CN104123021B - 触控面板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触控面板及其制备方法，该触控面板是由一多个阵列排列的基本感测单元所构成，该基本感测单元包含一压力感测晶体管及一选择晶体管。压力感测晶体管可包含一第一极、一第二极、一栅极、一遮光层、连接该第一极与该第二极的一通道、形成于该通道上的一绝缘层，和形成于该绝缘层上的一压电材料，其中压电材料可包含聚偏二氟乙烯、钛酸铅锆、氧化锌、钛酸钡、铌酸锂和钛酸铅。选择晶体管包含一第一极、一第二极和一第三极，其中选择晶体管的第一极可连接触控面板的一感测电极、选择晶体管的第二极可连接压力感测晶体管的第一极，而选择晶体管的第三极可为一栅极且可连接触控面板的驱动电极。

Description

触控面板及其制备方法

技术领域

本发明有关于触控技术，且特别关于一种触控面板及其制备方法。

背景技术

随着电脑的普及，键盘及鼠标已成为一般大众接受程度最高的信息输入设备。但是由于其有体积大和携带不便等缺点，因而可开发另一种，与荧幕叠合的触控输入装置。

触控面板是可以直接以手指或触控笔，点选面板上特定区域，以达成输入指令的一种人性化输入装置。随着电子产品轻、薄、短、小及功能复杂的发展趋势，产品可供放置的空间十分有限，而使用触控面可以较不占空间。除了同时具有键盘、鼠标的功能之外，也可提供手也输入等人性化的操作方式，因此成为人机界面的最佳选择。

触控面板依其工作原理，可分为电阻式、电容式、光学式及表面声波式。电阻式触控面板具有透光率差的缺点，因此会降低显示荧幕的亮度与对比。电容式触控面板易受板面温度、湿度等的影响，也会因接地电平改变而产生变化，故其稳定性较差。此外，若使用非导体进行操作，则电容式触控面板无法感应。光学式触控面板的解析度是决定于红外线发射和接收等对应单元的数目，故其解析度易受到限制。表面声波式触控面板是利用发射转能器发射一表面波、利用接收转能器接收该表面波和根据接收讯号强度与时间的关系曲线，即可判断触碰面板的位置。美国专利第4,644,100号即揭露一种使用单一发射转能器和单一接收转能器的表面声波式触控装置。但是，由于表面声波波速快，故需要较快速的信号处理器及效能较高的类比/数位(A/D)转换器，因而会造成表面声波式触控面板的成本大幅增加。反之，若要避免成本提高，则只能牺牲其解析度。

现有各类触控面板仍有诸多问题，故有进一步改善的空间。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明公开了一种触控面版及其制备方法。

本发明的一实施范例揭示一种触控面板。触控面板包含一基板、多个阵列排列的扫瞄式驱动电极、多个阵列排列的扫瞄式感测电极、多个阵列排列的基本感测单元所构成。该基本感测单元包含一压力感测晶体管，以及一选择晶体管。多个阵列排列的扫瞄式驱动电极、感测电极和压力感测晶体管可形成于基板上。压力感测晶体管可包含一第一极、一第二极、一栅极、一遮光层、连接该第一极与该第二极的一通道、形成于该通道上的一绝缘层和形成于该绝缘层上的一压电材料。其中压电材料可包含聚偏二氟乙烯；或者压电材料可包含聚偏二氟乙烯与下列物质(Substance)之一者的组合：钛酸铅锆(Lead ZirconateTitanate；PZT)、氧化锌(ZnO)、钛酸钡(BaTiO₃)、铌酸锂(LiNbO₃)和钛酸铅(PbTiO₃)。选择晶体管形成于基板上。选择晶体管包含一第一极、一第二极和一第三极，其中选择晶体管的第一极可连接对应的感测电极、选择晶体管的第二极可连接压力感测晶体管的第一极，而选择晶体管的第三极可为一栅极且可连接对应的驱动电极。

本发明实施例使用压电材料与多个阵列排列的压力感测晶体管，可感测面板表面被碰触的位置，或单一区域，或是多个区域，并可提升定位精度。此外，没被触压的压力感测晶体管不会导通，所以本发明的触控面板可以非常省电。

附图说明

图1为本发明一实施例的触控面板的示意图；

图2为本发明一实施例的示意图，其例示串联的选择晶体管和压力感测晶体管；

图3为沿图2割面线3-3的截面图；

图4为本发明一实施例的放大器的示意图；

图5为本发明另一实施例的放大器的示意图；

图6为本发明另一实施例的压力感测晶体管的截面示意图；

图7为本发明另一实施例的压力感测晶体管的截面示意图；以及

图8为本发明另一实施例的压力感测晶体管的截面示意图。

其中，附图标记说明如下：

1：触控面板

10：基板

11：多个阵列排列的基本感测单元

12：多个阵列排列的扫瞄式驱动电极

13：多个阵列排列的扫瞄式感测电极

14：放大器电路

15：遮光层

16：二氧化硅层

17：光阻层

18：绝缘层

19：绝缘层

20：绝缘层

21：绝缘层

23：电路

111：选择晶体管

112、112a、112b、112c：压力感测晶体管

141：运算放大器

142：电容

1111：选择晶体管的第一极

1112：选择晶体管的第二极

1113：选择晶体管的第三极

1114：选择晶体管的半导体层

1115：选择晶体管的绝缘层

1120、1120a、1120b、1120c：压力感测晶体管的半导体层

1121、1121a、1121b、1121c：压力感测晶体管的第一极

1122、1122a、1122b、1122c：压力感测晶体管的第二极

1124、1124a、1124b、1124c：压力感测晶体管的压电材料

1125、1125a、1125b、1125c：压力感测晶体管的绝缘层

1126、1126a、1126b、1126c：压力感测晶体管的绝缘层

1127、1127a、1127b、1127c：压力感测晶体管的导体层

1128a、1128c：压力感测晶体管的导体层

1411：输入端

1412：输出端

P1、P2、P3：T端

Rf、R1：电阻

S1：第一开关

S2：第二开关

具体实施方式

图1为本发明一实施例的触控面板1的示意图。参照图1所示，触控面板1包含多个阵列排列的感测单元11。多个感测单元11可(但不限于)阵列排列在一基板10上。多个排列的驱动电极(Drive Electrode)12和多个排列的感测电极(Sense Electrode)13形成于基板10上，并将多个感测单元11个别分开，各感测单元11并和一相邻的驱动电极12和一相邻的感测电极13相连。感测单元11用于感测面板被触碰的位置，或单一区域，或是多个区域。驱动电极12和感测电极13可为透明的导体(如氧化锡铟(ITO)，使基板10为可透光)，这两组电极12和13可逐一地施加扫瞄(Scanning)电压，以对各感测单元11进行有无触控信号的读取，则可判断出感测面板被触碰的位置，或单一区域，或是多个区域。

在一实施例中，基板10为非半导体材料制成。

参照图1所示，各感测单元11包含一选择晶体管111及一压力感测晶体管112。选择晶体管111和压力感测晶体管112是形成于基板10上，并可串联。

较佳地，选择晶体管111包含一第一极1111(源极，Source)、一第二极1112(漏极，Drain)及一第三极1113(栅极，Gate)。压力感测晶体管112包含一第一极1121(源极，Source)及P1、P2或P3端(图1)的一第二极1122(漏极，Drain)，而T端(图1)则为压电材料的初始极化(Initial Poling Treatment)用的电极。选择晶体管111的第一极1111，连接一相邻感测电极13；第二极1112连接压力感测晶体管112的第一极1121；第三极1113为一栅极，并连接一相邻驱动电极12。当施加扫瞄电压在一驱动电极12上时，可启动对应的选择晶体管111，此时被启动的选择晶体管111，可允许电荷从施加有另一扫瞄电压的感测电极13，流向压力感测晶体管112。对驱动电极12和感测电极13周期性地施加脉波式扫瞄电压，即可对压力感测晶体管112进行扫瞄，侦测读取是否有电流导通，而判断出感测面板被触碰的位置，或单一区域，或是多个区域。

在一实施例中，选择晶体管111包含P型金氧半导体晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Transistor,MOST)。在一实施例中，选择晶体管111包含N型金氧半导体晶体管。在一实施例中，压力感测晶体管112包含P型金氧半导体晶体管。在一实施例中，压力感测晶体管112包含N型金氧半导体晶体管。

参照图2与图3所示，压力感测晶体管112包含一通道(Channel)1120，其中通道1120连接第一极1121和第二极1122。压力感测晶体管112可另包含一压电材料1124及一绝缘层1125，其中绝缘层1125形成于通道1120上，而压电材料1124形成于绝缘层1125上。

基板10上可形成多个遮光层15。遮光层15可为导体层。遮光层15可为金属遮光层。在一实施例中，遮光层15是设置在对应压力感测晶体管112下方。在一实施例中，遮光层15是设置在对应压力感测晶体管112和对应选择晶体管111下方，防止光线对晶体管的干扰。在一实施例中，遮光层15包含铬，或铬/镍的合金。在一实施例中，遮光层15可用于电磁波隔离。在一实施例中，遮光层15可接地，并和T端(图1)形成压电材料初始极化用的电极。

在一实施例中，压力感测晶体管112包含N型金氧半导体晶体管。其压电材料1124的初始极化方法是：可先在压力感测晶体管112的栅极1127(即T端)和遮光层15之间，施加一适当的负电压，使压电材料1124的极化方向(Polarization Direction)向上(Upward)，即在绝缘层1125的上方，会产生正电荷(Positive Charges)，并在压力感测晶体管112通道1120的上表面，感应产生微量的负电荷(Negative Charges)，让压力感测晶体管112的电流接近临界导通的现象(Threshold of Current Conduction)，即电流小于1微安培。如此，当压力感测晶体管112被触压时，压电材料1124向上的极化强度会增加，而在压力感测晶体管112的通道1120的上表面，会产生更多负电荷(Negative Charges)，即使此时压力感测晶体管112的栅极是开路状态(Open)，而通道1120可导通较大的电流(大于10微安培)。在另一实施例中，压力感测晶体管112包含P型金氧半导体晶体管。其压电材料1124的初始极化方法是：可在压力感测晶体管112的栅极1127和遮光层15之间，先施加一适当的正电压，使压电材料1124的极化方向(Polarization Direction)向下(Downward)，即在绝缘层1125的上方，会产生负电荷(Negative Charges)，并在压力感测晶体管112的通道1120上表面，感应产生微量的正电荷(Positive Charges)，让压力感测晶体管112的电流接近临界导通的现象，即电流小于1微安培。如此，当压力感测晶体管112被触压时，压电材料1124的极化强度会增加，而在压力感测晶体管112的通道1120的上表面，会感应产生更多负电荷(NegativeCharges)，即使此时压力感测晶体管112的栅极是开路状态(Open)，而通道1120可导通较大的电流(大于10微安培)。

在一实施例中，压电材料1124包含高分子压电材料。在一实施例中，压电材料1124包含聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride or Polyvinylidene Difluoride(PVDF))。在一实施例中，压电材料1124仅包含聚偏二氟乙烯。在一实施例中，压电材料1124包含一混合材料，其中该混合材料包含聚偏二氟乙烯及下列其中的一种物质：钛酸铅锆(LeadZirconate Titanate；PZT)、氧化锌(ZnO)、钛酸钡(BaTiO₃)、铌酸锂(LiNbO₃)、钛酸铅(PbTiO₃)。

复参图1所示，各感测单元11的压力感测晶体管112的第二极1122可连接一放大器电路14，其中放大器电路14用于放大从对应压力感测晶体管112所侦测读取的电流信号。

在一实施例中，参照图4所示，放大器电路14为反相闭回路放大器的电路(Inverting Amplifier)，其中Rf和R1为电阻，且Rf/R1的比值可调整，以放大压力感测晶体管112的输出电压。在另一实施例中，参照图5所示，放大器电路14包含充电放大器(ChargeAmplifier)电路。放大器电路14可包含一运算放大器141、一第一开关S1、一第二开关S2及一电容142。电容142连接运算放大器141的一输入端1411和一输出端1412。第一开关S1连接运算放大器141的输入端1411和对应压力感测晶体管112的第二极1122(或输出端)。第二开关S2和电容142并联。在一实施例中，第一开关S1和第二开关S2是反相同步方式(Out-of-Phase)，进行开启或关闭的运作。换言之，当第二开关S2是导通，而第一开关S1是不导通时，此时是将电容142放电；而当第一开关S1是导通，而第二开关S2是不导通时，电荷可从压力感测晶体管112流入电容142，由此将压力感测晶体管112输出的电荷转换成电压，以便侦测面板被触控的位置，或单一区域，或是多个区域。

特别地，如图3当面板被触控，即压力感测晶体管112的压电材料1124被触压，压力感测晶体管112的通道1120会导通。此时，若对应的选择晶体管111被启动时，电流可从感测电极13流经压力感测晶体管112至放大器电路14。相对地，若压力感测晶体管112的压电材料1124未被触压，则电流无法通过压力感测晶体管112。通过检测是否有电流流经压力感测晶体管112，即可知道那些压力感测晶体管112有被碰触，并可据以计算出面板被碰触的位置，或单一区域，或是多个区域。

参照图3所示，通道1120为一半导体层。在一实施例中，第一极1121是部分地接触半导体层1120的上表面；第二极1122是部分地接触半导体层1120的上表面。在一实施例中，压力感测晶体管112的第一极1121和第二极1122的部分、压电材料1124及压力感测晶体管112的通道1120，在垂直方向上是有部分重叠的设计，如此可大幅降低压力感测晶体管112导通时，在第二电极附近匮乏区(Depletion Layer)的电阻，降低功率消耗，提升反应速度。

在一实施例中，半导体层1120包含非晶硅(Amorphous Silicon)，或多晶硅(Poly-Silicon)，或单晶硅。半导体层1120可掺杂P型掺质(三价元素)，以形成P型半导体层；或者，半导体层1120可掺杂N型掺质(五价元素)，以形成N型半导体层。

压电材料1124和压力感测晶体管112的第一极1121与第二极1122、及半导体层1120之间，是以绝缘层1125隔离。绝缘层1125为具有高介电常数(Dielectric Constant)的绝缘层，如此可提升触控面板的灵敏度。在一实施例中，绝缘层1125可包含氧化铝。在一实施例中，绝缘层1125可包含二氧化钛。在一实施例中，绝缘层1125可包含二氧化锆。

参照图3所示，压电材料1124可为另一绝缘层1126所覆盖。绝缘层1126为具有高介电常数(Dielectric Constant)的绝缘层，如此可提升触控面板的灵敏度。在一实施例中，绝缘层1126可包含氧化铝。在一实施例中，绝缘层1126可包含二氧化钛。在一实施例中，绝缘层1126可包含二氧化锆。

参照图3所示，触控面板1包含一电路23。电路23可至少部分连接触控面板1的电子元件。电路23可包含一导体层1127，其中导体层1127可形成于绝缘层1126上。

在一实施例中，当压力感测晶体管112包含N型金氧半导体晶体管时，压力感测晶体管112的第一极1121和第二极1122包含半导体(如硅)和N型五价元素(如磷)等材料。在一实施例中，当压力感测晶体管112包含N型金氧半导体晶体管时，压力感测晶体管112的第一极1121和第二极1122包含N型半导体(如N型非晶硅、多晶硅或单晶硅)。特而言之，当压力感测晶体管112包含N型金氧半导体晶体管时，压力感测晶体管112的第一极1121和第二极112，是将硅和五价元素(如磷)等材料所混合而成的粉末，以电子枪蒸镀而成。在一实施例中，当压力感测晶体管112包含P型金氧半导体晶体管时，压力感测晶体管112的第一极1121和第二极1122包含半导体(如硅)和三价元素(如硼)等材料。当压力感测晶体管112包含P型金氧半导体晶体管时，压力感测晶体管112的第一极1121和第二极1122包含P型半导体(如P型非晶硅、多晶硅或单晶硅)。特而言之，当压力感测晶体管112包含P型金氧半导体晶体管时，压力感测晶体管112的第一极1121和第二极1122是以硅和三价元素(如硼)等材料所混合而成的粉末，以电子枪蒸镀而成。

再参照图3所示，选择晶体管111可包含一半导体层1114，其中半导体层1114包含一通道。在一实施例中，半导体层1114包含非晶硅(Amorphous Silicon)，或多晶硅(Poly-Silicon)，或单晶硅。半导体层1114可掺杂P型掺质，以形成P型半导体层；或者，半导体层1114可掺杂N型掺质，以形成N型半导体层。

参照图3所示，基板10可包含玻璃基板或可挠式基板。基板10的两主要侧面，可覆盖二氧化硅层16及/或正极性光阻层17，用于隔热及防湿等。在一实施例中，感测单元11是直接形成于二氧化硅层16之上。在一实施例中，感测单元11是直接形成于光阻层17之上。

图6为本发明另一实施例的压力感测晶体管112a的截面示意图。参照图6所示，在压力感测晶体管112a中，遮光层15形成于基板10上。正极性光阻层17覆盖遮光层15。导体层1127a(如铝或透光材料ITO)形成于光阻层17上，和遮光层15对应。绝缘层18覆盖导体层1127a。压电材料1124a对应导体层1127a，形成于绝缘层18上。绝缘层1125a覆盖压电材料1124a。半导体层1120a对应压电材料1124a，形成于绝缘层1125a上。第一极1121a和第二极1122a的部分位在半导体层1120a下，直接连接半导体层1120a。在晶体管半导体层1120a的上方是绝缘材料1126a，以隔离湿气。在绝缘材料1126a的上方是一导体层1128a(如铝或透光材料ITO)，其目的是用以和另一导体层1127a整合，作为压电材料1124a的初始极化电极。

在一实施例中，绝缘层18、1125a和1126a可包含氧化铝，以降低压电材料1124a的初始极化电压。同理，在一实施例中，绝缘层18、1125a和1126a可包含二氧化钛。同理，在一实施例中，绝缘层18、1125a和1126a可包含二氧化锆。

图7为本发明另一实施例的压力感测晶体管112b的截面示意图。参照图7所示，在压力感测晶体管112b中，遮光层15形成于基板10上。正极性光阻层17覆盖遮光层15。第一极1121b和第二极1122b形成于光阻层17上。第一极1121b和第二极1122b之间有一绝缘层20。半导体层1120b形成于绝缘层20、与部份的第一极1121b及第二极1122b上，其中半导体层1120b和第一极1121b和第二极1122b的部分直接接触。绝缘层21覆盖绝缘层20和部分的第一极1121b和第二极1122b。绝缘层1125b覆盖半导体层1120b。压电材料1124b对应半导体层1120b，形成于绝缘层1125b上。绝缘层1126b覆盖压电材料1124b。导体层1127b(如铝或透光材料ITO)覆盖压电材料1124b上的绝缘层1126b。导体层1127b的目的是和遮光层整合，作为压电材料1124b的初始极化电极。

在一实施例中，绝缘层(20、1125b和1126b)可包含氧化铝，以降低压电材料1124b的初始极化电压。同理，在一实施例中，绝缘层(20、1125b和1126b)可包含二氧化钛。同理，在一实施例中，绝缘层(20、1125b和1126b)可包含二氧化锆。

图8为本发明另一实施例的压力感测晶体管112c的截面示意图。参照图8所示，压力感测晶体管112c类似图6揭示的压力感测晶体管112a，主要不同处在于压力感测晶体管112c的第一极1121c和第二极1122c，是从绝缘层18延伸至半导体层1120c的上表面，且直接接触该上表面。在晶体管半导体层1120c的上方是绝缘材料1126c，下方是绝缘材料1125c，以隔离湿气。在绝缘材料1126c的上方是一导体层1128c(如铝或透光材料ITO)，其目的是用以和另一导体层1127c整合，作为压电材料1124c的初始极化电极。

此外，本发明一实施例揭示一种触控面版的制备方法。以下以图3实施例说明该制备方法，惟该制备方法不以图3为限。该制备方法可运用在图6至图8的实施例，及不背离本发明精神的替换及修饰实施例。参照图3所示，该制备方法包含下列步骤：在基板10上形成一遮光层15。接着，在基板10上形成半导体层1114和1120，其中半导体层1114和1120在遮光层15上。然后，在基板10上形成第一极1111、第二极1112、第一极1121及第二极1122，其中第一极1111和第二极1112的部分接触半导体层1114，第一极1121及第二极1122接触半导体层1120。然后，在基板10上形成绝缘层1115和1125，其中绝缘层1115和1125分别覆盖半导体层1114和1120。接着，在基板10上形成压电材料1124，其中压电材料1124在绝缘层1125上并对应遮光层15。之后，形成一电路23于该基板10上。然后，施加电压在导体层1127和遮光层15(或图6的导体层1128a，或图8的导体层1128c)之间，以便对压电材料1124进行初始的极化。

在一些实施例中，触控面板包含压力感测晶体管，该压力感测晶体管包含压电材料，该压电材料经碰触会产生极化现象及电压，该电压可启动压力感测晶体管，让电流通过。检测有无通过的电流，即可知道触控面板被碰触的位置。在一些实施例中，触控面板包含多个阵列排列的感测单元，而各感测单元包含串联的选择晶体管和压力感测晶体管，故可知道触控面板被碰触的位置，或单一区域，或是多个区域。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本项技术的人士仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施范例所揭示者，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为以下的申请专利范围所涵盖。

Claims (11)

1.一种触控面板，包含：

一基板；

多个阵列排列的透明驱动电极，形成于该基板上；

多个阵列排列的透明感测电极，形成于该基板上；以及

多个阵列排列的基本感测单元，形成于该基板上，各该基本感测单元包含：

一压力感测晶体管，包含一第一极、一第二极、连接该第一极与该第二极的一通道、形成于该通道上的一绝缘层，和形成于该绝缘层上的一压电材料，其中该压电材料包含聚偏二氟乙烯，或该压电材料包含聚偏二氟乙烯与下列物质之一者的组合：钛酸铅锆、氧化锌、钛酸钡、铌酸锂和钛酸铅；及

一选择晶体管，形成于该基板上，并包含一第一极、一第二极和一第三极，其中该选择晶体管的该第一极连接对应的感测电极、该选择晶体管的该第二极连接该压力感测晶体管的该第一极，而该选择晶体管的该第三极为一栅极，且连接对应的驱动电极。

2.如权利要求1所述的触控面板，其中各该压力感测晶体管包含一半导体层，其中该半导体层包含该通道，该压力感测晶体管的该第一极和该第二极，均部分地接触该半导体层的上表面或下表面。

3.如权利要求2所述的触控面板，其中该压电材料位在该半导体层上。

4.如权利要求2所述的触控面板，其中该压电材料位在该半导体层下。

5.如权利要求2所述的触控面板，其中各该压力感测晶体管的该第一极和该第二极的部分、该压电材料和该压力感测晶体管的该通道是重叠。

6.如权利要求1所述的触控面板，还包含多个放大器电路，其中各该放大器电路连接对应的压力感测晶体管的该第二极。

7.如权利要求6所述的触控面板，其中各该放大器电路是充电放大器电路。

8.如权利要求6所述的触控面板，其中各该放大器电路包含一运算放大器、一第一开关、一第二开关及一电容，该电容连接该运算放大器的一输入端和一输出端，该第一开关连接该运算放大器的该输入端和该对应的压力感测晶体管的该第二极，该第二开关和该电容并联，其中该第一开关和该第二开关是以反相同步方式，进行开启或关闭的运作。

9.如权利要求1所述的触控面板，还包含多个遮光层，其中各该遮光层设置于对应的压力感测晶体管和对应的选择晶体管下方，其中各该遮光层包含铬，且各该遮光层是接地。

10.如权利要求1所述的触控面板，其中当各该压力感测晶体管包含N型金氧半导体晶体管时，各该压力感测晶体管的该第一极和该第二极包含N型非晶、多晶或单晶半导体；或当各该压力感测晶体管包含P型金氧半导体晶体管时，各该压力感测晶体管的该第一极和该第二极包含P型非晶、多晶或单晶半导体。

11.如权利要求1所述的触控面板，其中该触控面板用于检测碰触的位置，所述位置为单一区域或多个区域。