CN108803908A - 触控装置 - Google Patents

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陈建诚
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Abstract

本发明提出了一种触控装置，包括一基板、一第一触控图案以及一绝缘层。绝缘层设置于基板上，且绝缘层与第一触控图案重叠设置。其中，绝缘层包含一介电保护层及一介电层。介电保护层的材料包含一氧化物。介电层设置于介电保护层与基板之间，且介电层的材料包含氮化硅或氮氧化硅。

Description

触控装置
技术领域
本发明是关于一种触控装置。
背景技术
随着科技不断的进步，各种信息设备不断地推陈出新，例如手机、平板电脑、超轻薄笔记本电脑及卫星导航等。除了一般以键盘或鼠标输入或操控之外，利用触控式技术来操控信息设备是一种相当直觉且受欢迎的操控方式。其中，触控装置具有人性化及直觉化的输入操作介面，使得任何年龄层的使用者都可直接以手指或触控笔选取或操控信息设备。
电容式触控装置一般是通过触控感测电路来感知使用者的碰触。已知的触控感测电路通常是由透明导电层所制成，并依据功能的不同而命名为驱动电极与感测电极(Tx与Rx)，驱动电极与感测电极交错且彼此电性绝缘。为了使驱动电极与感测电极可交错且电性绝缘，一般的作法是设置一层介电层来隔开驱动电极与感测电极，使两者可以电性绝缘。此介电层的绝缘材料大多为有机光刻胶，或无机材料，或为有机光刻胶中掺杂无机材料。
然而，当触控装置使用一段时间之后，介电层可能会因为外界光线、水气或异物而使其绝缘特性变差，造成使用者触控时的误动作，甚至造成触控装置的损坏。
发明内容
本发明提出一种触控装置，包括一基板、一第一触控图案以及一绝缘层。第一触控图案设置于基板上。绝缘层设置于基板上，绝缘层与第一触控图案重叠设置，且绝缘层包含介电保护层与一介电层。介电保护层的材料包含一氧化物，而介电层设置于介电保护层与基板之间，且介电层的材料包含氮化硅或氮氧化硅。
在本发明的触控装置中，是通过材料为氧化物的介电保护层设置于介电层之上，来保护材料为氮化硅或氮氧化硅的介电层，避免使用一段时间后，因外界的光线、水气或异物而使介电层的绝缘特性变差或劣化。因此，通过本发明的结构设计，可以使触控图案所使用的介电层的绝缘特性保持稳定，进而可提升触控装置的绝缘保护能力及产品信赖度。依据一些实施例，介电层可作为与透明导电层(触控图案)搭配的折射率匹配层(IMF)，可改善触控装置的暗画面色偏情形，同时保有高穿透率和良好的可视性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A为本发明一实施例的一种触控装置的示意图。
图1B为一实施例的触控装置的侧视示意图。
图2A为图1B的触控装置的触控基板的俯视示意图。
图2B为图2A的触控基板沿直线A-A的剖视示意图。
图2C为本发明另一实施态样的触控基板的剖视示意图。
图3为一实施例的X-射线光电子光谱(XPS)的原子百分比示意图。
图4A为本发明另一实施态样的触控装置的触控基板的俯视示意图。
图4B为图4A的触控基板沿直线B-B的剖视示意图。
图5为本发明另一实施例的触控装置的侧视示意图。
图6为本发明一实施例的CIE 1976色坐标示意图。
具体实施方式
以下将参照相关图式，说明依本发明一些实施例的触控装置，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。
本发明的图示显示了第一方向D1、第二方向D2及第三方向D3，第一方向D1、第二方向D2及第三方向D3实质上是两两相互垂直，但不以此为限，第一方向D1、第二方向D2、第三方向D3之间的夹角也可为锐角或钝角。例如，当触控装置1为曲面(curved)触控装置时，第一方向D1和第三方向D3之间的夹角可为锐角或钝角，第二方向D2和第三方向D3之间的夹角可为锐角或钝角。
请分别参照图1A至图2B所示，其中，图1A为本发明一实施例的一种触控装置1的示意图，图1B为触控装置1的侧视示意图，图2A为图1B的触控装置1的触控基板2的俯视示意图，而图2B为图2A的触控基板2沿直线A-A的剖视示意图。本实施例的触控装置1例如但不限于为手机。不过，在不同的实施例中，触控装置1也可为平板电脑、超轻薄笔记本电脑、大型(教育用公用)显示器、电视、或卫星导航，或其他触控电子装置。另外，触控装置1可为外挂式(out-cell)触控装置或内嵌式(Embedded type)触控装置。内嵌式触控装置可再细分为显示面板上(on-cell)与显示面板内(in-cell)两种型式。于此，是以位于显示面板上(on-cell)的内嵌式触控装置为例。
触控装置1包括一第一基板11、一第一触控图案12以及一绝缘层14。另外，触控装置1更可包括一第二触控图案13、一第二基板15及一显示介质16。
第一基板11与第二基板15相对而设，而显示介质(例如液晶层)16设置于第一基板11与第二基板15之间。第一基板11及第二基板15可为透光材料制成，例如为玻璃基板、石英基板或塑胶基板。另外，触控装置1更可包括一薄膜晶体管阵列及一彩色滤光阵列(图未显示)，薄膜晶体管阵列可设置于第二基板15上，而彩色滤光阵列可设置于第一基板11或第二基板15上。在本实施例中，薄膜晶体管阵列是设置于第二基板15面对第一基板11的一侧，且彩色滤光阵列是设置于第一基板11面对第二基板15的一侧为例。不过，在其他的实施态样中，彩色滤光阵列的黑色矩阵层及滤光层也可分别设置于第二基板15，使其成为一BOA(BMon array)基板，或成为一COA(color filter on array)基板，本发明并不限制。
此外，本实施例的触控装置1更可包括一背光模块(Backlight Module，图未显示)。背光模块可设置于第二基板15远离第一基板11的一侧。当背光模块发出的光线通过第二基板15、薄膜晶体管阵列、显示介质16、彩色滤光阵列及第一基板11时，可通过形成的多个像素而显示影像。
依据一些实施例，显示介质16可为液晶，如此，第一基板11、第二基板15、显示介质16、薄膜晶体管阵列与彩色滤光阵列可构成一液晶显示面板。在不同的实施例中，显示介质16可为一有机发光二极管层，使得触控装置1为有机发光二极管触控装置。
本实施例的触控装置1是以包含多个第一触控图案12与多个第二触控图案13为例。于此，第一触控图案12与第二触控图案13可分别为一透明导电层，例如为透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide,TCO)层，具体例子可为铟锡氧化物(indium tinoxide,ITO)或者铟锌氧化物(indium zinc oxide,IZO)。该些第一触控图案12、该些第二触控图案13及绝缘层14分别设置于第一基板11上，且该些第一触控图案12、该些第二触控图案13及绝缘层14可构成一触控图案层T，并与第一基板11组成一触控基板2。
于触控基板2中，触控图案层T是位于第一基板11远离第二基板15的一侧(第一基板11的上侧表面)。其中，该些第一触控图案12与该些第二触控图案13可构成触控感测电路，即驱动电极与感测电极(Tx、Rx)，用以感测使用者的碰触位置。在一些实施例中，触控图案层T可位于上偏光板与第一基板11之间。
以下实施例是参照图2A至图2C，并以互容式触控装置为例。亦即，触控装置包括第一触控图案和第二触控图案。第一触控图案可为驱动电极，第二触控图案可为感测电极。或者，第一触控图案可为感测电极，第二触控图案可为驱动电极。然而，依据其他实施例，触控装置亦可为自容式触控装置，触控装置可包括第一触控图案，但可不包括第二触控图案，此时第一触控图案可同时作为驱动电极和感测电极之用。
如图2A与图2B所示，触控基板2的该些第一触控图案12分别具有多个桥接部121及多个第一电极部122，该些第一电极部122彼此间隔设置，且该些桥接部121分别连接两相邻的该些第一电极部122。本实施例的该些第一电极部122是沿第一方向D1上间隔设置，且两个相邻的第一电极部122是通过一个桥接部121相互电连接。因此，多个第一电极部122与多个桥接部121连接而构成一个第一触控图案12。如图2A所示，多个第一触控图案12是沿第二方向D2间隔排列，而设置于第一基板11上。另外，桥接部121可包括透明导电氧化物层，例如ITO或IZO，或者可包括金属层。桥接部121可为单层或多层，并不限制。
该些第二触控图案13分别与该些第一触控图案12交错设置，而且彼此电性绝缘。其中，该些第二触控图案13分别具有多个连接部131及多个第二电极部132，该些第二电极部132彼此间隔设置，且该些第二电极部132与该些第一电极部122间隔且交错设置。如图2A所示，多个第二触控图案13是沿第一方向D1上间隔排列，而设置于第一基板11上。第二触控图案13分别与该些第一触控图案12交错，且第一触控图案12亦分别与该些第二触控图案13交错。另外，每一个连接部131用以连接两个相邻的第二电极部132，且该些第二电极部132沿第二方向D2彼此间隔设置。
虽然图2A的该些第一触控图案12与该些第二触控图案13的延伸方向大抵彼此垂直，然其延伸方向并不限定为只有垂直，可视应用情况进行调整，例如两者夹一锐角。另外，虽然本实施例的第一电极部122与第二电极部132大约为多边形，然亦可为其他形状，例如圆形、椭圆形、或其他形状，亦不限制。
如图2B所示，第一触控图案12与绝缘层14至少有部分直接接触而且重叠设置(图2A未显示绝缘层14)。在本实施例中，在没有设置桥接部121之处，绝缘层14位于第一基板11与第一电极部122之间，且绝缘层14可直接接触第一基板11并与第一触控图案12的第一电极部122重叠；但在桥接部121设置之处，绝缘层14位于第一触控图案12的桥接部121与第二触控图案13的连接部131之间。
绝缘层14包含一介电保护层141及一介电层142。介电保护层141的材料可包含一氧化物，而氧化物可为氧化硅(SiOx)或氮氧化硅(SiOxNy)，或其组合，或其他有机或无机的绝缘材料。另外，介电层142设置于介电保护层141与基板11之间，且介电层142的材料可包含氮化硅(SiNx)或氮氧化硅。
依据一些实施例，绝缘层可与触控图案至少部分重叠设置。例如，绝缘层14可与第一触控图案12的桥接部121至少部分重叠设置。例如，绝缘层14可与第二触控图案13的连接部131至少部分重叠设置。若以第一基板11之处定义为下方，绝缘层14设置位置的方向为上方，绝缘层14可设置于触控图案的下方，或者，绝缘层14可设置于触控图案的上方，本发明并不作限制。
介电层142的厚度为d4，介电保护层141的厚度为d3，介电保护层141的厚度d3小于介电层142的厚度d4。介电层142与介电保护层141的厚度比例可大于或等于2，且小于或等于1000。例如，介电层142与介电保护层141的厚度比例可大于或等于20，且小于或等于1000。在一些实施例中，介电保护层141的厚度d3可大于等于5埃且小于等于200埃而介电层142的厚度d4可大于等于400埃，且小于等于5000埃例如，本实施例的介电保护层141的厚度d3是以而介电层142的厚度d4是以为例。
在实施上，可于第一基板11上形成多个桥接部121之后，再利用例如化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)或物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)在桥接部121与第一基板11上覆盖绝缘层14(先形成介电层142之后，再于介电层142上形成一层介电保护层141)，再于绝缘层14上形成多个通孔O后，再于绝缘层14设置透明导电层，并使透明导电层填入通孔O内且接触桥接部121，再通过例如刻蚀工艺分别形成第一电极部122、第二电极部132与连接部131的形状。第一电极部122、第二电极部132与连接部131可为相同层，并由相同工艺形成。
本实施例的触控装置1的第一触控图案12与第二触控图案13皆设置于第一基板11的同一侧(例如单侧氧化铟锡，SITO)，并为同一层的结构。不过，也可将本发明的设计概念应用于其他设置方式，例如将第一触控图案12与第二触控图案13分别设置于第一基板11的相反侧(例如双侧氧化铟锡，DITO)，本发明并不限制。
承上，在本实施例的触控装置1中，是通过材料为氮氧化硅的介电保护层141设置于介电层142之上，来保护材料为氮化硅或氮氧化硅的介电层142，避免外界光线、水气或异物而使介电层142的绝缘特性变差或劣化。因此，通过本发明的结构设计，可以使触控图案所使用的介电层的绝缘特性保持稳定，进而提升触控装置1的绝缘保护能力及产品信赖度。
在一些实施例中，如图2C所示，更可设置一保护层17(覆盖保护层)覆盖在第一触控图案12、第二触控图案13、绝缘层14与第一基板11上。其中，保护层17可为有机光刻胶，或无机的氧化物(例如SiO2、SiNx或SiOxNy，或其组合)，或为有机光刻胶中掺杂无机材料，并不限制。在图2C的态样中，除了介电保护层141之外，更通过保护层17的设置，来阻绝水气或异物劣化绝缘层14、第一触控图案12与第二触控图案13。另外，通过保护层17的设置，同时也可避免外部如酸性物质腐蚀触控图案或绝缘层14。此外，保护层17可为一硬涂层而可避免外界硬物的刮伤，进而更可提升触控装置的保护能力及产品信赖度。
请参照图3所示，其为一实施例的X-射线光电子光谱(XPS)的原子百分比示意图。于此，是由图2B或图2C的介电保护层141的上表面1411往下(往介电层142的方向)施行XPS后所得到的原子百分比曲线图。其中，纵坐标为原子百分比(％)，横坐标为深度(单位为nm；从上表面1411开始，深度为0)。另外，本实施例的介电保护层141的材料例如为氮氧化硅(SiOxNy)，其厚度例如为10nm而介电层142的材料例如为氮化硅(SiNx)，其厚度例如为
由图3所显示的氮(N)原子、氧(O)原子与硅(Si)原子的三个条曲线中可得知，在深度为0与(0与10nm)之间，介电保护层141的材料是氮氧化硅(SiOxNy)，故是由氮(N)原子、氧(O)原子与硅(Si)原子所组成(总和为100％)，在深度接近时，大部份为氮(N)原子与硅(Si)原子，且氧(O)原子的数量快速下降。在深度超过时，即在氮化硅(SiNx)的介电层142中，氧(O)原子的比例相当低(几乎没有)，氮(N)原子与硅(Si)原子的比例变高且相当接近。藉此可证明，本发明图2B或图2C的绝缘层14在材料为氮化硅(SiNx)的介电层142之上确实含有材料为氮氧化硅(SiOxNy)的介电保护层141，并通过介电保护层141来保护介电层142。
另外，请参照图4A与图4B所示，其中，图4A为本发明另一实施态样的触控装置的触控基板2a的俯视示意图，而图4B为图4A的触控基板2a沿直线B-B的剖视示意图。类似地，本实施态样的触控基板2a通过材料为氧化物的介电保护层141设置于介电层142上，来保护材料为氮化硅或氮氧化硅的介电层142。
与触控装置1的触控基板2主要的不同在于，在图2A和图2B的触控基板2中，第一触控图案12的桥接部121比第二触控图案13的连接部131较靠近第一基板11。而在图4A和图4B的触控基板2a中，第一触控图案12的桥接部121比第二触控图案13的连接部131较远离第一基板11。详而言之，触控基板2a的第二触控图案13的连接部131设置于第一基板11上而可直接接触第一基板11，而绝缘层14设置于连接部131与桥接部121之间。于此，桥接部121是设置于绝缘层14远离第一基板11的表面上。
此外，触控基板2a的其他技术特征可参照上述的触控基板2的相同元件，不再赘述。
另外，请参照图5示，其为本发明另一实施例的触控装置1a的侧视示意图。
与触控装置1主要的不同在于，本实施态样的触控装置1a更可包括一第三基板18，第三基板18位于第一基板11(或触控基板2、2a)与第二基板15之间，而显示介质16夹置于第二基板15与第三基板18之间。另外，本实施例的触控图案层T是位于第一基板11面对第三基板18的一侧。于此，触控装置1a为外挂式触控装置，第一基板11例如为一玻璃基板，并为保护盖板玻璃(Cover Lens)，而触控图案层T可直接形成于第一基板11面对第三基板18的表面上。不过，在不同的实施态样中，也可于第一基板11之上再设置另一保护基板，本发明亦不限制。此外，本实施例的第三基板18例如为包含彩色滤光阵列的彩色滤光基板，而第二基板15例如为包含薄膜晶体管阵列的薄膜晶体管基板，使得第三基板18、显示介质16与第二基板15可构成液晶显示面板。
此外，触控装置1a的其它技术特征可参照触控装置1的相同元件，不再赘述。
另外，上述的实施态样中是以一层绝缘层(包含一对介电保护层与介电层)为例，在不同实施例中，触控装置更可设置有多层的绝缘层。举例来说，触控装置可设置有两层或两层以上的绝缘层，其中至少一层的绝缘层可包含本发明上述的介电保护层与介电层，本发明并不限制。
在已知技术中，触控装置的触控图案层通常为透明导电层，其材料例如可为铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锌氧化物(AZO)、镉锡氧化物(CTO)、氧化锡(SnO2)、或氧化锌(ZnO)等，常用的材料是ITO。虽然ITO为透明导电材料，但仍有折射率(refractiveindex)、吸收系数(absorption coefficient)与厚度等差异变化，造成触控装置的穿透率与反射率的差异。例如，非晶ITO(a-ITO)与结晶ITO(c-ITO)的折射率并不相同，而不同折射率会产生不同的反射色偏。另外，在不同膜厚所产生的干涉现象也会使薄膜呈现的颜色产生改变，进而使得触控装置产生暗态反射色偏的问题。
为了改善上述问题，本发明可通过例如CVD或PVD的成膜工艺及参数的调整(例如气体比例、功率等)来调整上述介电层的折射率。并且，通过将第一触控图案与本发明上述绝缘层至少有部分重叠，使得绝缘层作为第一触控图案的折射率匹配层(Index matchingfilm,IMF)。类似地，亦可通过将第二触控图案与本发明上述绝缘层至少有部分重叠，使得绝缘层作为第二触控图案的折射率匹配层。第一触控图案可为透明导电层，例如非晶ITO或结晶ITO。第二触控图案可为透明导电层，例如非晶ITO或结晶ITO。如此，依据一些实施例，触控图案和绝缘层的组合，可达到穿透率高、可视性佳，同时可改善暗态反射色偏的问题。具体来说，依据一些实施例，本发明可利用材料为氮化硅或氮氧化硅的介电层，作为与触控图案层(透明导电层)搭配的折射率匹配层，藉此得到良好的光学表现来改善透明导电层的暗态反射色偏现象，同时使触控装置保有高穿透率与良好的可视性。
本发明是针对介电层(折射率匹配层)与透明导电层(触控图案)的折射率与膜厚进行设计，光学表现的关系式为：nd/λ＝(n1×d1+n2×d2)/λ。其中，n为介电层与透明导电层的光学等效折射率，d为介电层与透明导电层的光学等效厚度，λ为光波长，n1为介电层的折射率，d1为介电层的厚度，n2为透明导电层的折射率，d2为透明导电层的厚度。由于介电保护层的厚度相对于介电层来说相当小，在此可忽略不计。
针对透明导电层与介电层的膜厚进行光学特性的设计，所得到适合的透明导电层膜厚区间为之间或之间，而介电层的适合厚度为大于或等于400埃，且小于等于5000埃另外，若透明导电层的材料为a-ITO，其折射率为大于或等于1.8，且小于或等于2.2(即2.0±0.2)；若透明导电层的材料为c-ITO时，其折射率为大于或等于1.6，且小于或等于2.0(即1.8±0.2)。此外，若介电层的材料为氮化硅时，其折射率为大于或等于1.7，且小于或等于2.0(即1.85±0.15)；若介电层的材料为氮氧化硅时，其折射率为大于或等于1.46，且小于或等于1.90(即1.68±0.22)。
通过上述数据，并经由模拟与实验验证后可以发现，当nd/λ＝(0.5a+0.1)±0.1时(a＝1,2,3,4,5…)，介电层与透明导电层的膜厚搭配会有良好的光学表现。因此，本发明更可利用上述介电层与透明导电层进行膜层的搭配、组合，可有效的改善透明导电层的暗态反射色偏现象，同时可使触控装置保有高穿透率及良好的可视性。
请参照图6所示，其为本发明一实施例的CIE 1976色坐标示意图。曲线C1表示透明导电层(a-ITO)，在未搭配本发明介电层的情况下所得的结果。曲线C1所示，在a-ITO(非晶ITO)的材料中，不同厚度产生不同程度的色偏。厚度例如在 时有良好的穿透率，但透明导电层将偏红蓝(偏紫)色。但是，本发明在利用折射率匹配层(介电层)与透明导电层进行适合光学搭配之后，在曲线C2(a-ITO与SiOxNy)与曲线C3(a-ITO与SiNx)中(曲线C2、C3已针对透明导电层与IMF的膜厚进行适合设计)，整体的光学表现偏向中心点(偏黑)，证明本发明的折射率匹配层(介电层)与透明导电层的适合设计可以有效改善触控装置面内暗画面下的反射色偏现象。
综上所述，在本发明的触控装置中，是通过材料为氧化物的介电保护层设置于介电层之上，来保护材料为氮化硅或氮氧化硅的介电层，避免使用一段时间后，因外界的光线、水气或异物而使介电层的绝缘特性变差或劣化。因此，通过本发明的结构设计，可以使触控图案所使用的介电层的绝缘特性保持稳定，进而可提升触控装置的绝缘保护能力及产品信赖度。依据一些实施例，介电层可作为与透明导电层(触控图案)搭配的折射率匹配层(IMF)，可改善触控装置的暗画面色偏情形，同时保有高穿透率和良好的可视性。
以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种触控装置，其特征在于，包括：
一基板；
一第一触控图案，设置于该基板上；以及
一绝缘层，设置于该基板上，该绝缘层与该第一触控图案重叠设置，该绝缘层包含：
一介电保护层，其材料包含一氧化物；及
一介电层，设置于该介电保护层与该基板之间，该介电层的材料包含氮化硅或氮氧化硅。
2.如权利要求1所述的触控装置，其特征在于，更包括：
一第二触控图案，设置于该基板上，该第一触控图案与该第二触控图案交错设置。
3.如权利要求2所述的触控装置，其特征在于，其中该第一触控图案具有一桥接部及多个第一电极部，该第二触控图案具有一连接部及多个第二电极部，该些第一电极部彼此间隔设置，该桥接部连接两相邻的该些第一电极部，该些第二电极部彼此间隔设置，该连接部连接两相邻的该些第二电极部，该绝缘层位于该桥接部与该连接部之间。
4.如权利要求3所述的触控装置，其特征在于，其中该桥接部设置于该基板与该绝缘层之间。
5.如权利要求3所述的触控装置，其特征在于，其中该桥接部设置于该绝缘层远离该基板的表面上。
6.如权利要求1所述的触控装置，其特征在于，其中该氧化物为氧化硅或氮氧化硅，或其组合。
7.如权利要求1所述的触控装置，其特征在于，其中该第一触控图案与该绝缘层至少有部分直接接触。
8.如权利要求1所述的触控装置，其特征在于，其中介电层与该介电保护层的厚度比例大于或等于2，且小于或等于1000。
9.如权利要求1所述的触控装置，其特征在于，其中该介电层的材料为氮化硅，其折射率大于或等于1.7，且小于或等于2.0。
10.如权利要求1所述的触控装置，其特征在于，其中该介电层的材料为氮氧化硅，其折射率大于或等于1.46，且小于或等于1.90。
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