相鄰第一電極為不連接的電極，該相鄰第二電極之間以該第二導線電性連接，該複數個第一電極引線分別連接各路不連續的該複數個第一電極，該複數個第二電極引線分別連接各路連續的該複數個第二電極；噴塗絕緣材料在該不連續的第一電極之間，形成該複數個第一電極之間的橋接絕緣層；於各橋接絕緣層上噴塗，在該複數個第一電極之間形成第二透明導電材料；以及固化該第二透明導電材料與該橋接絕緣層，形成在該複數個第一電極之間的複數個第一導線，該第一導線與該第二導線為電性絕緣。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的偏光片之觸控感應元件製作方法，其中該第一透明導電層或該第二透明導電層的材料選自氧化銦錫(ITO)、奈米銀(nano silver)、奈米銅(nano Cu)、導電高分子、奈米碳管(carbon nanotube)、石墨烯(Graphene)、溴化銀(AgBr)、氧化銦鎵鋅(IGZO) 其中之一。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的偏光片之觸控感應元件製作方法，其中該固化該第二透明導電材料與該橋接絕緣層的步驟為一紫外線固化或是一熱固化步驟。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的偏光片之觸控感應元件製作方法，其中該圖案化步驟係以一蝕刻製程或一濕式蝕刻製程。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的偏光片之觸控感應元件製作方法，其中該乾式蝕刻製程為選自蝕刻膏塗佈、雷射雕刻與擋板光罩(shutter mask)蒸鍍法其中之一。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的偏光片之觸控感應元件製作方法，其中該濕式蝕刻製程為一黃光製程。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的偏光片之觸控感應元件製作方法，其中該塗佈步驟係為一乾式塗佈製程或一濕式塗佈製程。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的偏光片之觸控感應元件製作方法，其中該乾式塗佈製程為濺鍍(sputtering)、蒸鍍(evaporation)、化學氣相沈積法(Chemical Vapor Deposition,CVD)其中之一。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的偏光片之觸控感應元件製作方法，其中該濕式塗佈製程為縫鑄模(slot die)製程、凹版印刷(gravure)、浸泡化學溶液(dipping)與噴塗(inject-printing)與噴灑(spraying)其中之一。
  10. 一種如申請專利範圍第1項所述的偏光片之觸控感應元件製作方法所製作的偏光裝置，該偏光裝置係用於一顯示器模組內，該偏光裝置包括： 一具有偏振光功能的基材，為一設於一液晶顯示器內的光學偏光膜，該光學偏光膜的表面至少設有一阻氣和硬化處理層；複數個經圖案化形成於該基材上的第一電極、第一電極引線、第二電極、第二導線、第二電極引線，其中該複數個第一電極與第二電極在不同軸向分別形成相鄰不連續與相鄰連續的電極，該第二導線電性連接於該相鄰的第二電極之間，該複數個第一電極引線分別連接各路不連續的該複數個第一電極，該複數個第二電極引線分別連接各路連續的該複數個第二電極；複數個經噴塗絕緣材料形成於該複數個相鄰不連續第一電極之間的橋接絕緣層；複數個經噴塗透明導電材料形成於該複數個橋接絕緣層上的複數個第一導線；其中，該具有偏振光功能的基材、該複數個第一電極、第一導線、第一電極引線、第二電極、第二導線、第二電極引線與該相鄰第一電極之間的橋接絕緣層之組合形成表面設有觸控元件的偏光裝置。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的偏光裝置，其中第一電極、第一導線、第一電極引線、第二電極、第二導線、第二電極引線為同一種透明導電材料。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的偏光裝置，其中該透明導電材料為一透光率高於85%的高透光導電材料。
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