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CN107102756B - 触控装置及其制造方法 - Google Patents

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CN107102756B CN201610098728.1A CN201610098728A CN107102756B CN 107102756 B CN107102756 B CN 107102756B CN 201610098728 A CN201610098728 A CN 201610098728A CN 107102756 B CN107102756 B CN 107102756B
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Abstract

本发明公开一种触控装置及其制造方法。触控装置包括基底结构及触控结构。触控结构包括触控电极图案及金属线路。触控电极图案位于基底结构上，金属线路位于触控电极图案的边缘上。金属线路的厚度是1μm至100μm之间，粗糙度是0.1μm至90μm之间。

Description

触控装置及其制造方法
技术领域
本说明书的内容涉及一种触控装置及其制造方法，且特别是涉及一种具有压延金属做为触控走线的触控装置及其制造方法。
背景技术
随着显示科技的进步，各式显示装置不断推陈出新，其中搭载着触控结构的显示装置目前已经广泛应用于各种消费电子产品之中。
在可挠式触控显示装置的制造过程中，是在可挠的塑胶(例如聚对苯二甲酸二乙酯(PET)、聚酰亚胺(PI))基材上依序形成透明导电膜与溅镀金属膜，再图案化透明导电膜与金属膜以分别形成触控结构的透明电极图案与溅镀金属外部线路。图案化制作工艺包括黄光显影蚀刻等步骤。然而，塑胶基板的玻璃转变温度(Tg)通常较不利于高温的黄光制作工艺温度(例如，聚对苯二甲酸二乙酯的玻璃转变温度约为80℃)。因此，塑胶基板在较高温的黄光制作工艺下，容易变质，造成不期望的性质改变会使得触控显示装置的效能(例如透光性)变差。此外，塑胶基底会增加触控显示装置的厚度，也增加制造成本。
因此，有需要改善现有技术所面临的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种触控装置及其制造方法，能克服上述现有技术的问题。
根据一实施例，提供一种触控装置，其包括基底结构及触控结构。触控结构包括触控电极图案及金属线路。触控电极图案位于基底结构上。金属线路位于触控电极图案的边缘上。金属线路的厚度是1μm至100μm之间，粗糙度是0.1μm至90μm之间。
根据另一实施例，提供一种触控装置的制造方法，其包括以下步骤。于金属基材上形成导电膜，以形成叠层结构。提供基底结构。利用透明介电粘合层，粘合叠层结构的导电膜与基底结构。图案化金属基材，以形成触控装置的金属线路。图案化导电膜，以形成触控装置的触控电极图案。
附图说明
为了对本发明的上述实施例及其他目的、特征和优点能更明显易懂，特举数个较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下:
图1至图8绘示根据一实施例的触控装置的制造方法；
图9绘示根据另一实施例的触控装置；
图10绘示根据又另一实施例的触控装置。
符号说明
9、10：触控结构
61、62：延伸条
102：金属基材
102A：金属线路
104：导电膜
104A：触控电极图案
106、106A、106B：透明介电粘合层
108：叠层结构
109、109A：触控结构
110、110A、110B：基底结构
118：粘着层
120：保护层
126：液晶层
127：液晶显示面板
128：薄膜晶体管基板
130：彩色滤光片基板
132：背光模块
134：有机发光二极管显示装置
136：阻障层
C1、C2：触控通道
P：周边区
T：触控区
具体实施方式
本发明提供触控装置及其制造方法。触控装置不需要额外的塑胶基材，而利用金属基材作为支撑其他材料层的基材，并图案化金属基材以形成触控装置的金属外部线路，制作工艺简单、能节省材料且降低成本，并能薄化电子装置。为了对本发明的上述实施例及其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举数个较佳实施例，并配合所附附图作详细说明。
但必须注意的是，这些特定的实施案例与方法，并非用以限定本发明的范围。本发明仍可采用其他特征、元件、方法及参数来加以实施。较佳实施例的提出，仅是用以例示本发明的技术特征，并非用以限定本发明的权利要求。该技术领域中具有通常知识者，将可根据以下说明书的描述，在不脱离本发明的精神范围内，作均等的修饰与变化。在不同实施例与附图之中，相同的元件，将以相同的元件符号加以表示。
图1至图8绘示根据一实施例的触控装置的制造方法。
请参照图1，提供一金属基材102。实施例中，金属基材102可采用具有支撑性的金属基材，因此可不需要形成在其他支撑基板即可直接进行制作工艺。适用于本发明的金属基材102，例如，可为由压延方式形成的金属基材，亦即，压延金属基材。适用于本发明的金属基材具有支撑性，以使得后续制作工艺的导电膜可形成于其上。适用于本发明的金属基材，并不以压延金属基材为限。用于本发明的金属基材102也可让其他形成在压延金属基材102上的其他材料层通过压延金属基材102提供的支撑性顺利地进行制作工艺。
依据本发明实施例，所使用的压延金属基材102，其性质与溅镀、网印所得到的金属材料并不相同。兹将以溅镀、网印与压延方式形成的金属材料特性列示在表1中。相对于本案实施例中使用的压延金属基材102，以溅镀或网印方式形成的金属材料并不具有支撑性，无法直接用作基材，即无法单独使用支撑其他材料层于其上进行后续制作工艺。
表1
Figure BDA0000928034460000041
举例来说，压延金属基材102的制造方法可包括将金属材料经过溶层、铸造步骤形成的铸胚进行热轧、面削、中轧、退火酸洗、精轧、清洗等步骤以得到金属原箔。可利用例如卷绕式(roll to roll)方式对金属原箔进行额外的表面处理制作工艺，例如粗糙化、防锈、或增镀其他的金属导电层等。压延金属基材102的制造方法简单、成本低且适合大量快速生产。一些实施例中，可利用化学蚀刻方式控制压延金属基材102的表面粗糙度，以增加与后续堆叠材料之间的附着性，亦即能具有优异的附着力。压延金属基材102是可挠曲的基材，例如可弯曲(bendable)、可折叠(foldable)、可卷动(rollable)，且耐高温制作工艺(例如铜可承受约1000℃)，不但可应用在各式可挠的电子装置中，也可应用在不可挠的电子装置中，使用弹性大。
一些实施例中，金属基材102的厚度可为1μm-100μm，例如1μm-10μm。一些实施例中，金属基材102的厚度可为6μm至10μm，支撑性较佳，但较不易蚀刻。一些实施例中，金属基材102的厚度可为1μm至6μm，较容易蚀刻，但支撑性较差。一些实施例中，金属基材102的厚度可为10μm-20μm。其他实施例中，金属基材102的厚度可依使用的金属材料及所需制造的触控装置的需求适当地调整变化。
压延金属基材102可为具有低阻值(例如:10ohm/sq.至30ohm/sq.)。举例来说，压延金属基材102可包括铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、铁(Fe)、镍(Ni)、银(Ag)、或包括上述金属的合金(例如CuNi)，或其它适用于压延方式形成的金属材料。依据本发明一些实施例，在压延金属基材表面上，可因其他用途(例如为了得到特殊金相表面的基材)搭配其他金属层。此金属层可为压延而制得，或非压延而制得。此金属层可与压延金属基板为相同金属，也可为不同金属。
表2列举一些压延金属基材的特性，其中电阻率(resistivity)的单位是Ω-cm，密度(density)的单位是(oz/ft2)，硬度(hardness)是勃氏硬度(Brinell)，热传导(thermalconductivity)单位是cal,sec,cm/℃。但本发明适用的压延金属基材，并不以此为限。
表2
铝 铜 金 铁 镍 银
电阻率 2.8 1.7 2.4 10.0 6.8 1.7
密度 0.22 0.74 1.6 0.64 0.74 0.87
硬度 15 42 28 80 110 95
热传导 0.84 0.92 0.70 0.16 0.14 0.97
请参照图2，于压延金属基材102上形成导电膜104，以形成叠层结构108。导电膜104可为透明或不透明。导电膜104可包括金属氧化物、导电高分子、导电玻璃、导电纳米管(nano-tube)、导电纳米线(nano-wire)、石墨烯(Graphene)、金属网格(metal mesh)、或其他合适的导电材料，或上述的组合。
适用的金属氧化物，例如，可为氧化铟锡(ITO,indium tin oxide)、氧化铟镓锌(indium tin gallium zinc,IGZO)。
举例来说，适用于本发明的导电高分子可包括聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate)；PEDOT-PSS)。PEDOT具有以下结构式：
Figure BDA0000928034460000061
PSS具有以下结构式：
Figure BDA0000928034460000062
PEDOT-PSS是一种高导电率的高分子聚合物的水溶液，由PEDOT和PSS两种物质构成，根据不同的配方可以得到不同导电率的聚合物水溶液。PEDOT-PSS的穿透度(T.T％)可达80％以上，具有可挠性，例如在对折后，仍具有良好导电性，阻值上升幅度小于10％。导电玻璃可包括氟掺杂氧化锡(fluorine doped tin oxide；FTO)。氟掺杂氧化锡的原料(锡(Sn)与氟(F))便宜，且具有良好的热稳定性、光电稳定性、机械耐久性与化学耐久性。举例来说，氟掺杂氧化锡的制作方法包括将四氯化锡(SnCl4)水溶液与硝酸铟(III)(In(NO3)3)或氢氟酸(HF)水溶液混合后，加入乙炔碳黑(Acetylene black)充分混合得到浆料，再加入氢氧化铵(NH4OH)水溶液，进行溶胶凝胶(sol gel)制作工艺之后，进行热处理干燥溶剂，由此得到氟掺杂氧化锡粉末。
导电纳米管可包括纳米碳管(CNT)，或其它可具有纳米管结构的导电材料。
导电纳米线可包括纳米银线(AgNW)，或其它可具有纳米线结构的导电材料。纳米银线具有低阻抗(<50ohm/square)、穿透度(T.T％)可大于90％、有可挠性，例如在对折后，阻值提高幅度小于10％。
请参照图3，提供基底结构110。一些实施例中，基底结构110可包括显示结构，例如液晶显示装置、主动矩阵有机发光二极管(Active-Matrix Organic Light-EmittingDiode；AMOLED)显示装置、或其它类型可挠的或不可挠的显示装置。可配置透明介电粘合层106A在叠层结构108的导电膜104上，并可配置透明介电粘合层106B在基底结构110上。透明介电粘合层106A、106B可为相同或不同的材质。透明介电粘合层106A、106B可视需求使用合适的材料。举例来说，透明介电粘合层106A、106B可包括陶瓷材料、高分子材料、或其他合适的具有黏性且透明的介电材料。
一实施例中，透明介电粘合层106A、106B的透光度是接近玻璃，以造成高穿透度的光学特性。透明介电粘合层106A、106B的介电常数可根据产品所需的容值调整，例如介电常数可介于2至9，或其它合适值的介电常数。
一实施例中，透明介电粘合层106A、106B采用陶瓷材料，可适合于制造不可挠的触控装置。适用的于透明介电粘合层106A、106B的陶瓷材料，可为液态陶瓷材料，例如，液态硅材料。液态硅材料包括旋转涂布玻璃(Spin-on-Glass；SOG)、含氢硅酸盐类(hydrogensilsesquioxane；HSQ)、甲基硅酸盐(methysilsesquioxane；MSQ)等陶瓷类材料。
旋转涂布玻璃可通过制作工艺参数控制透明介电粘合层106A、106B的厚度，例如3μm至6μm的厚膜，或100nm至300nm的薄膜，也可视实际需求使用其他合适的厚度。旋转涂布玻璃可包括硼硅玻璃(BSG)或其相关二氧化硅混合物。例如在可挥发的溶剂中混合二氧化硅与4％至5％的硼，硼元素使得玻璃在高温下具有可流动的特性，使能均匀涂布并形成平坦的表面。实施例中，一般介电常数是2至5，例如3.9至4.5。
含氢硅酸盐类，可使用分子式为(HSiO3/2)2n，n＝2、3、4，由Dow Corning公司开发出属于以Si-O键结为主要结构的无机低介电系数材料。制备方法是将溶剂为异丁基甲烷酮的溶液旋涂成薄膜，再经过软烤(back)与约400℃的固化(curing)步骤之后，薄膜会从笼状(cage-like)结构转变成网状(network)结构。
Figure BDA0000928034460000071
Figure BDA0000928034460000081
甲基硅酸盐(methysilsesquioxane；MSQ)的分子式与HSQ相似，其中是以甲基取代氢的位置，化学简式可为CH3SiO1.5，没有Si-OH基因此不亲水，周围以-CH3取代-H来降低介电常数，经适当的软烤、固化处理后其介电常数介于2.7至3.0。MSQ比HSQ具有较佳的热稳定性、化学稳定性、及韧性。
一实施例中，透明介电粘合层106A、106B采用高分子材料，可适合于制造可挠的触控装置。适用的高分子材料可包括有机硅材料、压克力树脂、聚亚酰胺。有机硅材料，例如可为聚二甲基硅氧烷(poly(dimethylsiloxane)；PDMS)，具有以下结构式：
Figure BDA0000928034460000082
PDMS密度约为965kg/m3，且透光性良好，可例如利用氧等离子体(O2plasma)在室温与异质材料接合，且其杨氏模数(Young’s modulus)低因此具有高结构弹性(structuralflexibility)。
请参照图4，将基底结构110上的透明介电粘合层106B，与叠层结构108上的透明介电粘合层106A互相面对。
请参照图5，使基底结构110与叠层结构108通过透明介电粘合层106A、106B(图4)互相粘合形成的透明介电粘合层106而互相贴合。透明介电粘合层106(或图4的透明介电粘合层106A、106B)可根据材料特性，通过合适的方式，例如加热、等离子体、气氛、照光处理等进行表面处理，产生不可逆的接着效果，且具有优异的附着效果。其他实施例中，可只在基底结构110与叠层结构108其中一者上配置透明介电黏合层，来贴合叠层结构108与基底结构110。
请参照图5，基底结构110与叠层结构108粘合之后，图案化金属基材102(图4)，以形成金属线路(trace)102A。依据一些实施例，金属线路102A可使用压延金属线路。一些实施例中，压延金属线路102A的厚度是1μm至100μm，例如1μm至10μm，例如10μm至20μm。一些实施例中，压延金属线路102A的厚度，例如1μm至6μm，例如6μm至10μm。压延金属线路102A的粗糙度是一般约0.1μm至数十μm，例如0.1μm至90μm，例如0.1μm至50μm，例如5μm至50μm，例如5μm至30μm，例如10μm至25μm。例如，铜的粗糙度约15μm至20μm。
请参照图6A，图案化导电膜104(图5)，以形成触控电极图案104A。图案化导电膜104的方式，并没有限制，例如可使用黄光或激光蚀刻等。压延金属线路102A以及触控电极图案104A，构成触控结构109。触控结构109具有一触控区T，和位于触控区T周围的一周边区P。触控电极图案104A可位于触控区T和周边区P。压延金属线路102A可位于周边区P，且位于触控电极图案104A的一边缘上，与触控电极图案104A电连接。
触控电极图案104A的图案，并没有一定的限制。依据本发明一些实施例，可依照触控方式和触控原理，而依需求设计。例如，本发明所制得的触控装置可为电容式或电阻式，可为自容式或互容式。例如，一实施例中，触控电极图案104A的图案可如图6B所示的设计。图6A是图6B的俯视图沿AA线绘制出的剖视图。触控电极图案104A可包括多个触控通道。每个触控通道可为指叉状，且具有一主干和多个延伸条。为简化之故，图6B仅显示两个触控通道C1、C2，为相对设置。触控通道C1的延伸条61和触控通道C2的延伸条62可为互相交错。触控电极图案104A可通过阻值低、导电性佳的压延金属线路102A将感应信号传送至集成电路(IC)进行信号分析。依据本发明的一些实施例，触控电极可包括感应电极和驱动电极。感应电极和驱动电极的至少一者，可采用本发明的方式形成。
请参照图7，可配置透明的粘着层118在透明介电粘合层106、触控电极图案104A与压延金属线路102A上。
请参照图8，可配置保护层120在粘着层118上。触控结构109A可包括触控电极图案104A、压延金属线路102A、粘着层118与保护层120，并通过透明介电粘合层106与基底结构110黏合。依据本发明一些实施例，所形成的触控结构(109、109A)(触控面板模块(touchpanel module；TPM))可通过透明介电粘合层106，而与任何基底结构结合，而构成一触控装置，例如，构成外嵌式(on-cell)触控显示装置、外挂式(Out-Cell)触控显示装置等，并可搭配例如数字笔(digitizer pen)使用。例如，基底结构可为一单纯的玻璃或塑胶，而使得本发明的触控装置为一触控面板，此触控面板可与任何其他的显示装置组合在一起，而形成一外挂式(out-cell)的触控显示装置。
又例如，参照图9，其绘示根据一实施例的触控装置9。触控结构109A，可依前述方式，通过透明介电粘合层106而与基底结构110A黏合在一起，而构成一触控结构9。基底结构110A可为一显示结构，如此，构成的触控结构9为一外嵌式(on-cell；touch on display；TOD)的触控显示装置。举例来说，基底结构110A可为液晶显示装置，其可包括相对而设的液晶显示面板127与背光模块132。液晶显示面板127可例如包括薄膜晶体管(TFT)基板128、彩色滤光片(color filter)基板130、及薄膜晶体管基板128与彩色滤光片基板130之间的液晶(liquid crystal)层126。一实施例中，举例来说，透明介电粘合层106可使用前述的陶瓷材料，适用于不可挠电子装置。
请参照图10，其绘示根据另一实施例的触控装置10。举例来说，基底结构110B可包括主动矩阵有机发光二极管(Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode；AMOLED)显示装置134。适用的有机发光二极管显示装置134为不可挠式或可挠式。在有机发光二极管显示装置134和触控结构109A之间，可配置阻障(Barrier)层136以避免水气渗入。阻障层136的材料可例如无机材料、有机材料或有机/无机混成材料。一实施例中，举例来说，透明介电粘合层106可使用前述的高分子材料。一实施例中，使用可挠式的高分子材料，并且搭配可挠式的有机发光二极管显示装置，则构成的触控显示装置10为可挠式。
实施例中，触控显示装置的整体特性可根据实际需求适当调整，例如调控材料种类控制光学特性。触控显示装置轻薄短小，易于内嵌至各式电子装置中，例如一体机电脑(All-in-One PC；AIO PC)。
根据上述揭露的实施例，触控装置不需要额外的塑胶基材，而利用金属基材作为支撑其他材料层的基材，并图案化金属基材以形成触控结构的压延金属外部线路，制作工艺简单、能节省材料且降低成本，并能薄化触控装置。此外，压延金属基材(或压延金属外部线路)具有可挠曲性，不但能应用在可挠式的触控装置及触控显示装置，也能应用在不可挠的触控装置及触控显示装置，使用弹性大。
虽然已结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何该技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (7)

1.一种触控显示装置，包括：
显示结构，包括一基板；
触控结构，包括：
触控电极图案；及
金属线路，位于该触控电极图案的一边缘上，其中该金属线路的厚度是20µm至100µm之间，粗糙度是5µm至50µm之间，其中该金属线路与该触控电极图案电连接，其中该金属线路为由压延金属基材经图案化而得；及
透明介电粘合层，位于该基板与该触控电极图案之间以粘合该基板与该触控电极图案。
2.如权利要求1所述的触控显示装置，其中该透明介电粘合层包括陶瓷材料或高分子材料。
3.如权利要求2所述的触控显示装置，其中该陶瓷材料包括旋转涂布玻璃(Spin-on-Glass; SOG)。
4.如权利要求2所述的触控显示装置，其中该高分子材料包括有机硅材料、压克力树脂、或聚亚酰胺。
5.如权利要求1所述的触控显示装置，其中该触控电极图案包括导电高分子、导电玻璃、导电纳米管(nano-tube)、导电纳米线(nano-wire)、石墨烯(Graphene)、或金属网格。
6.一种触控显示装置的制造方法，包括：
于一压延金属基材上形成一导电膜，以形成一叠层结构；
提供一显示结构；
利用一透明介电粘合层，粘合该叠层结构的该导电膜与该显示结构；
在该粘合该叠层结构的该导电膜与该显示结构之后，图案化该压延金属基材，以形成该触控显示装置的一金属线路；及
在该粘合该叠层结构的该导电膜与该显示结构之后，图案化该导电膜，以形成该触控显示装置的一触控电极图案，其中该金属线路与该触控电极图案电连接。
7.如权利要求6所述的触控显示装置的制造方法，其中该压延金属基材具有支撑性。
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