TWI575431B

TWI575431B - 觸控裝置及其製造方法

Info

Publication number: TWI575431B
Application number: TW104103455A
Authority: TW
Inventors: 威康梁; 吳湘婷; 巫柏毅; 呂正源
Original assignee: 宸盛光電有限公司
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2017-03-21
Also published as: JP2015197926A; KR101687326B1; KR20150113917A; TW201537428A; CN104951116B; US20150277628A1; CN104951116A; US9746976B2; JP6147288B2; TWM500309U; EP2928079A1; EP2928079B1

Description

觸控裝置及其製造方法

本發明是有關於一種觸控裝置及其製造方法，特別是涉及一種通過雷射蝕刻技術製造的觸控裝置及採用雷射蝕刻技術的製造方法。

觸控技術已廣泛應用於各種電子設備，例如中華民國證書號第I430160號專利，即提出一種觸控螢幕面板及其製造方法。該觸控螢幕面板包含觸控電極、絕緣結構、導電線路等結構，於製作過程中上述結構是分別獨立製作，且各自的製作過程均包含鍍膜、光刻、蝕刻等製程。

然而，此種採用鍍膜、光刻、蝕刻技術進行的製作方法，製程步驟過於繁複，不利於生產速度的提升及成本的降低。

因此，本發明之其中一目的，即在提供一種以簡便製程技術製作且具有優良性能的觸控裝置。

於是，本發明觸控裝置，包含至少一個感應單元，該感應單元包括一基板、多個觸控電極結構及至少一個虛設電極組。該等觸控電極結構相互間隔地設置於該基板同一表面上且彼此電性絕緣。該虛設電極組設置於該基板上且位於相鄰的所述觸控電極結構之間，其凹陷形成一條由其頂面貫穿至該基板的凹溝，並包括多個由該凹溝分隔界定的虛設電極結構，該凹溝在相鄰的該等觸控電極結構之間延伸並形成至少一個彎折。

在一些實施態樣中，該虛設電極組的凹溝的延伸形狀為分段的直線形，且該凹溝的彎折處的角度為銳角。

在一些實施態樣中，該虛設電極組的凹溝的延伸分布形狀為鋸齒狀，且該凹溝形成多個彎折。

在一些實施態樣中，該虛設電極組的凹溝的彎折分別位在鄰近所述觸控電極結構的位置。

在一些實施態樣中，該虛設電極組的凹溝區分為相互連接的一第一溝部及一第二溝部，該第一溝部的彎折位在鄰近所述觸控電極結構的位置，該第二溝部的彎折位在所述觸控電極結構之間。更佳地，該凹溝的第一溝部與第二溝部相互交錯而呈交叉網狀。

在一些實施態樣中，該虛設電極組的凹溝的彎折處呈弧形。

在一些實施態樣中，該虛設電極組的凹溝形成多個彎折，且該凹溝的彎折分別位於鄰近該等觸控電極結構的位置。

在一些實施態樣中，該虛設電極組的凹溝的延伸分布形狀為螺旋狀。

在一些實施態樣中，該凹溝的弧形彎折處的半徑介於50微米至250微米之間。

在一些實施態樣中，該凹溝的寬度介於15微米至40微米之間。

在一些實施態樣中，該等觸控電極結構是分別由一溝槽所界定。

因此，本發明之其中另一目的，即在提供前述觸控裝置的製造方法，該製造方法包含以下步驟：步驟(A)在一基板上製作一結構體；及步驟(B)對該結構體施以雷射蝕刻，使該結構體凹陷形成至少一條凹溝。該凹溝由該結構體的頂面貫穿至該基板，且延伸形成至少一個彎折，並由雷射依照一預定路徑連續不斷地蝕刻而製成。

在一些實施態樣中，在該步驟(A)與該步驟(B)之間或在該步驟(B)之後還包含一步驟(C)：對該結構體施以雷射蝕刻，使該結構體凹陷形成兩條相互間隔的溝槽，該等溝槽分別由該結構體的頂面貫穿至該基板，且分別形成一封閉形狀，而對該結構體界定出兩個觸控電極結構；於步驟(B)該凹溝是形成在所述溝槽之間。

在一些實施態樣中，於該步驟(B)中該凹溝的延伸形狀為分段的直線形，且該凹溝的彎折處的角度為銳角。

在一些實施態樣中，於該步驟(B)中該凹溝的延伸分布形狀為鋸齒狀，且該凹溝形成多個彎折。

在一些實施態樣中，於該步驟(B)中該凹溝的延伸分布形狀為鋸齒狀，且該凹溝形成多個彎折，該凹溝的彎折處分別鄰近界定所述觸控電極結構的溝槽。

在一些實施態樣中，於該步驟(B)中該凹溝區分為相互連接的一第一溝部及一第二溝部，該第一溝部的彎折分別鄰近界定所述觸控電極結構的溝槽，該第二溝部的彎折位在所述溝槽之間。

在一些實施態樣中，於該步驟(B)中各條凹溝的該第一溝部與該第二溝部是由雷射連續地蝕刻而成，且該第一溝部與該第二溝部相互交錯而呈交叉網狀。

在一些實施態樣中，於該步驟(B)該凹溝的彎折處呈弧形。

在一些實施態樣中，於該步驟(B)該凹溝形成多個呈弧形的彎折，且該凹溝的彎折處分別鄰近界定所述觸控電極結構的溝槽。

在一些實施態樣中，於該步驟(B)該凹溝的延伸分布形狀為螺旋狀。

在一些實施態樣中，於步驟(B)該雷射蝕刻的能量介於5瓦至13瓦之間。

在一些實施態樣中，於步驟(B)該雷射蝕刻的深度介於200微米至1000微米之間。

在一些實施態樣中，於步驟(B)該雷射對該結構體進行蝕刻的脈衝時間介於200微秒至1000微秒之間。

本發明之功效在於：本發明的觸控裝置是以雷射蝕刻方式製作，並於虛設電極組上由凹溝分隔為多個區域，具有良好的裝置性能。本發明的製造方法採用雷射蝕刻技術，相較於使用一般光刻、蝕刻製程技術進行結構製作，能有效節省製程步驟、製程時間及成本。此外，本發明的製造方法透過對雷射行進路徑、製程參數的適當設定，能進一步提升通過雷射蝕刻製作觸控裝置或各式裝置的製程效能。

1‧‧‧觸控裝置

2‧‧‧感應單元

21‧‧‧基板

22‧‧‧觸控電極結構

221‧‧‧溝槽

23‧‧‧虛設電極組

230‧‧‧虛設電極結構

231‧‧‧凹溝

232‧‧‧第一溝部

233‧‧‧第二溝部

S01~S03‧‧‧流程步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施例詳細說明中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明本發明觸控裝置的實施例；圖2是一上視示意圖，說明本發明觸控裝置的第一實施例；圖3是沿圖2的III-III方向的側視示意圖；圖4是一流程圖，說明本發明觸控裝置的製造方法；圖5是一上視示意圖，說明第一實施例的觸控裝置的製作過程；圖6是沿圖5的VI-VI方向的側視示意圖；圖7是一上視示意圖，說明延續圖5的製作過程；圖8是沿圖7的VIII-VIII方向的側視示意圖；圖9是一上視示意圖，說明延續圖7的製作過程；圖10是一上視示意圖，說明本發明觸控裝置的第二實施例；圖11是沿圖10的XI-XI方向的側視示意圖；圖12是一上視示意圖，說明第二實施例的觸控裝置的製作過程；圖13是沿圖12的XIII-XIII方向的側視示意圖；圖14是一上視示意圖，說明延續圖12的製作過程；圖15是沿圖14的XV-XV方向的側視示意圖；及圖16是一上視示意圖，說明延續圖14的製作過程。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1至圖3，為本發明觸控裝置1的第一實施例。此處，觸控裝置1是以雙層觸控電極結構為例進行說明，因此觸控裝置1包含兩個相互間隔的感應單元2及一夾設於所述感應單元2之間的粘著層3，所述感應單元2可分別提供對應不同方向(例如X方向及Y方向)的觸控感應信號。然而，在不同實施方式中，觸控裝置1也可以採用單層觸控電極結構，此時觸控裝置1只需要設置單一感應單元2。

感應單元2包括一基板21、多個(此處以兩個為例)觸控電極結構22及至少一個(此處以一個為例，但也可以配合觸控電極結構22而調整為多個)虛設電極組23。基板21具有電絕緣性及透光性，其材料可為乙烯對苯二甲酸酯、聚醚碸、聚丙烯酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚烯丙基、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯、玻璃等，並可由硬質材質或可撓性材質製作。

觸控電極結構22相互間隔地設置於該基板21同一表面上且彼此電性絕緣，用於產生觸控感應信號，其能通過氧化銦錫(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,CdOa、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)、納米銀線、納米碳管、石墨烯等透明導電材質製作。其中，該些觸控電極結構22的結構形狀是分別由此等相互間隔並各自形成封閉形狀(此處為長方形)的溝槽221所界定。值得注意的是，在其他實施方式中，溝槽221的形狀可以根據觸控電極結構22的結構形狀的要求做出相應的改變。另外，溝槽221可以通過化學蝕刻、雷射蝕刻、機械蝕刻等方式形成，且不以特定加工方式為限。

虛設電極組23(dummy electrode set)設置於基板21上且位於所述觸控電極結構22之間，其可以透過相同或不同於觸控電極結構22的材料製作，並包括多個形狀、尺寸相異的虛設電極結構230。虛設電極結構230的作用主要在於電學方面以及光學方面，具體為：

1、電學方面

通過虛設電極結構230的設置，在觸控感應發生時，能增加觸控電極結構22產生的感應電容值，從而增加整體的觸控電容值變化量，進而使得觸控信號容易被後端IC(圖中未示)識別，提高了觸控偵測的精確度。因此，實際生產運用中，虛設電極結構230需要做到一定的尺寸規格才可以達到相應的增加觸控電容值變化量的作用。

然而，如果虛設電極結構230的尺寸規格過大，又容易引發干擾信號，導致觸控操作時產生的誤操作問題，因此在實施上必須針對其尺寸設定適當的規格。

2、光學方面

通過虛設電極結構230的設置，消除了相鄰設置的觸控電極結構22之間的間隔由於不存在相應的材質，而引發的倆者之間的對外界光線折射的差異。因此，實際生產運用中，虛設電極結構230需要做到一定的尺寸規格才可以達到减緩觸控電極結構22在用戶眼中的視覺明顯程度。

然而，如果虛設電極組23的尺寸規格過大，其與相鄰的觸控電極結構22又容易引發短路問題。

綜上，本實施例中，通過將虛設電極組23區分為多個不同區域的虛設電極結構230，以符合其電學方面與光學方面的要求。具體為，虛設電極組23處凹陷形成一條由其頂面貫穿至基板21的凹溝231(也就是圖2、圖5、圖 7、圖9中較粗的黑線處)，凹溝231主要在相鄰的觸控電極結構22之間延伸並形成至少一個(此處以多個為例)彎折，將虛設電極組23區分為多個不同的區域，而分隔界定出尺寸、形狀相異的虛設電極結構230。

本實施例中，根據製作感應單元2過程中的雷射蝕刻製程的性質，該虛設電極組23的凹溝231的基本延伸形狀為分段的直線形(piecewise line)，也就是說凹溝231可由其轉折處區分為多個延伸方向不同的直線線段，且各個直線線段可以彼此相交或不相交，以界定出多種延伸形狀。而在本實施例中，為了要界定適當尺寸規格的虛設電極結構230，基本延伸性質為分段直線形的凹溝231是由兩個重叠交錯的鋸齒狀溝部界定其形狀。由於鋸齒形狀也是由多條分段直線所構成，因此其包含在分段直線形的實施範圍之內。

參閱圖2、圖7、圖9，具體來說，本實施例中，虛設電極組23的凹溝231區分為相互連接的一第一溝部232及一第二溝部233，第一溝部232、第二溝部233的延伸分布形狀各為鋸齒狀，且兩者各自形成多個呈銳角狀的彎折。其中，第一溝部232的銳角彎折處位在鄰近所述觸控電極結構22的位置，而第二溝部233的彎折則位在所述觸控電極結構22之間，其中第一溝部232與第二溝部233形成交叉網狀。據此，虛設電極組23由上述凹溝231的第一溝部232、第二溝部233區分為多個區域而界定出適當尺寸規格的虛設電極結構230後，能讓虛設電極結構230呈現良好的電學特性及光學特性。特別的，當第一溝部232與第二溝部233形成交叉網狀時，虛設電極組23將被區分為多個大小不同，形狀各異的區域，可以破壞外界光線的折射方向或反射方向的一致性，從而使得觸控裝置1獲得一個較好的視覺效果。但是，在不同的實施方式中，第一溝部232與第二溝部233可以配置為不相交，同樣能進行虛設電極結構230的圖案形狀界定。此外，本實施例中，第一溝部232的彎折處為部分地延伸到觸控電極結構22之中，此實施態樣能破壞觸控電極結構22邊緣的一致性，而增進虛設電極結構230所提供的光學效果。但在不同的實施方式中，凹溝231也可以不延伸到觸控電極結構22之中，而不以前述內容為限。

以下參閱圖4至圖9，說明本實施例的觸控裝置1的製造方法。

步驟S01：本步驟要先在基板21上製作一結構體4。本實施例中，該結構體4是單層構造，使用如前述的透明導電材料製作，並可通過各式鍍膜技術進行加工。但在不同的實施方式中，結構體4可以是複合層構造，並包含透明導電層、不透明導電層、絕緣層等構造，能由雷射一次性地進行蝕刻加工。

步驟S02：參閱圖4、圖5、圖6，本步驟是通過雷射蝕刻技術，對結構體4施以雷射蝕刻，使結構體4凹陷形成多個(此處以兩個為例)相互間隔的溝槽221。所述溝槽221分別由結構體4的頂面貫穿至基板21，且分別形成一封閉形狀(此處為長方形)，先在結構體4上界定出兩個用於產生觸控感應信號的觸控電極結構22。

步驟S03：參閱圖4、圖7、圖8、圖9，本步驟是通過雷射蝕刻技術，主要在觸控電極結構22之間的結構體4進行雷射蝕刻，而使虛設電極組23被凹溝231區分為多塊區域後，形成多個虛設電極結構230。本步驟對凹溝231的製作過程，是由雷射依照一預定路徑連續不斷地蝕刻而成。

如圖7，為凹溝231的第一溝部232的製作過程示意。本實施例中，凹溝231的第一溝部232是從對應左邊觸控電極結構22頂側的起始點P1開始，由雷射沿A1方向朝右下方進行蝕刻，並於彎折點P2轉往A2方向朝左蝕刻至彎折點P3，再依序依照A3方向、A4方向、A5方向、A6方向進行蝕刻，且依序在彎折點P4、P5、P6、P7處改變雷射蝕刻的行進方向，而使得第一溝部232形成鋸齒狀延伸。要特別說明的是，此處關於上、下、左、右的方位描述是配合圖式的說明，不代表實際加工過程的方向。此外，根據不同的需要，雷射蝕刻的行進路徑、行進方向、起始點、轉折點都能對應調整，不以此處的說明內容為限。

根據上述的路徑設定方式，本步驟的雷射蝕刻行進路線可以連續進行不中斷，因此能夠節省製程所需的時間。此外，為了達到較佳的製程效果，本實施例是採用波長1064奈米且脈衝時間介於200微秒至1000微秒之間的雷射進行蝕刻，且將蝕刻後的凹溝231的寬度控制在15微米至40微米之間，並將對結構體4的蝕刻深度控制在200微米至1000微米之間。

而且，根據結構體4的材質、厚度不同，雷射的能量可對應進行設定，例如當結構體4的材質為奈米銀時，雷射的較佳蝕刻能量介於5瓦至10瓦之間；當結構體4的材質為銀漿時，雷射的較佳蝕刻能量介於8瓦至13瓦之間。關於上述製程參數的設定，主要是考慮整體加工速度及成品的性能、良率。例如，若凹溝231的寬度小於15微米，則凹溝231兩側的結構體4容易形成短路，而影響觸控裝置1的性能。而蝕刻深度的控制，則反應在製造時間及成品完整性上，若雷射單次蝕刻深度小於200微米，則同處可能需要施以多次蝕刻處理，才能完成凹溝231的製作，而導致製造時間的增加；但如果雷射單次蝕刻深度大於1000微米，則有可能導致蝕刻深度控制不易，在雷射對結構體4進行蝕刻時，產生損傷基板21的風險。

此外，根據雷射加工技術的特性，由於雷射束行進至各個彎折處時，其行進速度必須减緩，所以在彎折處會產生較長的蝕刻時間。因此，本實施例透過適度控制雷射的蝕刻能量及單發雷射脈衝的脈衝時間，能避免雷射在彎折處的因蝕刻時間過長或能量過强，而傷及結構體4底下的基板21。關於基板21的損傷認定標準，由於雷射蝕刻至基板21時會讓基板21表面產生微小氣泡，因此本實施例是以基板21是否產生氣泡或由氣泡的大小認定基板 21是否受損。例如，當氣泡的尺寸小於30微米時，由於該尺寸的氣泡不易由肉眼察覺，因此可以判定為在合格的加工標準內。然而，此處界定的判定標準僅為本實施例的說明，並不以此為限。

另一方面，如圖9，完成上述第一溝部232的製作過程後，前述雷射蝕刻程序還能接續進行，執行第二溝部233的製作。此處，第二溝部233是以第一溝部232完成後的終點P7作為起點，雷射接續地轉往A7方向朝右上方行進至彎折點P8，且隨後沿A8、A9、A10方向，依序在彎折點P9、P10行進，並最後在終點P11處停止，而完成第二溝部233的製作，並將虛設電極組23切分為多個更小的區域。其中，第二溝部233的雷射蝕刻的製程參數與第一溝部232相同，而能達成最佳的製作品質。

要說明的是，本實施例中，由於第一溝部232與第二溝部233有部分位置相交，所以在步驟S03中，相交處的結構體4會受到兩次雷射蝕刻處理。為了避免在第一溝部232、第二溝部233相交處的兩次雷射蝕刻處理傷及該處的基板21，本實施例透過適當的雷射能量、雷射脈衝時間、雷射行進速度的控制，使得結構體4在受到兩次雷射蝕刻後可以完全被清除，且底下的基板21的狀態符合前述的受損判斷標準。

因此，綜合前述S01、S02、S03的製作步驟，本發明通過雷射對結構體4進行蝕刻，可簡便地完成觸控電極結構22及虛設電極組23的圖形界定，相較於一般使用光刻、蝕刻製程的製作方式，可减少製作步驟，節省製程時間及成本。此外，本實施例還通過對雷射蝕刻的路線設定及製程參數設定，讓雷射蝕刻的行進路線可連續進行，並可避免對基板21造成不必要的損傷，因此具有優良的製程功效。

要特別說明的是，本實施例的製作方式雖然是先進行觸控電極結構22的雷射蝕刻程序(步驟S02)，再進行虛設電極組23的雷射蝕刻程序(步驟S03)，但由於上述過程中雷射蝕刻的路徑都是依照一預定路徑而執行，不必然存在執行上的先後關係。因此，在步驟S01後，也可以先執行步驟S03對虛設電極組23進行虛設電極結構230的結構界定，隨後再執行步驟S02界定觸控電極結構22。而另一方面，本實施例雖提出具體詳細的雷射蝕刻行進程序及凹溝231的形狀定義，但上述技術實施都能依需要而對應調整，不以本實施例提出的內容為限。

參閱圖10、圖11、圖14、圖16，為本發明觸控裝置1的第二實施例。此處，虛設電極組23的凹溝231雖然也是主要在觸控電極結構22之間彎折延伸，但其延伸形狀不同於第一實施例。

簡要來說，本實施例中，虛設電極組23的凹溝231的彎折處是呈現弧形，與第一實施例的銳角有所不同。且進一步來說，上述凹溝231的弧形彎折可以呈現為如圖14中第一溝部232的螺旋狀的規則式弧形彎折，或是呈現如圖16中第二溝部233的非規則性的弧形彎折。

以下參閱圖4及相關圖式，說明本實施例的觸控裝置1的製作方法。

步驟S01、S02：參閱圖4、圖12、圖13，此等步驟類似第一實施例，在此不多贅述。

步驟S03：參閱圖4、圖14、圖15、圖16，本步驟是要在結構體4上，製作出由凹溝231區分為多個區域的虛設電極結構230。

首先，參閱14，本實施例製作第一溝部232時，是由左方的觸控電極結構22頂側的起始點R1開始，往B1方向朝彎折點R2以弧形曲線路徑行進，隨後，可依照B2-B12方向，依序通過彎折點R3~R12，最終行進至終點R13，而依照預定的路徑，讓第一溝部232的延伸分布呈現螺旋形狀，並使其彎折處分別鄰近界定所述觸控電極結構22的溝槽221。在此過程中，由於雷射行進於彎折處都以弧形方式前進，此種行進方式較前述第一實施例的銳角直接彎折的方式，能維持較快的雷射行進速度，而减少製程所需的時間。且較佳地，上述彎折處的較佳半徑尺寸介於50微米至250微米之間，若半徑小於50微米，則該彎折處會形成類似銳角的彎折形狀，使得雷射行經此處需减緩速度，且也可能因為减緩行進速度後導致蝕刻時間過長，而傷及底下的基板21。

接著，參閱圖16，完成上述第一溝部232的製作之後，本實施例還連續進行凹溝231的第二溝部233的製作。此處，第二溝部233是從左方的觸控電極結構22底側的起始點R13開始，沿B13方向往右上方彎曲行進至彎折點R14，隨後再由R14依序沿B14、B15方向，於通過彎折點R15後，最終於終點R16停止，而完成非規則狀的第二溝部233的製作。在第二溝部233的製作過程中，雷射行進至各個彎折點時，仍是保持以弧形的方式彎折前進，因此可以保持一定的前進速度，有效控制製程時間並避免對基板21產生損傷。

類似於前述第一實施例，本實施例的步驟S02、S03的執行順序可以視需要而對調，且凹溝231的延伸形狀可視需要而設定為如第一溝部232的螺旋狀或如第二溝部233的非規則彎曲曲線，只要保持在轉折處以弧形方式前進的設定方式即可。

綜合前述兩個實施例，本發明的觸控裝置1是以雷射蝕刻方式製作，並於虛設電極組23上由凹溝231區分為多個區域，具有良好的裝置性能。此外，本發明的製造方法採用雷射蝕刻技術，相較於使用一般光刻、蝕刻製程技術，能有效節省製程步驟、製程時間及成本。進一步來說，本發明的製造方法透過對雷射蝕刻行徑路徑、製程參數的適當設定，能進一步提升通過雷射蝕刻製作觸控裝置1或各式裝置的效能。因此本發明的觸控裝置1及其製作方法，確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。