TWI437318B - 觸控式顯示面板 - Google Patents

Description

觸控式顯示面板

本發明係有關於一種顯示面板，且特別是有關於一種觸控式顯示面板。

隨著科技日新月異的進步，消費性電子產品的應用也越來越多樣化，目前的許多電子產品中，除了以輕、薄、短、小為主外，許多可攜式的電子產品(例如個人數位助理(personal digital assistant,PDA)或行動電話)已廣泛地使用觸控式面板(touch panel)。

傳統的觸控式顯示面板係將觸控面板與顯示面板分開製作，再將觸控面板與顯示面板組裝在一起，而觸控式面板又可分為電阻式(Resistive)、電容式(Capacitive)、超音波式(Surface Acoustic Wave)及光學式(Optics)等四種，其中電容式又可分為表面電容式(Surface Capacitive)與投射式電容(Projective Capacitive)兩種。

請參見第1圖，此為習知電容觸控式顯示面板的剖面圖，電容觸控式顯示面板10包括液晶顯示面板20與設置於液晶顯示面板20之上的觸控面板40，兩面板之間藉由一黏著層30(例如雙面膠或是水膠)進行黏合，其中液晶顯示面板20包括薄膜電晶體基板21、液晶層23與彩色濾光基板25，觸控面板40包括基板41、金屬層43、絕緣層45、氧化銦錫層(ITO) 47、保護層49等各層，由於觸控面板40的基板41具有一定厚度，使得整體觸控式面板的厚度與重量無法降低。再者，當光線通過黏著層時，會造成反射，使得觸控式顯示面板的反射率上升，進而影響光線穿透品質。此外，當液晶顯示面板20與觸控面板40黏合時，亦會有對準的問題。

因此，業界亟需發展一種觸控式顯示面板，此面板能夠解決上述之問題，且能降低顯示面板的厚度與重量，進而簡化製程與降低製程成本。

本發明提供一種觸控式顯示面板(touch panel)，包括：一薄膜電晶體基板(TFT substrate)；一彩色濾光基板，相對於薄膜電晶體基板設置，其中薄膜電晶體基板或彩色濾光基板之厚度小於或等於0.3毫米(mm)；一液晶層，設置於薄膜電晶體基板與彩色濾光基板之間；以及一觸控感測元件(touch sensor)，直接(directly)形成於彩色濾光基板之一遠離液晶層之表面上，其中該觸控感測元件包括一圖案化透明導電層(patterned transparent conducting layer)。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

以下特舉出本發明之實施例，並配合所附圖式作詳細說明，而在圖式或說明中所使用的相同符號表示相同或類似的部分，且在圖式中，實施例之形狀或是厚度可擴大，並以簡化或是方便標示。再者，圖式中各元件之部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖式中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形狀，另外，特定之實施例僅為揭示本發明使用之特定方式，其並非用以限定本發明。

請參見第2A圖，其顯示本發明一實施例之觸控式顯示面板200的剖面圖。觸控式顯示面板200包括一薄膜電晶體基板(TFT substrate) 210、一彩色濾光基板230、一液晶層220及一觸控感測元件(touch sensor) 240，其中彩色濾光基板230相對於薄膜電晶體基板210設置；液晶層220設置於薄膜電晶體基板210與彩色濾光基板230之間。本發明之主要特徵為觸控感測元件240係直接(directly)形成於彩色濾光基板230之一遠離液晶層220之表面232上，其中觸控感測元件240包括一圖案化透明導電層(patterned transparent conducting layer)。

上述薄膜電晶體基板210包括基板與陣列層(array layer)(圖中未顯示)，而基板包括玻璃、石英、塑膠、樹脂或其他適合的材料，常用的基板例如為玻璃。陣列層包括薄膜電晶體結構、畫素電極、掃描線與資料線等畫素控制結構(圖中未顯示)。

彩色濾光基板230與液晶層220之間尚包括彩色濾光片與黑色矩陣(black matrix,BM)(圖中未顯示)，其中彩色濾光片包括紅色濾光片、藍色濾光片與綠色濾光片，而黑色矩陣(BM)介於各種不同顏色濾光片之間。

須注意的是，本案第2A圖中之薄膜電晶體基板210與彩色濾光基板230之厚度為約0.50毫米(mm)，此兩基板的總合厚度會決定整體觸控式面板的厚度(液晶層220之厚度為約2-5 m，相對小於薄膜電晶體基板210與彩色濾光基板230許多)，因此，觸控式顯示面板的厚度會侷限於(limited)薄膜電晶體基板210與彩色濾光基板230之總合厚度。

於本發明其他實施例中，可將本案第2A圖中的薄膜電晶體基板210或彩色濾光基板230之厚度加以調整，請參見本案第2B-2D圖，利用薄化(thinning)步驟形成薄化的薄膜電晶體基板(TFT substrate) 210a或彩色濾光基板230a，其中薄化步驟例如物理方式(如研磨方法)或化學方式(如蝕刻方法)。

於第2B圖中係提供薄化的薄膜電晶體基板(TFT substrate) 210a，其厚度為小於或等於0.30毫米(mm)，較佳為約0.15~0.30毫米(mm)。

於第2C圖中係提供薄化的彩色濾光基板230a，其厚度為小於或等於0.30毫米(mm)，較佳為約0.15~0.30毫米(mm)。

於第2D圖中係同時提供薄化的薄膜電晶體基板(TFT substrate) 210a與薄化的彩色濾光基板230a，其厚度為小於或等於0.30毫米(mm)，較佳為約0.15~0.30毫米(mm)。

如此一來，如第2B-2D圖中之觸控式面板200的厚度更可降低至約0.80~0.30 mm，達到更輕薄之需求。

請參見第3A圖，此圖顯示本發明一實施例之觸控感測元件240形成於彩色濾光基板230之上的剖面圖，其中觸控感測元件240包括圖案化透明導電層241、金屬層243、介電層245與保護層247，其中圖案化透明導電層241包括平面圖案化透明導電層241a與橋接圖案化透明導電層241b。

第3A圖之形成步驟如下，首先，先利用沉積製程形成透明導電層，再藉由圖案化製程形成平面圖案化透明導電層241a。之後利用沉積製程，於平面圖案化透明導電層241a之外部側邊形成金屬層243。接著，於平面圖案化透明導電層241a之間形成介電層245。再經由沉積製程於欲連接的平面圖案化透明導電層241a之間形成橋接(bridge)圖案化透明導電層241b。最後，再沉積一保護層247，用以保護觸控感測元件240內的各個元件，以使各個元件免受外界濕氣或塵埃污染。

另外，請參見第3B圖，此圖顯示本發明另一實施例之觸控感測240形成於彩色濾光基板230之上的剖面圖，其中觸控感測元件240包括圖案化透明導電層241、金屬層243、介電層245與保護層247，其中金屬層243包括平面金屬層243a與橋接(bridge)金屬層243b。

第3B圖之形成步驟如下，首先，先利用沉積製程形成透明導電層，再藉由圖案化製程形成圖案化透明導電層241。之後利用沉積製程，於圖案化透明導電層241之間形成介電層245。接著，於圖案化透明導電層241a之外部側邊形成平面金屬層243a，以及於欲連接的圖案化透明導電層241之間形成橋接金屬層243b。最後，再沉積一保護層247，用以保護觸控感測元件內的各個元件，以使各個元件免受外界濕氣或塵埃污染。

須注意的是，第3A圖與第3B圖之差別在於，第3A圖使用橋接圖案化透明導電層241b電性連接欲連接的平面圖案化透明導電層241a，而第3B圖則使用橋接金屬層243b電性連接欲連接的圖案化透明導電層241。

上述圖案化製程藉由微影製程(photolithography)而達成，微影製程包括光阻塗佈(photoresist coating)、軟烘烤(soft baking)、光罩對準(mask aligning)、曝光(exposure)、曝光後烘烤(post-exposure)、光阻顯影(developing photoresist)與硬烘烤(hard baking)，這些製程為本領域人士所熟知，在此不再贅述。

本發明之圖案化透明導電層241之材料包括氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)、氧化銦鋅(indium zinc oxide,IZO)、氧化鎘錫(cadmium tin oxide,CTO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide,AZO)、氧化銦錫鋅(indium tin zinc oxide,ITZO)、氧化鋅(zinc oxide)、氧化鎘(cadmium oxide,CdO)、氧化鉿(hafnium oxide,HfO)、氧化銦鎵鋅(indium gallium zinc oxide,InGaZnO)、氧化銦鎵鋅鎂(indium gallium zinc magnesium oxide,InGaZnMgO)、氧化銦鎵鎂(indium gallium magnesium oxide,InGaMgO)或氧化銦鎵鋁(indium gallium aluminum oxide,InGaAlO)。

於一較佳實施例中，由於氧化銦錫層(ITO)於可見光具有大於90%的穿透率，因此使用氧化銦錫層作為透明導電層之材料。

此外，本案之圖案化透明導電層241可為獨立矩陣或交錯矩陣之結構。於一實施例中，本發明之觸控感測元件包括一層ITO透明導電矩陣，為一種獨立矩陣感測單元(Independent-matrix sense elements)。於另一實施例中，本發明之觸控感測元件包括兩層相互隔離水平(列)及垂直(欄)ITO透明導電層組成交錯矩陣，為一種交錯矩陣感測單元(Intersection-matrix of row and column sense elements)。

觸控感測元件240之圖案化透明導電層241係藉由一沉積法直接形成於彩色濾光基板230之上，沉積法包括化學氣相沉積法(chemical vapor deposition,CVD)或物理氣相沉積法(physical vapor deposition,PVD)。

於一較佳實施例，係可使用物理氣相沉積法(例如濺鍍(sputter))將透明導電層直接(directly)沉積於彩色濾光基板230之上，再藉由圖案化製程，形成圖案化透明導電層241。

此外，請再次參見第1圖，於習知技術中，觸控面板20與顯示面板40組藉由黏著層30組裝在一起，亦即顯示面板40之基板41具有一定厚度，且兩面板之結合需要額外黏著層30之輔助。

須注意的是，相對於習知技術，本發明將觸控感測元件240直接整合於彩色濾光基板230之上，不但可以減少習知觸控面板之基板厚度(如第1圖之基板41)，且不需要黏著層(如第1圖之黏著層30)。此外，由於本發明之圖案化透明導電層作為電極時(例如，通入交流電(AC))，會有一自身頻率產生，此自身頻率不會受到下方液晶顯示面板(由薄膜電晶體基板210、液晶層220與彩色濾光基板230所組成)的影響，因此，本發明之圖案化透明導電層241不但可作為電極，亦可同時扮演訊號屏蔽層(shielding layer)的角色。

於本發明之一實施例中，本發明之觸控式面板之製程係可先於彩色濾光基板230之上形成如第3A圖或第3B圖所述的觸控感測元件240，再將彩色濾光基板230翻轉(flip)，再依序形成黑色矩陣(BM)與彩色濾光片，之後再將彩色濾光基板230與薄膜電晶體基板210相對設置並組裝之，使液晶層220填入薄膜電晶體基板210與彩色濾光基板230之間。於此實施例中，可於組裝彩色濾光基板230與薄膜電晶體基板210之後，亦即未填入液晶層220之前，對薄膜電晶體基板210進行薄化步驟，以得到薄化的薄膜電晶體基板210a。上述製程步驟中會利用習知之微影製程(photolithography)，此亦為本領域人士所熟知，在此不再贅述。於本發明另一實施例中，亦可將彩色濾光基板230與薄膜電晶體基板210先相對設置並組裝後，進行單側基板或雙側基板之薄化步驟，藉此得到薄化的薄膜電晶體基板210a與彩色濾光基板230a後，再於彩色濾光基板230a之上直接形成觸控感測元件240。須注意的是，於觸控式面板的製程過程中，可依實際應用之需要，對薄膜電晶體基板210或彩色濾光基板210進行薄化步驟，以得到薄化的薄膜電晶體基板210a或薄化的彩色濾光基板230a(請參見第2B-2D圖)。

本發明之觸控式顯示面板200可繼續進行後續製程，例如包括形成一偏光片(polarizer)於觸控感測元件之上，以及形成一玻璃(cover glass)，於偏光片之上。亦可依據實際製程之需求，形成其他元件於觸控式顯示面板200之上或之下。

本發明將觸控感測元件240直接整合於彩色濾光基板230之上，此設計亦可稱為顯示元件上之(on-cell)觸控式面板，於操作時，使用者可藉由手指或是觸控筆等方式碰觸於觸控感測元件240之外側表面，使圖案化透明導電層241受到感應而導致電容的變化，以產生感測訊號。所產生的感測訊號可傳送到訊號處理電路，進而定位出碰觸處的位置。

須注意的是，先前技術之觸控式顯示面板係將觸控面板與顯示面板分開製作，再將觸控面板與顯示面板組裝在一起，兩面板之間需藉由黏著層(例如雙面膠或是水膠)進行黏合，然而，當光線通過不同介質時(如黏著層或是觸控面板的玻璃基材)，會產生部分反射，而造成整體元件反射率上升。

相較於先前技術，本發明之觸控感測元件240(內有圖案化透明導電層241)係直接形成於彩色濾光基板230之上，因此，可降低觸控式顯示面板之反射率，提高穿透率，以提升觸控式顯示面板之光學顯示品質。

綜上所述，本發明之觸控式顯示面板由於不需額外設置觸控面板的基板(例如玻璃)，因此，整體觸控式顯示面板的厚度與重量得以降低，特別是可使薄膜電晶體基板或彩色濾光基板之厚度降低至小於或等於0.3毫米(mm)，以達到輕薄的目的，此外亦能降低觸控面板的製程複雜度與降低製程成本。

本發明之觸控式顯示面板可應用於液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)，例如平面切換液晶顯示器(in-plane switching,IPS LCD)或邊緣電場開關液晶顯示器(fringe field switching,FFS LCD)。

雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬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，當可作任意之更動與潤飾，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。

10．．．觸控式顯示面板

20．．．液晶顯示面板

21．．．薄膜電晶體基板

23．．．液晶層

25．．．彩色濾光基板

30．．．黏著層

40．．．觸控面板

41．．．基板

43．．．金屬層

45．．．絕緣層

47．．．氧化銦錫層

49．．．保護層

200．．．觸控式顯示面板

210．．．薄膜電晶體基板

210a．．．薄化的薄膜電晶體基板

220．．．液晶層

230．．．彩色濾光基板

230a．．．薄化的彩色濾光基板

232．．．表面

240．．．觸控感測元件

241．．．圖案化透明導電層

241a．．．平面圖案化透明導電層

241b．．．橋接圖案化透明導電層

243．．．金屬層

243a．．．平面金屬層

243b．．．橋接金屬層

245．．．介電層

247．．．保護層

第1圖為一剖面圖，用以說明習知之觸控式顯示面板。

第2A-2D圖為一系列剖面圖，用以說明本發明一實施例之觸控式顯示面板。

第3A-3B圖為一系列剖面圖，用以說明本發明觸控感測元件之結構。

200．．．觸控式顯示面板

210．．．薄膜電晶體基板

220．．．液晶層

230．．．彩色濾光基板

232．．．表面

240．．．觸控感測元件

Claims (10)

1. 一種觸控式顯示面板，包括：一薄膜電晶體基板(TFT substrate)；一彩色濾光基板，相對於該薄膜電晶體基板設置，其中該薄膜電晶體基板及該彩色濾光基板係經對組之後一併薄化，使該薄膜電晶體基板與該彩色濾光基板之厚度各為約0.15~0.30毫米(mm)；一液晶層，設置於該薄膜電晶體基板與該彩色濾光基板之間；以及一觸控感測元件(touch sensor)，直接(directly)形成於該彩色濾光基板之一遠離該液晶層之表面上，其中該觸控感測元件包括一圖案化透明導電層(patterned transparent conducting layer)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控式顯示面板，其中該圖案化透明導電層之材料包括氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)、氧化銦鋅(indium zinc oxide,IZO)、氧化鎘錫(cadmium tin oxide,CTO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide,AZO)、氧化銦錫鋅(indium tin zinc oxide,ITZO)、氧化鋅(zinc oxide)、氧化鎘(cadmium oxide,CdO)、氧化鉿(hafnium oxide,HfO)、氧化銦鎵鋅(indium gallium zinc oxide,InGaZnO)、氧化銦鎵鋅鎂(indium gallium zinc magnesium oxide,InGaZnMgO)、氧化銦鎵鎂(indium gallium magnesium oxide,InGaMgO)或氧化銦鎵鋁(indium gallium aluminum oxide,InGaAlO)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控式顯示面板，其 中該觸控感測元件尚包括一金屬層、一介電層與一保護層。
4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控式顯示面板，其中該圖案化透明導電層包括獨立矩陣或交錯矩陣之結構。
5. 如申請專利範圍第4項所述之觸控式顯示面板，其中具有交錯矩陣結構之該圖案化透明導電層之間，係藉由一橋接(bridge)圖案化透明導電層或一橋接(bridge)金屬層作為電性連接。
6. 如申請專利範圍第1項所述之觸控式顯示面板，其中該觸控感測元件之該圖案化透明導電層係藉由一沉積製程(deposition process)直接形成於該彩色濾光基板之遠離該液晶層之該表面上。
7. 如申請專利範圍第6項所述之觸控式顯示面板，其中該沉積製程包括化學氣相沉積法(chemical vapor deposition,CVD)或物理氣相沉積法(physical vapor deposition,PVD)。
8. 如申請專利範圍第1項所述之觸控式顯示面板，其中該彩色濾光基板與該液晶層之間，尚包括一彩色濾光片與一黑色矩陣。
9. 如申請專利範圍第1項所述之觸控式顯示面板，尚包括：一偏光片(polarizer)，形成於該觸控感測元件之上；以及一玻璃(cover glass)，形成於該偏光片之上。
10. 如申請專利範圍第1項所述之觸控式顯示面板，其中該觸控式顯示面板係應用於平面切換液晶顯示器 (in-plane switching,IPS LCD)或邊緣電場開關液晶顯示器(fringe field switching,FFS LCD)。