TWI746093B - 三維感測模組及其製造方法及電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種三維感測模組包含觸控壓感結構。觸控壓感結構包含第一功能隔層、塗佈於第一功能隔層上的第一透光電極層、塗佈於第一透光電極層上的第二功能隔層、塗佈於第二功能隔層上的第二透光電極層以及塗佈於第二透光電極層上的第三功能隔層。第一、第二與第三功能隔層的電阻率大於第一與第二透光電極層的電阻率。

Description

三維感測模組及其製造方法及電子裝置

本發明是有關於一種三維感測模組及其製造方法及電子裝置。

隨著觸控模組的多元發展，其已成熟應用在工業電子以及消費電子產品上。從對於確定屏體表面上的觸控點的二維位置(例如，X軸方向及Y軸方向)的需求，進展至對於感知施加於屏體表面(例如，Z軸方向)的力量變化帶來的力量參數需求。甚至，配合可撓性面板的應用需求將不可避免。

然而，現有業者所提出之習知技術在觸控模組所搭載的壓力感測器存在以下問題：(1) X-Y-Z三軸電極無法同時具備撓性特質而無法達到可撓性總成之用；以及(2) 僅局部區域具有Z軸感測功能。

因此，如何提出一種可解決上述問題的三維感測模組，是目前業界亟欲投入研發資源解決的問題之一。

有鑑於此，本發明之一目的在於提出一種可有解決上述問題的三維感測模組。

為了達到上述目的，依據本發明之一實施方式，一種三維感測模組包含觸控壓感結構。觸控壓感結構包含第一功能隔層、第一透光電極層、第二功能隔層、第二透光電極層以及第三功能隔層。第一透光電極層塗佈於第一功能隔層上。第二功能隔層塗佈於第一透光電極層上。第二透光電極層塗佈於第二功能隔層上。第三功能隔層塗佈於第二透光電極層上。第一功能隔層、第二功能隔層與第三功能隔層的電阻率大於第一透光電極層與第二透光電極層的電阻率。

於本發明的一或多個實施方式中，觸控壓感結構進一步包含第一可撓性觸控電極層以及第二可撓性觸控電極層。第一功能隔層塗佈於第一可撓性觸控電極層上。第二可撓性觸控電極層塗佈於第三功能隔層上。三維感測模組進一步包含可撓性蓋板。可撓性蓋板設置於第二可撓性觸控電極層上。

於本發明的一或多個實施方式中，三維感測模組進一步包含控制器。控制器配置以經由第一可撓性觸控電極層與第二可撓性觸控電極層偵測觸控位置訊號以及壓感訊號。

於本發明的一或多個實施方式中，第一可撓性觸控電極層、第一透光電極層、第二透光電極層與第二可撓性觸控電極層中之至少一者為奈米銀線電極層。

於本發明的一或多個實施方式中，第一可撓性觸控電極層與第二可撓性觸控電極層具有1 Ops至150 Ops之電阻率。第一透光電極層與第二透光電極層具有150 Ops至500 Ops之電阻率。第二功能隔層具有500 Ops至1000 Ops之電阻率。第一功能隔層與第三功能隔層具有800 Ops至1200 Ops之電阻率。

於本發明的一或多個實施方式中，第一功能隔層與第三功能隔層具有實質上相同的厚度。

於本發明的一或多個實施方式中，第二功能隔層的厚度小於第一功能隔層與第三功能隔層中之至少一者的厚度。

於本發明的一或多個實施方式中，第二功能隔層的厚度為30 nm至100 nm。第一功能隔層與第三功能隔層的厚度為400 nm至1200 nm。

於本發明的一或多個實施方式中，第一透光電極層與第二透光電極層各包含複數個電極區塊。電極區塊彼此分離。

於本發明的一或多個實施方式中，第一功能隔層、第二功能隔層與第三功能隔層中之至少一者為摻雜低濃度之奈米銀線之基質層。

為了達到上述目的，依據本發明之一實施方式，一種電子裝置包含前述三維感測模組以及顯示模組。顯示模組設置於三維感測模組下方。

為了達到上述目的，依據本發明之一實施方式，一種三維感測模組製造方法包含：形成第一可撓性觸控電極層；塗佈透光力敏複合層於第一可撓性觸控電極層上，其中透光力敏複合層包含至少一透光電極層以及至少一功能隔層，透光電極層之電阻率係小於功能隔層之電阻率；以及塗佈第二可撓性觸控電極層於透光力敏複合層上。

於本發明的一或多個實施方式中，塗佈透光力敏複合層之步驟包含：塗佈第一功能隔層於第一可撓性觸控電極層上；塗佈第一透光電極層於第一功能隔層上；塗佈第二功能隔層於第一透光電極層上；塗佈第二透光電極層於第二功能隔層上；以及塗佈第三功能隔層於第二透光電極層上。

綜上所述，於本發明的三維感測模組中，觸控壓感結構係由兩可撓性觸控電極層以及堆疊於其間的透光力敏複合層所構成，藉以同時提供二維(例如，X軸方向及Y軸方向)的觸控位置訊號以及第三維(例如，Z軸方向的壓感訊號。本發明的三維感測模組可以僅藉由多道塗佈製程即簡單完成。因此，相較於習知需將觸控模組與顯示模組分開製作再進行膠合的繁雜作法，本發明的三維感測模組的製造過程可完全省去貼合膠的使用，因此可減少多道膠合製程以及貼合膠的厚度，從而讓本發明的三維感測模組實現了薄形化設計。

以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

請參照第1圖以及第2圖。第1圖為繪示根據本發明一實施方式之電子裝置100的示意圖。第2圖為繪示第1圖中之電子裝置100的部分元件的局部立體圖。如第1圖與第2圖所示，本實施方式的電子裝置100係以觸控顯示裝置為例，其包含三維感測模組110以及顯示模組120。顯示模組120設置於三維感測模組110下方。

具體來說，三維感測模組110包含觸控壓感結構111以及可撓性蓋板112。觸控壓感結構111包含第一可撓性觸控電極層111a1、第二可撓性觸控電極層111a2以及位於第一可撓性觸控電極層111a1與第二可撓性觸控電極層111a2之間的透光力敏複合層111b。透光力敏複合層111b包含第一功能隔層111b11、第一透光電極層111b21、第二功能隔層111b12、第二透光電極層111b22以及第三功能隔層111b13。第一功能隔層111b11塗佈於第一可撓性觸控電極層111a1上。第一透光電極層111b21塗佈於第一功能隔層111b11上。第二功能隔層111b12塗佈於第一透光電極層111b21上。第二透光電極層111b22塗佈於第二功能隔層111b12上。第三功能隔層111b13塗佈於第二透光電極層111b22上。第一功能隔層111b11、第二功能隔層111b12與第三功能隔層111b13的電阻率大於第一透光電極層111b21與第二透光電極層111b22的電阻率。第二可撓性觸控電極層111a2塗佈於第三功能隔層111b13上。可撓性蓋板112設置於第二可撓性觸控電極層111a2上。

於一些實施方式中，可撓性蓋板112的材料包含可撓性高分子材料。舉例來說，可撓性高分子材料包含無色聚醯亞胺(Colorless Polyimide, PI)，但本發明並不以此為限。

如第1圖所示，三維感測模組110進一步包含控制器113。控制器113電性連接至第一可撓性觸控電極層111a1與第二可撓性觸控電極層111a2。如第2圖所示，第一可撓性觸控電極層111a1與第二可撓性觸控電極層111a2皆為圖案化之後的電極層，且其圖案僅為示意，並非用以限制本發明的範疇。控制器113經由第一可撓性觸控電極層111a1與第二可撓性觸控電極層111a2偵測觸控位置訊號的原理在此恕不深入介紹，可參考現有相關技術。

於一些實施方式中，第一可撓性觸控電極層111a1、第一透光電極層111b21、第二透光電極層111b22與第二可撓性觸控電極層111a2中之至少一者可以是奈米銀線(silver nano wires, SNW；又稱AgNW)電極層、金屬網格或包含氧化銦錫(ITO)電極層所組成，但本發明並不以此為限。

於一些實施方式中，透光力敏複合層111b具有大於85%之光學穿透度以及低於3%之霧度。為了使透光力敏複合層111b符合前述光學穿透度與霧度之要求，於一些實施方式中，第一透光電極層111b21與第二透光電極層111b22中之至少一者為奈米銀線電極層。

請參照第3A圖，其為繪示第1圖中之透光力敏複合層111b未被按壓時的局部放大圖。如第3A圖所示，第一透光電極層111b21與第二透光電極層111b22各包含基質和摻雜於其內之奈米銀線。奈米銀線於基質中相互搭接形成導電網路。基質是指含奈米銀線的溶液在經過塗佈與加熱烘乾等製程所形成的非奈米銀線物質。奈米銀線散佈或嵌入於基質中，且部分地從基質中突出。基質可以保護奈米銀線免受腐蝕、磨損等外界環境的影響。於一些實施方式中，基質係可壓縮的。

於一些實施方式中，奈米銀線的線長為約10 μm至約300 μm。於一些實施方式中，奈米銀線的線徑(或線寬)小於約500 nm。於一些實施方式中，奈米銀線的長寬比(線長與線徑之比)大於10。於一些實施方式中，奈米銀線可為其他導電金屬奈米線表面或非導電奈米線表面鍍銀的物質等變形形式。採用奈米銀線形成奈米銀線電極層具有以下的優點：相較於ITO的價格低、工藝簡單、撓性好、可耐受彎折…等。

為了使透光力敏複合層111b符合前述光學穿透度與霧度之要求，於一些實施方式中，透光力敏複合層111b中的第一功能隔層111b11、第二功能隔層111b12與第三功能隔層111b13可為透光塗層。於一些實施方式中，如第3A圖所示，第一功能隔層111b11、第二功能隔層111b12與第三功能隔層111b13中之至少一者可為摻雜低濃度之奈米銀線之基質層。具體來說，第一功能隔層111b11、第二功能隔層111b12與第三功能隔層111b13各包含基質和摻雜於其內之低濃度奈米銀線，從而使得第一功能隔層111b11、第二功能隔層111b12與第三功能隔層111b13之電阻率大於第一透光電極層111b21與第二透光電極層111b22的電阻率，並使得第一功能隔層111b11、第二功能隔層111b12與第三功能隔層111b13具有較大的光學穿透度。於一些實施方式中，第一功能隔層111b11、第二功能隔層111b12與第三功能隔層111b13的基質相同於第一透光電極層111b21與第二透光電極層111b22的基質相同，但本發明並不以此為限。

於一些實施方式中，第一功能隔層111b11、第二功能隔層111b12與第三功能隔層111b13之電阻率為第一透光電極層111b21與第二透光電極層111b22的電阻率的約3至約50倍，但本發明並不以此為限。

於一些實施方式中，第一可撓性觸控電極層111a1與第二可撓性觸控電極層111a2具有約1 Ops (Ohm per Square)至約150 Ops之電阻率（較佳為60 Ops），但本發明並不以此為限。於一些實施方式中，第一透光電極層111b21與第二透光電極層111b22具有約150 Ops至約500 Ops之電阻率（較佳為300 Ops），但本發明並不以此為限。於一些實施方式中，第二功能隔層111b12具有約500 Ops至約1000 Ops之電阻率（較佳為600 Ops），但本發明並不以此為限。於一些實施方式中，第一功能隔層111b11與第三功能隔層111b13具有約800 Ops至約1200 Ops之電阻率（較佳為800 Ops），但本發明並不以此為限。

於實際應用中，可藉由測量電阻率來驗證所摻雜之奈米銀線的濃度是高（例如，第一透光電極層111b21與第二透光電極層111b22）還是低（例如，第一功能隔層111b11、第二功能隔層111b12與第三功能隔層111b13）。另外，同樣摻雜低濃度之奈米銀線的第一功能隔層111b11、第二功能隔層111b12與第三功能隔層111b13，電阻率的差異與厚度有關。

請參照第3B圖，其為繪示第1圖中之透光力敏複合層111b被按壓時的局部放大圖。如第3A圖與第3B圖所示，由於第一透光電極層111b21與第二透光電極層111b22係由奈米銀線製備而成，因此當來自可撓性蓋板112側的外部按壓力道傳遞至透光力敏複合層111b時，第一透光電極層111b21與第二透光電極層111b22會因受力壓縮而使得其內之奈米銀線靠近且穿過第一功能隔層111b11、第二功能隔層111b12與第三功能隔層111b13，搭接點增多，從而提高透光力敏複合層111b的整體導電性（亦即，電阻率下降）。舉例來說，如第3A圖所示，當透光力敏複合層111b尚未被按壓時，第一透光電極層111b21內的奈米銀線L1與第二功能隔層111b12內的奈米銀線L2並未相互搭接。如第3B圖所示，當透光力敏複合層111b被按壓時，第一透光電極層111b21內的奈米銀線L1會進一步穿入第二功能隔層111b12而與奈米銀線L2搭接。是以，透過第一可撓性觸控電極層111a1與第二可撓性觸控電極層111a2電訊偵測得到的透光力敏複合層111b電阻值變化，控制器113得以計算出外部按壓力道的數值。舉例來說，若外部按壓力道較大，則透光力敏複合層111b的阻值具有較大的變化量；相反地，若外部按壓力道較小，則透光力敏複合層111b的阻值具有較小的變化量。因此，藉由透光力敏複合層111b的阻值變化量，便可計算出外部按壓力道的數值。

於一些實施方式中，控制器113可同時序偵測觸控位置訊號以及壓感訊號。於另一些實施方式中，控制器113可分時序偵測觸控位置訊號以及壓感訊號。

於一些實施方式中，第二功能隔層111b12的厚度為約30 nm至約100 nm（較佳為約40 nm至約80 nm）。

由前述結構配置可知，本實施方式之觸控壓感結構111係由第一可撓性觸控電極層111a1與第二可撓性觸控電極層111a2以及堆疊於其間的透光力敏複合層111b所構成，因此不僅實現了具有高透光度與高可撓性等特點的一體化結構設計之外，還可同時提供二維(例如，X軸方向及Y軸方向)的觸控位置訊號以及第三維(例如，Z軸方向)的壓感訊號。

於一些實施方式中，第一功能隔層111b11與第三功能隔層111b13具有實質上相同的厚度。舉例來說，第一功能隔層111b11與第三功能隔層111b13的厚度為約400 nm至約1200 nm（較佳為約600 nm至約900 nm）。由此可知，第二功能隔層111b12的厚度小於第一功能隔層111b11與第三功能隔層111b13的厚度。

在前述結構配置之下，可增加透光力敏複合層111b分別與第一可撓性觸控電極層111a1與第二可撓性觸控電極層111a2之間的阻抗。藉此，控制器113在偵測觸控位置訊號時，經由第一可撓性觸控電極層111a1與第二可撓性觸控電極層111a2所取得的電容感應訊號不易受到透光力敏複合層111b的干擾而較為清晰。

需注意的是，於一些實施方式中，如第1圖所示，透光力敏複合層111b的第一透光電極層111b21與第二透光電極層111b22各為一整片的結構，並可提供單指偵測的功能，但本發明並不以此為限。請參照第4圖。第4圖為繪示根據本發明另一實施方式之電子裝置200的示意圖。

如第4圖所示，電子裝置200包含三維感測模組210以及顯示模組120。三維感測模組210包含觸控壓感結構211以及可撓性蓋板112。觸控壓感結構211包含第一可撓性觸控電極層111a1、第二可撓性觸控電極層111a2以及位於第一可撓性觸控電極層111a1與第二可撓性觸控電極層111a2之間的透光力敏複合層211b。透光力敏複合層211b包含第一功能隔層111b11、第一透光電極層211b21、第二功能隔層111b12、第二透光電極層211b22以及第三功能隔層111b13。相較於第1圖所示之實施方式，本實施方式之電子裝置200係針對第一透光電極層211b21與第二透光電極層211b22進行修改。

具體來說，第一透光電極層211b21與第二透光電極層211b22各包含複數個電極區塊。電極區塊彼此分離。於製造時，可將第1圖所示之第一透光電極層111b21與第二透光電極層111b22進行圖案化，以分別獲得第4圖中包含複數個電極區塊之第一透光電極層211b21與第二透光電極層211b22。藉由彼此分離之電極區塊，力敏感測模組即可達到多指偵測。

請參照第5圖，其為繪示根據本發明一實施方式之三維感測模組製造方法的流程圖。如第5圖所示，三維感測模組製造方法包含步驟S101至步驟S103。

於步驟S101中，第一可撓性觸控電極層形成。

於步驟S102中，透光力敏複合層塗佈於第一可撓性觸控電極層上，其中透光力敏複合層包含至少一透光電極層以及至少一功能隔層，透光電極層之電阻率係小於功能隔層之電阻率。

於步驟S103中，第二可撓性觸控電極層塗佈於透光力敏複合層上。

於一些實施方式中，步驟S102包含步驟S102a至步驟S102e。

於步驟S102a中，第一功能隔層塗佈於第一可撓性觸控電極層上。

於步驟S102b中，第一透光電極層塗佈於第一功能隔層上。

於步驟S102c中，第二功能隔層塗佈於第一透光電極層上。

於步驟S102d中，第二透光電極層塗佈於第二功能隔層上。

於步驟S102e中，第三功能隔層塗佈於第二透光電極層上。

於一些實施方式中，前述步驟中的塗佈製程包含旋塗(spin coating)製程或狹縫塗佈(slit die coating)製程，但本發明並不以此為限。

於一些實施方式中，可在步驟S102b與步驟S102c之間增加圖案化第一透光電極層的步驟，以及在步驟S102d與步驟S102e之間增加圖案化第二透光電極層的步驟。

由以上對於本發明之具體實施方式之詳述，可以明顯地看出，於本發明的三維感測模組中，觸控壓感結構係由兩可撓性觸控電極層以及堆疊於其間的透光力敏複合層所構成，藉以同時提供二維的觸控位置訊號以及第三維的壓感訊號。本發明的三維感測模組可以僅藉由多道塗佈製程即簡單完成。因此，相較於習知需將觸控模組與顯示模組分開製作再進行膠合的繁雜作法，本發明的三維感測模組的製造過程可完全省去貼合膠的使用，因此可減少多道膠合製程以及貼合膠的厚度，從而讓本發明的三維感測模組實現了薄形化設計。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並不用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100,200:電子裝置 110,210:三維感測模組 111,211:觸控壓感結構 111a1:第一可撓性觸控電極層 111a2:第二可撓性觸控電極層 111b,211b:透光力敏複合層 111b11:第一功能隔層 111b12:第二功能隔層 111b13:第三功能隔層 111b21,211b21:第一透光電極層 111b22,211b22:第二透光電極層 112:可撓性蓋板 113:控制器 120:顯示模組 L1,L2:奈米銀線 S101,S102,S103:步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖為繪示根據本發明一實施方式之電子裝置的示意圖。 第2圖為繪示第1圖中之電子裝置的部分元件的局部立體圖。 第3A圖為繪示第1圖中之透光力敏複合層未被按壓時的局部放大圖。 第3B圖為繪示第1圖中之透光力敏複合層被按壓時的局部放大圖。 第4圖為繪示根據本發明另一實施方式之電子裝置的示意圖。 第5圖為繪示根據本發明一實施方式之三維感測模組製造方法的流程圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:電子裝置

110:三維感測模組

111:觸控壓感結構

111a1:第一可撓性觸控電極層

111a2:第二可撓性觸控電極層

111b:透光力敏複合層

111b11:第一功能隔層

111b12:第二功能隔層

111b13:第三功能隔層

111b21:第一透光電極層

111b22:第二透光電極層

112:可撓性蓋板

113:控制器

120:顯示模組

Claims (13)

1. 一種三維感測模組，包含一觸控壓感結構，該觸控壓感結構包含： 一第一功能隔層； 一第一透光電極層，塗佈於該第一功能隔層上； 一第二功能隔層，塗佈於該第一透光電極層上； 一第二透光電極層，塗佈於該第二功能隔層上；以及 一第三功能隔層，塗佈於該第二透光電極層上，其中該第一功能隔層、該第二功能隔層與該第三功能隔層的電阻率大於該第一透光電極層與該第二透光電極層的電阻率。
2. 如請求項1所述之三維感測模組，其中該觸控壓感結構進一步包含： 一第一可撓性觸控電極層，其中該第一功能隔層塗佈於該第一可撓性觸控電極層上；以及 一第二可撓性觸控電極層，塗佈於該第三功能隔層上， 其中該三維感測模組進一步包含一可撓性蓋板，該可撓性蓋板設置於該第二可撓性觸控電極層上。
3. 如請求項2所述之三維感測模組，進一步包含一控制器，該控制器配置以經由該第一可撓性觸控電極層與該第二可撓性觸控電極層偵測一觸控位置訊號以及一壓感訊號。
4. 如請求項2所述之三維感測模組，其中該第一可撓性觸控電極層、該第一透光電極層、該第二透光電極層與該第二可撓性觸控電極層中之至少一者為一奈米銀線電極層。
5. 如請求項2所述之三維感測模組，其中該第一可撓性觸控電極層與該第二可撓性觸控電極層具有1 Ops至150 Ops之電阻率，該第一透光電極層與該第二透光電極層具有150 Ops至500 Ops之電阻率，該第二功能隔層具有500 Ops至1000 Ops之電阻率，該第一功能隔層與該第三功能隔層具有800 Ops至1200 Ops之電阻率。
6. 如請求項1所述之三維感測模組，其中該第一功能隔層與該第三功能隔層具有實質上相同的厚度。
7. 如請求項6所述之三維感測模組，其中該第二功能隔層的厚度小於該第一功能隔層與該第三功能隔層中之至少一者的厚度。
8. 如請求項7所述之三維感測模組，其中該第二功能隔層的厚度為30 nm至100 nm，該第一功能隔層與該第三功能隔層的厚度為400 nm至1200 nm。
9. 如請求項1所述之三維感測模組，其中該第一透光電極層與該第二透光電極層各包含複數個電極區塊，該些電極區塊彼此分離。
10. 如請求項1所述之三維感測模組，其中該第一功能隔層、該第二功能隔層與該第三功能隔層中之至少一者為摻雜一低濃度之奈米銀線之一基質層。
11. 一種電子裝置，包含： 一如請求項1至10任一所述之三維感測模組；以及 一顯示模組，設置於該三維感測模組下方。
12. 一種三維感測模組製造方法，包含： 形成一第一可撓性觸控電極層； 塗佈一透光力敏複合層於該第一可撓性觸控電極層上，其中該透光力敏複合層包含至少一透光電極層以及至少一功能隔層，該至少一透光電極層之電阻率係小於該至少一功能隔層之電阻率；以及 塗佈一第二可撓性觸控電極層於該透光力敏複合層上。
13. 如請求項12所述之三維感測模組製造方法，其中該塗佈該透光力敏複合層之步驟包含： 塗佈一第一功能隔層於該第一可撓性觸控電極層上； 塗佈一第一透光電極層於該第一功能隔層上； 塗佈一第二功能隔層於該第一透光電極層上； 塗佈一第二透光電極層於該第二功能隔層上；以及 塗佈一第三功能隔層於該第二透光電極層上。

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