TWI843718B - 觸摸感應板之製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種用於觸摸感應板之透明導電膜之製造方法，其包含：提供包含複數個均勻層之分層結構，該複數個均勻層至少包括第一透明導電層、第二透明導電層及在該第一透明導電層與該第二透明導電層之間的透明支撐基板，該透明支撐基板為該分層結構之最厚層；藉由自其上設置有該第一透明層之該透明支撐基板之一側入射於該第一透明層上的雷射束對該第一透明層進行雷射剝蝕，而在該第一透明導電層中形成電極圖案；其中該雷射束及該透明支撐基板經組態以使得雷射束能量密度藉由該透明支撐基板減小50%或更多。
Description
本發明係關於一種觸摸感應板之製造方法。詳言之，本發明係關於一種包含藉由雷射剝蝕在透明導電層中形成電極圖案之方法。
電容觸摸板技術廣泛用於例如行動電話、平板電腦、個人數位助理、手持型遊戲控制台、衛星導航系統及其他使用者介面控制台中。
在此類裝置中，感測電極之XY陣列形成於透明導電材料層中。在使用中，電容在使用者之手指與來自感測電極之投射電容之間形成。進行觸摸，精確地量測且轉譯成用於適當軟體應用程式的藉由底層電子裝置執行的命令。此類板受益於準確響應手指及觸控筆。
觸摸板技術之一種特定形式具有兩個分離之透明導電層，且其為偵測之電極陣列之交叉點處之各層之間的互電容的變化。
透明導電層各自被劃分成在第一正交方向上電連接但在第二正交方向上電隔離之複數個離散電極單元。兩個層之電極圖案可相同或可不同。
在透明導電層中形成電極圖案之一種方法為使用雷射束自透明支撐基板之表面剝蝕導電層之部分。相較於諸如電極圖案之化學蝕刻
之替代方法，此類方法提供更高產量且降低成本。
通常，透明導電層可由氧化銦錫(ITO)或包含例如金屬奈米線或碳奈米管之奈米材料形成。透明支撐基板通常由例如聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)膜之可撓性聚合物形成。PET之使用最廣泛，因為其生產成本低廉。
然而，使用雷射束在第一透明導電層中形成電極圖案可對在相對於第一透明導電層的基板之另一側上形成之第二透明導電層造成損害。已進行各種嘗試以解決或規避此問題。
在一個實例中，第二導電層僅在電極圖案已形成於第一導電層中之後形成。然而，在此實例中，產量受損。在另一實例中，第一及第二導電層由具有不同剝蝕臨限值之不同材料形成。然而，製造成本因此較高。在另一實例中，透鏡經組態以在雷射束穿過支撐基板時發散雷射束，以減小在基板之遠側處的能量密度。然而，製造成本因此較高。在另一實例中，額外光阻擋層係添加於導電層與基板之間以保護遠側導電層，而電極圖案形成於近側導電層中。然而，觸摸感應板較厚且製造成本因此較高。
本發明之目標在於至少部分解決上文所論述之問題中的一些。
因此，本發明提供一種觸摸感應板之製造方法，該方法包含：提供包含複數個均勻層之分層結構，該複數個均勻層至少包括第一透明導電層、第二透明導電層及在該第一透明導電層與該第二透明導電層之間的透明支撐基板，該透明支撐基板為該分層結構之最厚層；藉由自其上
設置有該第一透明層之該透明支撐基板之一側入射於該第一透明層上的雷射束對該第一透明層進行雷射剝蝕，而在該第一透明導電層中形成電極圖案；其中該雷射束及該透明支撐基板經組態以使得雷射束能量密度藉由該透明支撐基板減小50%或更多。
藉由根據本發明選擇雷射及透明支撐基板之材料，透明支撐基板自身可用於吸收及/或擴散雷射能量，以此方式防止對第二透明導電層之損害，同時電極圖案形成於第一導電透明層中。此類製造方法不需要額外層或用於該等層之額外不同材料。因此，該方法相對便宜，能夠維持高產量且產生相對薄的觸摸板。
雷射束可具有200nm至400nm，例如266nm或355nm之波長。此類雷射束可相對廉價且可靠地產生，例如使用二極體泵浦固態雷射器裝置。
透明支撐基板可由包含無色聚醯亞胺(CPI)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯(PC)及PET中之一者的材料形成。透明支撐基板可由包含至少90%重量的CPI、PEI、PC、PEEK及PET中之一者之材料形成。透明支撐基板可基本上由CPI、PEI、PC、PEEK及PET中之一者組成。CPI、PEI及PEEK在約355nm之波長範圍內具有所需吸收特徵。PET及PC在約266nm之波長範圍內具有所需吸收特徵。
本發明亦提供一種用於觸摸感應板之透明導電膜，其具有包含以下之分層結構：複數個均勻層，其至少包括第一透明導電層、第二透明導電層及在該第一透明導電層與該第二透明導電層之間的透明支撐基板，該透明支撐基板為該分層結構之最厚層；其中透明支撐層由包含CPI、PEI、PC及PEEK中之一者之材料形成。
1:透明支撐基板
2:第一透明導電層
3:第二透明導電層
4:黏合層
5:雷射束
10:設備
11:第一卷軸
12:第二卷軸
13a:驅動輥
13b:驅動輥
13c:驅動輥
14a:張力傳感器
14b:張力傳感器
15a:膜保護單元
15b:膜保護單元
16a:第一輥
16b:第二輥
16c:其他輥
16d:其他輥
17:清潔單元
TX:發射電極
RX:接收電極
下文將藉助於非限制性實例以及隨附圖式來描述本發明之其他特徵及優點，在該等隨附圖式中：圖1示意性地展示用於觸摸感應板之例示透明導電膜；圖2示意性地展示用於觸摸感應板之例示透明導電膜；且圖3A及圖3B展示形成於第一及第二透明導電層中之例示電極圖案；圖4示意性地展示用於進行本發明之方法之例示設備。
圖1展示貫穿用於觸摸感應板之透明導電膜之橫截面。透明導電膜包含分層結構，該分層結構包含複數個均勻層。如圖1中所展示，此等層可包含第一透明導電層2、第二透明導電層3及在第一透明導電層2與第二透明導電層3之間的透明支撐基板1。透明支撐基板1向透明導電膜提供穩定性。因此，其為膜中之最厚層。舉例而言，透明支撐基板1可占透明導電膜之厚度之50%或更大，或75%或更大。
可提供更多層。舉例而言，如圖2中所示，額外黏合層4可設置於透明支撐基板1與透明導電層2、3之間以便改良透明導電層2、3與透明支撐基板1之黏著。黏合層4可分別直接設置於透明導電層2、3與透明支撐基板1之間。換言之，黏合層可分別接觸透明導電層2、3及透明支撐基板1兩者。然而，黏合層4不是必要的，其為視情況選用的。舉例而言，透明導電層2、3可直接設置於透明支撐基板1之對置表面上，如圖1中所展示。
透明支撐基板1對可見光透明且可為電絕緣的。透明支撐
基板1可為剛性的或可為可撓性的。舉例而言，透明支撐基板1可由聚合物材料製成。此類材料包括PET、CPI、PEI、PC及PEEK。透明支撐基板1之厚度可小於1mm。舉例而言，透明支撐基板1之厚度可為至少0.01mm及/或小於0.15mm。例如透明支撐基板1之厚度可為約0.05mm。較薄支撐基板1製得更可撓性的膜。然而，若透明支撐基板1變得過薄，則其難以處理。
第一透明導電層2及第二透明導電層3可由無機氧化物材料，例如氧化銦錫(ITO)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)或其他透明導電氧化物(例如摻氟氧化錫(FTO))形成。例如，此類材料可藉由物理氣相沈積來應用。然而，亦可使用其他方法。其他材料可用於透明導電層，例如奈米粒子材料。奈米粒子材料可包括例如金屬奈米線(例如，銀奈米線，AgNW)、碳奈米管(CNT)、碳奈米芽(CNB)或石墨烯。此類奈米粒子材料可藉由印刷至基板1上或藉由轉移膜來應用。第一透明導電層2及第二透明導電層3之厚度可為30nm至300nm。透明導電層2、3之薄層電阻可為10歐姆/平方至30歐姆/平方。
透明支撐基板1及透明導電層2、3可各別地及/或組合地具有可見光波長範圍中至少85%或至少90%之光學透射率。
圖3A以及圖3B展示形成於第一透明導電層2及第二透明導電層3中之例示電極圖案。此等圖展示透明導電膜之對置面的平面視圖。形成於透明導電層2、3中之每一者中之電極圖案包含平行線。此等平行線正交且形成發射電極(TX)及接收電極(RX)。或者，不同的電極圖案可在第一透明導電層2及第二透明導電層3中形成。
電極圖案可藉由用雷射束5對透明導電層2、3進行雷射剝
蝕而形成。如圖1中所展示，雷射束5可自設置有第一透明層2之透明支撐基板1之一側入射於第一透明導電層2上。另外，雷射束5可自設置有第二透明導電層3之透明支撐基板1之一側入射於第二透明導電層3上。亦如圖1中所展示，第一透明導電層2及第二透明導電層3中之電極圖案的形成可同時進行。
電極圖案係藉由透明導電層2、3之雷射剝蝕形成。換言之，雷射束5破壞透明導電層2、3與基板1之間的結合。舉例而言，透明導電層2、3之雷射剝蝕臨限值能量密度可為0.5Jcm-2至1Jcm-2。
雷射束5可具有紫外(UV)波長。舉例而言，雷射束波長可在200nm與400nm之間。雷射束波長可在200nm與300nm之間，或者在300nm與400nm之間。舉例而言，雷射束波長可為266nm或355nm。雷射束5可由例如二極體泵浦固態雷射器產生。雷射束5可為脈衝式的。在正處理之透明導電層2、3內或在透明導電層2、3與鄰近層之間的界面處的雷射束5之能量密度可等於或大於透明導電層2、3之雷射剝蝕臨限值。換言之，舉例而言，雷射束5之能量密度可為0.5Jcm-2至1Jcm-2或更高。光學元件，例如透鏡及/或鏡可用以聚焦雷射束5。雷射束5可聚焦於距雷射束5最遠之透明導電層2、3之側面處。
透明支撐基板1經組態以使得雷射束能量密度藉由透明支撐基板1減小50%或更多。雷射束能量密度可藉由透明支撐基板1減小75%或更多。換言之，透明支撐基板之材料及厚度使得50%或更多之雷射能量經透明支撐基板1吸收。透明支撐基板材料及厚度，以及雷射波長及能量密度可相互選擇，使得雷射束能量密度在雷射剝蝕期間藉由透明支撐基板1減小50%或更多。
透明支撐基板1可由厚度為0.01mm至0.15mm之聚合材料形成，該聚合材料吸收50%或更多入射於其上之雷射能量且在90%或更多入射於其上之可見光下傳輸，該雷射能量具有200nm至400nm之波長及足以剝蝕導電層之能量密度(例如0.5Jcm-2至1Jcm-2或更高)。
在本發明之一個實施例中，355nm雷射用於形成電極圖案且透明支撐基板1由CPI形成且具有約0.05mm之厚度。CPI在355nm下具有相對較高吸收率。因此，雷射束能量密度在雷射束5穿過透明支撐基板1時減小超過50%。PEI、PC及PEEK亦為適用於355nm雷射之基板材料且可經取代。
在本發明之另一實施例中，266nm雷射用於形成電極圖案且透明支撐基板1由PET形成且具有約0.05mm之厚度。PET在266nm下具有相對較高吸收率。因此，雷射束能量密度在雷射束5穿過透明支撐基板1時減小超過50%。PC亦為適用於266nm雷射之基板材料且可經取代。
迄今為止，尚未考慮將CPI、PEI、PC或PEEK用作觸摸感應板之基板材料。PET為用於觸摸感應板之較佳基板材料。然而，本發明人已發現，CPI、PEI、PC及PEEK具有有效吸收在包括355nm之波長範圍內之雷射輻射，同時在可見光波長下足夠透明之驚人效應。
此外，迄今為止，尚未考慮將PET與使用UV雷射波長之電極形成方法一起用作觸摸感應板之基板材料，而不在基板上設置額外的阻擋層。然而，本發明人已發現，PET具有有效吸收在包括266nm之波長範圍內之雷射輻射之驚人效應。因此，若與適當的雷射波長組合使用，則可在不需要阻擋層之情況下使用PET基板。
圖4展示用於製造本發明之透明導電膜之例示設備10。包
括透明支撐基板1上之第一透明導電層2及第二透明導電層3之透明導電膜設置於第一卷軸11上。透明導電膜自第一卷軸11退繞，且接著經受雷射束5以形成電極圖案。其上形成有電極圖案之透明導電膜可重繞至第二卷軸12上。
如圖4中所展示，設備10可進一步包含驅動輥13，其用於驅動透明導電膜穿過該設備，亦即自第一卷軸11至第二卷軸12。在所展示之例示設備中，設置三對驅動輥13a、13b及13c。亦可驅動第一卷軸11及第二卷軸12。
設備10可進一步包含至少一個張力傳感器14a、14b。在圖4中所展示之例示設備10中，設置兩個張力傳感器14a、14b，一個鄰近於第一卷軸11且另一個鄰近於第二卷軸12。張力傳感器14a、14b經組態以藉由用給定壓力按壓透明導電膜來調整透明導電膜之張力。
設備10可進一步包含清潔單元17，其在雷射束5之下游，用於在透明導電膜重繞至第二卷軸12上之前，清除由雷射剝蝕製程產生之透明導電膜之碎屑。清潔單元17可將諸如空氣之氣流噴射至透明導電膜上以清潔透明導電膜。
設備10可進一步包含膜保護單元15a、15b。舉例而言，如圖4中所示，可設置兩個膜保護單元15a、15b，一個鄰近於第一卷軸11且另一個鄰近於第二卷軸12。保護單元15a、15b在膜退繞及重繞時保護該膜。
設備10可進一步包含用於改變透明導電膜在第一卷軸11與第二卷軸12之間的行進方向的其他輥16。
將透明導電膜自第一卷軸11退繞，及在基本水平方向上將透明導電膜重繞至第二卷軸12上以便減小透明導電膜上之張力可為有利
的。然而，當透明導電膜基本上豎直時形成電極圖案亦可為有利的。此係為了防止可降低電極圖案化製程之精確性之透明導電膜下垂。因此，第一輥16a可設置於第一卷軸11與雷射束5之間以將透明導電卷軸之方向自基本水平改變為基本豎直。另外，第二輥16b可設置於雷射束5與第二卷軸12之間以將透明導電膜之方向自基本豎直改變回基本水平。
其他輥16c及16d可設置於第二輥16b與第二卷軸12之間以便減小設備10在水平方向上之總體長度，例如以便容納清潔單元17，如圖4中所示。
當形成電極圖案時，可在子掃描方向(圖4中頁面之上/下方向)上相對於雷射束5驅動透明支撐基板1且可在主掃描方向(圖4中頁面之進/出方向)上相對於透明支撐基板1驅動雷射束5。
1‧‧‧透明支撐基板
2‧‧‧第一透明導電層
3‧‧‧第二透明導電層
5‧‧‧雷射束
Claims (19)
- 一種用於觸摸感應板之透明導電膜之製造方法，其包含：提供包含複數個均勻層之分層結構，該複數個均勻層至少包括第一透明導電層、第二透明導電層及在該第一透明導電層與該第二透明導電層之間的透明支撐基板，該透明支撐基板為該分層結構之最厚層；藉由自其上設置有該第一透明層之該透明支撐基板之一側入射於該第一透明層上的雷射束對該第一透明層進行雷射剝蝕，而在該第一透明導電層中形成電極圖案；其中該雷射束及該透明支撐基板經組態以使得在雷射剝蝕期間該透明支撐基板之材料及厚度使得雷射束能量密度藉由該透明支撐基板之吸收而減小50%或更多；且a)該雷射束之波長為300nm至400nm且該透明支撐基板包含無色聚醯亞胺(CPI)、聚醚醯亞胺(PEI)及聚醚醚酮(PEEK)中之一者；或b)該雷射束之波長為200nm至300nm且該透明支撐基板包含聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)及聚碳酸酯(PC)中之一者。
- 如請求項1之方法，其中該雷射束及該透明支撐基板經組態以使得該雷射束能量密度藉由該透明支撐基板減小75%或更多。
- 如請求項1或2之方法，其進一步包含：藉由自其上設置有該第二透明層之該透明支撐基板之一側入射於該第二透明層上的雷射束對該第二透明層進行雷射剝蝕，而在該第二透明導 電層中形成電極圖案。
- 如請求項3之方法，其中在該第一透明導電層中形成該電極圖案及在該第二透明導電層中形成該電極圖案的步驟係同時執行。
- 如請求項1之方法，其中該雷射束之波長為紫外線。
- 如請求項1之方法，其中選項a)中之該雷射束之波長為355nm。
- 如請求項1之方法，其中選項b)中之該雷射束之波長為266nm。
- 如請求項1之方法，其中該雷射束係藉由二極體泵浦固態雷射器產生。
- 如請求項1之方法，其中該基板之表面處之該雷射束的能量密度為0.5Jcm-2至1Jcm-2。
- 如請求項1之方法，其中該透明支撐基板之厚度為0.01mm至0.15mm。
- 如請求項1之方法，其中該第一透明導電層及/或該第二透明導電層係由ITO形成。
- 如請求項1之方法，其中該第一透明導電層及/或該第二透明導電層係由奈米線、碳奈米管或碳奈米芽形成。
- 如請求項1之方法，其中該第一透明導電層及/或該第二透明導電層之剝蝕臨限值為0.5Jcm-2至1Jcm-2。
- 如請求項1之方法，其中該第一透明導電層及/或該第二透明導電層直接附接至該透明支撐基板。
- 如請求項1之方法，其中該第一透明導電層及/或該第二透明導電層藉由透明黏合層附接至該透明支撐基板。
- 如請求項1之方法，其中該分層結構在形成該電極圖案之前自第一卷軸退繞。
- 如請求項1之方法，其中該分層結構在形成該電極圖案之後捲繞至第二卷軸上。
- 如請求項1之方法，其中在形成該電極圖案之步驟中，該透明支撐基板係在子掃描方向上相對於該雷射束驅動，且該雷射束係在主掃描方向上相對於該透明支撐基板驅動。
- 如請求項18之方法，其中該子掃描方向為基本豎直的。
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