TWI557613B - 觸控偏光片及觸控顯示裝置 - Google Patents

Description

觸控偏光片及觸控顯示裝置

本發明係關於一種觸控偏光片及觸控顯示裝置；具體而言，本發明係關於一種具有整合觸控與偏光結構設計之觸控偏光片及觸控顯示裝置。

偏光板是顯示裝置的重要元件之一，其可允許來自背光模組的光線中具有特定極化方向的光線透過，對顯示裝置的明暗及對比度有直接影響。舉例而言，習知的偏光板係允許光線中的垂直極化波通過，並將水平極化波吸收，然而，這將造成至少一半的背光光源被偏光板擋下，而形成光能利用率不佳的問題。

取而代之的方式係於習知的偏光板與背光模組間加設反射式增亮膜。舉例而言，利用反射式增亮膜的結構特性允許垂直極化波通過而抵達偏光板，並將水平極化波反射。反射回去的光線在傳遞過程中非極化後，於射向反射式增亮膜時又有部分光線通過，依此可反覆地被反射式增亮膜利用，以增加通過偏光片的光線。然而，採用反射式增亮膜將增加生產成本，另外，此一方式將造成顯示裝置會產生額外厚度。

特別是使用於觸控顯示裝置時，不論是單一的偏光板或是偏 光板搭配反射式增亮膜的方式，結構上與觸控面板係彼此獨立的。換言之，現有的偏光結構除了有前述光能利用的問題外，結合於觸控顯示裝置時，觸控顯示裝置整體厚度尺寸仍不盡理想，因此現有的顯示裝置結構仍有待改進。

本發明之另一目的在於提供一種觸控顯示裝置，觸控顯示裝置具結構整合之設計，以減少顯示裝置的厚度尺寸。

本發明之目的之一係在於提供一種觸控偏光片，可提高顯示的穿透度。

觸控偏光片包含第一基板、透光電極層、光柵電極層及觸控電路。透光電極層設置於第一基板上。光柵電極層設置於透光電極層之一側，且光柵電極層包含複數金屬導線彼此平行間隔排列以形成光柵。觸控電路係分別連接透光電極層及金屬導線，並根據透光電極層及光柵電極層之反饋產生觸控訊號。

觸控顯示裝置包含液晶面板、金屬偏光模組、透光電極層及觸控電路。金屬偏光模組係設置於液晶面板上。金屬偏光模組具有光柵電極層，其中光柵電極層包含複數金屬導線彼此平行間隔排列以形成光柵。透光電極層設置於光柵電極層之一側。觸控電路係分別連接透光電極層及金屬導線，並根據透光電極層及光柵電極層之反饋產生觸控訊號。藉由金屬偏光模組與透光電極層整合的結構設計，可減少觸控顯示裝置的整體厚度尺寸。

100‧‧‧觸控顯示裝置

200‧‧‧觸控偏光片

210‧‧‧第一基板

212‧‧‧黑色矩陣

220‧‧‧透光電極層

222‧‧‧透光電極條

230‧‧‧金屬偏光模組

232‧‧‧光柵電極層

234‧‧‧金屬導線

234a‧‧‧第一隔離層

234b‧‧‧金屬層

234c‧‧‧第二隔離層

235‧‧‧接觸孔

240,240a,240b‧‧‧觸控電路

250‧‧‧金屬偏光模組

254‧‧‧金屬導線

260‧‧‧下偏光片

270‧‧‧第二基板

300‧‧‧液晶面板

400‧‧‧背光模組

500a,500b‧‧‧光線

500c‧‧‧環境光

a‧‧‧第一方向

b‧‧‧第二方向

d‧‧‧間距

w‧‧‧寬度

t‧‧‧厚度

圖1為本發明觸控顯示裝置之爆炸圖；圖2A及圖2B為本發明觸控顯示裝置之一實施例剖視圖；圖3A至圖3E為製作用於圖2觸控顯示裝置之觸控偏光片之實施例示意圖；圖4為本發明觸控顯示裝置之第二實施例剖視圖；圖5為本發明觸控顯示裝置之第三實施例剖視圖；圖6A及圖6B為本發明觸控顯示裝置之第四實施例示意圖；圖7為本發明觸控顯示裝置之第五實施例剖視圖；圖8A至圖8D為製作用於圖7觸控顯示裝置之觸控偏光片之實施例示意圖；圖9為本發明觸控顯示裝置之第六實施例剖視圖。

本發明係在觸控顯示裝置中提供一種具多層結構之光柵式偏光板，其包含有形成光柵的金屬導線，可具偏光功能。此外，利用觸控電路分別與金屬導線和透光電極層連接，可提供觸控功能。藉由本發明之光柵式偏光板與觸控功能結合的結構，可降低觸控顯示裝置的厚度。觸控顯示裝置的顯示面板較佳包含液晶顯示面板，但亦可為其他需與偏光膜片配合使用之不同種類面板。

圖1為本發明觸控顯示裝置100之爆炸圖。如圖1所示，觸控顯示裝置100包含液晶面板300、金屬偏光模組230、透光電極層220及觸控電路240。金屬偏光模組230係設置於液晶面板300之一側，在液晶面板300相對金屬偏光模組230之一側設有背光模組400。一般來說，液晶面板300由彩色濾光片(Color Filter，CF)及薄膜電晶體(Thin-Film Transistor，TFT)組成，且分別在彩色濾光片及薄膜電晶體之上設置上偏光片及下偏光片， 於本發明之本實施例中，金屬偏光模組230係取代上偏光片設置於彩色濾光片之上，於本發明之其他實施例中，亦可同時以金屬偏光模組230取代下偏光片260。金屬偏光模組230具有光柵電極層232，其中光柵電極層232包含複數金屬導線234彼此平行間隔排列以形成光柵。透光電極層220設置於光柵電極層232上，透光電極層220包含複數透光電極條222。第一基板210係位於透光電極層220相對金屬偏光模組230之一面。需注意的是，前述之透光電極層220係設置於第一基板210與光柵電極層232之間，但不以此為限。在其它實施例中，亦可將透光電極層220與光柵電極層232的對調，即光柵電極層232設置於第一基板210與透光電極層220之間。第一基板210作為設置透光電極層220與金屬偏光模組230的基底，同時作為觸控顯示裝置100的保護玻璃。如圖1所示，透光電極層220包含複數透光電極條222，其係分別沿第一方向a延伸，而光柵電極層232包含金屬導線234則沿第二方向b形成於上。換言之，透光電極條222沿橫切於金屬導線234之方向彼此平行間隔排列，且兩者的排列方向垂直。在透光電極層222及金屬導線234各具有觸控電路240分別連接透光電極層220及金屬導線234。觸控電路240可根據透光電極層220及光柵電極層232之反饋產生觸控訊號。於一實施例，當使用者手指接觸觸控顯示裝置100的第一基板210時，會改變透光電極層220與光柵電極層232於鄰近區域的電力線分布且電容值會相應產生變化，觸控電路240則根據前述變化產生觸控訊號，以判斷手指觸碰的位置。

圖2A為本發明觸控顯示裝置100之一實施例剖視圖。如圖2A所示，透光電極層220設置於第一基板210內表面，而金屬導線234係位於透光電極層220相對第一基板210的一面。金屬導線234較佳具有雙層結構，每一金屬導線234包括第一隔離層234a與金屬層234b，其中金屬層 234b較第一隔離層234a接近液晶面板300，第一隔離層234a則設置於金屬層234b及透光電極層220之間。另外，在透光電極層220的一端係連接觸控電路240，在第一基板210內側與觸控電路240間則設置有黑色矩陣212。如圖2B所示之光路，複數金屬導線234作為偏光光柵，以允許特定極化方向的光線通過並且防止環境光反射。例如，光線500a與光線500b表示具有不同極化方向之光線，光線500c表示環境光。來自背光模組400的光線中，光線500a通過下偏光片260後經液晶面板300而通過光柵電極層232，光線500b未通過而自下偏光片260反射，同時，金屬導線234之第一隔離層234a具有相較金屬層234b更低的反射率，可降低金屬導線234的反射率，以防止環境光500c反射。

請進一步參考圖3A至圖3E。其中圖3E為用於圖2A及圖2B所示觸控顯示裝置100之中的觸控偏光片200之實施例示意圖。如圖3E所示，觸控偏光片200包含第一基板210、設置於第一基板210上的透光電極層220、設置於透光電極層220上的光柵電極層232，以及觸控電路240。具體而言，如圖3A所示觸控偏光片200係先利用濺鍍方式在第一基板210上製作透光電極層220，並於第一基板210內側製作黑色矩陣212，以防止光線自非顯示區漏光。如圖3B所示，接著在黑色矩陣212上(即對應非顯示區的位置)製作觸控電路240。然後如圖3C所示，在透光電極層220上製作第一隔離層234a，以作為絕緣層。第一隔離層234a在對應黑色矩陣212的位置形成有可導通觸控電路240的接觸孔235。接觸孔235可供金屬層234b(參考圖3D)由第一隔離層234a的另一側連接觸控電路240。如圖3D所示，第一隔離層234a製作完成後，在其表面鍍上金屬層234b，其材質例如為鋁等導電金屬。第一隔離層234a則形成透光電極層220與金屬層234b之間的絕緣層。金屬層234b經接觸孔235與觸控電路240導通。需注意的是， 透光電極層220與金屬層234b的訊號係藉觸控電路240經由不同迴路引出。最後對第一隔離層234a與金屬層234b進行蝕刻，以完成複數金屬導線234，如圖3E所示。

可選地，透光電極層220與金屬導線234的金屬層234b係可視實際線路設計分別作為觸控功能的驅動電極與感應電極。例如，將透光電極層220作為感應電極，而金屬層234b作為驅動電極，再利用觸控電路240分別連接透光電極層220及金屬層234b，使觸控電路240可根據透光電極層220及光柵電極層232之反饋產生觸控訊號。此外，光柵電極層232可提供如偏光板的功能，其係藉由平行排列之複數金屬導線234作為光柵，允許特定極化方向的光線通過(參見圖2B，光柵電極層232濾掉經過液晶面板導引的光線500b，而允許光線500a通過金屬導線234)。藉此設計，可將金屬層234b本身提供的偏光功能和透光電極層220與金屬層234b所提供之觸控功能結合，同時減少裝置的厚度。需補充的是，前述之金屬導線234的厚度t較佳介於100nm~300nm之間，以避免訊號干擾，除此之外，由於金屬層234b由金屬製成，具有低阻值特性，因此利用金屬層234b作為偏光光柵，可降低驅動電壓並節省電力消耗。

就顯示效果而言，相鄰兩金屬導線之中心間距d較佳不大於200nm，而金屬導線之寬度w較佳不大於100nm。藉此設計，可控制特定極化方向的光在金屬導線間的光學特性，除了可提供偏光效果外，還可改善用於觸控顯示裝置時的光學表現(例如對比度)。另一方面，金屬層234b與透光電極層220之間的第一隔離層234a較佳係具有抗反射性，例如可採用具有染色的光阻層或是抗反射絕緣層作為第一隔離層234a，以降低自第一基板210外進入的環境光所產生的反射，請參考圖2B，第一隔離層234a阻擋自第一基板210外的環境光500c。如此一來，可藉第一隔離層234a防 止環境光在第一基板210反射導致影像色彩變淡而降低顯示對比度。換言之，藉此第一隔離層之設計，可改善整體的顯示效果。換言之，第一隔離層234a除了可提供金屬層234b與透光電極層220之間的絕緣效果，還可進一步提供抗反射的效果，以降低環境光對觸控顯示裝置呈現畫質的影響。綜上所述，觸控偏光片對於光學表現的改善可藉由金屬導線的分布週期、金屬導線的寬度以及具抗反射性之第一隔離層來達成。

圖4為本發明觸控顯示裝置100之另一實施例剖視圖。如圖4所示，觸控顯示裝置100還具有第二基板270位於第一基板210與液晶面板300之間。第二基板270係可直接設置於液晶面板300之外表面，即朝向第一基板210的一面。在此實施例，觸控偏光片200的光柵電極層232與透光電極層220係於不同基板上分別製成。如圖4所示，透光電極層220係形成於第一基板210面向液晶面板300的一面，而光柵電極層232的複數金屬導線234則係形成於第二基板270上且朝向透光電極層220。換言之，在圖4所示的實施例中，金屬偏光模組除前述之光柵電極層232之外，還包含第二基板270。如此一來，觸控偏光片200的一部分(即光柵電極層232與第二基板270)係先與液晶面板300結合，而另一部份(即透光電極層220與第一基板210)則待第一基板210與液晶面板300結合後以完成觸控偏光片200的製作。整體而言，觸控偏光片200的部分元件可獨立於第一基板210另外製作，藉此設計，可進一步增進製程的效率。

光柵電極層與透光電極層於不同基板上分別製成的方式除了前述透過第二基板將複數金屬導線形成於第二基板上之外，還可以直接將光柵電極層之複數金屬導線直接形成於液晶面板之基板上。如圖5之剖視圖所示，光柵電極層232之複數金屬導線234直接設置於液晶面板300之外表面且朝向第一基板210。接著再結合第一基板210與液晶面板300以完 成觸控顯示裝置100的製作。藉此金屬偏光模組與液晶面板一體成型的設計，可增進製程的效率。

圖6A及圖6B為本發明觸控顯示裝置之第四實施例示意圖。如圖6A所示，相較於前述實施例係由透光電極層220與光柵電極層232組成的雙層觸控結構，圖6A所示之觸控顯示裝置100則是由光柵電極層232形成的單層觸控結構。如圖6A所示，金屬偏光模組230具有光柵電極層232。觸控電路240則根據金屬偏光模組230的不同反饋訊號由不同線路輸出以產生觸控訊號。例如，來自部分光柵電極層232中作為感應電極的反饋訊號經觸控電路240a輸出，而來自光柵電極層232中作為驅動電極的反饋訊號則經由觸控電路240b輸出。請參考圖6B所示，由於觸控顯示裝置100形成的單層觸控結構，觸控偏光片200包含第一基板210、光柵電極層232及觸控電路240，但不包含前述之透光電極層。光柵電極層232的金屬導線234具有雙層結構，其中金屬層234b較第一隔離層234a接近液晶面板300，第一隔離層234a則設置於金屬層234b及透光電極層220之間。藉此設計，可將觸控功能合併於光柵電極層的製程中，以簡化製程步驟。

圖7為本發明觸控顯示裝置100之另一實施例剖視圖。如圖7所示，透光電極層220設置於第一基板210內表面，而金屬導線234係位於透光電極層220相對第一基板210的一面。與前述實施例的差異在於，圖7之金屬導線234具有三層結構，每一金屬導線234除了包括前述第一隔離層234a與金屬層234b外，金屬導線234還包括第二隔離層234c。如圖7所示，第一隔離層234a設置於金屬層234b及透光電極層220之間，而第二隔離層234c設置於金屬層234b及液晶面板300之間。換言之，金屬層234b夾設於第二隔離層234c與第一隔離層234a之間。

請進一步參考圖8A至圖8D。其中圖8D為用於圖7觸控顯 示裝置100之觸控偏光片200之實施例示意圖。如圖8D所示，觸控偏光片200包含第一基板210、設置於第一基板210上的透光電極層220、設置於透光電極層220上的光柵電極層232，以及觸控電路240。如圖8A所示，根據前述之製造過程，依序完成透光電極層220、黑色矩陣212、觸控電路240、第一隔離層234a及金屬層234b的製作後，如圖8B所示，在金屬層234b上均勻旋轉塗佈第二隔離層234c。接著如圖8C所示，對第二隔離層234c進行蝕刻。最後如圖8D所示，對第一隔離層234a以及金屬層234b進行蝕刻，以完成複數金屬導線234。

為滿足前述結構之需求，第一隔離層234a與第二隔離層234c較佳選用可提供高深寬比的材料，例如：樹脂類光阻或矽氧烷基類光阻。具體而言，第二隔離層234c對於預設蝕刻材料之蝕刻速度與第一隔離層234a對於預設蝕刻材料之蝕刻速度之比例小於0.8：1，其中第一隔離層234a例如為樹脂類光阻，第二隔離層234c例如為矽氧烷基類光阻，預設蝕刻材料例如為氧氣電漿。換言之，以氧氣電漿作為預設蝕刻材料的情形下，金屬導線係選用較耐蝕刻的材料作為第二隔離層234c，選用蝕刻時表現較弱的材料作為第一隔離層234a。如此一來，第一隔離層234a在蝕刻後具有相較於第二隔離層234c更大的厚度，適合作為透光電極層220與金屬層234b之間的絕緣層。如前所述，金屬導線的厚度t較佳介於100nm~300nm之間，以避免訊號干擾，並兼有降低驅動電壓以節省電力消耗的優點。此外，金屬層234b之厚度較佳不小於50nm，以確保蝕刻後的金屬導線可避免訊號干擾。

就顯示效果而言，第一隔離層234a及第二隔離層234c中至少其一具有抗反射性，或者第一隔離層234a及第二隔離層234c同時具有抗反射性，而形成抗反射性的技術手段。例如可採用具有染色的光阻層或是 抗反射絕緣層。如前所述，採用具有抗反射性的第一隔離層234a，可降低自第一基板210外進入的環境光所產生的反射，防止環境光影響整體的顯示效果(例如對比度)。另一方面，採用具有抗反射性的第二隔離層234c，可減少內部光線(例如來自背光模組的光線)中未偏光通過金屬導線的部分朝液晶面板300的反射光強度。具體而言，第二隔離層234c為低反射材質，使金屬導線234之反射率較佳係低於10%。藉此可避免內部光線中未偏光通過的部分被金屬導線234反射而影響整體的顯示效果(例如對比度)。換言之，除了利用具有抗反射性的第一隔離層234a降低外部環境光對顯示效果的影響，還可利用具有抗反射性的第二隔離層234c減少內部光線對顯示效果的影響，藉此改善觸控顯示裝置所呈現之畫質。此外，金屬導線之中心間距d與金屬導線之寬度w大小對於改善觸控顯示裝置的光學表現(例如對比度)已如前述，於此不再贅述。

圖9為本發明觸控顯示裝置100之另一實施例剖視圖。如圖9所示，透光電極層220設置於第一基板210內表面，而金屬導線234係位於透光電極層220相對第一基板210的一面。與前述實施例的差異在於，圖9之液晶面板300之相對兩面分別設置有金屬偏光模組230與金屬偏光模組250，其中金屬偏光模組230係取代上偏光片，而金屬偏光模組250係取代下偏光片。金屬偏光模組250包含彼此平行間隔排列以形成光柵的複數金屬層254。利用金屬偏光模組250除了可提供如習知觸控顯示裝置內之下偏光板的功能外，還可藉金屬層254進一步將內部反射光的反射回液晶面板300，以提高光回收率。

藉由本發明之觸控偏光片及觸控顯示裝置，可將偏光功能和觸控功能結合，同時減少裝置的厚度。另外，觸控顯示裝置的光學表現可藉由金屬導線的分布週期及金屬導線的寬度來改善。除此之外，在作為上 偏光片的金屬偏光模組中採用具抗反射性之第一隔離層與第二隔離層，可分別降低環境光與觸控顯示裝置內部光線的反射，以改善觸控顯示裝置的光學表現。

本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明之範例。必需指出的是，已揭露之實施例並未限制本發明之範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本發明之範圍內。

100‧‧‧觸控顯示裝置

200‧‧‧觸控偏光片

210‧‧‧第一基板

212‧‧‧黑色矩陣

220‧‧‧透光電極層

232‧‧‧光柵電極層

234‧‧‧金屬導線

234a‧‧‧第一隔離層

234b‧‧‧金屬層

240‧‧‧觸控電路

260‧‧‧下偏光片

300‧‧‧液晶面板

400‧‧‧背光模組

Claims (29)

1. 一種觸控偏光片，包含：一第一基板；一光柵電極層，設置於該第一基板上，該光柵電極層包含複數金屬導線彼此平行間隔排列以形成一光柵，以允許特定極化方向的光線通過；以及一觸控電路，連接該些金屬導線，並根據該光柵電極層之反饋產生一觸控訊號。
2. 如請求項1所述之觸控偏光片，更包括一透光電極層，每一該金屬導線包括一第一隔離層與一金屬層，該第一隔離層設置於該金屬層及該透光電極層之間。
3. 如請求項1所述之觸控偏光片，其中更包含一透光電極層，設置於該第一基板上及該光柵電極層之間，且該觸控電路分別連接該透光電極層及該光柵電極層，並根據該透光電極層及該光柵電極層之反饋產生一觸控訊號。
4. 如請求項2所述之觸控偏光片，其中該些金屬導線包括一第二隔離層，且該金屬層夾設於該第二隔離層與該第一隔離層之間。
5. 如請求項4所述之觸控偏光片，其中該第一隔離層及該第二隔離層中至少其一具有抗反射性。
6. 如請求項4所述之觸控偏光片，其中該第二隔離層對於一預設蝕刻材料之蝕刻速度與該第一隔離層對於該預設蝕刻材料之蝕刻速度之比例小於0.8：1。
7. 如請求項2所述之觸控偏光片，其中該金屬導線之反射率低於10%。
8. 如請求項2所述之觸控偏光片，其中該金屬層之厚度不小於50nm。
9. 如請求項1所述之觸控偏光片，其中相鄰二該金屬導線之中心間距不大於200nm。
10. 如請求項9所述之觸控偏光片，其中該金屬導線之寬度不大於100nm。
11. 如請求項1所述之觸控偏光片，更包括一透光電極層，該透光電極層包含複數透光電極條，該些透光電極條與該些金屬導線的排列方向垂直。
12. 如請求項1所述之觸控偏光片，其中該些金屬導線的厚度介於100~300奈米之間。
13. 如請求項1所述之觸控偏光片，更包括一透光電極層，該透光電極層包含複數透光電極條沿橫切於該些金屬導線之方向彼此平行間隔排列。
14. 一種觸控顯示裝置，包含：一液晶面板；一金屬偏光模組，設置於液晶面板之一側，該金屬偏光模組具有一光柵電極層，該光柵電極層包含複數金屬導線彼此平行間隔排列以形成一光柵；一透光電極層設置於該光柵電極層上；以及一觸控電路，分別連接該透光電極層及該些金屬導線，並根據該透光電極層及該光柵電極層之反饋產生一觸控訊號。
15. 如請求項14所述之觸控顯示裝置，其中該液晶面板之相對兩面分別設置有該金屬偏光模組。
16. 如請求項14所述之觸控顯示裝置，更包含一第一基板，該透光電極層係形成於該第一基板面向該液晶面板的一面，該光柵電極層之該些金屬導線係形成於該液晶面板之一外表面上且朝向該透光電極層。
17. 如請求項14所述之觸控顯示裝置，更包含：一第一基板；及 一第二基板，直接設置於該液晶面板之一外表面，並位於該第一基板與該液晶面板之間，其中該透光電極層係形成於該第一基板面向該液晶面板的一面，該光柵電極層之該些金屬導線係形成於該第二基板上且朝向該透光電極層。
18. 如請求項14所述之觸控顯示裝置，其中每一該金屬導線包括一第一隔離層與一金屬層，該第一隔離層設置於該金屬層及該透光電極層之間。
19. 如請求項18所述之觸控顯示裝置，其中該金屬層係較該第一隔離層接近該液晶面板。
20. 如請求項18所述之觸控顯示裝置，其中該些金屬導線包括一第二隔離層，且該金屬層夾設於該第二隔離層與該第一隔離層之間。
21. 如請求項20所述之觸控顯示裝置，其中該第一隔離層及該第二隔離層中至少其一具有抗反射性。
22. 如請求項20所述之觸控顯示裝置，其中該第二隔離層對於一預設蝕刻材料之蝕刻速度與該第一隔離層對於該預設蝕刻材料之蝕刻速度之比例小於1：20。
23. 如請求項18所述之觸控顯示裝置，其中該金屬導線之反射率低於10%。
24. 如請求項18所述之觸控顯示裝置，其中該金屬層之厚度不小於50nm。
25. 如請求項14所述之觸控顯示裝置，其中相鄰二該金屬導線之中心間距不大於200nm。
26. 如請求項25所述之觸控顯示裝置，其中該金屬導線之寬度不大於100nm。
27. 如請求項14所述之觸控顯示裝置，其中該些金屬導線與透光電極的排列方向垂直。
28. 如請求項14所述之觸控顯示裝置，其中該些金屬導線的厚度介於 100~300奈米之間。
29. 如請求項14所述之觸控顯示裝置，其中透光電極層包含複數透光電極條沿橫切於該些金屬導線之方向彼此平行間隔排列。