CN103376935A - 触控感测元件 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供触控感测元件，包含第一缓冲层设置于衬底上，第一电极层设置于第一缓冲层上，第二缓冲层设置于第一电极层上，以及第二电极层设置于第二缓冲层上，与第一电极层电性连接，其中第一缓冲层和第二缓冲层的材料相同，包含绝缘的金属氧化物，第一电极层和第二电极层的材料相同，包含掺杂的金属氧化物。

Description

触控感测元件
技术领域
本发明是有关于一种触控感测元件，特别有关于一种触控感测元件的结构与材料。
背景技术
近年来，触控感测元件已经被大量应用在各种电子产品中，例如手机、个人数字助理(PDA)或笔记本电脑等。目前最广泛使用的触控感测元件为电容式触控感测元件，并且以单片式电容触控感测元件为最主要的触控感测元件的结构。
在现有的单片式电容触控感测元件中，形成触控感测电极层的材料通常为铟锡氧化物(indium tin oxide；ITO)，ITO层直接溅射在玻璃衬底上，并经由图案化工艺形成触控感测电极层的图案，其同时包含X与Y轴向的感测电极图案，其中一轴的感测电极图案会利用导电层形成架桥结构跨过另一轴的感测电极图案，在X轴与Y轴的感测电极图案互相交错的位置上需要形成绝缘层，以电性隔绝X轴和Y轴的感测电极图案。在现有的单片式电容触控感测元件中，形成架桥结构的导电层通常为金属材料，而产生隔绝效果的绝缘层通常为二氧化硅。
在现有的单片式电容触控感测元件中，由于形成触控感测电极层、绝缘层以及架桥结构的材料分别属于不同的材料种类，具有不同的光学特性，例如这些材料的折射率差异很大，因此会造成现有触控面板的透光度不佳。
现有的解决方式之一为利用光学匹配材料层来克服各层材料之间的光学特性不同所造成的问题，然而，形成光学匹配材料层的工艺与材料很复杂，会增加额外的成本与工艺复杂度。
发明内容
依据本发明的实施例，通过触控感测元件的结构与材料设计，使用光学特性相同或相近的材料形成触控感测元件的各层结构，借此提升触控面板的透光度，同时还可以降低触控感测电极层的电阻值，改善触控感测元件的电性，并且提高触控面板的工艺优良率。
依据本发明的一实施例，提供一种触控感测元件，包括：衬底；第一缓冲层设置于衬底上；第一电极层设置于第一缓冲层上；第二缓冲层设置于第一电极层上；以及第二电极层设置于第二缓冲层上，第二电极层与第一电极层电性连接，其中第一缓冲层和第二缓冲层的材料相同，第一电极层和第二电极层的材料相同，且第一缓冲层和第二缓冲层的材料包括绝缘的金属氧化物，第一电极层和第二电极层的材料包括掺杂的金属氧化物。
为了让本发明的上述目的、特征、及优点能更明显易懂，以下配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1显示依据本发明的一实施例的触控面板的局部平面示意图。
图2显示依据本发明的一实施例，沿着图1的剖面线2-2’，触控感测元件的局部剖面示意图。
图3显示依据本发明的一实施例，触控感测元件的局部剖面的扫描电子显微镜照片。
【主要元件符号说明】
100～触控感测元件；
102～衬底；
104～第一缓冲层；
106～第一电极层；
106X～第一触控感测电极图案；
106Y～第二触控感测电极图案；
106Y’～第二触控感测电极图案的连接部分；
108～第二缓冲层；
110～第二电极层。
具体实施方式
参阅图1，其显示依据本发明的一实施例，触控感测元件100的局部平面示意图，触控感测元件100包含第一电极层106，第一电极层106的图案包含多个沿着第一方向例如X轴排列成列，且互相分开的第一触控感测电极图案106X，以及多个沿着第二方向例如Y轴排列成行，且互相连接的第二触控感测电极图案106Y。任两个相邻的第一触控感测电极图案106X经由第二电极层110形成的架桥结构产生电性连接，第二电极层110形成的架桥结构跨过任两个相邻的第二触控感测电极图案106Y之间的连接部分106Y’，在第二触控感测电极图案106Y的连接部分106Y’与第二电极层110形成的架桥结构之间还具有由缓冲层(buffer layer)108形成的绝缘结构，借此电性隔绝排列成列的这些第一触控感测电极图案106X与排列成行的这些第二触控感测电极图案106Y互相交错的部分。
图2显示依据本发明的一实施例，沿着图1的剖面线2-2’，触控感测元件100的局部剖面示意图。如图2所示，触控感测元件100包含衬底102，例如为透明的玻璃衬底或具可挠性的透明塑料衬底。在本发明的一实施例中，在衬底102上可全面性地先形成第一缓冲层104，第一缓冲层104的材料可以是绝缘的金属氧化物，例如为氧化锌(ZnO)，可利用等离子体辅助化学气相沉积法(plasma-enhanced chemical vapor deposition；PECVD)或溅射(sputtering)工艺形成第一缓冲层104，在一实施例中，第一缓冲层104的厚度约为100nm。
接着，在第一缓冲层104上形成第一电极层106，第一电极层106的材料可以是掺杂的金属氧化物，例如为掺杂镓的氧化锌(gallium(Ga)doped zinc oxide；简称GZO)，可利用等离子体辅助化学气相沉积法(PECVD)或溅射工艺在第一缓冲层104上先全面性地沉积第一电极层106，接着再利用光刻与刻蚀工艺形成第一电极层106的图案。
依据本发明的实施例，由氧化锌(ZnO)形成的第一缓冲层104可作为沉积由掺杂镓的氧化锌(GZO)形成的第一电极层106的晶种层(seedlayer)，通过第一缓冲层104的设置可以让第一电极层106的电阻值下降。在一比较例中，直接在玻璃衬底上沉积厚度约为100nm的GZO层，经测量后得到此GZO层的片电阻值约为600Ω/□。而依据本发明的实施例，在玻璃衬底上先沉积厚度约为100nm的ZnO层，然后在ZnO层上沉积厚度约为100nm的GZO层，经测量后得到此GZO层的片电阻值约为203Ω/□。经由上述电性测量结果可得知，依据本发明的实施例，在玻璃衬底102上形成ZnO层作为第一缓冲层104，然后再形成GZO层作为第一电极层106，可以有效地降低第一电极层106的片电阻值，有助于改善触控感测元件100的电性。
接着，在第一电极层106上形成第二缓冲层108，第二缓冲层108局部地设置于第一电极层106上，作为第二触控感测电极图案106Y的连接部分106Y’与后续形成的第二电极层110之间的电性隔绝结构。依据本发明的实施例，第二缓冲层108的材料可以是绝缘的金属氧化物，例如为氧化锌(ZnO)，第二缓冲层108的材料可以与第一缓冲层104的材料相同。可利用等离子体辅助化学气相沉积法(PECVD)或溅射工艺形成第二缓冲层108，第二缓冲层108的厚度必须对第一电极层106的图案具有良好的阶梯覆盖能力，在一实施例中，第二缓冲层108的厚度可约为100nm或大于100nm。
第二缓冲层108除了可作为第二触控感测电极图案106Y的连接部分106Y’与后续形成的第二电极层110之间的电性隔绝结构之外，还可以作为后续沉积第二电极层110的晶种层。接着，在第二缓冲层108上形成第二电极层110，依据本发明的实施例，第二电极层110材料可以是掺杂的金属氧化物，例如为掺杂镓的氧化锌(GZO)，第二电极层110材料可以与第一电极层106的材料相同。可利用等离子体辅助化学气相沉积法(PECVD)或溅射工艺在第二缓冲层108上沉积第二电极层110，然后再利用光刻与刻蚀工艺形成第二电极层110的图案。依据本发明的实施例，由ZnO形成的第二缓冲层108可以有效地降低第二电极层110的电阻值，有助于改善触控感测元件100的电性。
在本发明的实施例中，由于第一缓冲层104、第一电极层106、第二缓冲层108以及第二电极层110的基础材料都是属于金属氧化物系统，例如为氧化锌，差别仅在于第一电极层106和第二电极层110的材料为掺杂的金属氧化物，例如掺杂镓的氧化锌，因此，形成触控感测元件100的各层结构的材料的光学特性(如折射率)相同或相近，光线经过触控感测元件100的各层结构的光反射量很小，使得本发明实施例的触控感测元件100的光穿透度相比于现有的触控感测元件的光穿透度提升许多。以剖面角度观察，本发明实施例的触控感测元件100的各层结构第一缓冲层104、第一电极层106、第二缓冲层108以及第二电极层110之间几乎无分界面存在，如图3所示，其显示本发明一实施例的触控感测元件100的局部剖面的扫描电子显微镜(scanning electron microscope；SEM)照片。图3的SEM照片显示由上至下分别为第二电极层110、第二缓冲层108、第一电极层106、第一缓冲层104以及衬底102，这些层的材料分别为GZO/ZnO/GZO/ZnO/玻璃，第二电极层110、第二缓冲层108、第一电极层106、第一缓冲层104的厚度分别为106nm/93.0nm/86.0nm/79.0nm。由于第二电极层110、第二缓冲层108、第一电极层106以及第一缓冲层104每一层的材料基质基本上是相同的，这些层的材料结晶方向类似，所以在图3的SEM照片中不易分辨出第二电极层110、第二缓冲层108、第一电极层106、第一缓冲层104的分界面，必须非常仔细观察才能辨别出来。
依据本发明的实施例，第一缓冲层104、第一电极层106、第二缓冲层108以及第二电极层110的任意两层的折射率(n值)差异小于1，优选为小于0.5，因此可以提升光线穿过触控感测元件100的穿透度，利用光谱仪测量，本发明一实施例的触控感测元件100的光穿透度约为89％。
由于本发明实施例的触控感测元件100不需要额外形成光学匹配材料层，例如折射率匹配(index matching)材料层，即可以达到提升触控感测元件100的光穿透度的功效，因此可以降低触控感测元件100的成本。
依据本发明的实施例，形成第一缓冲层104和第二缓冲层108的材料为绝缘的金属氧化物，例如为氧化锌，当此绝缘的金属氧化物进行掺杂后，例如在氧化锌中掺杂镓，即可形成具导电性的材料，作为第一电极层106和第二电极层110的材料，使得第一缓冲层104和第二缓冲层108的电阻值为第一电极层106和第二电极层110的电阻值的约100倍至约10000倍。在一实施例中，在氧化锌中掺杂镓的浓度可约为1～10％。
另外，由于第一缓冲层104、第一电极层106、第二缓冲层108以及第二电极层110都可通过全大气压等离子体辅助气相沉积工艺形成，因此可以简化形成触控感测元件100的工艺，提高触控感测元件100的工艺优良率。
综上所述，依据本发明的实施例，利用透光度高的相同金属氧化物作为形成触控感测元件100的各层结构的基础材料，可以提升触控感测元件100的光穿透度，并且通过掺杂改变金属氧化物的导电性，就可以使用相同的金属氧化物作为基础材料，形成触控感测元件100的各导电层与绝缘层。
此外，依据本发明的实施例，分别位于第一电极层106和第二电极层110下方的第一缓冲层104和第二缓冲层108还可以作为晶种层，有助于第一电极层106和第二电极层110的沉积，借此可提升触控感测元件100的电性。另外，本发明的实施例的触控感测元件与目前的触控感测元件的集成电路设计兼容，适用于单片式多点的电容触控感测元件，同时还可以简化触控感测元件的工艺步骤，降低制造成本，并提升工艺优良率。
虽然本发明已公开优选实施例如上，然其并非用以限定本发明，在此技术领域中普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可以做细微的更改与修饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求所界定为准。

Claims (10)

1.一种触控感测元件，包括：
一衬底；
一第一缓冲层，设置于该衬底上；
一第一电极层，设置于该第一缓冲层上；
一第二缓冲层，设置于该第一电极层上；以及
一第二电极层，设置于该第二缓冲层上，该第二电极层与该第一电极层电性连接，
其中该第一电极层和该第二电极层的材料相同，该第一缓冲层和该第二缓冲层的材料相同，且该第一缓冲层和该第二缓冲层的材料包括一绝缘的金属氧化物，该第一电极层和该第二电极层的材料包括一掺杂的金属氧化物。
2.根据权利要求1所述的触控感测元件，其中该第一缓冲层和该第二缓冲层的该金属氧化物与该第一电极层和该第二电极层的该金属氧化物相同。
3.根据权利要求1所述的触控感测元件，其中该第一缓冲层和该第二缓冲层的材料包括氧化锌，且该第一电极层和该第二电极层的材料包括掺杂镓的氧化锌。
4.根据权利要求1所述的触控感测元件，其中该第一缓冲层和该第二缓冲层的电阻值为该第一电极层和该第二电极层的电阻值的100倍至10000倍。
5.根据权利要求1所述的触控感测元件，其中该第一缓冲层为形成该第一电极层的一晶种层。
6.根据权利要求1所述的触控感测元件，其中该第二缓冲层为形成该第二电极层的一晶种层，并且该第二缓冲层为该第一电极层与该第二电极层之间的一绝缘层。
7.根据权利要求1所述的触控感测元件，其中该第一电极层包括：
多个沿着一第一方向排列，互相分开的第一触控感测电极图案；以及
多个沿着垂直于该第一方向的一第二方向排列，互相连接的第二触控感测电极图案。
8.根据权利要求7所述的触控感测元件，其中该第二电极层包括电性连接任两个相邻的这些第一触控感测电极图案的一架桥结构。
9.根据权利要求1所述的触控感测元件，其中该第一缓冲层全面性地设置在该衬底上，且该第二缓冲层局部地设置在该第一电极层上。
10.根据权利要求1所述的触控感测元件，其中该第一缓冲层、该第一电极层、该第二缓冲层以及该第二电极层的折射率差异小于1。
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