TW201640290A - 觸控面板及其應用 - Google Patents

Abstract

一種觸控面板包括第一基材和觸控電極。其中，觸控電極包括第一金屬導電層、第二金屬導電層、金屬氮化物層以及金屬氧化物層。第一金屬導電層位於第一基材上。第二金屬導電層包含第一金屬元素，且具有第一表面以及相對第一表面的第二表面，其中第一表面鄰接第一金屬導電層。金屬氮化物層包含第一金屬元素，且與第二表面鄰接。金屬氧化物層位於金屬氮化物層上。

Description

觸控面板及其應用

本發明是有關於一種觸控面板及其應用，且特別是有關於一種具有多層結構之觸控電極的觸控面板及其應用。

薄膜導電結構同時具有導電性與透光性，可運用來作為觸控面板的感應層(Touch sensor layer)。習知的觸控面板感應層一般係藉由沉積製程，例如物理氣相沉積(PVD)，將金屬材料，例如鋁、銅或其他合適的金屬或上述合金材料，沉積在基材上，再藉由圖案化來形成金屬薄膜電極。

然而，由於金屬材料會反射入射光線，容易讓使用者查覺感應層的存在，影響顯示螢幕的顯示品質。因此，目前業界提出一種經由光學設計的多層膜結構，在真空室中進行金屬濺鍍(sputtering)製程，以含有氮氣(N₂)的電漿轟擊金屬靶材，藉以在金屬薄膜電極上覆蓋具有導電性與透光性的金屬氮化物薄膜，例如氮化鋁薄膜，並在金屬氮化物薄膜上覆蓋金屬氧化物層 用來作為抗反射層，以降低金屬薄膜電極的表面高反射率。

然而，用來形成金屬氮化物薄膜的靶材，容易在濺鍍過程中與氮氣反應而在靶材表面累積氮化物，造成後續所形成的金屬氮化物薄膜的片電阻隨著製程中產品批次數量的增加而不斷上升，導致金屬氮化物薄膜的透明度增加，降低了抗反射層的抗反射效果，嚴重影響顯示螢幕的顯示品質。

因此，仍有需要提供一種先進的薄膜導電結構及其應用和製作方法，以改善習知技術所面臨的問題。

本發明的一個面向是有關於一種觸控面板，此觸控面板包括第一基材和觸控電極。其中，觸控電極包括第一金屬導電層、第二金屬導電層、金屬氮化物層以及金屬氧化物層。第一金屬導電層位於第一基材上。第二金屬導電位於該第一金屬導電層上，包含第一金屬元素。金屬氮化物層位於該第二金屬導電層上，包含第一金屬元素。金屬氧化物層位於金屬氮化物層上。

本發明的另一個面向是有關於一種觸控顯示裝置，此顯示裝置包括第一基材、第二基材、顯示介質和觸控電極。其中，顯示介質位於第一基材與第二基材之間。觸控電極包括第一金屬導電層、第二金屬導電層、金屬氮化物層以及金屬氧化物層。第一金屬導電層位於第一基材上。第二金屬導電層位於該第一金屬導電層上，包含第一金屬元素。金屬氮化物層位於該第二 金屬導電層上，包含第一金屬元素。金屬氧化物層位於金屬氮化物層上。

根據上述，本發明的實施例是提供一種觸控面板和應用此觸控面板所製作的觸控顯示裝置。其中係採用沉積的方式，在顯示裝置之觸控電極的金屬電極層(第一金屬導電層)上形成金屬氮化物層以及與金屬氮化物層接觸的金屬氧化物層，使金屬氧化物層的折射率實質小於金屬氮化物層的折射率，用來作為顯示裝置的抗反射層來減少外界入射光的反射。並在製程中藉由調控反應氣體氣氛的氮氣含量，以不含氮氣氣氛的濺鍍製程，在第一金屬導電層和金屬氮化物層之間，形成第二金屬導電層，使其含有與金屬氮化物層相同的金屬元素，但氮原子含量遠低於金屬氮化物層。

由於，形成第二金屬導電層的濺鍍製程可以清除並防止靶材表面的氮原子累積，可藉此改善金屬氮化物層中的氮原子含量因為連續的批次濺鍍製程而過度升高，導致金屬氮化物層片電阻上升，影響到其透明度，進而使觸控面板抗反射效果降低的問題，增進顯示裝置的顯示品質。

10‧‧‧顯示裝置

11‧‧‧顯示介質

12‧‧‧觸控面板

13‧‧‧背光模組

100‧‧‧觸控電極

101‧‧‧基材

101a‧‧‧基材的下表面

101b‧‧‧基材的上表面

102‧‧‧第一金屬導電層

103‧‧‧第二金屬導電層

103a‧‧‧第二金屬導電層的第一表面

103b‧‧‧第二金屬導電層的第二表面

104‧‧‧電漿

105‧‧‧金屬靶材

106‧‧‧金屬氮化物層

106a‧‧‧金屬氮化物層的第三表面

106b‧‧‧金屬氮化物層的第四表面

107‧‧‧電漿

108‧‧‧金屬氧化物層

111‧‧‧彩色濾光層

112‧‧‧液晶層

113‧‧‧薄膜電晶體

114‧‧‧底部偏光片

115‧‧‧頂部偏光片

116‧‧‧玻璃保護基板

200‧‧‧觸控電極

L‧‧‧光線

為了對本發明之上述實施例及其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 第1A圖至第1E圖係根據本發明的一實施例所繪示的一系列用來形成觸控電極的製程結構剖面示意圖；第2圖係根據本發明的另一實施例所繪示用來形成觸控電極的部分製程結構剖面示意圖；第3A圖係繪示量測批次製程中所提供之金屬氮化物層之片電阻的變化曲線圖；第3B圖係繪示量測批次製程中安插空片所提供之金屬氮化物層之片電阻的變化曲線圖；以及第4圖係繪示應用第1E圖之觸控電極所建構之顯示裝置的結構剖面圖。

本發明是提供一種應用於顯示裝置中的薄膜導電結構及其應用與製作方法，可以減少外界入射光的反射，以達到改善顯示裝置之顯示品質的效果。為了對本發明之上述實施例及其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式作詳細說明。

但必須注意的是，這些特定的實施案例與方法，並非用以限定本發明。本發明仍可採用其他特徵、元件、方法及參數來加以實施。較佳實施例的提出，僅係用以例示本發明的技術特徵，並非用以限定本發明的申請專利範圍。該技術領域中具有通常知識者，將可根據以下說明書的描述，在不脫離本發明的精 神範圍內，作均等的修飾與變化。在不同實施例與圖式之中，相同的元件，將以相同的元件符號加以表示。

請參照第1A圖至第1E圖，第1A圖至第1E圖係根據本發明的一實施例所繪示的一系列用來形成觸控電極100的製程結構剖面示意圖。其中形成觸控電極100的方法包含下述步驟：首先提供一個基材101(如第1A圖所繪示)。在本發明的一實施例之中，基材101可以是顯示面板中用來形成彩色濾光層的透光基板。例如在顯示面板中，彩色濾光層係形成於透光基板(基材101)靠近液晶層的下表面101a上；而本實施例所提供的觸控電極100，則係形成於透光基板(基材101)遠離液晶層的上表面101b上(為了方便描述起見，顯示面板的詳細結構將於以下段落加以詳述)。

接著，在基材101的上表面101b上形成第一金屬導電層102(如第1B圖所繪示)。在本發明的一實施例之中，第一金屬導電層102可以是藉由沉積製程，例如濺鍍、物理氣相沈積法(Physical Vapor Deposition，PVD)、化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition，CVD)，或其他可行的方法，在基材101的上表面101b上所形成的導電薄膜。其中第一金屬導電層102的材質至少包括一種金屬材料，而此金屬材料可以選自於金(Au)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鎢(W)、銦(In)、鋅(Zn)、鋁(Al)、釹(Nd)、銅(Cu)以及上述之任意組合所組成之一族群。第一金屬導電層102的厚度實質介於2000Å(angstrom)至3000Å之間。在本實施例之中， 第一金屬導電層102較佳可以是厚度約為2600Å的釹鋁合金層。

之後，於第一金屬導電層102上方形成第二金屬導電層103，並且使第二金屬導電層103具有第一表面103a和相對於第一表面103a的第二表面103b，使第一表面103a鄰接第一金屬導電層102(如第1C圖所繪示)其中，第二金屬導電層103含有第一金屬元素，例如鋁。在本發明的一些實施例之中，形成第二金屬導電層103的方法包括濺鍍製程，在無氮氣的反應氣氛中，以高能量的的氬氣或其他惰性氣體所形成的電漿104，來轟擊金屬靶材105，藉以在第一金屬導電層102上方形成第二金屬導電層103。

在本發明的一些實施例之中，金屬靶材105較佳可以是鋁合金(Al-X)，該鋁合金更包含選自由釹(Nd)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鎢(W)、銦(In)、鋅(Zn)以及上述之任意組合所組成之一族群。例如，在本實施例之中，金屬靶材105包括一鋁銅合金。所形成的第二金屬導電層103，可以是一種鋁銅(Al-Cu)合金層。其厚度係實質介於200Å至300Å之間，較佳約為240Å。在本實施例中，第二金屬導電層103的第一表面103a和第一金屬導電層102接觸。但在其他實施例之中，第二金屬導電層103的第一表面103a和第一金屬導電層102之間可另外包括其他透明的導電層(未繪示)。第一金屬導電層102與第二金屬導電層103的總厚度實質介於2000Å至3500Å之間。

然後，利用同一個金屬靶材105，在第二金屬導電 層103的第二表面103b上形成金屬氮化物層106，且使金屬氮化物層106與第二金屬導電層103的第二表面103b接觸(如第1D圖所繪示)。其中，金屬氮化物層106包含第一金屬元素，例如鋁。在本發明的一些實施例之中，形成金屬氮化物層106的方法包括濺鍍製程，在含氮氣的反應氣氛中，以高能量的氬氣或其他惰性氣體所形成的電漿107，來轟擊金屬靶材105，藉以在第二金屬導電層103的第二表面103b上方形成一鋁合金氮化物(Al-X-N)層。

在本發明的一些實施例之中，所形成的鋁合金氮化物層(金屬氮化物層106)，可以包括鋁銅合金氮化物(Al-Cu-N)。金屬氮化物層106的厚度係實質介於500Å至600Å之間，較佳約為560Å。在本實施例之中，金屬氮化物層106具有一第三表面106a以及相對於第三表面106a的第四表面106b。金屬氮化物層106的第三表面106a與第二金屬導電層103的第二表面103b接觸。但在其他實施例之中，金屬氮化物層106的第三表面106a與第二金屬導電層103的第二表面103b之間，也可以包含其他不含氮的透明導電層。

用來形成金屬氮化物層106的製程中會使用氮氣來進行濺鍍，所以有少量的氮原子累積於金屬靶材105的表面上。因此，在批次製程中，也就是連續交替濺鍍第二金屬導電層、金屬氮化物層的製程中，即使在無氮氣的反應氣氛中濺鍍第二金屬導電層，仍會有少量累積於金屬靶材105的表面上的氮原子被轟 擊出，而使得第二金屬導電層103在靠近第一表面103a的區域包含濃度極低的氮原子。在本實施例之中，第二金屬導電層103中的氮原子的原子百分比濃度實質介於0~1at%(atomic percent)之間。

接著，在金屬氮化物層106的第四表面106b上形成包含第二金屬元素的金屬氧化物層108，第二金屬元素例如包含鋅、銦、鎵、錫或其他合適的金屬元素或其任意組合，使其與金屬氮化物層106的第四表面106b接觸，並且使金屬氧化物層108的折射率實質小於金屬氮化物層106的折射率，完成觸控電極100的製備(如第1E圖所繪示)。

在本發明的一些實施例之中，形成金屬氧化物層108的方式可包含，例如濺鍍、物理氣相沈積法、化學氣相沉積法或其他可行的方法。金屬氧化物層108的厚度實質介於400Å至500Å之間。構成金屬氧化物層108的材質可以包括銦鋅氧化物(Indium Zinc Oxide，IZO)，也可以包括銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)，亦或同時包括銦錫氧化物和銦鋅氧化物。在本實施例之中，金屬氧化物層108較佳是厚度約為420Å的銦鋅氧化物層。

請參照第2圖，第2圖係根據本發明的另一實施例所繪示用來形成薄膜導電結構200的部分製程結構剖面示意圖。其中製作薄膜導電結構200的製程與觸控電極100的製程大致相似，差別僅在於薄膜導電結構200省略了第一金屬導電層102的 形成步驟(如第1B圖所繪示)，而直接在基材101的上表面101b上形成厚度較厚的第二金屬導電層203(如第2圖所繪示)來取代第一金屬導電層102。由於後續其他製程皆與觸控電極結構100的製程相同，故而不在此贅述。

在本實施例之中，觸控電極200的結構也大致與第1E圖所繪示之觸控電極100的結構相同。差別僅在於，第1E圖所繪示的觸控電極100係包含第一金屬導電層102的四層結構，而第2圖所繪示的觸控電極200係省略第一金屬導電層102的三層結構。其中，第二金屬導電層203的厚度實質介於2000Å至3500Å之間，較佳厚度約為3000Å。相類似的，由於用來形成金屬氮化物層106的製程步驟中會使用氮氣來進行濺鍍。因此，在批次製程中，也就是連續交替濺鍍第二金屬導電層、金屬氮化物層的製程中，即使在無氮氣的反應氣氛中濺鍍第二金屬導電層，仍會有少量累積於金屬靶材105的表面上的氮原子被轟擊出，而使得第二金屬導電層203在靠近基材101上表面101b的區域包含濃度極低的氮原子。在本實施例之中，第二金屬導電層203中的氮原子的原子百分比濃度實質介於0~1at%之間。

根據前述，由於第二金屬導電層103或203係藉由無氮氣的反應氣氛的濺鍍製程所形成，因此於濺鍍金屬氮化物層106時所累積於金屬靶材105上的氮原子可被轟擊出，能夠避免連續的濺鍍製程中氮原子持續累積於金屬靶材105之中，進而造成後續所形成的金屬氮化物層106具有過高的氮原子含量，導致 金屬氮化物層106片電阻和透明度上升，影響金屬氮化物層106與金屬氧化物層108的抗反射效果。

請參照第3A圖和第3B圖，第3A圖係繪示量測批次製程中所提供之金屬氮化物層之片電阻的變化曲線圖。第3B圖係繪示量測批次製程中安插空片所提供之金屬氮化物層之片電阻的變化曲線圖，其中，安插空片的製程為，在連續兩個含氮氣的反應氣氛中濺鍍金屬氮化物層的製程中間，安插入一個以同一金屬靶材在無氮氣的反應氣氛中在空白基材上濺鍍一犧牲金屬層的製程。在第3A圖中，每個點代表一次製程中，金屬氮化物層在某一氮氣分壓下的片電阻值。而數個相鄰的點即代表由數個連續的濺鍍製程所組成一個批次製程，將該些點連成一線即可看出在一個批次製程中的片電阻的變化曲線。在第3A圖中，標註有菱形、正方形和三角形的曲線分別代表不同批次製程中比較例所提供之金屬氮化物層的片電阻的變化曲線。在第3B圖中，標註有菱形、正方形和三角形的曲線分別代表犧牲金屬層的厚度分別為80Å、160Å與240Å時，金屬氮化物層在不同批次製程中片電阻的變化曲線。

其中橫軸為在形成金屬氮化物層的濺鍍製程中的氮氣分壓(partial pressure of N₂)，縱軸為量測金屬氮化物層所得的片電阻(ohm/sq)。由第3A圖可看出：隨著批次製程中經過多次連續的濺鍍製程，所量測到的金屬氮化物層之片電阻有逐漸上升的趨勢。片電阻可從400ohm/sq陡升至800ohm/sq甚至高達1200 ohm/sq。反觀第3B圖，由於在連續的濺鍍製程中安插空片，此方法提供之金屬氮化物層的片電阻，並不會隨著批次製程中經過多次連續的濺鍍製程而上升，而是穩定的維持在400ohm/sq左右。顯見，金屬靶材在連續的濺鍍過程中，累積在金屬靶材表面上的氮原子會在安插空片的製程中被轟擊出，所以金屬氮化物層之片電阻並未隨著批次製程中經過多次連續的濺鍍製程而上升。

第3A圖與第3B圖所代表的意義在於，本發明所提供的實施例中的第二金屬導電層103、203的一部份作用如前述所提的犧牲金屬層。因為在濺鍍第二金屬導電層103、203的過程中，可將累積在金屬靶材105表面上的氮原子轟擊出，避免氮原子持續累積於金屬靶材105的表面，造成金屬氮化物層106的片電阻上升以及透明度的改變。

後續，可藉由一系列的後段製程(downstream process)，例如圖案化、佈線、組裝、貼合等製程，以形成包含有觸控電極100(或200)的觸控面板12，並與背光模組13和顯示面板11結合，形成具有觸控功能的顯示裝置10。在本發明的一些實施例之中，觸控面板12可以是一種電容式觸控面板。其中，觸控電極100可以被圖案化而形成複數個電容式觸控面板12的觸控電極。

例如請參照第4圖，第4圖係繪示應用第1E圖之觸控電極100所建構之顯示裝置10的結構剖面圖。在本實施例中，顯示裝置10分別具有背光模組13、顯示面板11和保護基板 116。背光模組13鄰接於顯示面板11；而保護基板116設置於顯示面板11相對於背光模組13的一側。

詳言之，顯示面板11至少包括：基材101、彩色濾光層111、顯示介質(例如液晶層112)、薄膜電晶體(Thin-Film Transistor，TFT)基板113、底部偏光片114以及頂部偏光片115。背光模組13鄰接於顯示面板11的底部偏光片114；觸控電極100位於彩色濾光層111與頂部偏光片115之間。

由外部入射的光線L，穿過保護基板(cover glass)116、頂部偏光片115到達觸控電極100後，會被第一金屬導電層102和第二金屬導電層103反射。由於，金屬氧化物層108的折射率小於金屬氮化物層106的折射率，可用以遮蔽被第一金屬導電層102和第二金屬導電層103所反射的光線L，使觸控電極100成為黑金屬(Black metal)，故而不易讓使用者查覺觸控電極100的存在，可達到增進顯示品質的目的。

根據上述，本發明的實施例是提供一種觸控面板結構以及應用此觸控面板所製作的顯示裝置。其中係採用沉積的方式，在顯示裝置之觸控面板的金屬電極層(第一金屬導電層)上形成金屬氮化物層以及金屬氧化物層，使金屬氧化物層的折射率實質小於金屬氮化物層的折射率，用來作為顯示裝置的抗反射層來減少外界入射光的反射。並在製程中藉由調控反應氣體氣氛的氮氣含量，以不含氮氣氣氛的濺鍍製程，在第一金屬導電層和金屬氮化物層之間，形成第二金屬導電層，使其含有與金屬氮化物層 相同的金屬元素，但氮原子含量遠低於金屬氮化物層。

由於，形成第二金屬導電層的濺鍍製程可以清除並防止金屬靶材表面的氮原子累積，可藉此改善金屬氮化物層中的氮原子含量因為連續的濺鍍製程而過度升高，導致金屬氮化物層的透明度(片電阻)上升，進而使觸控面板抗反射效果降低的問題，增進顯示裝置的顯示品質。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何該技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧觸控電極

101‧‧‧基材

101a‧‧‧基材的下表面

101b‧‧‧基材的上表面

102‧‧‧第一金屬導電層

103‧‧‧第二金屬導電層

103a‧‧‧第二金屬導電層的第一表面

103b‧‧‧第二金屬導電層的第二表面

106‧‧‧金屬氮化物層

106a‧‧‧金屬氮化物層的第三表面

106b‧‧‧金屬氮化物層的第四表面

108‧‧‧金屬氧化物層

Claims (20)

1. 一種觸控面板，包括：一第一基材；一觸控電極，包括：一第一金屬導電層，位於該第一基材上；一第二金屬導電層，位於該第一金屬導電層上，包含一第一金屬元素；一金屬氮化物層，位於該第二金屬導電層上，包含該第一金屬元素；以及一金屬氧化物層，位於該金屬氮化物層上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該第一金屬導電層的厚度介於2000Å至3000Å之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該第二金屬導電層的厚度介於200Å至300Å之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該金屬氮化物層的厚度介於500Å至600Å之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該金屬氧化物層的厚度介於400Å至500Å之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該第一金屬導電層至少包括一金屬材料，該金屬材料係選自於金(Au)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鎢(W)、銦(In)、鋅(Zn)、鋁(Al)、釹(Nd)、銅(Cu)以及上述之任意組合所組成之一族群。
7. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該第二金屬導電層包括鋁合金，該鋁合金更包含選自由金(Au)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鎢(W)、銦(In)、鋅(Zn)、釹(Nd)、銅(Cu)以及上述之任意組合所組成之一族群。
8. 如申請專利範圍第7項所述之觸控面板，其中該金屬氮化物層包括鋁合金氮化物(Al-X-N)。
9. 如申請專利範圍第8項所述之觸控面板，其中該金屬氮化物層包括鋁銅合金氮化物(Al-Cu-N)。
10. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中，該金屬氧化物層具有實質小於該金屬氮化物層的一折射率。
11. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該第一金屬導電層與該第二金屬導電層包含相同的材料。
12. 請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該第一金屬導電層與該第二金屬導電層的總厚度介於2000Å至3500Å之間。
13. 一種觸控顯示裝置，包括：一第一基材；一第二基材；一顯示介質，位於該第一基材與該第二基材之間；一觸控電極，包括：一第一金屬導電層，位於該第一基材上；一第二金屬導電層，位於該第一金屬導電層上，包含一第一金屬元素；一金屬氮化物層，位於該第二金屬導電層上，包含該第一金屬元素；以及一金屬氧化物層，位於該金屬氮化物層上。
14. 如申請專利範圍第13項所述之觸控顯示裝置，其中該第一金屬導電層包括一金屬材料，該金屬材料係選自於金(Au)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鎢(W)、銦(In)、鋅(Zn)、鋁(Al)、釹(Nd)、銅(Cu)以及上述之任意組合所組成之一族群。
15. 如申請專利範圍第13項所述之觸控顯示裝置，其中該第 二金屬導電層包括鋁合金，該鋁合金更包含選自由釹(Nd)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鎢(W)、銦(In)、鋅(Zn)以及上述之任意組合所組成之一族群。
16. 如申請專利範圍第15項所述之觸控顯示裝置，其中該金屬氮化物層包括鋁合金氮化物(Al-X-N)。
17. 如申請專利範圍第15項所述之觸控顯示裝置，其中該金屬氮化物層包括鋁銅合金氮化物(Al-Cu-N)。
18. 如申請專利範圍第13項所述之觸控顯示裝置，其中該第一金屬導電層與該第二金屬導電層包含相同的金屬材料。
19. 請專利範圍第18項所述之觸控顯示裝置，其中該第一金屬導電層與該第二金屬導電層的總厚度介於2000Å至3500Å之間。
20. 如申請專利範圍第13項所述之觸控顯示裝置，其中該金屬氧化物層具有實質小於該金屬氮化物層的一折射率。