CN104630723A - 溅镀靶、透明导电膜及其制造方法,以及触控面板 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种溅镀靶，其特征在于，为掺杂杂原子之氧化锌铝所成的溅镀靶，其中所述杂原子为第2族元素、第5族元素、第10族元素或上述之组合，且所述杂原子之掺杂比例为0.5重量%至20重量%。采用本发明之溅镀靶，具有成本低、电阻温度系数高的优点。本发明亦提供使用此溅镀靶在基板上沉积形成薄膜之方法及使用此溅镀靶所制得之触控面板。

Description

溅镀靶、透明导电膜及其制造方法,以及触控面板

技术领域

本发明涉及一种溅镀材料，尤其涉及一种溅镀靶，还涉及使用所述溅镀靶成膜的透明导电膜及其制造方法，以及具有所述溅镀靶所制成之感测层的触控面板。

背景技术

触控面板(Touch Panel)已大量运用于消费、通讯、计算机等电子产品上，例如目前广泛使用的游戏机、智能手机、平板计算机等，作为众多电子产品的输入接口。这些电子产品的显示部分一般都是由触控面板与显示面板整合而成，可供使用者用手指或触控笔依照显示画面上的功能选项点选输入所要执行的动作，藉此可在无需其它传统类型的输入设备(如，按钮、键盘、或操作杆)操作下进行输入，大幅提高了输入的便利性。

目前常采用的触控面板大多以氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)作为其电极材料。ITO是一种铟氧化物（In2O3）和锡氧化物（SnO2）的混合氧化物，因In在自然界的存量很少，使得ITO生产成本很高。

有鉴于此，目前需针对现有的电极材料进行改善，研发一种具有与ITO相当的导电性能，且价格更为低廉的电极材料。

发明内容

本发明使用氧化锌铝(Aluminum-doped Zinc Oxide，AZO)做为主成分，并且掺杂杂原子来降低电子激发能以制成溅镀靶。此外，使用所述的溅镀靶来制作得以应用于触控面板的透明导电膜。

本发明提供一种溅镀靶，其特征在于，为掺杂杂原子之氧化锌铝所成的溅镀靶，其中所述杂原子为第2族元素、第5族元素、第10族元素或上述之组合，且所述杂原子之掺杂比例为0.5重量%至20重量%。

本发明更提供一种透明导电膜的制造方法，其特征在于，使用上述之溅镀靶，并在一基板上沉积形成薄膜。

本发明又提供一种触控面板，包括一基板；一感测层，为使用上述之溅镀靶沉积于该基板上并经蚀刻所制得者；以及复数条导线，设于所述基板上，且电性连接所述感测层。

本发明提供的掺杂杂原子的氧化锌铝之材料、由所述材料制成的透明导电膜以及由所述导电膜制程的触控面具有良好的透光度、导电性能及高电阻温度系数，提高了应用于触控面板时对温度变化的反应敏感性，增加在触控领域的应用范围，并且制备过程简单，价格相对低廉，可作为一种良好的ITO替代材料来制成透明导电膜并应用于触控面板。

为让本发明之上述和其它目的、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是根据本发明实施例所绘制之触控面板之上视图；

图2是根据本发明第一实施例沿图1线段I-I所绘制之触控面板的剖面图；

图3是根据本发明第二实施例沿图1线段I-I所绘制之触控面板的剖面图；

图4是掺杂镁之氧化锌铝膜之温度系数分析图；

图5是掺杂镁之氧化锌铝膜于触碰后之电阻变化图；

图6是掺杂镁之氧化锌铝膜之透光率分析图；

图7是掺杂镍之氧化锌铝膜于触碰后之电阻变化图；

图8是掺杂镍之氧化锌铝膜之透光率分析图；

图9是掺杂钒之氧化锌铝膜之透光率分析图。

具体实施方式

以下针对本发明之溅镀靶、透明导电膜及以透明导电膜的制造方法与实际制成之触控面板作详细说明。应了解的是，以下之叙述提供许多不同的实施例或例子，用以实施本发明之不同样态。以下所述特定的组件及排列方式尽为方便描述本发明。当然，这些仅用以举例而非本发明之限定。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论之不同实施例及/或结构之间具有任何关连性。再者，当述及一第一材料层位于一第二材料层上或之上时，包括第一材料层与第二材料层直接接触之情形。或者，亦可能间隔有一或更多其它材料层之情形，在此情形中，第一材料层与第二材料层之间可能不直接接触。

此外，「约」、「大约」之用语通常表示在一给定值或范围的20%之内，较佳是10%之内，且更佳是5%之内。在此给定的数量为大约的数量，表示在没有特定说明的情况下，其可隐含「约」、「大约」之用语。

本发明的一实施例提供一种掺杂杂原子之氧化锌铝所制成的溅镀靶。其中所述的杂原子为第2族元素、第5族元素及第10族元素中的任一元素或组合，且所述杂原子的掺杂比例为0.5重量%至20重量%。所谓的掺杂比例是指杂原子相对于整个溅镀靶的重量比，也就是杂原子占整个溅镀靶重量的0.5重量%至20重量%。此外，前述的第2族元素、第5族元素及第10族元素中较佳更是选自铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、镍(Ni)、钯(Pd)及铂(Pt)的任一或组合。

进一步的，在一实施例中，前述的掺杂杂原子之氧化锌铝的溅镀靶可例如是用来制作触控面板的透明导电膜的靶材。具体使用掺杂杂原子之氧化锌铝的溅镀靶来制造透明导电膜的方法如下所述：

首先提供一基板。接着利用掺杂杂原子之氧化锌铝的溅镀靶来在基板上沉积成薄膜，以形成所需的透明导电膜。其中，所述沉积薄膜的方法包括溶胶凝胶法、分子束外延、电子束缚蒸发镀膜（溅镀法）、化学气相沉积、有机金属化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积或脉冲雷射沉积或其它任何适合之方法。此外，在制造透明导电膜的方法步骤中，更可先将基板升温到约20℃至400℃，较佳约为25℃至250℃，藉以提升形成之透明导电膜的质量。

在一实施例中，以溅镀法来举例说明，溅镀法使用之功率密度，也就是溅射功率与靶材正对面积之比可约为0.1W/cm2至10W/cm2，假设使用之靶材的正对面尺寸为直径4英寸(10.16cm)，则溅射功率约为100W至约350W。此外，沉积步骤是在真空度小于10-2帕下进行，较佳是小于10-3帕。再者，沉积时间可依所需膜厚及溅射功率调整，在一实施例中，溅射功率200W搭配约5分钟至300分钟的沉积时间可沉积出厚度约50nm至2000nm的薄膜，也就是可用来形成厚度约50nm至2000nm的透明导电膜。

于前述沉积步骤完成后，亦可进一步选择性地进行退火步骤，此退火步骤之温度可约为300℃至600℃，较佳约为400℃至500℃。退火步骤之时间可约为30分钟至5小时，较佳约为1小时至3小时。此退火步骤可减少透明导电膜结晶之缺陷，增加透明导电膜结晶之质量。另外，亦可选择性地进行淬火(quenching)步骤，此淬火步骤可减少透明导电膜结晶之内应力，因此可减少透明导电膜破裂并增加透明导电膜之质量及制程良率。

补充说明的是，透明导电膜的厚度、杂原子的掺杂种类及掺杂浓度皆可能影响透光率，若透明导电膜的厚度太厚，则其导热性会变差，且透光率降低，影响电阻变化速率；反之，若透明导电膜的厚度太薄，虽然透光率较佳，但其机械强度较低，较容易产生破裂。此外，杂原子的掺杂浓度越高，则透明导电膜的透光率也会越低。因此，在透光率方面，根据本实施例之沉积厚度、杂原子的掺杂种类及掺杂浓度所制成的透明导电膜的透光率是大于80％，以便应用于触控面板。当然，透明导电膜的厚度、杂原子的掺杂种类及掺杂浓度并非为本实施例所限制，具体设计可以根据实际需求来调整。

此外，在温度系数(temperature coefficient)方面，所谓的温度系数是表示当改变1单位温度时(亦即改变1K)，其电阻之改变量与温度变化前电阻的比值，本实施例所制成的透明导电膜在约-30℃至70℃的温度区间内之温度系数的绝对值为0.5%/K至3%/K。值得一提的是，温度系数可为正值或负值。当温度系数为正值时，其代表电阻会随着温度的增加而增加；反之，当温度系数为负值时，其代表电阻会随着温度的增加而降低。另外，温度系数之绝对值越大时，表示当改变1单位温度时，电阻改变量与温度变化前电阻的比值越大。因此，温度系数之绝对值的大小可用来衡量感应温度变化之能力，温度系数越大表示对于温度的变化越为敏感。

在电阻变化率方面，本实施例所制成的透明导电膜在约20℃至40℃的电阻变化速率大于5％/秒。其中，电阻变化率越高表示在单位时间内透明导电膜的电阻变化越高，换言之，透明导电膜之电阻变化率越高时，其所制得之触控面板对于触碰之反应速率及灵敏性亦相对较高，较不会发生迟滞之现象。

接下来，本发明利用掺杂杂原子之氧化锌铝溅镀靶所制成的透明导电膜(掺杂杂原子之氧化锌铝膜)在实际设计上可应用于不同种类的触控面板，例如：电容式触控面板、电阻式触控面板、温感式触控面板等，用来作为触控面板中的感测层。以温感式触控面板举例来讲，温感式触控面板是利用透明导电膜所制成的感测层的电阻会随温度变化而改变之特性来侦测触碰之位置，也就是温感式触控面板可根据温度变化来判断触碰点的位置，具体来讲，当有触碰物(如手指或专用的热触控笔)触碰触控面板时，感测层相应于触碰点之处的电阻会因为温度改变而发生变化，因此触控面板即可根据感测层所感测的前后信号之差异来确定触碰点的位置。

为了进一步地说明温感式触控面板的具体架构，请参见图1及图2，分别是根据本发明实施例所绘制之触控面板之上视图及根据本发明第一实施例沿图1线段I-I所绘制之触控面板的剖面图。如图所示，本实施例的触控面板20包括基板100、感测层108及导线106。其中，感测层108是使用前述实施例所述的掺杂杂原子之氧化锌铝溅镀靶沉积于基板100上并经蚀刻所制得。本实施例的感测层108包括复数个彼此间隔排列的感测单元104，并且感测层108是属于单层结构以形成如矩阵排列的架构。导线106设于基板100上，并且与感测层108位于基板100的同一表面，此外导线106电性连接感测层108及外部的控制器(图未示)，用以传递感测层108及控制器之间的信号。

进一步的，为配合温感式触控原理，在设计上，本实施例的感测层108的感测单元104包括第一端及第二端，并且导线106进一步区分有输入导线106a及输出导线106b，让感测单元104的第一端对应电性连接输入导线106a，并且让感测单元104的第二端对应电性连接输出导线106b。其中，感测单元104的第一端及第二端并无限制是属于相邻或相对的两端，实际是依感测单元104的形状及整体走线布局来决定，不同的感测单元104之间的第一端及第二端也可以是位于相异的位置，图1之实施例是简单以设于矩形的感测单元104的相对两端来举例说明。

此外，由于本实施例的感测单元104是采用矩阵方式排列，因此电性连接感测单元104的导线106可例如设计走线于感测单元104之间的间隔中(如图1所示)，当然导线106的实际布局方式也并非为本实施例所限制。再者，在本实施例中，同一列(Row)的感测单元104的第一端是采共接架构之设计，换言之，在同一列的所有感测单元104的第一端是共接于同一条输入导线106a，藉此让整体的走线数量得以较为简化。当然，在另一实施例中，每一感测单元104亦可个别通过一条输入导线106a来与控制器电性连接。

更具体来讲，本实施例的感测单元104的第一端所电性连接的输入导线106a是例如电性连接于控制器的电源供应单元或其他适合之电子组件，用以接收来自控制器的输入信号(如：恒定电流)；而感测单元104的第二端所电性连接的输出导线106b则可例如是电性连接至控制器的多任务器(Multiplexer)，让控制器通过多任务器来依序接收各个感测单元104所产生的输出信号(如：电压)。由于本实施例的感测单元104受到触碰物(如手指或专用的热触控笔)触碰之后会因温度改变而产生电阻变化，藉此根据公式：电压(V)=电流(I)×电阻(R)，控制器得以根据每个感测单元104在触碰前后的电压差异来判断出实际的触碰点位置。当然，在实际操作上，一个触碰点可能同时影响多个感测单元104发生电阻改变，对此控制器可例如是设计根据受影响的每一感测单元104的电压变化的幅度大小来计算出中心点(电压变化幅度最大)，进而据以判断出触碰点的位置。

以上所举例的温感式触控面板是根据温度变化来判断触碰点位置，既能侦测导电物体也能侦测非导电物体在触控面板的触碰位置。此外，温感式触控面板的感测层的结构简单，在制程及控制器的设计上也相对简单。

以下进一步针对材料及制程方面来说明，本实施例的基板100可为刚性基板(rigid substrate)或可挠式基板(flexible substrate)。其中，刚性基板可例如是经强化过后的基板。更具体来讲，基板100的材质可为玻璃、塑料、合成树脂或其它任何适合的透明材料，在一实施例中，基板100可为聚酰亚胺（PI）、压克力(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、上述之组合或其它适合之材料。

此外，感测层108可例如是经过微影制程、干/湿蚀刻及光阻剥除等图案化制程来形成矩阵排列的感测单元104。在一实施例中，微影制程包括光阻图案化，此光阻图案化更包括光阻涂布、软烤、光罩对准、曝光图案、后曝烤(post-exposure baking)、光阻显影及硬烤等制程步骤。也可以其它方法来实施或取代微影图案化，例如无光罩微影技术(maskless photolithography)、电子束微影、离子束微影及分子模印(molecular imprint)。再者，感测单元104的形状可为菱形、正六边形、正方形、圆形、矩形、上述之组合或其它任何适合的形状。

导线106可为金属、导电高分子、氧化铟锡、碳纳米管、奈米银线、上述之组合或其它任何适合之导电材料。形成导线106之步骤可藉由沉积及图案化步骤完成。例如，先以溶胶凝胶法、分子束外延、电子束缚蒸发镀膜（溅镀法）、化学气相沉积、有机金属化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积或脉冲雷射沉积或其它任何适合之方法形成一导电材料层，再进行图案化(patterned)形成输入导线。

本发明的一实施例更可将上述图2所示的触控面板20与一显示面板(图未示)贴合来形成一触控显示器。其中，基板100是采用经强化过的刚性基板，让本实施例的基板100不仅是用来承载感测层108及导线106等相关组件之外，更是对整个触控显示器提供保护的功能，并且让基板100在形成有感测层108之面的相对表面是提供给使用者触碰操作之表面。

参见图3，是根据本发明第二实施例沿图1线段I-I所绘制之触控面板的剖面图。本实施例之触控面板20’与图2之实施例的差异点在于，本实施例的触控面板20’更包括保护层112。其中，保护层112是例如设于感测层108上，并且通过光学胶(图未示)来与感测层108贴合。保护层112的材料可为玻璃、塑料、合成树脂或其它任何适合的透明材料经强化过后而成的刚性基材。

在本发明的另一实施例中，更可将上述图3所示的触控面板20’与一显示面板(图未示)贴合来形成触控显示器。其中，保护层112是用来对整个触控显示器提供保护的功能，并且让保护层112在贴合于感测层108之面的相对表面是提供给使用者触碰操作之表面。

除了前述实施例具体地描述出温感式触控面板的架构外，本发明利用掺杂杂原子之氧化锌铝溅镀靶所制成的透明导电膜(掺杂杂原子之氧化锌铝膜)在应用于其他如电容式触控面板及电阻式触控面板时，掺杂杂原子之氧化锌铝膜所形成的感测层的架构是本领域技术人员根据目前技术可以了解并加以实现，在此就不再加以赘述。

附带一提的是，前述各种实施例之触控面板更可进一步在提供给使用者触碰操作之表面上选择性地形成其它膜层，例如保护层、保护层、抗眩层、抗菌层等任一或组合，在此并无加以限制。值得说明的是，加入保护层的用意在于，当触控面板设计为温感式触控面板时，保护层可屏蔽触碰物与感测层之间耦合所产生的电容效应，降低电容效应对温感式触控感测的干扰，进一步提高温感式触控面板的感测准确度。

综上所述，由于本发明之触控面板使用掺杂杂原子之氧化锌铝材料来作为感测层，其具有透光度佳、导电性高及电阻温度系数高等特性，让触控面板具有触碰反应迅速且灵敏的优点。此外，由于氧化锌铝的材料较为丰富且制备过程简单，更可大幅地降低成本，因此是作为一种良好的透明导电膜的材料来应用于触控面板。

以下内容是进一步分别以掺杂镁(Mg)、镍(Ni)及钒(V)之氧化锌铝膜来举例说明各项实验数据：

首先，以掺杂镁之氧化锌铝膜来举例说明。在本实施例中，掺杂镁之氧化锌铝膜是藉由真空溅镀沉积而成，其中靶材为掺杂镁之氧化锌铝，靶材的正对面尺寸为直径10.16cm，靶材的掺杂比例为Mg:(Al₂O₃/ZnO)＝9重量%:91重量%，其中Al₂O₃:ZnO＝5重量%:95重量%。在参数方面，此真空溅镀沉积的溅射功率为250W，基板温度为250℃，沉积时间为90分钟，藉以制得厚度为300nm的掺杂镁之氧化锌铝膜。于沉积步骤后，进行退火步骤，其退火时间为1小时，退火温度为400℃。

承上述之参数，由图4所绘的掺杂镁之氧化锌铝膜之温度系数分析图可知，本实施例的掺杂镁之氧化锌铝膜在-30℃至70℃的温度区间内之温度系数约为-0.5%/K至-3%/K另外，由图5所绘的掺杂镁之氧化锌铝膜于触碰后之电阻变化图可知，掺杂镁之氧化锌铝膜在以手指(温度约为30℃)触碰1秒内的电阻变化率约为15％/秒。其中，此电阻变化率为（触碰后的电阻-触碰前的电阻）/（触碰前电阻×触碰时间）之绝对值。再者，由图6所绘的掺杂镁之氧化锌铝膜之透光率分析图可知，掺杂镁之氧化锌铝膜之透光率在400nm至800nm之透光率约为80％。

接下来，以掺杂镍之氧化锌铝膜来举例说明。在本实施例中，掺杂镍之氧化锌铝膜是藉由真空溅镀沉积而成，其中靶材为掺杂镍之氧化锌铝，靶材的正对面尺寸为直径10.16cm，靶材的掺杂比例为Ni:(Al₂O₃/ZnO)＝5重量%:95重量%，其中Al₂O₃:ZnO＝5重量%:95重量%。在参数方面，此真空溅镀沉积的溅射功率为250W，基板温度为250℃，沉积时间为90分钟，藉以制得厚度为300nm的掺杂镍之氧化锌铝膜。于沉积步骤后，进行退火步骤，其退火时间为1小时，退火温度为400℃。如此一来，由图7所绘的掺杂镍之氧化锌铝膜于触碰后之电阻变化图可知，掺杂镍之氧化锌铝膜在以手指(温度约为30℃)触碰1秒内的电阻变化率约为14％/秒。另外，若分析透光率的话，本实施例之掺杂镍之氧化锌铝膜之透光率在400nm至800nm之透光率约为85％，如图8所示。

掺杂钒之氧化锌铝膜是藉由真空溅镀沉积而成，其中靶材为掺杂钒之氧化锌铝，靶材的正对面尺寸为直径10.16cm，靶材的掺杂比例为V:(Al₂O₃/ZnO)＝4重量%:96重量%，其中Al₂O₃:ZnO＝5重量%:95重量%。再参数方面，此真空溅镀沉积的溅射功率为250W，基板温度为250℃，沉积时间为90分钟，藉以制得厚度为300nm的掺杂钒之氧化锌铝膜。于沉积步骤后，进行退火步骤，其退火时间为1小时，退火温度为400℃。如此一来，掺杂钒之氧化锌铝膜在以手指(温度约为30℃)触碰1秒内的电阻变化速率约为9％/秒。另外，若分析透光率的话，本实施例之掺杂钒之氧化锌铝膜之透光率在400nm至800nm之透光率约为83％，如图9所示。

综上所述，本发明提供的掺杂杂原子的氧化锌铝之材料、使用所述材料所制成的透明导电膜以及使用所述透明导电膜所制成的触控面板具有良好的透光度、导电性能及高电阻温度系数，可以作为良好的ITO替代材料来应用于触控面板。

虽然本发明的实施例及其优点已揭露如上，但应该了解的是，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作更动、替代与润饰。此外，本发明之保护范围并未局限于说明书内所述特定实施例中的内容，只要可以实施大抵相同功能或获得大抵相同结果皆可根据本发明使用。

Claims (20)

1.一种溅镀靶，其特征在于，为掺杂杂原子之氧化锌铝所成的溅镀靶，其中所述杂原子为第2族元素、第5族元素、第10族元素或上述之组合，且所述杂原子之掺杂比例为0.5重量%至20重量%。

2.根据权利要求1所述之溅镀靶，其特征在于，所述杂原子为铍、镁、钙、锶、钡、钒、铌、钽、镍、钯、铂或上述之组合。

3.一种透明导电膜，其特征在于，为使用根据权利要求1或2所述之溅镀靶所制得者。

4.根据权利要求3所述之透明导电膜，其特征在于，所述透明导电膜的厚度为50nm至2000nm。

5.根据权利要求3所述之透明导电膜，其特征在于，所述透明导电膜之透光率大于80％。

6.根据权利要求3所述之透明导电膜，其特征在于，所述透明导电膜在-30℃至70℃的温度区间内之平均电阻温度系数的绝对值为0.5%/K至3%/K。

7.根据权利要求3所述之透明导电膜，其特征在于，所述透明导电膜在20℃至40℃的电阻变化速率大于5％/秒。

8.一种透明导电膜的制造方法，其特征在于，使用根据权利要求1或2所述之溅镀靶，并在一基板上沉积形成薄膜。

9.根据权利要求8所述之透明导电膜的制造方法，其特征在于，还包括升温该基板至20℃至400℃。

10.根据权利要求8所述之透明导电膜的制造方法，其特征在于，所述沉积步骤是在真空度小于10-2帕下进行。

11.根据权利要求8所述之透明导电膜的制造方法，其特征在于，还包含一退火步骤。

12.根据权利要求11所述之透明导电膜的制造方法，其特征在于，所述退火步骤之温度为300℃至600℃。

13.根据权利要求11所述之透明导电膜的制造方法，其特征在于，所述退火步骤之退火时间为30分钟至5小时。

14.根据权利要求8所述之透明导电膜的制造方法，其特征在于，还包含一淬火步骤。

15.一种触控面板，其特征在于，包括：

一基板；

一感测层，为使用根据权利要求1或2所述之溅镀靶沉积于该基板上并经蚀刻所制得者；以及

复数条导线，设于所述基板上，且电性连接所述感测层。

16.根据权利要求15所述之触控面板，其特征在于，更包括一保护层，设于所述感测层上。

17.根据权利要求15所述之触控面板，其特征在于，所述基板为刚性基板或可挠式基板。

18.根据权利要求15所述之触控面板，其特征在于，所述感测层包括复数个彼此间隔排列的感测单元。

19.根据权利要求18所述之触控面板，其特征在于，所述感测单元的形状为菱形、正六边形、正方形、圆形、矩形或上述之组合。

20.根据权利要求18所述之触控面板，其特征在于，每一所述感测单元包括一第一端及一第二端，其中所述第一端及所述第二端分别与相对应的所述导线电性连接。