TWI498801B - 利用雷射雕刻之電容式共平面觸控面板裝置的製造方法 - Google Patents

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Description

利用雷射雕刻之電容式共平面觸控面板裝置的製造方法
本發明是有關電容式共平面觸控面板裝置的製造方法。
電容式觸控面板(Capacitive touch panels)廣泛地用於使用者與電子裝置的互動。特別是透明觸控面板可用於顯示裝置上，使得使用者與顯示裝置互動，例如經由觸碰用以回應顯示裝置上彈出的詢問，經由觸碰用以選擇顯示裝置上選單中的選項，捲動選項清單或提供任意格式的輸入，例如在顯示裝置上畫一個物體，像是以手寫的文字做為輸入的文字。觸控面板例如是用於行動(智慧型)手機、攜帶型媒體播放器、遊戲裝置及其他消費用品，或像是印表機、影印機、掃瞄機等裝置，以及電腦顯示器的使用者介面。如下敘述本發明的觸控面板，也可應用於此些同等的裝置中。
在習知的觸控面板裝置中，具有圖樣化之銦錫氧化物(ITO)層(或其他透明導電層)的觸控感應基板玻璃上具有覆蓋板(cover plate)，此覆蓋板例如為玻璃組成。依據先前技術中觸控 面板裝置的製造方法，可製造具有透明導電層的觸控感應基板玻璃的步驟如下：1.提供一較大的玻璃母板；2.在玻璃母板之至少一側上濺射ITO材料，使其具有一期望的厚度：3.施加一光刻處理(lithography process)至透明導電層上，用以產生圖案化透明導電層，4.將具有圖案化透明導電層的較大的玻璃母板裁切為較小的玻璃基板，較小的玻璃基板具有預定的尺寸可用於特定的應用，像是智慧型手機的觸控螢幕。
步驟3中，原則上可使用其他的方法來產生圖案化透明導電層。然而，現今未有人施加其他的技術，因為都比(標準的)光刻處理更昂貴。
為了使觸控感應裝置更薄且降低整體成本，請參見美國專利公開號US 2010/0097344，已提出在覆蓋板的背面上，整合感應元件的第一層，可稱為「視窗整合型(window integrated type)」觸控面板。背面係定義為覆蓋板非面向使用者的一側。在此配置中，覆蓋板可作用為保護蓋及觸控靈敏感應器的基板。然而，有時會希望使用玻璃型(glass type)覆蓋板，覆蓋板必須在應用於最終的裝置前強化。舉例像是以下為在現今被廣泛使用的玻璃型觸控面板：朝日(Asahi)的升龍(Dragontrail)或康寧(Corning)的大猩猩玻璃(Gorilla Glass)。為了保持/具有玻璃期望的強度，強 化動作應於單片切割(singulation)大玻璃板之後施行，而這將會產生問題。然而，由於強化動作需要高溫，無法於已施加透明導電層的狀態進行。因此，透明導電層必須在切割及強化之後，施加並圖案化於單一玻璃基板上。所產生的問題是，在單一玻璃基板上藉由光刻處理的圖案化太過昂貴。因此，需要提供另一種圖案化的方法。
為解決此問題，本發明提出以下電容式共平面觸控面板裝置的製造方法，至少包括以下動作：a)提供具有第一尺寸的玻璃母板，b)裁切玻璃母板為玻璃基板，玻璃基板具有第二尺寸，第二尺寸小於第一尺寸，c)強化第二尺寸之玻璃基板至期望的硬度，d)在至少一具有第二尺寸之玻璃基板的一側面加上預定厚度的透明導電層，e)在透明導電層上施加雷射雕刻處理，用以提供具有預定圖案的透明導電層，使該至少一玻璃基板具有圖案化透明導電層。
由於破壞脆弱的小尺寸玻璃母板的風險低於光刻法且應用於小螢幕上時更為便宜，施加雷射雕刻於裁切成第二尺寸之玻璃基板上的圖案化透明導電層(例如指定為觸控面板應用的 尺寸)，已被證明是有更佳的效果。
本發明之實施例是關於一種觸控面板裝置，包括視窗板(window plate)背面具有雷射雕刻的圖案化透明導電層，圖案化透明導電層提供觸控靈敏介面區(touch sensitive interface area)。
在另一實施例中，本發明提供一種觸控面板裝置的設備，該設備係做為智慧型手機、平板個人電腦、數位相機、汽車導航系統、數碼多功能光碟/藍光(DVD/blu ray)播放器、遊戲裝置、平板電腦顯示器、印表機、掃描機及影印機其中之一。
1‧‧‧設備
2‧‧‧顯示裝置
3、80、100、103‧‧‧電容式觸控感應器
4‧‧‧裝置控制器
5‧‧‧圖示
6‧‧‧鍵盤
7‧‧‧無線電
8‧‧‧相機
9‧‧‧滾球
10‧‧‧顯示器
12‧‧‧行驅動器
14‧‧‧列驅動器
16‧‧‧顯示控制器
20‧‧‧光源
22‧‧‧背光控制器
30‧‧‧透明觸控面板
34‧‧‧感應控制器
36‧‧‧觸控驅動器
40‧‧‧顯示模組
72‧‧‧第一光學清晰膠層
74‧‧‧第二光學清晰膠層
76‧‧‧第三光學清晰膠層
81‧‧‧第一電極
82‧‧‧第二電極
83‧‧‧玻璃板
90、203‧‧‧顯示裝置
91‧‧‧背光系統
92‧‧‧背板
94‧‧‧前板
96‧‧‧LCD層
98、132‧‧‧偏振片
110‧‧‧第一感應器電極層
112‧‧‧透明導電層
112’‧‧‧非平面透明導電層
112(1)-112(4)、85‧‧‧第一感應元件
120‧‧‧第二感應器電極層
122‧‧‧第二電極
125‧‧‧第二光學透明膠層
130‧‧‧感應介電層
133‧‧‧光學清晰膠
135‧‧‧第一光學透明膠層
140‧‧‧透明視窗板
192‧‧‧背板
194‧‧‧前板
196‧‧‧有機發光材料層
197‧‧‧電極層
201‧‧‧OLED型顯示裝置
202、402‧‧‧前表面
300‧‧‧殼體
421’‧‧‧觸控感應器
423‧‧‧按鍵感應器
425、427‧‧‧側邊
428‧‧‧非透明層
429、429’‧‧‧導電線
441‧‧‧雷射單元
442‧‧‧掃描鏡
443‧‧‧y軸掃描器
444‧‧‧反射鏡
445‧‧‧x軸掃描器
448‧‧‧圖像鏡片
446‧‧‧圖像遮罩
449、449(1)、449(2)、449(3)‧‧‧雷射光束
447‧‧‧玻璃基板
447’‧‧‧非平面玻璃基板
450‧‧‧固定鏡
451‧‧‧圖案
452‧‧‧柱面透鏡
453‧‧‧光束放大單元
454‧‧‧xy座
455、455’‧‧‧遮罩
457‧‧‧鏡片系統
459(1)、459(2)‧‧‧表面部
第1a及1b圖繪示顯示裝置上具有電容式觸控螢幕的裝置。
第2a及2b圖繪示裝置中的電容式觸控感應器與顯示裝置，此裝置係依據先前技術中，圖樣化透明導電層尚未整合至玻璃蓋板中，但已施加至玻璃蓋板下的觸控感應基板玻璃上。
第3a、3b及3c圖繪示視窗整合型之電容式觸控感應器與可替代的顯示裝置的配置。
第4圖繪示電容式觸控感應器與視窗整合型之顯示裝置的再一可替代的配置。
第5圖繪示觸控面板裝置的上視圖，並示意性地指出感應器單元。
第6a及6b圖繪示導電線的一些例子，提供感應器單元與感應器控制器之間的繞線路徑。
第7a至7f圖繪示可用於雷射雕刻法的裝置。
第8圖繪示非平面電容式觸控面板。
第1a及1b圖繪示依據本發明實施例所製造具有圖案化透明導電層(或其它透明導電層)之玻璃覆蓋板的設備1。設備1包括顯示裝置2、電容式觸控感應器3以及裝置控制器4，裝置控制器4用以操作電容式觸控感應器3及顯示裝置2。顯示裝置2及電容式觸控感應器3的配置可作為顯示模組40。
設備1更可包括例如鍵盤6、無線電7、相機8及滾球9，鍵盤6接受使用者的輸入，用以控制設備1，無線電7用以發送及接收訊息，像是語音訊息、文字訊息及/或圖像，相機8用以拍攝影像，滾球9接受使用者更進一步的輸入，用以控制設備1。
設備1可例如為第1a圖所繪示之行動(智慧型)手機、數位相機、汽車導航系統、行動式DVD/藍光播放器、遊戲裝置或其他手持消費產品、平板電腦顯示器或專業的設備，像是印表機、掃描機或影印機。
顯示裝置2包括顯示器10及顯示控制器16，顯示器10包括多數個被像素驅動值所驅動的像素，顯示控制器16用以接收輸入影像中輸入影像像素的色彩輸入值，並驅動具有像素驅動值的顯示器10。顯示控制器16電性連接行驅動器12及列驅動器14，用以依據已知的方法驅動具有像素驅動值之顯示器10 的多數個像素。顯示控制器16可從裝置控制器4接收輸入影像，並使用此輸入影像驅動顯示器10。藉由顯示控制器16，可選擇地產生整體或部分的輸入影像，例如提供測試影像。輸入影像可表示為例如是清單，可以例如一組圖示5顯示在顯示器上。在繪示之實施例中，顯示裝置更包括光源20及背光控制器22。背光控制器22電性連接於顯示控制器16及/或裝置控制器4與光源20。光源20經由背光控制器22所驅動，用以照亮顯示器10。在此例子中，顯示器10為一LCD顯示器。可理解的是，替代的顯示器10可為OLED顯示器，在此情況下係省略光源20及背光控制器22。
電容式觸控感應器3包括透明觸控面板30、感應控制器34及觸控驅動器36。感應控制器34電性連接於觸控驅動器36，觸控驅動器36連接觸控面板30上之電極(未繪示)，用以依據已知的方法操作觸控面板30。尤其，可設置感應控制器34，用以檢測觸控輸入至觸控面板30上的位置。在其他實施例中，感應控制器34可用以檢測觸控面板30是否被觸碰。
顯示器10位於觸控面板30後方，使用者得以透過觸控面板30來觀看顯示器10。當顯示器10以圖示5顯示清單時，使用者可因此觀看到圖示5，並利用手指觸控選擇的圖示或例如利用觸控筆用以選擇圖示。當圖示5代表一應用程式，圖示5被選擇時可啟動處理應用程序，使用者可利用手指或觸控筆輸入資訊至觸控面板30，因此組成與資訊相關的圖像顯示於顯示器10 上。應用程式可例如包括文字處理應用程式。文字處理應用程式可包括字母辨識，用於轉換手寫輸入的字母為格式化的文字。格式化的文字可接著顯示於顯示器上。應用程式可例如包括繪圖應用程式。繪圖應用程式可包括獲得輸入的繪圖元件，像是線條，並顯示此繪圖元件於顯示器上。可理解的是，其他觸控面板30的操作模式以及顯示器裝置2與觸控感應器3之間的配合模式，可作為額外或替代以上所述的模式。
第1b圖所繪示之各個方塊可以各自獨立的硬體單元來實施，但在另一實施例中，各個方塊也可整合至單一的硬體單元，例如顯示控制器16及感應控制器34可整合至一混合控制單元中。
第2a/2b圖繪示習知在設備1中，電容式觸控感應器80與顯示裝置90的配置。第2a/2b圖的裝置中，覆蓋視窗板下有一具有圖案化透明導電層(或其他透明導電層)層的單獨玻璃板。值得注意的是，以下圖案化透明導電層將被稱為“ITO”層112。然而，此層可由本領域習知技藝者所知其它合適的透明導電層所組成，例如，透明導電有機層。
設備1包括殼體300，殼體300具有透明視窗板140覆蓋電容式觸控感應器80，用以保護電容式觸控感應器80，使得使用者可透過透明視窗板140及電容式觸控感應器80觀看顯示器10。透明視窗板140具有介於0.5毫米(mm)與4毫米之間的厚度，在一實施例中透明視窗板140之厚度介於0.5mm與1.5mm 之間，例如0.7mm，包括0.05mm的厚度公差。電容式觸控感應器80包括透明玻璃板83。第一電極81包括多數個第一感應元件85，第一感應元件85設置於玻璃板83上且位於電容式觸控感應器80的正面，例如位於面對透明視窗板140的面上。第二電極82為一單一電極，設置於玻璃板83上且位於電容式觸控感應器80的背面，例如，位於面對顯示裝置90的面上。
第一電極81與第二電極82為透明導電材料所組成，例如ITO。以下將對多數個例如是由圖案化玻璃板83上之ITO層所組成的第一感應元件85有更多詳細的解釋。多數個第一感應元件85及第二電極83經由觸控驅動器36連接感應控制器34(連接未繪示)。感應控制器34係經由使用者於透明視窗板140的觸控輸入，用以決定電容式觸控感應器上的一觸控位置，感應控制器34使用例如是習知的方法，將第一電極81的第一感應元件85與第二電極82耦接至電容式觸控感應器80。第二電極82做為電容式觸控感應器80及顯示裝置90之間的屏蔽，並針對防止操作顯示裝置90或設備1中其他的元件，於電容式觸控感應器80中引起的干擾。
顯示裝置90為一種已知的LCD型顯示器，在此例子中例如包括具有像素之主動矩陣的背板92、前板94、偏振片98、夾於背板92及前板94之間的LCD層96，以及背光系統91。偏振片98設置於顯示裝置90的正面。背光系統91傳送偏振光至背板92。背光系統91可例如包括平行背板92的波導管、設置 在波導管一側的光源以及波導管與背板92之間的輸入偏振片，光源用以發射光至波導管中，輸入偏振片用以傳送偏振光至背板92。
電容式觸控感應器80與顯示裝置90的配置，可稱為一顯示模組。第2圖中習知的顯示模組包括多數個相對厚的光學透明層：透明視窗板140、電容式觸控感應器80的玻璃板83、偏振片98、前板94及背板92。各個光學透明層可能對使用者觀測到的影像之光學品質有不利的影響，尤其是在兩層之間的界面。
在第2a圖中，透明視窗板140及電容式觸控感應器80之間具有一第一小間距，電容式觸控感應器80與顯示裝置90之間具有一第二小間距。繪示此些間距係用以指明透明視窗板140、電容式處控感應器80及顯示裝置90不需層壓(laminate)在一起，但可例如被夾在一起成為緊密接觸或與僅具有邊緣間距。
第2b圖繪示在設備1中，具有類似於先前技術之配置的電容式觸控感應器80以及顯示裝置90的示意圖。相較於第2a圖先前技術中的配置，第2b圖先前技術中的配置在透明視窗板140與電容式觸控感應器80之間包括第一光學清晰膠層(optically clear adhesive layer)72，而不是第2a圖中之第一小間距。第一光學清晰膠層72在透明視窗板140與電容式觸控感應器80之間提供機械與光學接觸。第2b圖先前技術中的配置更包括位於電容式觸控感應器80與顯示裝置90之間的第二光學清晰 膠層74，而不是第2a圖中之第二小間距。第二光學清晰膠層74在電容式觸控感應器80與顯示裝置90之間提供機械及光學接觸。第2b圖更繪示偏振片98與第三光學清晰膠層76層疊至LCD型顯示器的前板94。
依據先前技術中觸控面板裝置的製造方法，產生具有ITO層81的玻璃板83如下：1.提供一較大片的玻璃，2.在玻璃之至少一側上濺射期望厚度的透明導電層材料，如ITO，3.施加一光刻處理於圖案化透明導電層上，提供一較大片的玻璃產生圖案化透明導電層，例如第一感應元件85，4.裁切具有圖案化透明導電層的玻璃母板為較小的玻璃基板，較小的玻璃基板具有期望的尺寸用於特定應用，像是智慧型手機的觸控螢幕。
第3a圖繪示依據視窗整合型之設備1中，電容觸控裝置100與顯示裝置200之配置的示意圖。
設備1包括殼體300，殼體300具有覆蓋電容觸控感應器100的透明視窗板140，用以保護電容觸控感應器100。電容觸控感應器100包括偏振片132，偏振片132形成感應介電層130。透明導電層112包括多數個透明視窗板140上第一感應元件112(1)-112(4)，位於透明視窗板140背面之第一感應電極層110中。第二電極122為一單一電極，位於顯示裝置200之前表 面202上的第二感應電極層120中，更特別的是，在此例子中，第二電極122位於顯示裝置200之前板94的前表面202上。
第二電極122為透明導電材料所組成，例如ITO。在其他實施例中，第二電極122包括薄金屬層，例如金(Cu)或透明導電有機層。多數個第一感應元件112(1)-112(4)及第二電極122經由觸控驅動器36連接至感應控制器34(連接未繪示)。感應控制器34係用以決定觸控輸入至透明視窗板140的位置，使用例如習知的方法將透明導電層112的多數個第一感應元件112(1)-112(4)及第二電極122耦接至電容式觸控感應器100。
感應器控制器34可提供透明導電層112感應電壓波型(sensor voltage waveform)，用以對透明導電層112進行充電及/或放電，提供第二電極122感應電壓波型，用以對第二電極122進行充電及/或放電，在提供透明導電層112感應電壓波型時檢測透明導電層112的充電及/或放電行為，在提供第二電極122感應電壓波型時檢測第二電極122對應的充電及/或放電行為，以及從透明導電層112與第二電極122的充電及/或放電行為的比較，決定觸控輸入的特性。感應控制器可用以從觸控輸入的特性決定觸控輸入至電容觸控感應器100的位置。感應控制器34可用以在提供透明導電層112感應電壓波型時，檢測至少兩個第一感應元件112(1)-112(4)的各個充電及/或放電行為，並從比較第一電極112中至少兩個第一感應元件112(1)-112(4)的充電及/或放電行為與第二電極的充電及/或放電行為中關於觸控輸入的特性，決定觸 控輸入至電容式觸控感應器100的位置。
第二電極122做為電容觸控感應器100與顯示裝置200之間的屏蔽，用以防止經由操作顯示裝置200，電容觸控感應器100所產生的干擾。
顯示裝置200為一種LCD型顯示器，在此例子中，顯示裝置200包括背板92、前板94、LCD層96以及背光系統91，背板92更包括主動像素矩陣，LCD層96夾於背板92與前板94之間的，背光系統91傳送偏振光至背板92。背光系統91可例如包括波導管、光源(第3a圖未繪示)以及輸入偏振片，波導管平行背板92，光源設置於波導管之一側，用以發射光至波導管中，輸入偏振片位於波導管與背板92之間，用以傳送偏振光至背板92，此係本領域之習知技藝者所習知。相較於第2a圖繪示之顯示裝置，顯示裝置200缺少偏振片98，偏振片98的功能係藉由電容觸控感應器100中的感應介電層130來執行。
第3a圖之視窗整合型顯示模組包括光學透明層，相較於第2a圖中顯示模組，光學透明層厚度較小。特別的是，第3a圖中之顯示模組缺少第2a圖中之玻璃板83。因此，第3a圖中之顯示模組可比第2a圖中之顯示模組薄，且第3a圖中之顯示模組相較於第2a圖中之顯示模組可具有改良的影像品質。
可理解的是，第一感應電極層110與感應介電層130可直接接觸，或可替代的如第3a圖繪示分開一小間距。感應介電層130與第二感應電極層120可直接接觸，或可替代的如第3a 圖繪示分開一小間距。
第3b圖繪示設備1中電容觸控感應器100與顯示裝置200之可替代的視窗整合型配置。
第3b圖的配置相似第3a圖，但額外地包括位於具有第一感應電極層110之透明視窗板140與偏振片132之間的第一光學透明膠層135。第一光學透明膠層135可完全地層壓偏振片132至具有第一感應電極層110之透明視窗板140。
第3b圖的配置更包括位於偏振片132以及具有第二感應電極層120之顯示裝置200之間的第二光學透明膠層125。第二光學透明膠層125可完全地層壓偏振片132至具有第二感應電極層120之顯示裝置200。
可理解的是，視窗整合型顯示裝置可被第3c圖中所繪示之OLED型顯示裝置201取代。
第3c圖繪示一設備中電容式觸控感應器100之視窗整合型以及OLED型顯示裝置201的配置。
第3c圖中之電容式觸控感應器100的配置相似於第3b圖所繪示之方式且已敘述於第3b圖，因此不再贅述。
OLED型顯示裝置201包括背板192、前板194、有機發光材料層196以及光學透明電極層197。背板192更包括主動像素矩陣，有機發光材料層196夾於背板192與前板194之間，光學透明電極層197夾於有機發光材料層196與前板194之間。當背板192的主動矩陣驅動電流通過有機發光材料層時，光學透 明電極層197用以發光，此電流係驅動於背板192與電極層197之間。
相較於上述第3a/3b圖中之LCD型顯示裝置200，OLED型顯示裝置201缺少背光系統91，且LCD層96被有機發光材料層196及光學透明電極層197取代。
於此，偏振片132可為圓偏振片。圓偏振片可減少環境光落入OLED型顯示裝置201中並被OLED型顯示裝置201所反射，特別是被背板192所反射。
第4圖繪示視窗整合型觸控面板中，電容式觸控感應器103與顯示裝置203的示意圖。
設備1包括殼體300，殼體300具有透明視窗板140覆蓋電容式觸控感應器103，用以保護電容式觸控感應器103。電容式觸控感應器103包括光學清晰膠(optically clear adhesive,OCA)133，用以形成感應介電層130。透明導電層112包括多數個在透明視窗板140上的第一感應元件112(1)-112(4)，第一感應元件112(1)-112(4)位於透明視窗板140背面的第一感應電極層110中。第二電極122為第二感應電極層120中的單一電極，且位於顯示裝置203之前表面402上。
第二電極122係由透明導電材料組成，例如ITO。在其他實施例中，第二電極122包括薄金屬層，例如金(Cu)或透明導電有機層。多數個第一感應元件112(1)-112(4)與第二電極122經由觸控驅動器36連接至感應控制器34(連接未繪示)。感應控制 器34用以決定觸控輸入至透明視窗板140的位置，使用例如習知的方法將透明導電層112的多數個第一感應元件112(1)-112(4)與第二電極122耦接至電容式觸控感應器103。
顯示裝置203為一種LCD型顯示器，在此例子中，顯示裝置203包括背板92、前板94、LCD層96以及背光系統91，背板92更包括主動像素矩陣，LCD層96夾於背板92與前板94之間。提供偏振片98於顯示裝置203的正面，以及顯示裝置203的前表面402。背光系統91傳送偏振光至背板92。背光系統91可例如包括波導管、光源以及輸入偏振片，波導管平行背板92，光源設置於波導管之一側，用以發射光至波導管中，輸入偏振片位於波導管與背板92之間，用以傳送偏振光至背板92(未繪示)。
可理解的是，在其他實施例中，顯示裝置203可被OLED型顯示裝置取代，其中顯示裝置203的正面具有偏振片98，偏振片98具有顯示裝置203的前表面402。
光學清晰膠133固定顯示裝置203至透明視窗板140。當第一感應電極層110於透明視窗板140的背面，以及第二感應電極層120於顯示裝置203的前表面402上，如第2a/2b圖玻璃板83係沒有必要的。因此第4圖中之顯示模組缺少第2a/2b圖中之玻璃板83。結果，第4圖中之顯示模組可比第2a/2b圖中之顯示模組更薄，且第4圖中之顯示模組相較於第2a/2b圖中之顯示模組，可具有改良的影像品質。
依據第4圖的實施例中，第二電極122係由一種材 料組成，此材料應用於偏振片98，並與此應用有關的處理步驟兼容。在一實施例中，偏振片98為塑膠材料，第二電極122包括ITO層，此ITO層利用低溫ITO沉積處理沉積於偏振片98上。在其他實施例中，偏振片98為塑膠材質，第二電極122包括薄金屬層，例如金，利用例如低溫處理沉積於偏振片98上。再一其他實施例中，偏振片98為塑膠材質，第二電極122包括透明導電有機層，利用例如旋塗處理(spincoating process)沉積於偏振片98上。
第4圖中，小間距係繪示於光學清晰膠133與第一感應電極層110之間，以及光學清晰膠133與第二感應電極層120之間。可理解的是，當光學清晰膠133的膠為雙面時，間距僅繪示以清楚指出第一及第二電極層110、120，並不提供用於光學清晰膠133本身。
值得注意的是，第二電極122可置於顯示裝置203中的其他位置上。
雖然於上述例子係為LCD與OLED型的顯示面板，一般來說顯示器類型可基於任何扭轉向列型顯示(twisted nematic,TN effect)技術、橫向電場效應顯示(in-plane switching,IPS)技術、主動式矩陣有機發光顯示器(active-matrix OLED,AMOLED)技術、先進邊界電場切換(advanced fringe field switching,AFFS)技術、垂直排列配向(vertical alignment,VA)技術或藍相液晶(blue phase mode)技術而製成。
第5圖繪示觸控面板裝置之一實施例的上視圖，其觸控面板裝置的感應胞為清晰可見的(於實際中並沒有)。此圖為示意圖且感應胞的尺寸並非正確的比例。第5圖繪示係為具有93個透明導電層112(以陣列方式排列)並有三個額外的按鍵感應器423的觸控面板裝置之實施例。此93個透明導電層112位於行、列中交錯排列，而其排列方向係可由透明導電層112其橫截面相對於觸控面板裝置的側邊425、427所夾角度得知，例如相對於側邊425、427均為45°。此配置亦稱為「菱形」配置。
觸控面板裝置可具有非透明層428，非透明層428設置於視窗板140之下，亦稱為「黑色層」，例如具有介於1μm與10μm之間的厚度。其具有雙重功能：提供裝置具有吸引力的外觀(例如視窗側板)，但亦可用以隱藏元件/組成被使用者見到。後者可應用於透明導電層112與感應控制器34之間的導電繞線路徑，如下文將參照第6b圖做更進一步的說明。
透明導電層112是用於感應例如是手指或觸控筆之物體的觸控或移動(手勢)，並藉由觸控或移動發送對應的感應訊號至感應控制器34。按鍵感應器423僅用於感應物體之觸控並發送對應的感應訊號至感應控制器34。所有的感應器均來自單一ITO層，將由以下更進一步的細節來說明。
所有透明導電層112通過導電線429連接感應控制器34。如第6a圖所繪示，導電線429可設置於透明導電層112之間，例如在第6a圖之實施例中，繞線路徑係位於各菱形感應器 之間的間隙。導電線的最小尺寸可為15μm寬，導電線429之間的間隙為8-10μm。值得注意的是，此圖案結構並不需要任何額外的聯繫橋樑或隔離層，因此可於單一ITO圖案化的動作中輕易的製造。
按鍵感應器423以相似的方法(未繪示)連接至感應控制器34。從透明導電層112、423到圖案化ITO層的邊緣，至感應控制器34之導電線429的金屬化是不需要的。
如第6b圖所繪示之另一實施例中，導電線可位於觸控面板裝置外側，例如盡可能地位於非透明(或黑色)層428之下。如圖所示，導電線429僅出現於透明導電層112之間必要之處。在此實施例中，導電線可製造成兩種不同的部分，例如位於透明導電層112之間的導電線429之第一部分，與位於觸控面板裝置外側以及非透明層428之下的導電線429’之第二部分，例如是手指/觸控筆等無法觸控或移動的區域。導電線429’的第二部分可至少部分地包括具有非常低電阻的合適金屬，例如金、鈮(Nb)、鋁。若是如此，那麼透明導電層112與感應控制器34之間大部分的導電線具有非常低的電阻，使得透明導電層112之間的導電線429的電阻不需要太高，且導電線的ITO層可被製造的更薄。因為感應區域本身亦可由更薄的透明導電層112製成，此將提升使用者的能見度。
於處理之後，ITO的需求係具有高度的可見光傳送與最低的ITO電阻。以下表格提供了一些透明導電層112、第二 電極122可能的數字。此些數字僅作為例子，而非限制本發明。
大致上，圖案化透明導電層112可具有介於1000Å與2000Å之間的厚度，其中第二電極122可具有介於50Å與200Å之間的厚度。
所述之裝置為一種分離式的電容式共平面觸控板裝置。舉例來說，其可用於3.5吋顯示模組的一部分。觸控面板層為充分的層壓於顯示器層上。其提供了絕佳的人性化介面於手機的應用中，例如是手持式智慧型手機。
如繪示之共平面觸控面板裝置，利用差動電容測量法與共平面觸控感應面板組合。此技術可承受高串聯電阻，利用薄ITO達到極佳的光傳輸。共平面技術應用於標準的被動式LCD顯示面板處理技術，例如不需要額外的(金屬)橋樑，反而提高了光學性能。可並行測量共平面觸控面板的所有透明導電層112，使得多點觸控應用更容易實施。此種同時並行讀取所有感應器的方式，降低了(一般模式下)雜訊的問題。
共平面觸控為一高性能技術，可用於顯示尺寸高達約10吋的可攜式應用裝置中，像是用於智慧型手機及個人平板電腦中。可用較低的解析度來支持較大顯示尺寸的顯示裝置。共平面觸控技術具有優良的雜訊抗擾性與訊雜比的性能。由於單層感應結構、缺少橋樑及隔離層，顯示器具有最小的光學性能削減。由於平行感應，延遲的時間很短暫，且週期頻率可程式化(例如從4Hz至153Hz)。這樣的構成要素是極佳的因為可實現最小的邊界距離。為了達到最佳的靈敏度，在一實施例中選擇一個完整的層壓模組堆疊。共平面電容式觸控面板被設計用於(多)手指輸入，但亦可使用電容式觸控筆。客戶及/或終端使用者並不需要進行校準步驟，硬體架構已準備好使用者介面規格的整合。
感應控制器34的檢測電路測量各面板透明導電層112之間的電容變化，以及所有面板透明導電層112的平均電容。此檢測電路係基於電荷的差異進行測量。應用觸控感應演算法前，感測靈敏度的變化及感應器電路的輸出偏移電壓係為以數位的方式互相補償。觸控面板透明導電層112及參考值(例如所有透明導電層112的平均值)之間電容的差異，係以平行測量而非依序掃描透明導電層112，因而減少了相關的雜訊問題。感應器的差異產生一個輸出電壓，並藉由類比數位轉換器(analogue digital converter,ADC)轉換成數位訊號。電容量測所需的時間係取決於一時間常數，此時間常數是有關於透明導電層112的電容與連接導電線的內部連接電阻。
為了於視窗板140的背面製造具有圖案化之透明導電層112，可如先前技術使用一種光刻處理。然而，通常希望使用玻璃型的視窗板140，視窗板140必須在應用於最終的裝置前強化。舉例來說，可應用以下的玻璃類型：朝日(Asahi)的升龍(Dragontrail)或康寧(Corning)的大猩猩玻璃(Gorilla Glass)。為了保持/具有玻璃期望的強度，強化動作應於單片切割大玻璃板之後施行，而這可能會產生問題。由於強化需要高溫，無法於已施加透明導電層的狀態進行，ITO層必須施加並圖案化於單一玻璃基板。所產生的問題是，於單一玻璃基板上藉由光刻處理進行圖案化太過昂貴。因此，需要提供其他圖案化的方法。
為了解決此問題，本發明提出了以下方法改變製造流程：a)提供一較大片的玻璃母板；b)裁切較大片的玻璃母板為較小的玻璃基板，較小的玻璃基板具有期望的尺寸用於特定應用，像是智慧型手機的螢幕；c)強化較小的玻璃基板至期望的硬度；d)透過例如是濺射(sputtering)的方法，施加具有期望厚度的透明導電材料至強化的玻璃基板上；e)在透明導電層上施加雷射雕刻處理，用以提供圖案化透明導電層112及導電線429、429’。
若非透明層428設置於玻璃及透明導電層之間，動作d)及e)可包括以下的步驟： d1)施加任何已知技術中合適的非透明層至強化玻璃基板的下部。現今係藉由直接印刷技術，將非透明層428直接提供至期望的圖案中；d2)可選擇地施加透明塗層至玻璃基板的下部，此透明塗層係覆蓋非透明層428，以及玻璃基板下部未被非透明層428覆蓋的區域；d3)藉由使用例如是遮罩技術，可選擇地施加導電金屬層於非透明層428之下。若已進行步驟d2，則導電金屬層接觸塗層材料；d4)藉由例如是濺射(sputtering)的方法，施加具有期望厚度的透明導電材料至玻璃基板的下部。若僅進行步驟d1，則透明導電材料係接觸非透明層及玻璃基板的下部。若已進行步驟d2，則透明導電材料係接觸透明塗層。若已進行步驟d3，則透明導電材料係接觸施加導電金屬層的位置；e’)施加雷射雕刻處理至透明導電層上，用以提供圖案化透明導電層112及導電線429、429’，使得導電線429’位於非透明層之下，這對於使用者來說是不可見的。若已進行步驟d3，則非透明層428下的導電金屬層將被圖案化，形成具有如導電線429’的圖案；更進一步的，可選擇地進行以下步驟：f)施加一種組合的塗層，用以保護例如是ITO的透明導電層，或是使ITO對於使用者的可見度更低。
此些製造的產物因此可被稱為「圖案化玻璃基板」。
為了完成視窗整合型的觸控板裝置，施加此圖案化玻璃基板至顯示裝置上，例如，依據以下步驟：‧提供顯示裝置200、201、203；‧提供第二感應電極層120於顯示裝置200、201、203的前表面202、402上；‧提供感應介電層130至第二感應電極層120上；‧提供圖案化玻璃基板至感應介電層130上。
如上所述，可提供一小間隙(第3a圖)，或可選擇地提供光學透明膠層125(第3b及3c圖)於第二感應電極層120與感應介電層130之間。相似地，可提供一小間隙(第3a圖)，或可選擇地提供光學透明膠層125(第3b及3c圖)於圖案化透明導電層112與感應介電層130之間。
由於破壞脆弱的小尺寸玻璃基板的風險低於光刻法且應用於小螢幕上時更為便宜，施加雷射雕刻於被裁切為較小尺寸之玻璃基板上的圖案化透明導電層112已被證明是有更佳的效果。
第7a至7f圖繪示可用於雷射雕刻方法中的裝置。此裝置係參照雷射雕刻的ITO層與提供雷射雕刻的圖案化ITO層。然而，如前所述，ITO層可被取代為任何合適的透明導電層。
第7a及7b圖繪示可用於直接加工(direct-write)法的裝置，而第7c至7f圖繪示基於光罩式投影(mask-proiection)法的 裝置。
第7a圖中的裝置，包括雷射單元441，用以產生雷射光束449。雷射光束具有預定的波長，適用於經濺射(或施加其他方法)至玻璃基板上後局部地移除ITO。此合適的波長係於157nm與1064nm的範圍之間，例如為355nm。
此裝置包括兩個光束偏折裝置，例如一y軸掃描器443與一x軸掃描器445。y軸掃描器443例如提供鏡像控制，像是偏折光束449於y方向，而x軸掃描器445例如提供鏡像控制，像是偏折光束449於x方向。為了直接加工一期望的圖案451於ITO層中，x軸掃描器445與y軸掃描器443共同控制雷射光束449撞擊至玻璃基板447上之ITO的一位置，並局部地雕刻ITO層。
雷射單元441、y軸掃描器443及x軸掃描器445連接處理器(未繪示)，處理器藉由合適的電腦程式操作並儲存於記憶體中，用以控制雷射光束449於ITO層中加工期望的圖案。
第7b圖繪示相似於第7a圖的步驟。藉由雷射單元441產生的雷射光束449可由圖像遮罩446調整。調整後產生的雷射光束撞擊至反射鏡444，其方向係由例如是第7a圖中之實施例，藉由合適的處理器控制。控制反射鏡444可轉至一第一平面與一第二平面，第二平面垂直於第一平面，使藉由反射鏡444反射的雷射光束，可在兩個垂直的方向中移動。因此，反射鏡444可更進一步地藉由圖像鏡片448的調整，使用雷射光束加工任何 在玻璃基板447上之ITO層中期望的圖案451。例如是通過由合適的電腦程式來操作之處理器來執行，並儲存至記憶體中，用以控制反射鏡的轉動，使得雷射光束449加工透明導電層中期望的圖案。
第7c圖繪示雷射雕刻可另外藉由光罩式投影施行的方法。可施行如光罩式投影方法的裝置，包括雷射單元441，雷射單元441引導雷射光束449朝向一光束放大單元453，例如產生一放大雷射光束449(1)。光束放大單元453包括均勻化光學元件，用以均勻化放大雷射光束449(1)。
放大雷射光束449(1)導向遮罩455，遮罩455具有期望的圖案451，且僅設計用以發送部分的放大雷射光束449(1)，產生一遮蔽的雷射光束449(2)，遮蔽的雷射光束449(2)係依據玻璃基板447上ITO層中期望的圖案451所產生。遮蔽的雷射光束449(2)可通過圖像鏡片系統457，用以自遮蔽的雷射光束449(2)產生圖案雷射光束449(3)，使得ITO依據期望的圖案局部被雷射雕刻。
第7d圖繪示可替代的雷射雕刻步驟，其係基於與移動掃描鏡442組合的光罩式投影方法。於此，藉由雷射單元441產生雷射光束449具有至少對應遮罩455上之圖案的寬度。雷射光束449撞擊至掃描鏡442上，掃描鏡442藉由合適的驅動裝置使其移動，例如造成雷射光束449掃描遮罩455上的圖案並產生遮蔽的雷射光束449(2)。遮蔽的雷射光束449(2)係依據玻璃基板 447上之透明導電層中期望的圖案451而產生。遮蔽的雷射光束449(2)可通過設計圖案鏡片系統457，用以自雷射光束449(2)產生圖案雷射光束449(3)，使得ITO依據期望的圖案被局部地雷射雕刻。此配置可包括合適的處理器，處理器連接驅動掃描鏡442的驅動裝置，並產生合適的控制訊號用於驅動裝置。處理器於合適的電腦程式下操作，並儲存至記憶體中。
第7e圖繪示第7d圖中步驟的一變化實施例。第7e圖中的步驟使用固定鏡450而不是掃描鏡442，用以接收雷射光束449，在此實施例中，雷射光束449不具有與遮罩455上之圖像一樣的寬度。因此，固定鏡450僅反射雷射光束449於遮罩455的部分圖像上。為了使玻璃基板447上ITO層的遮罩455的整體圖像全部顯像，遮罩455與玻璃基板447均藉由合適的驅動裝置驅動，使其可移動於兩個互相垂直的方向中。據此，具有ITO層的玻璃基板447可藉由一xy座454支撐。控制驅動裝置，當遮罩455於一第一方向(例如沿x軸)移動時，具有玻璃基板447的xy座454於一相反的方向(亦沿x軸)移動，當遮罩455於垂直第一方向的第二方向(例如沿y軸)移動時，具有玻璃基板447的xy座454於一相反的方向(亦沿y軸)移動。此配置可包括合適的處理器連接驅動裝置，並產生合適的控制訊號用於此些驅動裝置。處理器係於合適的電腦程式下操作，並儲存至記憶體中。
第7f圖繪示基於接觸遮罩處理的一種遮罩的方法。可使用任何期望的接觸遮罩來處理。於此繪示包括反射鏡444 反射雷射光束449至柱面透鏡452上。經由柱面透鏡452產生的雷射光束被導向具有期望圖像的接觸遮罩455’，並於使用時，接觸玻璃基板447上之ITO層。雷射光束的寬度可與遮罩455’上之整體圖案的寬度一樣。然而，在另一實施例中，雷射光束可小於遮罩455’上之整體圖案，使得反射鏡444可被驅動，用以使雷射光束橫跨遮罩455’上的整體圖案進行加工。
顯然地，對本領域之習知技藝者而言，於第7a至7f圖中的例子並非提供做為全部的例子。任何配置可用於達到提供玻璃基板447上圖案化透明導電層ITO(或其他透明導電)層中雷射雕刻圖案期望效果的特徵組合，皆為本發明之範疇。
當施加上述的方法進行雷射雕刻，不只符合成本效益，更提供施加非平面透明導電層112’至非平面的玻璃板447’的選擇。於第8圖中繪示一個具有非平面透明導電層112’的非平面玻璃基板447’。藉由雷射雕刻圖案化非平面透明導電層112’使其具有預定圖案，例如利用第7a至7f圖中繪示之裝置的其中之一。與感應有關之透明導電層112’的部分圖案可為「菱形」。然而，也可施加任何其他期望的圖案。
具有非平面透明導電層112’的非平面玻璃基板447’係為非平面觸控板裝置的一部分，非平面觸控板裝置本質上可具有相同於第3a至4圖中之任一所繪示的元件，但具有相配於玻璃板447’所繪示的形狀。
如圖所示，玻璃基板447’以及其表面上圖案化之透 明導電層的大小可具有較大的表面積，大約介於玻璃基板總表面的70-90%之間，並具有相對小的曲率。兩個較小的表面部459(1)、459(2)，上至最大值為總玻璃基板表面的30%，並呈帶狀的在裝置的縱向方向上延伸，較小的表面部相對於較大的部分傾斜，充當裝置的邊緣。較小的表面部459(1)、459(2)可提供一系列的觸控感應器421’，觸控感應器421’適當地連接感應控制器34。接著可程式化感應控制器34，當使用者沿感應器421’的表面揮動像是使用者的手指或觸控筆的物件，此動作將被判定為一個指令，用以執行顯示於觸控板上之畫面的滾動操作。
第8圖中繪示的形狀為一種但並非唯一可製造的形狀。其他三維形狀同樣是可能的，舉例來說，當從上方俯視，玻璃基板的形狀可為一種如香蕉或蘋果等水果的形狀。
當應用具有彎曲且非平面圖案化透明導電層112’之彎曲的非平面玻璃基板447’，如第3a-4圖中所繪示之觸控板中的其他所有層，亦將成為非平面並具有匹配玻璃基板447’之曲率的形狀。
可理解的是，依據本發明之觸控板可具有多於圖式中繪示的層疊。舉例來說，面對使用者之視窗板140的正面，可具有抗污/抗指紋塗層。此塗層本身於先前技術中是已知的，並不需詳細的探討，目的係用以減少污垢，例如使用者留下的指紋黏著在觸控螢幕的表面上造成的負面視覺影響。可使用任何可達到此目的塗層。抗污/抗指紋塗層的底下可施加一層抗反射塗層。任 何已知的合適材料可應用於此。
依據本發明所製造的觸控板裝置，舉例來說，可為智慧型手機或平板個人電腦。
三維度形狀的玻璃物體可從GP Innovation GmbH公司取得，此公司提供所有幾何形狀的玻璃基板模型，其玻璃基板模型具有熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion,CTE)介於3.2至9.0μm/m*K之間，玻璃基板尺寸上至20吋*33吋，厚度介於0.3mm至40mm之間。合適的玻璃類型為蘇打石灰鈉浮式玻璃(Soda Lime Float Glass)、浮法硼矽玻璃(Borofloat 33)(首德(Schott))、大猩猩玻璃(康寧)及麻生太郎(aso)。
於上述說明書中在多個地方提到“控制器”或“處理器”，可理解的是，此些控制器/處理器依期望的技術設計，例如，模擬或數位或兩者的組合。一個合適的實施例係為軟體控制處理器，此軟體儲存於觸控板裝置中合適的記憶體中，並連接處理器/控制器。記憶體可設置於任何所知合適的記憶體(RAM,Random Access Memory)或唯讀記憶體(ROM,read only memory)的形式中。部分的軟體為可嵌入的。部分的軟體可儲存為可更新的，例如藉由伺服器無線控制，於雲端(air)定期發送更新。
可理解的是，本發明係受限於所依附的請求項，以及其技術的同等物。在此文件及其請求項中，該動詞「包括」及其連接詞係用於非限定以下的項目，但不排除未特別提及的項目。此外，藉由“一”稱一元件，除非上下文清楚地要求，具有一 個且只有一個元素，“一”並不排除存在一個以上的元素的可能性。“一”因此通常指的是“至少一個”。
441‧‧‧雷射單元
443‧‧‧y軸掃描器
445‧‧‧x軸掃描器
447‧‧‧玻璃基板
449‧‧‧雷射光束
451‧‧‧圖案

Claims (8)

  1. 一種電容式共平面觸控面板裝置的製造方法，包括以下步驟：a)提供具有一第一尺寸的一玻璃母板；b)裁切該玻璃母板為具有一第二尺寸之玻璃基板，該些玻璃基板之該第二尺寸小於該玻璃母板之該第一尺寸；c)強化具有該第二尺寸之該些玻璃基板至一預設的硬度；d)在至少一具有該第二尺寸之該些玻璃基板的一側面形成具有預定厚度的一透明導電層；e)利用一雷射雕刻處理程序於該透明導電層上，用以形成具有一預定圖案的該透明導電層，因此，該至少一玻璃基板係具有一圖案化透明導電層，其中該圖案化透明導電層包括一感應元件及複數條導電線，該些導電線用以提供該感應元件及一感應控制器之間的繞線路徑，每一該些導電線的寬度大於或等於15μm，且該些導電線之間的間隙寬度介於8μm至10μm之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該玻璃母板的厚度介於0.5mm至4mm之間，其厚度公差為0.05mm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該透明導電層包括一第一透明導電層，該玻璃母板及該第一透明導電層均為非平面。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之製造方法，其中該第一透明 導電層的厚度介於1000Å至2000Å之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該雷射雕刻處理包括使用一直接加工法或一光罩式投影法。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，包括在加上該透明導電層之前，施加一金屬導電層於該非透明邊框區上，使該金屬導電層在步驟e)中與該透明導電層一起雷射雕刻，用以在該非透明邊框區的外側區中提供導電繞線路徑。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該圖案化透明導電層係由銦錫氧化物及一透明導電有機材料其中之一所組成。
  8. 一種觸控面板裝置，包括一視窗板，該視窗板之背面具有一圖案化透明導電層，該圖案化透明導電層包括一感應元件及複數條導電線，並利用一雷射雕刻處理程序形成一預定圖案，以提供一觸控感應介面區，其中該些導電線用以提供該感應元件及一感應控制器之間的繞線路徑，每一該些導電線的寬度大於或等於15μm，且該些導電線之間的間隙寬度介於8μm至10μm之間。
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