TWI460743B

TWI460743B - 包含觸控面板之影像顯示系統及觸控面板之製造方法

Info

Publication number: TWI460743B
Application number: TW101101197A
Authority: TW
Inventors: Wen Chi Chen; Chia Lung Lin; Yu Cheng Lin
Original assignee: Innolux Corp
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2014-11-11
Also published as: TW201330016A

Description

包含觸控面板之影像顯示系統及觸控面板之製造方法

本發明係有關於一種影像顯示系統，特別是關於一種具有觸控面板的影像顯示系統。

觸控板目前已被廣泛應在行動電話手機、數位相機以及衛星導航器等一般的消費性電子商品上，用以改善使用介面，提升輸入效率；通常，觸控板是透明的且被配置於這些電子商品的顯示幕前使用，讓使用者可依據顯示幕上指示訊息以進行互動式輸入操作，進而大幅改善人與機器之間溝通介面的親善性。

典型的觸控板構造係在觸控板的四周緣部位設置裝飾層，用來完全遮蔽周緣部位的訊號導線，以達保護訊號導線及美化版面的效果。在以往，裝飾層一般係利用油墨或有機色阻材料以印刷或微影蝕刻方式來形成。然而，由於油墨(包含有機染料)或有機色阻材料所形成的裝飾層對溫度的耐受性較差，在高溫的狀態下(約200℃以上)變得較不穩定(易使得裝飾層變形)，甚至會受熱分解。因此，為避免對有機材料構成之裝飾層造成破壞，必需限定後續製程的最高製程溫度，這使得後續形成於觸控板表面之ITO(氧化銦鍚)導電膜的成膜溫度受到限制。然而，當ITO導電膜的成膜溫度愈低，則所得之ITO導電膜的電阻值就愈高，舉例如說，在200℃下成膜之ITO導電膜其電阻即為在400℃下成膜之ITO導電膜電阻值兩倍以上(請參照論文”Properties of Co-deposited indium tin oxide and zinc oxide films using a bipolar pulse power supply and a dual magnetron sputter source”,J. Vac. Sci. Technol. A21(2003) 1399-1403,Man-Soo Hwang)。此外，即使發展出對溫度耐受性較高的油墨或有機色阻材料，由於以高溫形成的ITO導電膜需以高腐蝕性藥劑(例如王水)進行蝕刻來達到圖形化，而有機材料抗腐蝕能力較差，使得有機材料裝飾層同時遭破壞。

雖然業界有提出在低溫下(例如室溫)形成ITO導電膜後，再以一退火製程使ITO導電膜結晶化來降低電阻值的方法，不過該方法所使用之退火製程的溫度同樣亦不能太高(避免影響到有機材料裝飾層)。此外，利用該製程所得之ITO導電膜其表面均勻性較差(舉例如說：在室溫下成膜並在220℃下退火之ITO導電膜其U%(均勻性；uniform percentage)大於30%；而在230℃下成膜的ITO導電膜其U%約為12%)，而較差的ITO導電膜均勻性將使得觸控板各處表現出不同的觸控靈敏度，降低產品良率。

為避免上述有機材料裝飾層所造成的問題，一作法係使用鉻酸鹽黑矩陣(black matrix)材料來形成裝飾層。雖然鉻酸鹽具有高的溫度耐受性及抗腐蝕性，然而鉻酸鹽的價格昂貴，會造成觸控面板的成本上昇，且鉻會造成重金屬污染，因此目前平面顯示器業界已不使用此種材料。

另一方面，由於觸控面板之便利性以及實用性，使得除小尺寸的攜帶型電子產品外，大尺寸平面顯示器對於觸控功能的需求且日漸增加。當平面顯示器的面積增加，觸控面板整體ITO導電膜面積也會增加，如果所使用的ITO導電膜具有較大的阻值及較差的均勻性，會使得阻容負載(RC loading)增大，當觸控面板各區域之ITO導電膜阻容負載差異過大時，會造成觸控面板IC對於訊號不易判讀，對觸控面板的靈敏度造成影響。傳統觸控面板為避免上述阻容負載差異過大的問題，會增加觸控面板的IC數目，或是改變電路設計，不過，如此一來會使得製程成本增加，並提高製程複雜度。

基於上述，改善大尺寸觸控面板因ITO導電膜阻值及均勻性不佳所造成的問題，是目前薄膜電晶體液晶顯示器製程中一個非常重要的課題之一。

有鑑於此，本發明提供一種具有觸控面板之影像顯示系統，其中該觸控面板包含一無機色釉層作為裝飾層，藉由該無機色釉層之高溫度耐受性及高抗腐蝕性，可使得後續形成之透明導電層可在較高的成膜溫度下形成，改善透明導電層之導電性及均勻性，可避免大尺寸觸控面板各區域之阻容負載差異過大。

該影像顯示系統包括一觸控面板，而該觸控面板包括：一基板，其中一透明基板，具有一感應區及圍繞該感應區之一週邊區；一裝飾層設置於該週邊區內，其中該裝飾層係為一無機色釉層；以及，一感測單元，設置於該感應區內。其中，該感測單元包括複數個排列成行的第一感測電極及複數個排列成列的第二感測電極，且該些第一感測電極互相分開，該些第二感測電極互相連接；一跨接線，電性連接任兩個相鄰的該些第一感測電極；以及，一介電層，設置於該第二感測電極與該跨接線之間。此外，該觸控面板更包含一保護層，覆蓋於該感測單元之上。

根據本發明一實施例，該影像顯示系統更包括一顯示面板，具有一影像顯示面，其中該觸控面板直接配置於該顯示面板之影像顯示面上；以及一控制單元，與該顯示面板耦接，其中該控制單元接收觸控面板產生的一第一訊號，並傳輸一第二訊號至該顯示面板，以使該顯示面板顯示一影像。

本發明亦提供上述觸控面板之製造方法，包括：提供一透明基板，其中該透明基板具有一感應區及圍繞該感應區之一週邊區；形成一裝飾層於該週邊區內，其中該裝飾層係為一無機色釉層；以及，形成一感測單元於該感應區內。其中該感測單元的製程包含：形成複數個排列成行的第一感測電極，其中該些第一感測電極互相分開；形成複數個排列成列的第二感測電極，其中該些第二感測電極互相連接；形成一介電層於任兩相鄰的該些第一感測電極之間；以及，形成一跨接線，電性連接任兩相鄰的該些第一感測電極，並以該介電層與該第二感測電極相隔。

為使本發明之上述目的、特徵能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

參照第1圖，其顯示本發明一實施例的觸控面板之上視圖。觸控面板50，例如可為一電容式觸控裝置，具有一透明基板10，該透明基板10可分為一感應區14及圍繞該感應區14之一週邊區12。一裝飾層22設置於該週邊區12內(例如填滿整個週邊區12)，若由上視之角度觀之，其可為第1圖中所示之環形。該透明基板10可為一玻璃基板，較佳係為一強化玻璃基板，並具有一應變點(strain point)。值得注意的是，本發明為使後續所形成之透明導電層具有較高的成膜溫度，在此所使用作為裝飾層22的材質係為一無機色釉層，利用該無機色釉層其高的溫度耐受性(高於600℃)及抗腐蝕性，可允許後續製程使用超過250℃的溫度來形成具有高度結晶化的透明導電層(較佳為300℃以上)，並能承受用來圖形化高度結晶透明導電層之高腐蝕性藥劑(例如王水)。根據本發明一實施例，該無機色釉層係將一無機色釉組合物形成於該透明基板10之週邊區12上，並經一燒結製程所製備而成。在此，該燒結製程的溫度可維持在500-660℃的範圍內，以使得該無機色釉組合物熔化，而部分熔化的色釉可進一步擴散滲透到玻璃表面，如此一來可避免因為裝飾層厚度太厚，造成後續形成之透明導電層需要爬坡的問題，而且當色釉散滲透到玻璃表面時，可增加與玻璃貼附性，故該裝飾層不易脫落且耐刮。此外，該燒結製程的製程溫度需低於該玻璃基板的應變點(strain point)，確保該玻璃基板在燒結製程時，玻璃表面頂多開始軟化(幫助色釉滲透進入玻璃)但不會變形。該無機色釉組合物可包含一陶瓷材料、以及一著色劑。該陶瓷材料可包含氧化物、碳化物、氮化物、或其組合，例如氧化鈦、氧化鋁、氮化鈦、氮化鋁、碳化鈦、氮化鋁鈦、氮化鈦、或其組合，而著色劑可包含金屬氧化物、或碳黑。舉例來說，若所欲形成的裝飾層顏色為黑色，所使用的著色劑可為碳黑；欲形成的顏色為綠色，所使用的著色劑可為氧化銅；欲形成的顏色為赭黃色，所使用的著色劑可為氧化鐵；欲形成的顏色為紫色，所使用的著色劑可為氧化錳；欲形成的顏色為藍色，所使用的著色劑可為氧化鈷；欲形成的顏色為淺黃色，所使用的著色劑可為氧化銻；而欲形成的顏色為白色，所使用的著色劑可為氧化鋇。此外，為調整該無機色釉組合物的燒結溫度，可進一步添加一助熔劑(可為鹼金屬之氧化物，例如：矽氟化鈉(Na₂ SiF₆ )、冰晶石(Na_4A lF₆ )、硝酸鹼(鹼金屬))；為使無機色釉組合物可短暫附著於玻璃表面，可進一步包含一黏著劑(例如：丙烯酸酯)。

仍請參照第1圖，一感測單元30配置於該透明基板10之感應區14內，該感測單元30包含圖形化的透明導電層16、跨接線20、及介電層18。其中，該透明導電層16包含複數個排列成行的第一感測電極16Y、以及複數個排列成列的第二感測電極16X。這些排列成行的第一感測電極16Y係互相分開，而排列成列的第二感測電極16X係相互連接，且任兩相鄰之第一感測電極16Y係藉由跨接線20(例如為一金屬層)電性連接。該介電層18係用來避免該第二感測電極16X與該跨接線20電性連結。該透明導電層16之材質可包含銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、鋅鋁氧化物(AZO)、氧化鋅(ZnO)、或其組合。值得注意的是，為使該第一感測電極16Y及第二感測電極具有較低之電阻值及較高的均勻性，該透明導電層16的成膜溫度必需大於250℃，成膜方式可為濺鍍、電子束蒸鍍、熱蒸鍍、或是化學氣相沉積。信號傳送線24設置於裝飾層22之上，並可延伸至第一感測電極16Y、以及第二感測電極16X上與其相連接。

值得注意的是，本發明所述之觸控面板50，與傳統雙基板貼合型的觸控面板不同，僅包含一透明基板10，且所有元件皆形成於該透明基板之上，可降低整體觸控面板50厚度及降低製程步驟及成本。本發明所述之觸控面板可進一步配置於一顯示面板(未圖示)之影像顯示面上，而該顯示面板可與一控制單元(未圖示)耦接。觸控面板之第一感測電極16Y及第二感測電極16X可將感應得到的電性變化傳送至一控制單元以進行觸控信號的計算，並且將觸控信號傳送至顯示面板，使得顯示面板依據觸控信號顯示影像。

參見第2圖，係將上述觸控面板50進一步與一顯示面板40組裝形成一影像顯示系統100，沿著第1圖剖面線Y-Y’所得之剖面示意圖。顯示面板40可例如為液晶顯示面板、有機發光二極體面板、或其他顯示元件，觸控面板50可藉由黏著層(未繪示)貼附於示面板40之顯示面之上。觸控面板50之透明基板10具有感應區14及週邊區12，裝飾層(無機色釉層)22配置於週邊區12，第一感測電極16Y與第二感測電極16X係形成於該透明基板10之感應區14上，介電層18係包含該第二感測電極16X，以避免第二感測電極16X與跨接線20電性接觸。跨接線20係形成於該介電層18之上，用以電性連結該分隔之第一感測電極16Y。信號傳送線24設置於裝飾層22之上，並可延伸至第一感測電極16Y上與其相連接，該信號傳送線24可與該跨接線20以同樣材質(導電金屬)並在同一步驟中形成。值得注意的是，除了週邊區12外，裝飾層22也亦可配置於感應區14，用以作為設計圖案(例如：鍵盤等功能鍵圖案)，請參照第3圖。舉例來說，該裝飾層22可包含一第一裝飾層22a配置於週邊區12內，以及一第二裝飾層22b配置於感應區14內。此外，配置於週邊區12及感應區14之第一裝飾層22a及第二裝飾層22b係由相同材料並在同一製程所形成，再形成感測電極於裝飾層上。此外，該觸控面板50可包含一保護層26全面性地覆蓋設置於透明基板10上的所有元件，以保護上述元件並提供一平坦表面供顯示面板40貼附。

根據本發明其他實施例，跨接線亦可直接形成於透明基板之上、介電層形成於跨接線之上、而第一感測電極與第二感測電極係形成於介電層之上，不過，第二感測電極仍需利用介電層來避免與跨接線電性接觸，而跨接線則仍用來連性連接第一感測電極。

以下請參照第4A至4E圖，用以說明本發明所述之觸控面板之製造流程。

首先，如第4A圖所示，提供透明基板10，其中該透明基板10具有一第一表面11及相對的第二表面13，此第一表面11係作為觸控面板的觸控面，且第二表面13上定義有一感應區14及週邊區12。在對該第二表面13進行一清潔整理後，以網印、轉印(熱壓或水壓)、或噴墨方式將一無機色釉組合物(組成如上所述)形成並填滿於該週邊區12內，接著利用一強化爐對該透明基板10進行一燒結製程，以形成一具有高溫度耐受性及抗腐蝕性的無機色釉層，以作為裝飾層22。該裝飾層22的顏色可為黑色、白色、或是其他顏色，可藉由添加一著色劑至該無機色釉組合物中來達到所需的顏色。值得注意的是，裝飾層也可配置於感應區，用以作為設計圖案(例如：鍵盤等功能鍵圖案)，且配置於週邊區及感應區之裝飾層係由相同材料並在同一製程所形成。此外，為使無機色釉組合物可短暫附著於玻璃表面以方面進行燒結，可進一步添加一黏著劑至該無機色釉組合物中。該燒結製程的溫度可介於500-660℃，燒結時間可介於1-60分鐘。上述燒結溫度的上限需低於該透明玻璃基板的應變點(strain point)，使透明玻璃基板軟化但不變形，而該無機色釉組合物所需的燒結溫度可藉由添加一助熔劑來加以調整。請參照表1，係列出目前業界常用於平面顯示器之玻璃基板特性溫度，皆具有高於500℃的應變點。

接著，如第4B圖所示，在250℃以上的成膜溫度下(較佳係300℃以上)，形成一高度結晶化的透明導電層(例如ITO)於該透明基板10之感應區14內，並以一高腐蝕性藥劑(例如王水)對該高度結晶化透明導電層進行圖形化，得到一圖形化透明導電層16。圖形化透明導電層16包含分開的第一感測電極16Y、以及第二感測電極16X，其中第一感測電極16Y及第二感測電極16X並沒有互相接觸。換言之，該第一感測電極16Y與該第二感測電極16X係由相同材料並在同一製程所形成，其中該製程具有一製程溫度大於250℃。值得注意的是，由於作為該裝飾層22的無機色釉層具有高耐熱性，故不需限定後續製程的最高製程溫度，因此在此步驟可提高透明導電層成膜溫度至250℃以上(不會破壞到該裝飾層)，可使透明導電層具有較佳之導電性及均勻性。此外，本發明所述之裝飾層22具有高抗腐蝕性，因此在以高腐蝕性藥劑圖形化該高度結晶化透明導電層時，並不會對該裝飾層造成破壞。再者，本發明直接利用高於250℃的成膜溫度來形成透明導電層，與習知技術相比，不需再以一退火製程對透明導電層進行結晶化，可節省製程步驟。

接著，如第4C圖所示，形成一介電層18覆蓋該第二感測電極16X，以避免該第二感測電極16X與後續形成之跨接線20電性連結。該介電層可例如為氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、或其組合。

接著，如第4D圖所示，形成一金屬導電層於該裝飾層22、該第一感測電極16Y、及該介電層18之上，並對該金屬導電層進行一圖形化製程(可例如為微影蝕刻製程)，以同時形成該跨接線20及信號傳送線24。該金屬導電層適合之材料可為鉬(Mo)、鎢(W)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鉻(Cr)或其合金。

最後，如第4E圖所示，形成一保護層26覆蓋第二表面13上的所有元件(包含第一感測電極16Y、第二感測電極16X、介電層18、跨接線20、及信號傳送線24)，並提供一實質上平坦的表面。在完成上述觸控面板50之製作後，可以貼附方式將一顯示面板40配置於保護層26上，形成本發明第2圖實施例所述之影像影示系統100。

請參閱第5圖，其為依據本發明之包含觸控顯示面板之影像顯示系統100的配置示意圖，其中該影像顯示系統100包含一顯示面板40以及一觸控面板50配置於該顯示面板40之上。一般而言，影像顯示系統100更包一控制單元200，該控制單元200與顯示面板40耦接。控制單元200除了可傳輸訊號至顯示面板，使顯示面板顯示影像之外，還可以接收來自觸控面板產生的第一訊號，並傳輸對應於第一訊號之第二訊號至顯示面板，以使顯示面板依據觸控動作而顯示影像。上述之影像顯示系統100可為行動電話、數位相機、個人數位助理(PDA)、筆記型電腦、桌上型電腦、電視、車用顯示器或可攜式DVD播放機。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為基準。

10．．．透明基板

11．．．第一表面

12．．．週邊區

13．．．第二表面

14．．．感應區

16．．．透明導電層

16X．．．第二感測電極

16Y．．．第一感測電極

18．．．介電層

20．．．跨接線

22．．．裝飾層

24．．．信號傳送線

26．．．保護層

30．．．感測單元

40．．．顯示面板

50．．．觸控面板

100．．．影像顯示系統

200．．．控制單元

以及

Y-Y’．．．切線

第1圖顯示根據本發明之一實施例所繪示的觸控面板的上視圖。

第2圖顯示將第1圖所述之觸控面板進一步與一顯示面板組裝形成一影像顯示系統，沿著第1圖剖面線Y-Y’所得之剖面示意圖。

第3圖顯示根據本發明之一實施例所繪示的觸控面板示意圖，繪示該裝飾層同時形成於週邊區及感應區內。

第4A至4E圖係一系列的剖面示意圖，用以說明根據本發明之一實施例所述觸控面板的製造流程。

第5圖係繪示根據本發明一實施例之影像顯示系統方塊示意圖。