CN106201042B - 触控面板及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种触控面板及其应用，该触控面板包括第一基材和触控电极。其中，触控电极包括第一金属导电层、第二金属导电层、金属氮化物层以及金属氧化物层。第一金属导电层位于第一基材上。第二金属导电层包含第一金属元素，且具有第一表面以及相对第一表面的第二表面，其中第一表面邻接第一金属导电层。金属氮化物层包含第一金属元素，且与第二表面邻接。金属氧化物层位于金属氮化物层上。

Description

触控面板及其应用

技术领域

本发明涉及一种触控面板及其应用，且特别是涉及一种具有多层结构的触控电极的触控面板及其应用。

背景技术

薄膜导电结构同时具有导电性与透光性，可运用来作为触控面板的感应层(Touchsensor layer)。现有的触控面板感应层一般通过沉积制作工艺，例如物理气相沉积(PVD)，将金属材料，例如铝、铜或其他合适的金属或上述合金材料，沉积在基材上，再通过图案化来形成金属薄膜电极。

然而，由于金属材料会反射入射光线，容易让使用者查觉感应层的存在，影响显示荧幕的显示品质。因此，目前业界提出一种经由光学设计的多层膜结构，在真空室中进行金属溅镀(sputtering)制作工艺，以含有氮气(N₂)的等离子体轰击金属靶材，用于在金属薄膜电极上覆盖具有导电性与透光性的金属氮化物薄膜，例如氮化铝薄膜，并在金属氮化物薄膜上覆盖金属氧化物层用来作为抗反射层，以降低金属薄膜电极的表面高反射率。

然而，用来形成金属氮化物薄膜的靶材，容易在溅镀过程中与氮气反应而在靶材表面累积氮化物，造成后续所形成的金属氮化物薄膜的片电阻随着制作工艺中产品批次数量的增加而不断上升，导致金属氮化物薄膜的透明度增加，降低了抗反射层的抗反射效果，严重影响显示荧幕的显示品质。

因此，仍有需要提供一种先进的薄膜导电结构及其应用和制作方法，以改善现有技术所面临的问题。

发明内容

本发明的一个方面是有关于一种触控面板，此触控面板包括第一基材和触控电极。其中，触控电极包括第一金属导电层、第二金属导电层、金属氮化物层以及金属氧化物层。第一金属导电层位于第一基材上。第二金属导电位于该第一金属导电层上，包含第一金属元素。金属氮化物层位于该第二金属导电层上，包含第一金属元素。金属氧化物层位于金属氮化物层上。

本发明的另一个方面是有关于一种触控显示装置，此显示装置包括第一基材、第二基材、显示介质和触控电极。其中，显示介质位于第一基材与第二基材之间。触控电极包括第一金属导电层、第二金属导电层、金属氮化物层以及金属氧化物层。第一金属导电层位于第一基材上。第二金属导电层位于该第一金属导电层上，包含第一金属元素。金属氮化物层位于该第二金属导电层上，包含第一金属元素。金属氧化物层位于金属氮化物层上。

根据上述，本发明的实施例是提供一种触控面板和应用此触控面板所制作的触控显示装置。其中采用沉积的方式，在显示装置的触控电极的金属电极层(第一金属导电层)上形成金属氮化物层以及与金属氮化物层接触的金属氧化物层，使金属氧化物层的折射率实质小于金属氮化物层的折射率，用来作为显示装置的抗反射层来减少外界入射光的反射。并在制作工艺中通过调控反应气体气氛的氮气含量，以不含氮气气氛的溅镀制作工艺，在第一金属导电层和金属氮化物层之间，形成第二金属导电层，使其含有与金属氮化物层相同的金属元素，但氮原子含量远低于金属氮化物层。

由于，形成第二金属导电层的溅镀制作工艺可以清除并防止靶材表面的氮原子累积，可由此改善金属氮化物层中的氮原子含量因为连续的批次溅镀制作工艺而过度升高，导致金属氮化物层片电阻上升，影响到其透明度，进而使触控面板抗反射效果降低的问题，增进显示装置的显示品质。

附图说明

图1A至图1E为本发明的一实施例所绘示的一系列用来形成触控电极的制作工艺结构剖面示意图；

图2为本发明的另一实施例所绘示用来形成触控电极的部分制作工艺结构剖面示意图；

图3A为量测批次制作工艺中所提供的金属氮化物层的片电阻的变化曲线图；

图3B为量测批次制作工艺中安插空片所提供的金属氮化物层的片电阻的变化曲线图；

图4为应用图1E的触控电极所建构的显示装置的结构剖视图。

符号说明

10：显示装置 11：显示介质

12：触控面板 13：背光模块

100：触控电极 101：基材

101a：基材的下表面 101b：基材的上表面

102：第一金属导电层 103：第二金属导电层

103a：第二金属导电层的第一表面

103b：第二金属导电层的第二表面

104：等离子体 105：金属靶材

106：金属氮化物层

106a：金属氮化物层的第三表面

106b：金属氮化物层的第四表面

107：等离子体 108：金属氧化物层

111：彩色滤光层 112：液晶层

113：薄膜晶体管 114：底部偏光片

115：顶部偏光片 116：玻璃保护基板

200：触控电极 L：光线

具体实施方式

本发明是提供一种应用于显示装置中的薄膜导电结构及其应用与制作方法，可以减少外界入射光的反射，以达到改善显示装置的显示品质的效果。为了对本发明的上述实施例及其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举数个优选实施例，并配合所附的附图作详细说明。

但必须注意的是，这些特定的实施案例与方法，并非用以限定本发明。本发明仍可采用其他特征、元件、方法及参数来加以实施。优选实施例的提出，仅用以例示本发明的技术特征，并非用以限定本发明的权利要求。该技术领域中具有通常知识者，将可根据以下说明书的描述，在不脱离本发明的精神范围内，作均等的修饰与变化。在不同实施例与附图之中，相同的元件，将以相同的元件符号加以表示。

请参照图1A至图1E，图1A至图1E是根据本发明的一实施例所绘示的一系列用来形成触控电极100的制作工艺结构剖面示意图。其中形成触控电极100的方法包含下述步骤：首先提供一个基材101(如图1A所绘示)。在本发明的一实施例之中，基材101可以是显示面板中用来形成彩色滤光层的透光基板。例如在显示面板中，彩色滤光层形成于透光基板(基材101)靠近液晶层的下表面101a上；而本实施例所提供的触控电极100，则形成于透光基板(基材101)远离液晶层的上表面101b上(为了方便描述起见，显示面板的详细结构将于以下段落加以详述)。

接着，在基材101的上表面101b上形成第一金属导电层102(如图1B所绘示)。在本发明的一实施例之中，第一金属导电层102可以是通过沉积制作工艺，例如溅镀、物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition，PVD)、化学气相沉积法(Chemical VaporDeposition，CVD)，或其他可行的方法，在基材101的上表面101b上所形成的导电薄膜。其中第一金属导电层102的材质至少包括一种金属材料，而此金属材料可以选自于金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)、钨(W)、铟(In)、锌(Zn)、铝(Al)、钕(Nd)、铜(Cu)以及上述的任意组合所组成的一族群。第一金属导电层102的厚度实质介于(angstrom)至之间。在本实施例之中，第一金属导电层102优选可以是厚度约为的钕铝合金层。

之后，在第一金属导电层102上方形成第二金属导电层103，并且使第二金属导电层103具有第一表面103a和相对于第一表面103a的第二表面103b，使第一表面103a邻接第一金属导电层102(如图1C所绘示)其中，第二金属导电层103含有第一金属元素，例如铝。在本发明的一些实施例之中，形成第二金属导电层103的方法包括溅镀制作工艺，在无氮气的反应气氛中，以高能量的氩气或其他惰性气体所形成的等离子体104，来轰击金属靶材105，用于在第一金属导电层102上方形成第二金属导电层103。

在本发明的一些实施例之中，金属靶材105优选可以是铝合金(Al-X)，该铝合金还包含选自由钕(Nd)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)、钨(W)、铟(In)、锌(Zn)以及上述的任意组合所组成的一族群。例如，在本实施例之中，金属靶材105包括一铝铜合金。所形成的第二金属导电层103，可以是一种铝铜(Al-Cu)合金层。其厚度实质介于至之间，优选约为在本实施例中，第二金属导电层103的第一表面103a和第一金属导电层102接触。但在其他实施例之中，第二金属导电层103的第一表面103a和第一金属导电层102之间可另外包括其他透明的导电层(未绘示)。第一金属导电层102与第二金属导电层103的总厚度实质介于至之间。

然后，利用同一个金属靶材105，在第二金属导电层103的第二表面103b上形成金属氮化物层106，且使金属氮化物层106与第二金属导电层103的第二表面103b接触(如图1D所绘示)。其中，金属氮化物层106包含第一金属元素，例如铝。在本发明的一些实施例之中，形成金属氮化物层106的方法包括溅镀制作工艺，在含氮气的反应气氛中，以高能量的氩气或其他惰性气体所形成的等离子体107，来轰击金属靶材105，用于在第二金属导电层103的第二表面103b上方形成一铝合金氮化物(Al-X-N)层。

在本发明的一些实施例之中，所形成的铝合金氮化物层(金属氮化物层106)，可以包括铝铜合金氮化物(Al-Cu-N)。金属氮化物层106的厚度实质介于至之间，优选约为在本实施例之中，金属氮化物层106具有一第三表面106a以及相对于第三表面106a的第四表面106b。金属氮化物层106的第三表面106a与第二金属导电层103的第二表面103b接触。但在其他实施例之中，金属氮化物层106的第三表面106a与第二金属导电层103的第二表面103b之间，也可以包含其他不含氮的透明导电层。

用来形成金属氮化物层106的制作工艺中会使用氮气来进行溅镀，所以有少量的氮原子累积于金属靶材105的表面上。因此，在批次制作工艺中，也就是连续交替溅镀第二金属导电层、金属氮化物层的制作工艺中，即使在无氮气的反应气氛中溅镀第二金属导电层，仍会有少量累积于金属靶材105的表面上的氮原子被轰击出，而使得第二金属导电层103在靠近第一表面103a的区域包含浓度极低的氮原子。在本实施例之中，第二金属导电层103中的氮原子的原子百分比浓度实质介于0～1at％(atomic percent)之间。

接着，在金属氮化物层106的第四表面106b上形成包含第二金属元素的金属氧化物层108，第二金属元素例如包含锌、铟、镓、锡或其他合适的金属元素或其任意组合，使其与金属氮化物层106的第四表面106b接触，并且使金属氧化物层108的折射率实质小于金属氮化物层106的折射率，完成触控电极100的制备(如图1E所绘示)。

在本发明的一些实施例之中，形成金属氧化物层108的方式可包含，例如溅镀、物理气相沉积法、化学气相沉积法或其他可行的方法。金属氧化物层108的厚度实质介于至之间。构成金属氧化物层108的材质可以包括铟锌氧化物(Indium ZincOxide，IZO)，也可以包括铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)，亦或同时包括铟锡氧化物和铟锌氧化物。在本实施例之中，金属氧化物层108优选是厚度约为的铟锌氧化物层。

请参照图2，图2是根据本发明的另一实施例所绘示用来形成薄膜导电结构200的部分制作工艺结构剖面示意图。其中制作薄膜导电结构200的制作工艺与触控电极100的制作工艺大致相似，差别仅在于薄膜导电结构200省略了第一金属导电层102的形成步骤(如图1B所绘示)，而直接在基材101的上表面101b上形成厚度较厚的第二金属导电层203(如图2所绘示)来取代第一金属导电层102。由于后续其他制作工艺都与触控电极结构100的制作工艺相同，故而不在此赘述。

在本实施例之中，触控电极200的结构也大致与图1E所绘示的触控电极100的结构相同。差别仅在于，图1E所绘示的触控电极100包含第一金属导电层102的四层结构，而图2所绘示的触控电极200省略第一金属导电层102的三层结构。其中，第二金属导电层203的厚度实质介于至之间，优选厚度约为相类似的，由于用来形成金属氮化物层106的制作工艺步骤中会使用氮气来进行溅镀。因此，在批次制作工艺中，也就是连续交替溅镀第二金属导电层、金属氮化物层的制作工艺中，即使在无氮气的反应气氛中溅镀第二金属导电层，仍会有少量累积于金属靶材105的表面上的氮原子被轰击出，而使得第二金属导电层203在靠近基材101上表面101b的区域包含浓度极低的氮原子。在本实施例之中，第二金属导电层203中的氮原子的原子百分比浓度实质介于0～1at％之间。

根据前述，由于第二金属导电层103或203是通过无氮气的反应气氛的溅镀制作工艺所形成，因此于溅镀金属氮化物层106时所累积于金属靶材105上的氮原子可被轰击出，能够避免连续的溅镀制作工艺中氮原子持续累积于金属靶材105之中，进而造成后续所形成的金属氮化物层106具有过高的氮原子含量，导致金属氮化物层106片电阻和透明度上升，影响金属氮化物层106与金属氧化物层108的抗反射效果。

请参照图3A和图3B，图3A是绘示量测批次制作工艺中所提供的金属氮化物层的片电阻的变化曲线图。图3B是绘示量测批次制作工艺中安插空片所提供的金属氮化物层的片电阻的变化曲线图，其中，安插空片的制作工艺为，在连续两个含氮气的反应气氛中溅镀金属氮化物层的制作工艺中间，安插入一个以同一金属靶材在无氮气的反应气氛中在空白基材上溅镀一牺牲金属层的制作工艺。在图3A中，每个点代表一次制作工艺中，金属氮化物层在某一氮气分压下的片电阻值。而数个相邻的点即代表由数个连续的溅镀制作工艺所组成一个批次制作工艺，将该些点连成一线即可看出在一个批次制作工艺中的片电阻的变化曲线。在图3A中，标注有菱形、正方形和三角形的曲线分别代表不同批次制作工艺中比较例所提供的金属氮化物层的片电阻的变化曲线。在图3B中，标注有菱形、正方形和三角形的曲线分别代表牺牲金属层的厚度分别为与时，金属氮化物层在不同批次制作工艺中片电阻的变化曲线。

其中横轴为在形成金属氮化物层的溅镀制作工艺中的氮气分压(partialpressure of N₂)，纵轴为量测金属氮化物层所得的片电阻(ohm/sq)。由图3A可看出：随着批次制作工艺中经过多次连续的溅镀制作工艺，所量测到的金属氮化物层的片电阻有逐渐上升的趋势。片电阻可从400ohm/sq陡升至800ohm/sq甚至高达1200ohm/sq。反观图3B，由于在连续的溅镀制作工艺中安插空片，此方法提供的金属氮化物层的片电阻，并不会随着批次制作工艺中经过多次连续的溅镀制作工艺而上升，而是稳定的维持在400ohm/sq左右。显见，金属靶材在连续的溅镀过程中，累积在金属靶材表面上的氮原子会在安插空片的制作工艺中被轰击出，所以金属氮化物层的片电阻并未随着批次制作工艺中经过多次连续的溅镀制作工艺而上升。

图3A与图3B所代表的意义在于，本发明所提供的实施例中的第二金属导电层103、203的一部分作用如前述所提的牺牲金属层。因为在溅镀第二金属导电层103、203的过程中，可将累积在金属靶材105表面上的氮原子轰击出，避免氮原子持续累积于金属靶材105的表面，造成金属氮化物层106的片电阻上升以及透明度的改变。

后续，可通过一系列的后段制作工艺(downstream process)，例如图案化、布线、组装、贴合等制作工艺，以形成包含有触控电极100(或200)的触控面板12，并与背光模块13和显示面板11结合，形成具有触控功能的显示装置10。在本发明的一些实施例之中，触控面板12可以是一种电容式触控面板。其中，触控电极100可以被图案化而形成多个电容式触控面板12的触控电极。

例如请参照图4，图4是绘示应用图1E的触控电极100所建构的显示装置10的结构剖视图。在本实施例中，显示装置10分别具有背光模块13、显示面板11和保护基板116。背光模块13邻接于显示面板11；而保护基板116设置于显示面板11相对于背光模块13的一侧。

详言之，显示面板11至少包括：基材101、彩色滤光层111、显示介质(例如液晶层112)、薄膜晶体管(Thin-Film Transistor，TFT)基板113、底部偏光片114以及顶部偏光片115。背光模块13邻接于显示面板11的底部偏光片114；触控电极100位于彩色滤光层111与顶部偏光片115之间。

由外部入射的光线L，穿过保护基板(cover glass)116、顶部偏光片115到达触控电极100后，会被第一金属导电层102和第二金属导电层103反射。由于，金属氧化物层108的折射率小于金属氮化物层106的折射率，可用以遮蔽被第一金属导电层102和第二金属导电层103所反射的光线L，使触控电极100成为黑金属(Black metal)，故而不易让使用者查觉触控电极100的存在，可达到增进显示品质的目的。

根据上述，本发明的实施例是提供一种触控面板结构以及应用此触控面板所制作的显示装置。其中采用沉积的方式，在显示装置的触控面板的金属电极层(第一金属导电层)上形成金属氮化物层以及金属氧化物层，使金属氧化物层的折射率实质小于金属氮化物层的折射率，用来作为显示装置的抗反射层来减少外界入射光的反射。并在制作工艺中通过调控反应气体气氛的氮气含量，以不含氮气气氛的溅镀制作工艺，在第一金属导电层和金属氮化物层之间，形成第二金属导电层，使其含有与金属氮化物层相同的金属元素，但氮原子含量远低于金属氮化物层。

由于，形成第二金属导电层的溅镀制作工艺可以清除并防止金属靶材表面的氮原子累积，可由此改善金属氮化物层中的氮原子含量因为连续的溅镀制作工艺而过度升高，导致金属氮化物层的透明度(片电阻)上升，进而使触控面板抗反射效果降低的问题，增进显示装置的显示品质。

虽然结合以上优选实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何该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，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (20)

1.一种触控面板，包括：

第一基材；

触控电极，包括：

第一金属导电层，位于该第一基材上；

第二金属导电层，位于该第一金属导电层上，包含第一金属元素，其中该第二金属导电层是通过一无氮气的反应气氛的溅镀制作工艺所形成；

金属氮化物层，位于该第二金属导电层上，包含该第一金属元素；以及

金属氧化物层，位于该金属氮化物层上。

2.如权利要求1所述的触控面板，其中该第一金属导电层的厚度介于至之间。

3.如权利要求1所述的触控面板，其中该第二金属导电层的厚度介于至之间。

4.如权利要求1所述的触控面板，其中该金属氮化物层的厚度介于至之间。

5.如权利要求1所述的触控面板，其中该金属氧化物层的厚度介于至之间。

6.如权利要求1所述的触控面板，其中该第一金属导电层至少包括一金属材料，该金属材料选自于金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)、钨(W)、铟(In)、锌(Zn)、铝(Al)、钕(Nd)、铜(Cu)以及上述的任意组合所组成的一族群。

7.如权利要求1所述的触控面板，其中该第二金属导电层包括铝合金，该铝合金还包含选自由金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)、钨(W)、铟(In)、锌(Zn)、钕(Nd)、铜(Cu)以及上述的任意组合所组成的一族群。

8.如权利要求7所述的触控面板，其中该金属氮化物层包括铝合金氮化物(Al-X-N)。

9.如权利要求8所述的触控面板，其中该金属氮化物层包括铝铜合金氮化物(Al-Cu-N)。

10.如权利要求1所述的触控面板，其中，该金属氧化物层具有实质小于该金属氮化物层的一折射率。

11.如权利要求1所述的触控面板，其中该第一金属导电层与该第二金属导电层包含相同的材料。

12.如权利要求1所述的触控面板，其中该第一金属导电层与该第二金属导电层的总厚度介于至之间。

13.一种触控显示装置，包括：

第一基材；

第二基材；

显示介质，位于该第一基材与该第二基材之间；

触控电极，包括：

第一金属导电层，位于该第一基材上；

第二金属导电层，位于该第一金属导电层上，包含第一金属元素，其中该第二金属导电层是通过一无氮气的反应气氛的溅镀制作工艺所形成；

金属氮化物层，位于该第二金属导电层上，包含该第一金属元素；以及

金属氧化物层，位于该金属氮化物层上。

14.如权利要求13所述的触控显示装置，其中该第一金属导电层包括一金属材料，该金属材料选自于金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)、钨(W)、铟(In)、锌(Zn)、铝(Al)、钕(Nd)、铜(Cu)以及上述的任意组合所组成的一族群。

15.如权利要求13所述的触控显示装置，其中该第二金属导电层包括铝合金，该铝合金还包含选自由钕(Nd)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)、钨(W)、铟(In)、锌(Zn)以及上述的任意组合所组成的一族群。

16.如权利要求15所述的触控显示装置，其中该金属氮化物层包括铝合金氮化物(Al-X-N)。

17.如权利要求15所述的触控显示装置，其中该金属氮化物层包括铝铜合金氮化物(Al-Cu-N)。

18.如权利要求13所述的触控显示装置，其中该第一金属导电层与该第二金属导电层包含相同的金属材料。

19.如权利要求18所述的触控显示装置，其中该第一金属导电层与该第二金属导电层的总厚度介于至之间。

20.如权利要求13所述的触控显示装置，其中该金属氧化物层具有实质小于该金属氮化物层的一折射率。