CN103217817A - 内嵌式触控显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内嵌式触控显示器，包括：一第一基板，其中该第一基板包括一主动区及一边框区，且该边框区系设置于该主动区的外围；一感测单元(sensor unit)形成于该第一基板的主动区上，其中该感测单元包括一第一图案化电极层形成于该第一基板的主动区的内侧；一彩色滤光片单元，形成于该感测单元之上，其中该彩色滤光片单元包括复数个彩色滤光片与复数个黑色矩阵；一第二基板，系与该第一基板相对设置，其中该第二基板之上包括一薄膜晶体管阵列；以及一填充层，形成于该第一基板与该第二基板之间。

Description

内嵌式触控显示器

技术领域

本发明系有关于一种触控显示器，且特别是有关于一种内嵌式触控显示器(in-cell touchpanel display)。

背景技术

随着科技日新月异的进步，消费性电子产品的应用也越来越多样化，目前的许多电子产品中，除了以轻、薄、短、小为主外，许多可携式的电子产品(例如个人数位助理(personaldigital assistant，PDA)或行动电话)已广泛地使用触控式显示器(touch panel display)。

触控显示器可分为外挂式(on-cell)与内嵌式(in-cell)触控显示器。外挂式触控显示器主要将触控面板制作好之后，再将触控面板与显示面板进行贴合与组装，以于显示面板表面形成触控显示器，然而，额外的触控面板会增加整体电子装置的厚度，并降低原先显示器的透光率，因此，业界开发出内嵌式触控显示器。内嵌式触控显示器主要将触控元件整合于显示装置内，使得单一显示器同时具有触控与显示的功能。

图1显示习知内嵌式触控显示器的剖面图，内嵌式触控显示器10包括第一基板12与第二基板52，其中第一基板12与第二基板52系相对设置。

第二基板52之上依序包括平坦层54与电极层56。

第一基板12(例如玻璃)可区分成主动区1a与位于主动区1a外围的边框区1b。于主动区1a中，第一基板12之上依序包括黑色矩阵14、第一平坦层(overcoat layer)16、图案化透明导电层18、绝缘层20、金属层22、第二平坦层24、彩色滤光片26(包括26R、26G、26B)、第三平坦层28与间隔物30，整个制造工艺需要经过11道的图案化制造工艺，且上述结构需要三层平坦层与一层绝缘层，若这些层使用有机材料时，经过高温处理后容易产生热收缩(shrink)，此应力会造成第一基板12(例如玻璃)产生严重翘曲(bending)现象。

此外，于边框区1b中，导电突出物(conductive protrusion)32(例如金球)形成于金属层22之上，用以与第二基板52的导电层56电性连接，然而，当第一基板12产生翘曲的现象时，导电突出物32也会有接触不良的问题产生。

因此，业界亟需提出一种内嵌式触控显示器(in-cell touch panel)，此结构能够解决基板翘曲的问题，且亦能提高导电突出物的电性接触率(contact probability)，更能有效降低触控信号的干扰。

发明内容

本发明提供一种内嵌式触控显示器(in-cell touch panel display)，包括：一第一基板，其中该第一基板包括一主动区及一边框区，且该边框区系设置于该主动区的外围；一感测单元(sensor unit)形成于该第一基板的主动区上，其中该感测单元包括一第一图案化电极层形成于该第一基板的主动区的内侧；一彩色滤光片单元，形成于该感测单元之上，其中该彩色滤光片单元包括复数个彩色滤光片与复数个黑色矩阵；一第二基板，系与该第一基板相对设置，其中该第二基板之上包括一薄膜晶体管阵列；以及一填充层，形成于该第一基板与该第二基板之间。

为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1为一剖面图，用以说明习知的内嵌式触控显示器。

图2A与图2B分别为一俯视图与一剖面图，用以说明本发明第一实施例的内嵌式触控显示器。

图3A与图3B分别为一俯视图与一剖面图，用以说明本发明第三实施例的内嵌式触控显示器。

图4A与图4B分别为一俯视图与一剖面图，用以说明本发明第五实施例的内嵌式触控显示器。

图5A-图5D分别为一系列剖面图，用以说明本发明内嵌式触控显示器的边框区的接触单元结构。

图6为一剖面图，用以说明本发明第七实施例的内嵌式触控显示器。

图7为一剖面图，用以说明本发明第八实施例的内嵌式触控显示器。

主要元件符号说明：

1a～主动区

1b～边框区

10～内嵌式触控显示器

12～第一基板

14～黑色矩阵

16～第一平坦层

18～图案化透明导电层

20～绝缘层

22～金属层

24～第二平坦层

26～彩色滤光片

28～第三平坦层

30～间隔物

32～导电突出物

52～第二基板

54～平坦层

56～电极层

200～内嵌式触控显示器

210～第一基板

220～感测单元

222～图案化透明导电层

222X～第一图案化电极层

222Y～第二图案化电极层

224～绝缘层

226～金属桥接层

226b～金属桥接层

230～彩色滤光片单元

232～彩色滤光片

234～平坦层

236～黑色矩阵

240～间隔物

300～内嵌式触控显示器

310～第二基板

400～内嵌式触控显示器

410～第三基板

420～第二感测单元

430～贴合胶

510～标记金属层

520～导电层

540～开口

550～导电突出物

600～内嵌式触控显示器

700～内嵌式触控显示器

具体实施方式

请参见图2A，图2A显示本发明第一实施例内嵌式触控显示器(in-cell touch paneldisplay)的俯视图，图2B显示图2A沿着BB’线所绘出的剖面图。

首先，请先参见图2B，内嵌式触控显示器200包括第一基板210以及与其相对设置的第二基板310，第二基板310之上包括薄膜晶体管阵列(图中未显示)，以及填充层(图中未显示，填充层例如液晶)形成于第一基板210与第二基板310之间。须注意的是，第一基板210包括主动区与位于主动区外围的边框区，图2A-图2B仅显示主动区的结构。

于第一基板210之上依序包括感测单元220与彩色滤光片单元230，其中感测单元220包括图案化透明导电层222、绝缘层224与金属桥接层226，其中图案化透明导电层222包含第一图案化电极层222X和第二图案化电极层222Y，其中一个电极是驱动用的，另一个电极则是感测用的。而彩色滤光片单元230包括彩色滤光片232R，232G，232B、平坦层234与黑色矩阵236，之后于黑色矩阵236之上形成间隔物240。间隔物240用以维持第一基板210与第二基板310之间的间距(gap)。

请参见图2A，由图中可观察到本发明的黑色矩阵236系形成于彩色滤光片232之上。

本发明第一实施例的制造工艺如下，首先提供第一基板210，之后依序经过下述9道图案化制造工艺：1.图案化透明导电层222；2.绝缘层224；3.金属桥接层226；4.彩色滤光片232R；5.彩色滤光片232G；6.彩色滤光片232B；7.平坦层234；8.黑色矩阵236；9.间隔物240。

上述图案化制造工艺藉由微影制造工艺(photolithography)而达成，微影制造工艺包括光阻涂布(photoresist coating)、软烘烤(soft baking)、光罩对准(mask aligning)、曝光(exposure)、曝光后烘烤(post-exposure)、光阻显影(developing photoresist)与硬烘烤(hard baking)，这些制造工艺为本领域人士所熟知，在此不再赘述。

此外，于本实施例中，第一基板210系为一玻璃基板，且玻璃基板的热膨胀系数系大于第一图案化透明电极层222X的热膨胀系数，且其第一基板210的厚度小于0.5mm，较佳的厚度亦可小于0.1mm。

另外，未避免后续形成的膜层于薄化玻璃上时，会造成玻璃形变等问题，较佳地会使第一图案化电极层222X的厚度小于或等于绝缘层224的厚度，且第二图案化电极层222Y的厚度亦需小于或等于绝缘层224的厚度。另外，于制造工艺进行时，会于各膜层形成时，于薄化玻璃上施加一预应力(pre-compression force)，于后续膜层形成后，再移除施加于薄化玻璃上的预应力。

上述的图案化透明导电层222的材料包括氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)、氧化铟锌(indium zinc oxide，IZO)、氧化镉锡(cadmium tin oxide，CTO)、氧化铝锌(aluminum zinc oxide，AZO)、氧化铟锡锌(indium tin zinc oxide，ITZO)、氧化锌(zinc oxide)、氧化镉(cadmium oxide，CdO)、氧化铪(hafnium oxide，HfO)、氧化铟镓锌(indium gallium zinc oxide，InGaZnO)、氧化铟镓锌镁(indium gallium zinc magnesium oxide，InGaZnMgO)、氧化铟镓镁(indium galliummagnesium oxide，InGaMgO)或氧化铟镓铝(indium gallium aluminum oxide，InGaAlO)。

上述的绝缘层224由无机材料所组成，例如氧化硅(SiOx)，由于无机材料受到高温影响时，其对玻璃的应力方向(例如压缩力(compressive force))会与后续形成的各层(如黑色矩阵236、彩色滤光片232等)应力方向(例如张力(tensile force))相反，因此，可互相平衡，进而解决第一基板210翘曲的问题。

上述的金属桥接层226包括钼、铜、镍、铝、铬、银、金或上述的合金。

须注意的是，习知技术先形成黑色矩阵，才形成感测单元，然而本发明先形成感测单元220，再形成彩色滤光片单元230，亦即黑色矩阵230系形成于感测单元220之上(blackmatrix on sensor)。由于黑色矩阵236由有机材料所组成(例如树脂)，其经过图案化制造工艺时容易脆化，因此，若将黑色矩阵236形成于感测单元220之上，可减少黑色矩阵受到多道图案化制造工艺中高温的影响，进而可提升黑色矩阵的可靠度(reliability)。

再者，相较于习知技术的11道制造工艺，本发明的9道制造工艺步骤，不但可降低整体显示器的厚度，且可减少制造工艺步骤与时间，进而降低制造工艺成本。

此外，本发明亦提供第二实施例，第二实施例与第一实施例的差别在于，于第一基板210与图案化透明导电层222之间形成一标记金属层(图中未显示)，此标记金属层包括钼、铜、镍、铝、铬、银、金或上述的合金，且标记金属层的作用在于帮助后续制造工艺对准(alignment)。

请参见图3A-图3B，其中图3A显示本发明第三实施例内嵌式触控显示器的俯视图，图3B显示图3A沿着CC’线所绘出的剖面图。须注意的是，第3A-3B图仅显示第一基板210主动区的结构，其中图3A-图3B中元件符号与图2A-图2B相同者代表相同元件。

请参见图3A，于内嵌式触控显示器300中，黑色矩阵236系形成于彩色滤光片232之上。

请参见图3B，内嵌式触控显示器300包括第一基板210与第二基板310，两基板系相对设置。于第一基板210之上依序包括感测单元220与彩色滤光片单元230，其中感测单元220包括图案化透明导电层222、绝缘层224与金属桥接层(图中未绘出)，其中图案化透明导电层222包含第一图案化电极层222X和第二图案化电极层222Y。而彩色滤光片单元230包括彩色滤光片232R，232G，232B、黑色矩阵236与平坦层234，之后于平坦层234之上形成间隔物240。

须注意的是，于第三实施例中，黑色矩阵236系形成于相邻的彩色滤光片232之间，亦即黑色矩阵236的线宽(line width)由相邻的彩色滤光片232的沟槽(trench)的宽度所决定，因此，可藉由降低沟槽的宽度而得到较小的线宽。

此外，黑色矩阵236的深度由沟槽的深度而决定，因此，可藉由提高黑色矩阵的深度(提高光遮蔽效果)，而得到较高的光学密度(optical density，OD)。

再者，由于黑色矩阵236设置于沟槽中，因此，黑色矩阵236较不会对后续显影制造工艺造成影响，而产生剥落(peeling)现象。

于一较佳实施例中，黑色矩阵236的线宽(line width)小于约5m，且光学密度大于约5。

本发明第三实施例的制造工艺如下，首先提供第一基板210，之后依序经过下述9道图案化制造工艺：1.图案化透明导电层222；2.绝缘层224；3.金属桥接层(图3B中未绘出)；4.彩色滤光片232R；5.彩色滤光片232G；6.彩色滤光片232B；7.黑色矩阵236；8.平坦层234；9.间隔物240。

第三实施例同样为9道制造工艺步骤，不但可降低整体显示器的厚度，且可减少制造工艺步骤与时间，进而降低制造工艺成本。再者，由于黑色矩阵236形成于相邻的彩色滤光片232之间，因此，黑色矩阵236可具有较小线宽与较高光学密度。

此外，本发明亦提供第四实施例，第四实施例与第三实施例的差别在于，于第一基板210与图案化透明导电层222之间形成一标记金属层(图中未显示)，此标记金属层包括钼、铜、镍、铝、铬、银、金或上述的合金，且标记金属层的作用在于帮助后续制造工艺对准(alignment)。

请参见图4A-图4B，其中图4A显示本发明第五实施例内嵌式触控显示器400的俯视图，图4B显示图4A沿着DD’线所绘出的剖面图。须注意的是，第4A-4B图仅显示第一基板210主动区的结构，其中图4A-图4B中元件符号与图2A-图2B相同者代表相同元件。

请参见图4A，于内嵌式触控显示器400中，黑色矩阵236系形成于彩色滤光片232之下。

请参见图4B，内嵌式触控显示器400包括第一基板210与第二基板310，两基板系相对设置。于第一基板210之上依序包括感测单元220与彩色滤光片单元230，其中感测单元220包括图案化透明导电层222、绝缘层224与金属桥接层226，而彩色滤光片单元230包括黑色矩阵236、彩色滤光片232R，232G，232B与平坦层234，之后于平坦层234之上形成间隔物240。

本发明第五实施例的制造工艺如下，首先提供第一基板210，之后依序经过下述9道图案化制造工艺：1.图案化透明导电层222；2.绝缘层224；3.金属桥接层226；4.黑色矩阵236；5.彩色滤光片232R；6.彩色滤光片232G；7.彩色滤光片232B；8.平坦层234；9.间隔物240。

须注意的是，与第一实施例(图2A-图2B)相比，第五实施例的黑色矩阵236系形成于彩色滤光片232之下，第五实施例同样为9道制造工艺步骤，不但可降低整体显示器的厚度，且可减少制造工艺步骤与时间，进而降低制造工艺成本。

此外，本发明亦提供第六实施例，第六实施例与第五实施例的差别在于，于第一基板210与图案化透明导电层222之间形成一标记金属层(图中未显示)，此标记金属层包括钼、铜、镍、铝、铬、银、金或上述的合金，且标记金属层的作用在于帮助后续制造工艺对准(alignment)。

请参见图5A-图5D，该些图示绘示本发明边框区各种不同实施例的剖面图。边框区系设置于主动区的外围，且不需要形成彩色滤光片，仅需要形成接触单元(包括该导电层520、绝缘层224、金属桥接层226b、黑色矩阵236b与导电突出物550)，以使感测单元220与第二基板310电性连接，其中第一图案化电极层520是由主动区内的图案化导电层222延伸形成。

首先，请参见图5A，于第一基板210的上依序形成导电层520、绝缘层224、金属桥接层226b与黑色矩阵236b。须注意的是，黑色矩阵236b具有复数个开口540，以暴露出金属桥接层226b，而导电突出物550形成于开口540中，以使金属桥接层226b与第二基板310电性连接。相较于习知技术，本发明的导电突出物550形成于黑色矩阵236b的开口540中，系因边框区所需堆迭的膜层较少，因此其膜厚变异性降低，故可提高电性接触稳定性(contact stability)。

上述的导电层520包括图案化透明导电层、金属层或上述的组合。

请参见图5B，其中黑色矩阵236b具有复数个开口540，且开口540延伸穿过绝缘层224，暴露导电层520，导电突出物550形成于开口540中，以与导电层520电性连接。

请参见图5C，其中黑色矩阵236b具有复数个开口540，且开口540延伸穿过绝缘层224，暴露金属桥接层226b，导电突出物550形成于开口540中，以与金属桥接层226b电性连接。

请参见图5D，此图与图5A-图5C的差别在于，图5D多形成了一层标记金属层510。由于标记金属层510与导电层520仅形成于部份的第一基板210之上，而厚度一致的绝缘层224形成于导电层520之上，因此，绝缘层224的表面会形成高度不一致的凹凸结构(或称为波浪结构)。之后，金属桥接层226b形成于绝缘层224之上，因此金属桥接层226b同样具有凹凸结构(或称为波浪结构)，因此，导电突出物550形成于开口540中，以与金属桥接层226b的凹凸结构电性连接。

须注意的是，于图5D中，藉由标记金属层510、导电层520的厚度差异，使得金属桥接层226b具有凹凸结构，此凹凸结构可提高与导电突出物550之间的接触面积，进而可提升电性接触率(contact probability)。

请参见图6，其绘示本发明第七实施例的内嵌式触控显示器600的剖面图。于内嵌式触控显示器600中与上述实施例的主要差异于其感测单元中图案化电极层的配置。于本实施例中，第一图案化电极层222X与第二图案化电极层222Y系分别设置于第一基板210的内外两侧，且藉由贴合胶430黏合第一基板210与第三基板410。

本发明第七实施例的制造工艺如下，将第一基板210与第二基板310制造工艺完成后，再将其组立。接着，使用贴合胶430将第三基板410贴合至组立完的第一基板210上。

请参见图7，绘示本发明第八实施例的内嵌式触控显示器700的剖面图。本实施例与前七个实施例的最主要的差异在于感测单元的设置，目的是为了降低信号干扰，进而提高触控灵敏性(touch sensitivity)。

第八实施例的内嵌式触控显示器更包括一第三基板410、第二感测单元420以及贴合胶430，其中感测单元220系设置于第一基板210的内侧，第二感测单元420则设置次第三基板410的内侧。由于感测单元220与第二感测单元系分别形成于不同基板上，因此可以大幅减化制造工艺，例如可使用较低成本的雷射蚀刻或是网印等方式，特别是应用于薄化基板时，皆可有效提供制造工艺稳定性以及良率。

本发明第八实施例的制造工艺如下，将第一基板210与第二基板310制造工艺完成后，再将其组立。接着形成第二感测单元420于第三基板410之上，再藉由贴合胶430将具有第二感测单元420的第三基板410贴合至第一基板210。

综上所述，本发明所提供的内嵌式触控显示器，具有下述优点：

(1)藉由改变黑色矩阵的位置，使黑色矩阵形成于感测单元之上，不但可以减少整体制造工艺的步骤与显示器厚度，且藉由绝缘层无机材料的设置，以解决第一基板翘曲的问题。

(2)黑色矩阵形成于相邻的彩色滤光片之间，因而可缩小黑色矩阵的线宽(line width)与提高光学密度(optical density，OD)，且可避免黑色矩阵产生剥落(peeling)的问题。

(3)本发明的导电突出物系形成于黑色矩阵的开口中，由于堆迭的膜层较少，所以膜厚变异性低，且可形成于凹凸结构的导电层中，因此，可提高电性接触率。

虽然本发明已以数个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以本发明权利要求范围所界定者为准。

Claims (14)

1.一种内嵌式触控显示器，其特征在于，所述的内嵌式触控显示器包括：

一第一基板，其中所述的第一基板包括一主动区及一边框区，且所述的边框区系设置于所述的主动区的外围；

一感测单元形成于所述的第一基板的主动区上，其中所述的感测单元包括一第一图案化电极层形成于所述的第一基板的主动区的内侧；

一彩色滤光片单元，形成于所述的感测单元之上，其中所述的彩色滤光片单元包括复数个彩色滤光片与复数个黑色矩阵；

一第二基板，系与所述的第一基板相对设置，其中所述的第二基板之上包括一薄膜晶体管阵列；以及

一填充层，形成于所述的第一基板与所述的第二基板之间。

2.如权利要求1所述的内嵌式触控显示器，其特征在于，所述的黑色矩阵形成于所述的彩色滤光片之上或之下。

3.如权利要求1所述的内嵌式触控显示器，其特征在于，所述的黑色矩阵形成于相邻的所述的彩色滤光片之间。

4.如权利要求1所述的内嵌式触控显示器，其特征在于，所述的感测单元更包括：

一第二图案化电极层，形成于所述的第一基板的内侧；

一绝缘层，形成于所述的第一图案化电极层与第二图案化电极层之上；以及

一金属桥接层，成于所述的绝缘层之上，其中所述的金属桥接层与所述的第一图案化电极层电性连接。

5.如权利要求4所述的内嵌式触控显示器，其特征在于，所述的第一基板系为一玻璃基板，且所述的玻璃基板的热膨胀系数系大于所述的第一图案化电极层的热膨胀系数，其中所述的第一基板的厚度小于0.5mm。

6.如权利要求4所述的内嵌式触控显示器，其特征在于，所述的第一图案化电极层的厚度系小于或等于所述的绝缘层的厚度，且所述的第二图案化电极层的厚度系小于或等于所述的绝缘层的厚度。

7.如权利要求1所述的内嵌式触控显示器，尚包括一接触单元形成于所述的第一基板的边框区，其特征在于，所述的接触单元包括：一导电层、所述的绝缘层、所述的金属桥接层与所述的黑色矩阵，其中位于所述的边框区的黑色矩阵具有复数个开口，且所述的导电层由所述的主动区的第一图案化电极层延伸而形成。

8.如权利要求7所述的内嵌式触控显示器，其特征在于，所述的开口暴露所述的金属桥接层，且复数个导电突出物形成于所述的开口之中与所述的金属桥接层电性连接。

9.如权利要求7所述的内嵌式触控显示器，其特征在于，所述的开口延伸穿过所述的绝缘层，以暴露所述的导电层或所述的金属桥接层，且复数个导电突出物形成于所述的开口之中与所述的导电层或所述的金属桥接层电性连接。

10.如权利要求7所述的内嵌式触控显示器，其特征在于，所述的内嵌式触控显示器更包括一标记金属层，形成于所述的第一基板与所述的导电层之间，以使所述的绝缘层具有一凹凸结构。

11.如权利要求10所述的内嵌式触控显示器，其特征在于，所述的黑色矩阵包括复数个开口，且暴露所述的绝缘层的所述的凹凸结构，且复数个导电突出物形成于所述的开口之中与所述的凹凸结构电性连接。

12.如权利要求1所述的内嵌式触控显示器，其特征在于，所述的彩色滤光片单元之上更包括复数个间隔物，以维持所述的第一基板与所述的第二基板之间的间距。

13.如权利要求1所述的内嵌式触控显示器，其特征在于，所述的感测单元更包括：

一第二图案化电极层，形成于所述的第一基板的外侧；

一第三基板，系对立设置于所述的第一基板上；以及

一贴合胶，形成于所述的第一基板与第三基板之间，用以黏合所述的第一基板及所述的第三基板。

14.如权利要求1所述的内嵌式触控显示器，其特征在于，所述的内嵌式触控显示器更包括：

一第三基板，系对立设置于所述的第一基板上；

一第二感测单元，形成于所述的第三基板的内侧；以及

一贴合胶，形成于所述的第一基板与第三基板间，用以黏合所述的第一基板及所述的第三基板。

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