TWI764361B - 觸控辨識裝置、顯示裝置及其製造方法 - Google Patents
觸控辨識裝置、顯示裝置及其製造方法Info
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Abstract
本揭露提出了一種觸控辨識裝置、顯示裝置及其製造方法，觸控辨識裝置包括薄膜電晶體層、透明導電層、第一金屬層、壓電材料層及第二金屬層。透明導電層設置於薄膜電晶體層之一端之上，透明導電層還包括複數個透明電極。第一金屬層是相鄰於這些透明電極。壓電材料層設置於透明導電層及第一金屬層之上。第二金屬層設置於壓電材料層之上，以達成提升訊號電壓及超聲波能量的功效。
Description
本揭露係關於一種指紋辨識裝置、顯示裝置及其製造方法，特別是關於一種具有雙金屬層的指紋辨識裝置、顯示裝置及其製造方法。
近年來可攜式電子裝置的領域中，指紋辨識已經成為主流的生物辨識方法之一。目前指紋辨識的技術大致分為電容式觸控、電阻式觸控、超聲波觸控及光學觸控。其中，超聲波觸控最大的特色在於成本低廉、硬體簡單。超聲波觸控利用超聲波反射的特性，產生的超聲波後經紋脊與紋溝反射後回傳，便能夠配合演算法來推算出指紋的圖樣。
然而，因為面板皆具有一定的厚度，超聲波在傳遞的過程中會因為行經介質而有能量的衰減，若衰減得太多，則會造成辨識結果有誤。因此，如何提升初始發射的超聲波的能量，現有技術仍有待解決。
本揭露欲解決的問題，在於如何使超聲波接觸手指反射後，仍能保持足夠能量回傳至壓電材料。本揭露的一些實施方式，提出了解決前述問題的觸控辨識裝置及其製造方法，其利用雙層金屬層提供電訊號，以產生共振並增強辨識元件的信號。
本揭露提出一種觸控辨識裝置，包括：基板、薄膜電晶體層、透明導電層、第一金屬層、壓電材料層及第二金屬層。薄膜電晶體層設置於基板上。透明導電層，設置於薄膜電晶體層之一端之上，透明導電層包括複數個透明電極。第一金屬層，設置於薄膜電晶體層之上，並相鄰這些透明電極。壓電材料層，設置於透明導電層及第一金屬層之上。第二金屬層，設置於壓電材料層之上。
在一些實施方式中，第一金屬層具有網狀結構，以環繞於這些透明電極的周圍。
在一些實施方式中，這些透明電極以陣列方式排佈於薄膜電晶體層之一端之上。
在一些實施方式中，網狀結構的厚度介於500Å至10,000Å之間。
在一些實施方式中，觸控辨識裝置更包括軟性印刷電路板，設置於薄膜電晶體層之另一端之上，且電性連接於第二金屬層。
在一些實施方式中，觸控辨識裝置更包括導電墊，設置於薄膜電晶體層之上，並電性連接第一金屬層及軟性印刷電路板。
在一些實施方式中，觸控辨識裝置包括保護層，設置於薄膜電晶體層與透明導電層之間。
在一些實施方式中，觸控辨識裝置包括介電層，設置於第一金屬層與壓電材料層之間。
在一些實施方式中，介電層覆蓋透明導電層及第一金屬層，使透明導電層及第一金屬層隔絕於第二金屬層。
在一些實施方式中，第一金屬層及第二金屬層的材料包括鉬鋁合金、鉬、鉬鎢合金、銅、鎳、銀、金、鈦、鎢、鈷、釕、其他金屬元素或合金或其組合。
本揭露之另提供一種顯示裝置，包括如上所述之觸控辨識裝置。
本揭露另提供一種觸控辨識裝置之製造方法，包括下列步驟：提供基板。形成薄膜電晶體層於基板之上。形成透明導電層於薄膜電晶體層之一端之上，其中透明導電層具有複數個透明電極。形成第一金屬層於薄膜電晶體層之上，其中第一金屬層相鄰這些透明電極。形成壓電材料層於透明導電層及第一金屬層之上。形成第二金屬層於壓電材料層之上。
在一些實施方式中，第一金屬層具有網狀結構，以環繞於這些透明電極的周圍。
在一些實施方式中，這些透明電極以陣列方式排佈於薄膜電晶體層之一端之上。
在一些實施方式中，網狀結構的厚度介於500Å至10,000Å之間。
在一些實施方式中，觸控辨識裝置之製造方法更包括形成介電層於第一金屬層與壓電材料層之間。
在一些實施方式中，形成第一金屬層於薄膜電晶體層之上的步驟，包括同時形成第一金屬層與導電墊於薄膜電晶體層之上。其中，導電墊是從第一金屬層延伸，且導電墊電性連接第一金屬層。
在一些實施方式中，觸控辨識裝置之製造方法更包括形成軟性印刷電路板於薄膜電晶體層之另一端之上，且電性連接於導電墊及第二金屬層。
以下揭露提供了用於實現所提供主題的不同特徵的許多不同實施例或示例。以下描述原件、數值、操作、材料、配置等類似物的特定示例以簡化本揭露。當然，這些僅僅是示例，而無意於進行限制。其他原件、數值、操作、材料、配置等類似物亦須考慮。例如，在下面的描述中，在第二特徵上方形成第一特徵可以包括其中第一特徵和第二特徵以直接接觸形成的實施例，並且還可以包括其中可以在第一特徵和第二特徵之間形成附加特徵，使得第一特徵和第二特徵不直接接觸的實施例。另外，本揭露可以在各個示例中重複參考數字和/或文字。此重複本身並不指示所討論的各種實施例和/或配置之間的關係。
此外，為了便於描述，本揭露中可以使用諸如「在...下面」、「在...下方」、「低於」、「在...上面」、「高於」等在空間上相對的術語來描述一個元件或特徵與如圖所示的另一個或多個元件或特徵。除了在圖中描述的方位之外，空間相對術語還意圖涵蓋裝置在使用或操作中的不同方位。此裝置可以以其他方式定向(旋轉90度或以其他方向)，並且在此使用的空間相對描述語可以同樣地被相應地解釋。
通常，本揭露的觸控辨識裝置可用於任何顯示面板或觸控面板相關的裝置中。一般而言，當觸控辨識裝置中僅有單一金屬層時，發射信號端所提供的電壓約為170-180 V，所產生的超聲波能夠穿透550 μm的玻璃蓋板。然而，本揭露進一步設置了第二金屬層，使兩金屬層將電訊號輸入至壓電材料層之後，使壓電材料共振並輸出能量相當於340至380 V電壓之間的超聲波。如此，本揭露的觸控辨識裝置所輸出的訊號以及超聲波能夠穿透厚度為560 μm至1100 μm之間的玻璃蓋板或任何面板，並進一步確保反射後的超聲波能穿透玻璃蓋板至壓電材料。
於本揭露的一些實施方式中，提供一種觸控辨識裝置100。請同時參閱第1圖、第2圖及第3圖，第1圖為繪示根據本揭露的一實施方式之觸控辨識裝置的俯視圖，其中基板110未繪示於第1圖，第2圖為繪示根據第1圖中剖面線2-2’的剖面圖，第3圖為繪示根據第1圖中剖面線3-3’的剖面圖。觸控辨識裝置100包括：基板110、薄膜電晶體層120、透明導電層130、第一金屬層140、壓電材料層150、第二金屬層160以及導電墊170。
基板110理想上為透明基板，詳細而言，可以為一硬式透明基板或一可撓式透明基板，其材料可以選自玻璃、壓克力(polymethylmethacrylate；PMMA)、聚氯乙烯(polyvinyl Chloride；PVC)、聚丙烯(polypropylene；PP)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate；PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate；PEN)、聚碳酸酯(polycarbonate；PC)、聚苯乙烯(polystyrene；PS)等透明材料。
薄膜電晶體層120形成於基板110之上。請先參考第4圖，第4圖為繪示根據本揭露的一實施方式之觸控辨識裝置的細部剖面圖，其中壓電材料層150、第二金屬層160、導電墊170及軟性印刷電路板200並未繪示於第4圖。薄膜電晶體層120具體包括閘極電極122、閘極介電層124、金屬層間介電質層126、及金屬電極128。閘極電極122形成於基板110之上。閘極介電層124形成於閘極電極122之上。金屬層間介電質層126形成於閘極介電層124之上。金屬電極128形成於金屬層間介電質層126之上。在一些實施例中，閘極介電層124的材質可為矽氧化合物或無機材質，包括但不限於氧化矽(SiO
2)、氮化矽(Si
3N
4) 二氧化鉿(HfO
2)、三氧化二鋁(Al
2O
3)、五氧化二鉭(Ta
2O
5)、二氧化鋯(ZrO
2)、二氧化鈦(TiO
2)或其組合。在一些實施例中，閘極電極122及金屬電極128的材質包括但不限於鉬鋁合金、鉬、鉬鎢合金、銅、鎳、銀、金、鈦、鎢、鈷、釕、其他金屬元素或合金或其組合。
如第4圖所示，於本揭露的一些實施方式中，在薄膜電晶體層120形成後，將直接沉積保護層129，而保護層129的底部填補這些電晶體結構在薄膜電晶體層上所形成的凹凸結構，同時阻絕外件空氣與物理碰撞，避免這些電晶體結構受到刮傷與氧化。其中，保護層129的材質包括但不限於環氧樹脂(Epoxy Resin)、丙烯酸樹脂(Acrylic Resin)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate)、聚醯亞胺(Polyimide)或聚碳酸酯(Polycarbonate)。
請繼續參考第1圖、第2圖及第3圖，透明導電層130，形成於薄膜電晶體層120的一端之上，且透明導電層130包括複數個透明電極131。在一實施方式中，透明電極131可以是由各種透明導電材料所組成，例如氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化銦鋅(Indium Zinc Oxide，IZO)、氧化鎘錫(Cadmium Tin Oxide，CTO)、摻鋁氧化鋅(Aluminum-doped Zinc Oxide，AZO)、氧化銦鋅錫(Indium Tin Zinc Oxide，ITZO)、氧化錫(Tin Oxide)、氧化鋅(Zinc oxide)、氧化鎘(Cadmium Oxide)、氧化鉿(Hafniumoxide，HfO)、氧化銦鎵鋅(Indium Gallium Zinc Oxide，InGaZnO)、氧化銦鎵鋅鎂(Indiumgallium Zinc Magnesium Oxide，InGaZnMgO)、氧化銦鎵鎂(Indium Gallium Magnesium Oxide，InGaMgO)、氧化銦鎵鋁(Indium Gallium Aluminum Oxide，InGaAlO)、奈米碳管(Carbon nanotube，CNT)、銀奈米碳管或銅奈米碳管、或其組合，或是其他透明導電材質與金屬或非金屬的合成物。
第一金屬層140形成於相鄰這些透明電極131。在一實施方式中，第一金屬層140的材料包括，但不限於鉬鋁合金、鉬、鉬鎢合金、銅、鎳、銀、金、鈦、鎢、鈷、釕、其他金屬元素或合金或其組合。在一實施方式中，第一金屬層140具有網狀結構，以環繞於這些透明電極131的周圍。
在一實施方式中，如第1圖所示，這些透明電極131是以陣列的方式排佈於薄膜電晶體層120的一端之上。意即，這些透明電極131是相應於像素(Pixel)的位置排佈。在一些實施例中，第一金屬層140具有網狀結構。第一金屬層140的網狀結構的特性，使得第一金屬層140能夠相鄰於這些透明電極131，意即第一金屬層140是環繞於這些透明電極131。在一些實施例中，第一金屬層140與這些透明電極131大致上位於同一個平面。在一些實施例中，網狀結構的厚度介於500 Å至10,000 Å之間，意即第一金屬層140的厚度介於500 Å至10,000 Å之間。此外，第一金屬層140的厚度最佳不小於透明電極131的厚度，以達到較佳的共振效果並增強觸控辨識之訊號。
壓電材料層150形成於透明導電層130及第一金屬層140之上。在一實施方式中，第一金屬層140與這些透明電極131之間的空隙，為由壓電材料層150填滿。在一實施方式中，壓電材料層150可由能將機械能與電能相互轉換的材料組成，例如聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride，PVDF)、聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物(polyvinylidene fluoride-co-trifluoroethylene，PVDF-TrEE)等共聚物。
第二金屬層160形成於壓電材料層150之上。在一實施方式中，第二金屬層160的材料包括，但不限於鉬鋁合金、鉬、鉬鎢合金、銅、鎳、銀、金、鈦、鎢、鈷、釕、其他金屬元素或合金或其組合。
於本揭露的一實施方式中，壓電材料層150將透明導電層130及第一金屬層140覆蓋，使得第二金屬層160不接觸透明導電層130及第一金屬層140。
導電墊170是從第一金屬層140延伸，並且電性連接第一金屬層140。在一實施方式中，導電墊170的材料包括，但不限於鉬鋁合金、鉬、鉬鎢合金、銅、鎳、銀、金、鈦、鎢、鈷、釕、其他金屬元素或合金或其組合。
在一些實施方式中，軟性印刷電路板200形成於薄膜電晶體層120的另一端之上。第一金屬層140透過導電墊170與軟性印刷電路板200電性連接，第二金屬層160則與軟性印刷電路板200直接接觸以電性連接。
參考第5圖，第5圖為繪示根據本揭露的另一實施方式之觸控辨識裝置的剖面圖。透明導電層130與第一金屬層140及壓電材料層150之間，可再設置介電層152或任何絕緣材料，以保護第一金屬層140與透明導電層130。在一些實施例中，介電層152覆蓋透明導電層130及第一金屬層140，使得第二金屬層160不接觸透明導電層130及第一金屬層140。在一些實施例中，介電層的材質包括，但不限於氧化矽(SiO
2)、氮化矽(Si
3N
4) 二氧化鉿(HfO
2)、三氧化二鋁(Al
2O
3)、五氧化二鉭(Ta
2O
5)、二氧化鋯(ZrO
2)、二氧化鈦(TiO
2)。
在一些實施方式中，電訊號的傳遞如第2圖、第3圖及第6圖所示，第6圖為基於第1圖的觸控辨識裝置的剖面俯視圖中的電訊號路徑示意圖。軟性印刷電路板200透過導電墊170，將電訊號TX1輸入至第一金屬層140。軟性印刷電路板200與第二金屬電極160直接接觸，將電訊號TX2輸入至第二金屬電極160。
接著請同時參考第6圖及第7圖。第6圖為基於第1圖的觸控辨識裝置的俯視圖中的電訊號路徑示意圖。第7圖為繪示根據本揭露的一實施方式之觸控辨識裝置的辨識流程圖700。如步驟701所述，軟性印刷電路板200中的積體電路晶片(未示出)將電訊號TX1經由與軟性印刷電路板200電性連接的導電墊170輸入至第一金屬層140。而第二金屬層160與軟性印刷電路板200為直接接觸，並已呈現電性連接的狀態，故前述積體電路晶片將電訊號TX2直接自軟性印刷電路板200輸入至第二金屬層160。
接著進行步驟702，在第一金屬層140及第二金屬層160分別接收電訊號TX1及電訊號TX2後，電訊號TX1及電訊號TX2即輸入至壓電材料層150。當壓電材料層150接收電訊號TX1及電訊號TX2時，由於壓電材料的特性，壓電材料層150會產生形變。又，當電訊號TX1及電訊號TX2為特定頻率的交流電時，則使壓電材料層150產生震動而發出頻率大於20000Hz的超聲波。並且，因為壓電材料層150接收了電訊號TX1及電訊號TX2此「兩道電訊號」，相較於傳統的單一電訊號或單一電源，更進一步產生了雙層共振，意即第一金屬層140與透明導電層130產生共振，同時第一金屬層140與第二金屬層160亦產生共振，並形成雙層共振。共振後，更高能的超聲波自壓電材料層150產生，同時使後續步驟中反射的超聲波能維持在一定能量，因此能夠在穿透其他層後維持一定能量，以排除訊號不良的可能性。
接著進行步驟703，當加壓物件(如手指)觸碰本揭露所述之觸控辨識裝置時，共振後所產生的超聲波即接觸加壓物件的表面(如手指指紋的紋脊與紋溝)，不同的紋路將超聲波反射回壓電材料層150。壓電材料層150接收反射後的超聲波後，即進行壓電耦合，將反射後超聲波轉換為耦合電訊號(未標示)。
步驟704，耦合電訊號輸入至透明導電層130的這些透明電極131後，這些透明電極131會將耦合電訊號傳送回積體電路晶片，經積體電路晶片處理後轉化成指紋的灰度圖像，並輸出至演算系統(未示出)。演算系統經過演算與比對後，即完成如第7圖所示的觸控辨識裝置的辨識流程圖。
綜上所述，本揭露的特徵在於同時提供「兩道電訊號」，即提供電訊號TX1及電訊號TX2至壓電材料層150，使得壓電材料層150進一步產生共振。如此的共振能產生比單一電訊號來源更高能量的超聲波，並穿透更厚的玻璃蓋板或其他面板，同時保持超聲波反射後能在傳遞過程中保持一定的能量，避免訊號不良的狀況。
前述揭露概述了幾個實施例的特徵，使得本領域技術人員可以更好地理解本揭露的各個方面。本領域技術人員將理解，他們可以容易地將本揭露用作設計或修改其他製程和結構的基礎，以實現與本揭露介紹的實施例相同的目的和/或實現相同的益處。本領域技術人員還應該理解，雖然本揭露已以多種實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:觸控辨識裝置
110:基板
120:薄膜電晶體層
122:閘極電極
124:閘極介電層
126:金屬層間介電質層
128:金屬電極
129:保護層
130:透明導電層
131:透明電極
140:第一金屬層
150:壓電材料層
152:介電層
160:第二金屬層
170:導電墊
200:軟性印刷電路板
700:流程圖
701-704:步驟
TX1:電訊號
TX2:電訊號
以下將結合附圖閱讀，根據以下詳細描述可以最好地理解本揭露的各方面。應理解，根據行業中的慣例，各種特徵未按比例繪製。實際上，為了清楚起見，各種特徵的尺寸可以任意地增加或減小。
第1圖為繪示根據本揭露的一實施方式之觸控辨識裝置的俯視圖。
第2圖為繪示根據第1圖中剖面線2-2’的剖面圖。
第3圖為繪示根據第1圖中剖面線3-3’的剖面圖。
第4圖為繪示根據本揭露的一實施方式之觸控辨識裝置的細部剖面圖。
第5圖為繪示根據本揭露的一實施方式之觸控辨識裝置的剖面圖。
第6圖為基於第1圖的觸控辨識裝置的俯視圖中的電訊號路徑示意圖。
第7圖為繪示根據本揭露的一實施方式之觸控辨識裝置的辨識流程圖。
100:觸控辨識裝置
110:基板
120:薄膜電晶體層
130:透明導電層
140:第一金屬層
150:壓電材料層
160:第二金屬層
170:導電墊
200:軟性印刷電路板
TX1:電訊號
Claims (20)
- 一種觸控辨識裝置，包括：一基板；一薄膜電晶體層，設置於該基板上；一透明導電層，設置於該薄膜電晶體層之一端之一上表面上，該透明導電層包括複數個透明電極；一第一金屬層，相鄰該些透明電極；一壓電材料層，設置於該透明導電層及該第一金屬層之上；以及一第二金屬層，設置於該壓電材料層之上。
- 如請求項1所述之觸控辨識裝置，其中該第一金屬層具有一網狀結構，以環繞於該些透明電極的周圍。
- 如請求項2所述之觸控辨識裝置，其中該些透明電極以陣列方式排佈於該薄膜電晶體層之一端之上。
- 如請求項2所述之觸控辨識裝置，其中該網狀結構的厚度介於500Å至10,000Å之間。
- 如請求項1所述之觸控辨識裝置，其中該些透明電極以陣列方式排佈於該薄膜電晶體層之一端之上。
- 如請求項1所述之觸控辨識裝置，更包括一 軟性印刷電路板，設置於該薄膜電晶體層之另一端之上，且電性連接於該第二金屬層。
- 如請求項6所述之觸控辨識裝置，更包括一導電墊，設置於該薄膜電晶體層之上，並電性連接該第一金屬層及該軟性印刷電路板。
- 如請求項1所述之觸控辨識裝置，更包括一保護層，設置於該薄膜電晶體層與該透明導電層之間。
- 如請求項1所述之觸控辨識裝置，更包括一介電層，設置於該第一金屬層與該壓電材料層之間。
- 如請求項9所述之觸控辨識裝置，其中該介電層覆蓋該透明導電層及該第一金屬層，使該透明導電層及該第一金屬層隔絕於該第二金屬層。
- 如請求項1所述之觸控辨識裝置，其中該第一金屬層及該第二金屬層之材料包括鉬鋁合金、鉬、鉬鎢合金、銅、鎳、銀、金、鈦、鎢、鈷、釕、或其組合。
- 一種顯示裝置，包括如請求項1至11中任一項所述之觸控辨識裝置。
- 一種觸控辨識裝置之製造方法，包括下列步驟：提供一基板；形成一薄膜電晶體層於該基板之上；形成一透明導電層於該薄膜電晶體層之一端之一上表面上，其中該透明導電層具有複數個透明電極；形成一第一金屬層於該薄膜電晶體層之上，其中該第一金屬層相鄰該些透明電極；形成一壓電材料層於該透明導電層及該第一金屬層之上；以及形成一第二金屬層於該壓電材料層之上。
- 如請求項13所述之方法，其中該第一金屬層具有一網狀結構，以環繞於各該透明電極的周圍。
- 如請求項14所述之方法，其中該些透明電極以陣列方式排佈於該薄膜電晶體層之一端之上。
- 如請求項14所述之方法，其中該網狀結構的厚度介於500Å至10,000Å之間。
- 如請求項13所述之方法，更包括形成一介電層於該第一金屬層與該壓電材料層之間。
- 如請求項13所述之方法，其中該些透明電極以陣列方式排佈於該薄膜電晶體層之一端之上。
- 如請求項13所述之方法，其中形成該第一金屬層於該薄膜電晶體層之上的步驟，包括同時形成該第一金屬層與一導電墊於該薄膜電晶體層之上，其中該導電墊是從該第一金屬層延伸，且該導電墊電性連接該第一金屬層。
- 如請求項19所述之方法，更包括形成一軟性印刷電路板於該薄膜電晶體層之另一端之上，且電性連接於該導電墊及該第二金屬層。
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