TWI663538B - 電容式觸控面板及包含該電容式觸控面板之顯示器裝置 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種電容式觸控面板，其包括一第一電極及一第二電極，第一電極及第二電極在單個基板上在不同方向上相交，其中第一電極經配置以使得複數個菱形單元單胞藉由連接網格連接，每一菱形單元單胞包括複數個菱形單元網格，且第二電極經配置以使得複數個菱形單元單胞在與第一電極的交叉點處分開並藉由網格橋接件連接，每一菱形單元單胞包括複數個菱形單元網格。

Description

電容式觸控面板及包含該電容式觸控面板之顯示器裝置

本發明係關於電容式觸控面板，該電容式觸控面板包括在單層上圖案化的驅動電極及感測電極。

由於行動裝置在全世界的使用，對觸控面板裝置的需求大幅度增加。此外，隨著觸控面板裝置之技術改良及穩定性增加，觸控面板裝置日益漸增地應用於各種中型至大型的裝置。儘管觸控面板裝置已應用於個人數位助理(PDA)、競賽機、導航機器、銷售時點管理系統(POS)終端機、自動櫃員機(ATM)及類似物，但觸控面板在顯示器工業中的相對普及度(penetration)總體而言並不高。然而，觸控面板不僅廣泛應用於小型行動裝置，而且應用於多種多樣的行動多媒體產品，尤其應用於智慧型電話及數位板個人電腦(PC)。

對於觸控面板裝置而言，廉價且具有精確觸控解析度的電阻式觸控面板當前由電容式觸控面板所替代，電容式 觸控面就呈現良好觸控功能性、耐久性、光透射率、戶外可見性及面板厚度而言皆為有利的。詳言之，電容式觸控面板廣泛用於具有10英吋(inch)或更小大小之行動裝置。

此種觸控面板包括透明電極，該等透明電極習知地由銦錫氧化物(ITO)或導電聚合物形成，諸如聚二氧乙烯噻吩/聚苯乙烯磺酸酯(PEDOT/PSS)。ITO之電導性適合用於小型裝置但不適合於大型面板。作為ITO之替代物而出現的導電聚合物因其高的可撓性及易處理性而有利，但具有不良電導性。

出於此原因，對使用金屬來形成透明電極之研究持續進行。與使用ITO或導電聚合物時相比，金屬透明電極具有優異電導性且供應量豐富。然而，當使用金屬形成電極時，觸控面板之透明性成為問題，此可歸因於金屬之不透明性。

電容式觸控面板可分類成雙層觸控面板及單層觸控面板。雙層觸控面板包括兩個基板，即包含具有第一電極圖案之上基板及具有第二電極圖案之下基板，該等基板彼此間隔分開，而該等基板之間***有絕緣材料以便防止第一電極圖案與第二電極圖案互相接觸。此外，上基板與下基板經形成具有連接至電極圖案的電極佈線。電極佈線起作用以使得當輸入單元與觸控螢幕接觸時，第一電極圖案與 第二電極圖案之間發生的電容變化轉移至控制單元。

另一方面，單層觸控面板包括在不同方向上形成於單個基板上的第一電極圖案與第二電極圖案(圖1)。圖1之單層觸控面板包括：第二電極，該第二電極包含藉由連接器連接的複數個菱形(鑽石形)圖案；以及第一電極，該第一電極包含在與第二電極的交叉點處分開並藉由橋接件連接的複數個菱形圖案。

因而，連接器或橋接件具有極小寬度並因此具有極高電阻，並且包括複數個此種連接器的電極可由於RC延遲而具有減小的有效驅動電壓，並因此觸控功能性可變得不靈敏，從而不合需要地劣化感測解析度。

[引用清單]

[專利文獻]

(專利文件1)韓國發明專利申請公開案第10-2014-0017857號。

(專利文件2)韓國發明專利申請公開案第10-2013-0141761號。

因此，本發明之一目的係提供一種觸控面板，該觸控面板包括使用金屬及/或導電氧化物的透明電極，尤其提供 一種不具有增加的基板厚度及不良可見性問題的觸控面板。

此外，本發明之另一目的係提供一種電容式觸控面板，其中驅動電極與感測電極之間的接觸面積得以增大，因此增強互電容但減少RC時間，最終增強驅動能力。

為實現上述目的，本發明提供一種電容式觸控面板，其包含第一電極及第二電極，該第一電極及該第二電極在單個基板上在不同方向上相交，其中該第一電極經配置以使得複數個菱形單元單胞藉由連接網格連接，每一菱形單元單胞由複數個菱形單元網格組成，並且該第二電極經配置以使得複數個菱形單元單胞在與該第一電極的交叉點處分開並藉由網格橋接件連接，每一菱形單元單胞由複數個菱形單元網格組成。

在本發明之觸控面板中，第二電極之網格橋接件可經形成穿過與其相鄰的第一電極之單元單胞，且網格橋接件之數量可為1或更大。

此外，本發明之觸控面板可進一步包括用於連接第一電極之單元單胞的一或多個網格橋接件，其中網格橋接件可經形成穿過與其相鄰的第二電極之單元單胞。

此外，本發明提供一種顯示器裝置，該顯示器裝置包括如上所述之觸控面板。

根據本發明，電容式觸控面板包括使用金屬及/或導電氧化物形成的第一電極及第二電極，因此改良可見性並增加透射率。

此外，根據本發明，電極係以網格結構之形式提供，因此降低電阻值並增加電極之間的接觸面積，最終增加互電容並減少外部雜訊之影響。

根據本發明，電容式觸控面板經配置以使得第一電極及第二電極形成於單層上，因此減小基板之厚度並簡化製造製程。

因此，此種觸控面板可有效應用於大面積顯示器裝置。

1‧‧‧驅動電極/第一電極

2‧‧‧連接網格

3‧‧‧感測電極/第二電極

4‧‧‧網格橋接件

5‧‧‧網格橋接件

10‧‧‧單元網格

20‧‧‧單元單胞

x‧‧‧寬度

y‧‧‧長度

a‧‧‧一邊長度

b‧‧‧內角

X‧‧‧寬度

圖1例示習知單層電極圖案。

圖2示意性例示根據本發明的用於電容式觸控面板之電極的網格圖案。

圖3例示根據本發明的彼此相交的第一電極與第二電 極之部分。

圖4例示根據本發明的單元網格，其中一邊之長度為a，內角為b，寬度為x，並且長度為y。

圖5示意性例示根據本發明的包括單元網格的單元單胞。

圖6至圖11例示根據本發明的用於電極的金屬網格圖案之實例。

圖12例示本發明之實例1，其中由金屬網格製成的第一電極及第二電極藉由連接網格相交。

圖13例示本發明之實例3，其中由金屬網格製成的第一電極及第二電極藉由連接網格相交，並且進一步提供網格橋接件。

圖14例示根據本發明之實施例的用於形成觸控面板的一系列程序。

根據本發明，電容式觸控面板包括第一電極及第二電極，該第一電極及該第二電極在單個基板上在不同方向上 相交，其中該第一電極經配置以使得複數個菱形單元單胞藉由連接網格連接，每一菱形單元單胞由複數個菱形單元網格組成，並且該第二電極經配置以使得複數個菱形單元單胞在與該第一電極的交叉點處分開並藉由網格橋接件連接，每一菱形單元單胞由複數個菱形單元網格組成。

在根據本發明的電容式觸控面板中，第一電極可用作驅動電極。因而，第二電極可用作感測電極。替代地，第一電極可為感測電極，並且第二電極可為驅動電極。

根據本發明的觸控面板為互電容式觸控面板，其類型為取決於當電壓施加於驅動電極時感測電極與驅動電極之間發生的電容變化來量測使用者之觸控點。

下文為本發明之描述，其中第一電極為驅動電極且第二電極為感測電極，但第一電極為感測電極且第二電極為驅動電極之情況不排除在本發明之範疇之外。

在下文中，將參考隨附圖式給出對本發明之實施例的詳細描述。在本發明之以下描述中，當併入本文中的已知構造及功能使本發明之要旨不清楚時，將省略對該等已知構造及功能之詳細描述。

以下描述及隨附圖式例示有助於熟習此項技術者熟知 的系統及方法的使用之特定實施例。其他實施例可包括結構或邏輯修改。除非明確要求，否則可通常選擇單個要素及功能，並可改變程序之順序。一些實施例之部分及特徵可包括在其他實施例中或由其他實施例替代。

如圖2及圖3所示，驅動電極1經配置以使得由複數個菱形單元網格10組成的複數個菱形單元單胞20藉助於連接網格2連接。

驅動電極1在形成感測電極3的同一表面上形成為網格結構，並經安置以便與感測電極相交。驅動電極1藉由佈線連接至電壓源。當電壓施加於驅動電極時，在驅動電極與感測電極之間產生電場。

包括在驅動電極1或感測電極3之單元單胞20中的單元網格10可提供為相同形式，且可經配置以使得此種單元網格中之每一者與另一相鄰單元網格10接觸以便相對於單元網格10之間的一個隅角(corner)而與該相鄰單元網格10對稱，或以便與相鄰單元網格10具有相同的一邊，進而允許電流流過其中。

感測電極3在感測使用者之觸控中起作用，並經形成以便在透明基板之一個表面上具有網格結構。感測電極3經配置以使得由複數個菱形單元網格組成的複數個菱形單 元單胞在與驅動電極1的交叉點處分開並藉由網格橋接件5連接。在圖9及圖10中例示網格橋接件。

根據本發明，驅動電極及感測電極係提供為包含圖案化線之網格結構之形式。當將圖案化線之厚度及寬度精細控制為約若干μm時，孔徑比率(總面積相對於不同於含有圖案化線之區域的區域之比率)可達95~99.5%。當網格結構之孔徑比率以此方式增大時，可使觸控面板之透射率(透射光相對於入射光之比率)增加，且可使可見性改良。

根據本發明，驅動電極及感測電極經提供以便具有網格結構，且據此，該區域(含有圖案化線之區域)很小，且表面電阻很低，因此增加觸控面板之觸控感測速率以進而實現低電力消耗。

較佳地，網格之寬度為1~10μm，且更佳為1~5μm。

如圖2及圖3所示，根據本發明的觸控面板之感測電極3的網格橋接件5可經形成穿過與其相鄰的驅動電極1之單元單胞20，且網格橋接件之數量可為1或更大。

此外，根據本發明的觸控面板可進一步包括一或多個網格橋接件4以用於連接驅動電極1之單元單胞20，並且網格橋接件可形成為穿過與其相鄰的感測電極之單元單 胞。

當以此方式進一步提供網格橋接件時，可防止由於在單層上形成感測電極及驅動電極的電極之間接觸面積的減小，且進而可防止產生的互電容之減小。具體而言，感測電極及驅動電極係提供為網格結構之形式，且驅動電極之網格橋接件及感測電極之網格橋接件分別經形成為穿過感測電極的具有網格結構的單元單胞及驅動電極的具有網格結構之單元單胞，進而降低電阻並增加感測電極與驅動電極之間的接觸面積以便因此增強互電容。最終，減少外部雜訊之影響。此外，減少RC時間，因此增強驅動能力。

在本發明之實施例中，如圖4所例示，感測電極之單元網格、驅動電極之單元網格及/或感測電極之連接網格可具有菱形形狀，其中菱形形狀的一邊之長度為a且內角為b(寬度：x，長度：y)。在本發明中，單元單胞(寬度：X，長度：Y；如圖5所示)可經配置以使得單元網格在垂直與水平方向上對稱安置。單元網格之尺寸及單元單胞之尺寸如下：

X=nx

Y=ny

其中n為構成單元單胞的單元網格之數量。

在單元網格中，x與y之比率可等於1：1~1：2。

內角b較佳地為45°~135°。

感測電極與驅動電極之交叉角可落入b之範圍，b為單元網格之角度。

驅動電極之網格橋接件4的數量及感測電極之網格橋接件5的數量可為1或2或更大。此外，此種網格橋接件較佳地沿著最短路徑P形成。藉由網格橋接件之初始點與終點之間的距離來判定最短路徑P。

圖6顯示驅動電極之間的對應於3x之距離。由此，驅動電極之網格橋接件的最短距離為P_x=3x(6a)。因為在感測電極之間的網格橋接件之初始點與終點在其間具有2y的距離，所以感測電極之網格橋接件的最短距離為P_y=2y(4a)。

圖7顯示取決於驅動電極及感測電極之網格橋接件的初始點與終點之間的距離均勻形成的最短距離P。

P_x=3x=6a

P_y=4y=8a

在圖6至圖11中，虛線指示虛設圖案。

圖8顯示根據本發明之另一實施例的最短路徑。

P_x=7x=14a

P_y=7y=14a

圖9顯示出在感測電極之網格橋接件的初始點與終點相同之條件下的網格橋接件之各種形狀。

因此，網格橋接件之距離所具有之值為2a或更大，該值為驅動電極與感測電極可相對於彼此為電導性之最小值。因此，驅動電極之網格橋接件的最短路徑P_x可判定為2aP_x m_x×2a-4a(其中m_x為在驅動電極之單元單胞中單元網格之最大數量)，且感測電極之網格橋接件的最短路徑P_y可判定為2aP_y m_y×2a-4a(其中my為在感測電極之單元單胞中單元網格之最大數量)。因而，最短路徑P_x及P_y較佳地經設置以便為互相對稱的。

圖10及圖11例示驅動電極之網格橋接件(圖10)與感測電極之網格橋接件(圖11)的最短距離及最大距離。

為確保最短路徑，當感測電極之網格橋接件穿過驅動電極之內側時，驅動電極藉由橋接件連接。當驅動電極之網格橋接件相交穿過感測電極之內側時，感測電極較佳地藉由橋接件連接。

為確保RC均勻性，較佳地以對稱佈置提供感測電極及驅動電極。

根據本發明，感測電極及驅動電極可由金屬薄膜形成。金屬薄膜可由銅(Cu)、鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、鎳(Ni)、鉻(Cr)或其合金形成。尤其有用的為具有高電導性的銅(Cu)、鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)或其合金。此外，感測電極及驅動電極可由導電氧化物薄膜形成。導電氧化物薄膜可包括選自ITO、FTO、AZO、IZO、GZO、ATO及NTO中之至少一種氧化物。

感測電極及驅動電極可提供為單獨的金屬薄膜之形式，或可提供為包含金屬薄膜與導電氧化物薄膜的堆疊形式，該堆疊形式經配置例如以使得金屬薄膜堆疊在導電氧化物薄膜上。

可使用電鍍、濺鍍或蒸鍍或諸如絲網印刷、凹版印刷或噴墨印刷的印刷製程使呈網格結構之感測電極及驅動電極形成於透明基板上。

可不限於使用與用於形成感測電極及驅動電極之方法相同的方法形成感測電極與驅動電極之交叉點的橋接件。

可藉助於有機絕緣薄膜或無機絕緣薄膜或使用無圖案形成於接觸部分之製程(圖3)使感測電極及驅動電極與網格橋接件絕緣。

有機絕緣薄膜可為基於矽(silicon-based)的有機絕緣薄膜或混合型有機絕緣薄膜，且無機絕緣薄膜可為基於二氧化矽(silicon oxide-based)的無機絕緣薄膜。

在本發明中，網格橋接件可經形成以便具有小至1.5μm或更小的覆層，該覆層具有驅動電極及感測電極。

通常，當感測電極及驅動電極由金屬形成時，所得觸控面板可歸因於金屬之不透明性而具有不良透射率。然而，本發明之網格結構經配置以使得線寬度及厚度精細圖案化至若干μm，因此增大孔徑比率，進而改良觸控面板之透射率。感測電極及驅動電極係由具有高電導性之金屬形成，並因此擁有150Ω/□或更小的表面電阻，進而呈現高電導性。此外，網格結構之形成可使觸控面板之透射率增加至89%或更大，從而產生高可見性。

根據本發明，觸控面板經配置以使得感測電極及驅動電極形成於單層上，而不是習知地形成於兩個相應透明基板上，最終實現小型觸控面板。此外，藉由顯示器提供的影像所穿過的觸控面板之厚度可減小，進而改良觸控面板 之可見性。

下文係參考圖14的製造根據本發明的觸控面板之製程的描述。

根據本發明之觸控面板藉由以下步驟製造：1)在透明基板上形成第一氧化物薄膜及第一金屬薄膜；2)在第一金屬薄膜上施加光阻劑(PR)並使用具有網格圖案之光遮罩使光阻劑曝露；3)顯影光阻劑並使用濕式蝕刻解決方案或乾式蝕刻製程來蝕刻第一金屬薄膜及第一氧化物薄膜，因此形成第一氧化物薄膜及第一金屬圖案；4)在第一金屬圖案上形成無機或有機絕緣薄膜；5)在絕緣薄膜上施加光阻劑(PR)並使用具有孔洞圖案之光遮罩使光阻劑曝光；6)使用濕式蝕刻解決方案或乾式蝕刻製程來蝕刻絕緣薄膜，因此形成連接孔洞；7)在絕緣薄膜上形成第二氧化物薄膜及第二金屬薄膜；8)在第二金屬薄膜上施加光阻劑(PR)並使用具有網格橋接件圖案之光遮罩使光阻劑曝光；9)顯影光阻劑並使用濕式蝕刻解決方案或乾式蝕刻製程來蝕刻第二金屬薄膜及第二氧化物薄膜，因此形成第二氧化物薄膜及第二網格橋接件圖案；以及10)在第二網格橋接件圖案上形成無機或有機絕緣薄膜。

可經由以下實例來獲得對本發明之更好理解，以下實例經闡述以說明本發明但不理解為限制本發明，且熟習此 項技術者將瞭解，在不脫離本發明之精神之情況下，各種修改或改良為可能的。因此，本發明之簡單的修改或變化落入如隨附申請專利範圍所界定的本發明之範疇內。

實例1

如藉由如下方法所製造，基板(圖8)經圖案化以使得單元單胞中單元網格之數量為m_x=20及m_y=10，驅動電極之單元單胞係藉由連接網格連接，且感測電極之單元單胞係藉由單個網格橋接件連接。

具有感測電極及驅動電極之基板係藉由以下步驟所製造：1)在透明基板上形成第一氧化物薄膜(ITO或IZO)及第一金屬薄膜(Mo及Ag之合金)；2)在第一金屬薄膜上施加光阻劑(PR)並使用具有網格圖案之光遮罩使光阻劑曝光；3)顯影光阻劑並使用濕式蝕刻解決方案來蝕刻第一金屬薄膜及第一氧化物薄膜，因此形成第一氧化物薄膜及第一金屬圖案；4)在第一金屬圖案上形成無機絕緣薄膜(SiO₂)；5)在絕緣薄膜上施加光阻劑(PR)並使用具有孔洞圖案之光遮罩使光阻劑曝露；6)使用乾式蝕刻製程來蝕刻絕緣薄膜，因此形成連接孔洞；7)在絕緣薄膜上形成第二氧化物薄膜及第二金屬薄膜；8)在第二金屬薄膜上施加光阻劑(PR)並使用具有網格橋接件圖案之光遮罩使光阻劑曝光；9)顯影光阻劑並使用濕式蝕刻解決方案來蝕刻第二金屬薄膜及第 二氧化物薄膜，因此形成第二氧化物薄膜及第二網格橋接件圖案；以及10)在第二網格橋接件圖案上形成無機或有機絕緣薄膜。

實例2至實例5

以與實例1相同的方式來製造基板，該基板經配置以使得藉由複數個網格橋接件連接驅動電極及感測電極。

測試實例

取決於網格橋接件路徑來量測實例1至實例5之基板的電阻及互電容。以下表1中給出該等結果。因而，當在單元單胞中進一步提供網格橋接件路徑時，單元單胞之電阻減小且互電容增大。在實例4及實例5中，與實例3相比，由於添加網格橋接件路徑，所以儘管電阻減小但互電容增大，因而RC時間增加。

Claims (11)

1. 一種電容式觸控面板，其包含一第一電極及一第二電極，該第一電極及該第二電極在一單個基板上在不同方向上相交，該第一電極經配置以使得複數個菱形單元單胞藉由連接網格連接，每一菱形單元單胞由複數個菱形單元網格組成，並且該第二電極經配置以使得複數個菱形單元單胞在與該第一電極的交叉點處分開並藉由網格橋接件連接，每一菱形單元單胞由複數個菱形單元網格組成，其中該第二電極之該等網格橋接件經形成穿過與其相鄰的該第一電極之該等單元單胞，且該等網格橋接件之數量為1或更大，其中該電容式觸控面板進一步包含一或多個該網格橋接件以用於連接該第一電極之該等單元單胞，其中該等網格橋接件經形成穿過與其相鄰的該第二電極之該等單元單胞。
2. 如請求項1所記載之電容式觸控面板，其中當該等單元網格之一邊的一長度為a且該等單元網格之一內角為b時，該內角b之範圍為45°至135°。
3. 如請求項2所記載之電容式觸控面板，其中當該等單元網格之一寬度為x且該等單元網格之一長度為y時，該第一電極之該等網格橋接件的一最短路徑P_x為2aP_x m_x×2a-4a，且該第二電極之該等網格橋接件的一最短路徑P_y為2aP_y m_y×2a-4a，其中m_x及m_y各為該等單元單胞之該等單元網格的最大數量。
4. 如請求項1所記載之電容式觸控面板，其中該第一電極及該第二電極係由一金屬薄膜所形成。
5. 如請求項4所記載之電容式觸控面板，其中該金屬薄膜包含銅(Cu)、鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、鎳(Ni)、鉻(Cr)或其合金。
6. 如請求項1所記載之電容式觸控面板，其中該第一電極及該第二電極係由一導電氧化物薄膜所形成。
7. 如請求項1所記載之電容式觸控面板，其中該第一電極及該第二電極經配置以使得一金屬薄膜堆疊在一導電氧化物薄膜上。
8. 如請求項1所記載之電容式觸控面板，其中該第一電極及該第二電極係藉由一基於矽的有機絕緣薄膜或一混合型有機絕緣薄膜而與該等網格橋接件絕緣。
9. 如請求項1所記載之電容式觸控面板，其中該第一電極及該第二電極係藉由一基於二氧化矽的無機絕緣薄膜而與該等網格橋接件絕緣。
10. 如請求項1所記載之電容式觸控面板，其中該第一電極為一驅動電極且該第二電極為一感測電極，或該第一電極為一感測電極且該第二電極為一驅動電極。
11. 一種顯示器裝置，其包含如請求項1所記載之電容式觸控面板。