TWM526718U - 使用三維列印製作的觸控基板 - Google Patents

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TWM526718U
TWM526718U TW105205136U TW105205136U TWM526718U TW M526718 U TWM526718 U TW M526718U TW 105205136 U TW105205136 U TW 105205136U TW 105205136 U TW105205136 U TW 105205136U TW M526718 U TWM526718 U TW M526718U
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touch electrode
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楊舜傑
簡順達
陳世清
黃文甫
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宸盛光電有限公司
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Description

使用三維列印製作的觸控基板
本創作關於一種觸控基板，特別關於一種使用三維(three-dimension,3D)列印製作的觸控基板。
隨著科技不斷的進步，各種資訊設備不斷地推陳出新，例如手機、平板電腦、超輕薄筆電、及衛星導航等。除了一般以鍵盤或滑鼠輸入或操控之外，利用觸控式技術來操控資訊設備是一種相當直覺且受歡迎的操控方式。其中，觸控裝置具有人性化及直覺化的輸入操作介面，使得任何年齡層的使用者都可直接以手指或觸控筆選取或操控資訊設備。
習知一種單片式玻璃觸控面板(One Glass Solution,OGS)技術，是將觸控感應器(touch sensor)直接設置在一基板(例如一蓋板)上，以成為觸控裝置。不過，現在業界於基板上製作觸控感應器都是使用半導體製程來完成，利用半導體製程來製作觸控感應器，其工序相當複雜，而且材料的製備種類也相當多種，使得整體觸控裝置的製造難度相當高，成本也難以下降。
本創作的目的為提供一種使用三維列印技術製作的觸控基板。相較於習知以半導體製程製作觸控基板的技術而言，本創作的觸控基板具有製作工序簡單及精度高，而且材料的製備也相對簡單的優點。
為達上述目的，本創作還提供一種觸控基板，其由一三維印表機製作而成，觸控基板包括一基底層、一觸控電極層以及一保護層。觸控電極層設置於基底層上。保護層設置於基底層與觸控電極層上；其中，保護層與基底層的材料相同，且觸控電極層包覆於基底層與保護層中。
在一實施例中，基底層是由三維印表機的一第一噴頭噴塗一光固化材料，且由三維印表機的一光源照射光固化材料而形成。
在一實施例中，觸控電極層是由三維印表機的一第二噴頭於基底層上噴塗一導電材料，且由三維印表機的一光源照射導電材料而形成。
在一實施例中，保護層是由三維印表機的一第一噴頭於基底層及觸控電極層上噴塗光固化材料，且由三維印表機的一光源照射光固化材料而形成。
在一實施例中，觸控電極層包含複數個觸控電極，該些觸控電極分別沿一第一方向延伸，且沿一第二方向並排配置。
在一實施例中，觸控基板更包括複數接合墊，其設置於該些觸控電極的邊緣上，其中該些接合墊是由三維印表機的一第二噴頭於該些觸控電極的邊緣上分別噴塗一導電材料，且由三維印表機的一光源照射導電材料而形成，各接合墊沿一第三方向延伸，且第三方向實質上分別垂直第一方向與第二方向。
在一實施例中，觸控電極層包含複數個第一觸控電極與複數個第二觸控電極，該些第一觸控電極分別沿一第一方向延伸，且沿一第二方向並排配置，該些第二觸控電極分別沿第二方向延伸，且沿第一方向並排配置。
在一實施例中，觸控基板更包括複數第一接合墊，其分別設置於該些第一觸控電極的邊緣上；及複數第二接合墊，其分別設置於該些第二觸控電極的邊緣上；其中該些第一接合墊與該些第二接合墊是由三維印表機的一第二噴頭於該些第一觸控電極的邊緣上與該些第二觸控電極的邊緣上分別噴塗一導電材料，且由三維印表機的一光源照射導電材料而形成，各第一接合墊與各第二接合墊分別沿一第三方向延伸，且第三方向實質上分別垂直第一方向與第二方向。
在一實施例中，保護層與基底層的材料相同，並為一光固化材料，光固化材料包含光起始劑、寡聚物、預聚物、稀釋單體及添加物紫外線固化型材料。
在一實施例中，觸控電極層的材料為一導電材料，導電材料 包含一光固化材料及複數導電粒子，導電粒子為鎳、或金、或錫、或銀，或其合金。
承上所述，於本創作之使用三維列印製作的觸控基板，觸控基板是由三維印表機製作而成，而觸控基板包括一基底層、一觸控電極層以及一保護層。其中，觸控電極層設置於基底層上，保護層設置於基底層與觸控電極層上，而保護層與基底層的材料相同，且觸控電極層包覆於基底層與保護層中。藉此，相較於習知以半導體製程製作觸控基板的技術而言，本創作的觸控基板具有製作工序簡單及精度高，而且材料的製備也相對簡單的優點。
1、1a~1d‧‧‧觸控基板
11‧‧‧基底層
12、12a~12d‧‧‧觸控電極層
121‧‧‧(第一)觸控電極
122‧‧‧第二觸控電極
13‧‧‧保護層
14‧‧‧接合墊
141‧‧‧第一接合墊
142‧‧‧第二接合墊
2‧‧‧三維(3D)印表機
21‧‧‧第一噴頭
22‧‧‧第二噴頭
23‧‧‧光源
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
D3‧‧‧第三方向
M1‧‧‧光固化材料
M2‧‧‧導電材料
P‧‧‧平台
S01~S03‧‧‧步驟
T‧‧‧軌道
圖1為使用三維列印製作的觸控基板的步驟流程圖。
圖2A至圖2F分別為配合圖1之步驟流程製作之觸控基板的製作過程示意圖。
圖3A至圖3D分別為本創作之不同實施例的觸控基板之示意圖。
以下將參照相關圖式，說明依本創作較佳實施例之使用三維列印製作的觸控基板，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。另外，本創作所有實施態樣的圖示只是示意，不代表真實尺寸與比例。
請參照圖1及圖2A至圖2F所示，其中，圖1為使用三維列印製作的觸控基板的步驟流程圖，而圖2A至圖2F分別為配合圖1之步驟流程製作之觸控基板1的製作過程示意圖。
觸控基板1的製作方法是搭配一三維(3D)印表機2。3D印表機2是運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，透過逐層堆疊累積的方式來構造物件，亦即透過「層造形法」來構造物件。其中，是先在電腦中繪製想要列印物件的3D外型，再送入切層軟體中輸出G-code(G-code是製造3D物件所使用的程式語言，內含控制3D印表機2移動的參數或相關指令)，此G-code即可控制3D印表機2印出所繪製的物件。本實施例之 3D印表機2是利用材料噴塗成型(material jetting)的技術完成該物件，此技術是同時使用噴頭與光源照射成型。
如圖1所示，觸控基板1的製作方法至少包括以下步驟：由第一噴頭噴塗一光固化材料，且由光源照射該光固化材料以形成一基底層(步驟S01)；由第二噴頭於基底層上噴塗一導電材料，且由光源照射該導電材料以形成一觸控電極層(步驟S02)及由第一噴頭於基底層及觸控電極層上噴塗該光固化材料，且由光源照射該光固化材料以形成一保護層，其中觸控電極層包覆於基底層與保護層中(步驟S03)。
如圖2A所示，三維印表機2包含一第一噴頭21、一第二噴頭22及一光源23。第一噴頭21、第二噴頭22及光源23設置於一軌道T上，並可於軌道T沿一方向運行(圖2A為往左側運行)。不過，除了於軌道T沿某一方向運行之外，第一噴頭21、第二噴頭22及光源23亦可透過其他的軌道或機構於其他方向上運行(未顯示)，以完成物件的三維列印工作。其中，第一噴頭21可噴出光固化材料(例如光聚合樹脂)，而第二噴頭22可噴出導電材料(或者極細線導線)。其中，光固化材料為絕緣材料(可透光或不透光)，並經光源23所發出光線照射後可固化成型，而導電材料(或者極細線導線)一樣需經光源23所發出光線照射後固化成型，以形成導電層。
於步驟S01中，如圖2A所示，是藉由第一噴頭21於一平台P上噴塗光固化材料M1，且由光源23照射該光固化材料M1以形成一基底層11。於此，第一噴頭21是先噴出光固化材料M1，再透過光源23發出例如但不限於紫外光(UV)，以固化光固化材料M1而形成基底層11。在一實施例中，基底層11的厚度可例如介於5微米至15微米之間。另外，光固化材料M1包含光起始劑(Photoiniti-ator)、寡聚物(Oligomer)、預聚物(Prepoly-mer)、稀釋單體(Reactive Diluent)及添加物(Additive)UV固化型材料(Photoinitiator)。其中，UV固化型材料可分成自由基型與陽離子型兩大類。自由基型有光裂解(Photo-cleavage)第一型(Type I)與第二型(Type II)。第一型例如為Benzoin Ether、Benzyl Ketal、Hydroxyalkylphenones、α-amino Ketones、Acylphosphine Oxides與Hydrogen Abstrac-tion；而第二型例如為Benzophenone、Xanthones、Thioxanthones、Aromatic Diketones、Phe-nylglyoxalates與Camphorquinone等。另外，陽離子型則多為碘(Iodonium)鹽類體或Sulfonium鹽類體，即常用的壓克力、環氧樹脂與VinylEther等系列材料。
於步驟S02中，如圖2B所示，是藉由第二噴頭22於基底層11上噴塗導電材料M2，且由光源23照射導電材料M2以形成一觸控電極層12。於此，同樣地，第二噴頭22是先噴出導電材料M2，再透過光源23發出光線(紫外光)，以固化導電材料M2而形成觸控電極層12。於此，導電材料M2為可透光，並為圖案化。導電材料M2例如包含光固化材料M1及摻雜於光固化材料M1內的複數導電粒子，該些導電粒子可為鎳、或金、或錫、或銀，或其合金，或其組合。雖然光固化材料M1不導電，但是，藉由該些導電粒子使得導電材料M2(觸控電極層12)為導體。因此，觸控電極層12的材料與習知技術製作透明導電層的材料(例如ITO)不同。
再說明的是，因應基底層11、觸控電極層12或其他膜層的厚度與形狀需求，第一噴頭21或第二噴頭22不是只有沿某一方向噴塗一次就可形成所要的基底層11、觸控電極層12或其他膜層的厚度及形狀，而是依據設計物件的需求厚度、形狀而噴塗多次及/或多個方向與位置的材料，才可形成所需之基底層11、觸控電極層12或其他膜層的厚度與形狀。於此，如圖2C所示，觸控電極層12是透過多次的噴塗與光線照射才形成所需的厚度與形狀。
此外，在一些實施例中，三維印表機2更可包括一量測單元(圖未顯示)，量測單元例如為攝影鏡頭(攝影機)，並可同步監控噴頭21、22噴出的光固化材料M1或導電材料M2的厚度，以做為後續的厚度補償，藉此可精確控制材料的噴塗量而形成需求的厚度或形狀。
另外，在進行步驟S03之前，如圖2D及圖2E所示，觸控基板1的製作方法更可包括：由第一噴頭21噴塗光固化材料M1於觸控電極層12之複數個觸控電極121之間，且由光源23照射光固化材料M1，以使相鄰兩個觸控電極121之間填滿光固化材料M1(絕緣材料)。之後，再進行步驟S03，如圖2F所示，是藉由第一噴頭21於基底層11及觸控電極 層12上噴塗該光固化材料M1，且由光源23照射該光固化材料M1以形成一保護層13，使得觸控電極層12包覆於基底層11與保護層13中。
補充說明的是，上述圖2A至圖2F搭配圖1之製作方法的實施例是製作出單層電極層的觸控基板1，在實際設計上，若欲製作出多層電極層的觸控基板，則僅需重複前述圖1之製作方法的步驟S02至步驟S03即可完成。
請參照圖3A至圖3D所示，其分別為本創作以三維印表機2製作而成之不同實施例的觸控基板1a~1d之示意圖。
如圖3A所示，觸控基板1a是以上述的步驟製作完成的，並包括一基底層11、一觸控電極層12a以及一保護層13。觸控電極層12a設置於基底層11上，而保護層13設置於基底層11與觸控電極層12a上。其中，保護層13與基底層11的材料相同，都是相同的光固化材料(由於是相同材料，故只標示13)，而且觸控電極層12a包覆於基底層11與保護層13中。其中，基底層11是由第一噴頭21噴塗光固化材料M1，且由光源23照射光固化材料M1而形成；觸控電極層12a是由第二噴頭22於基底層11上噴塗導電材料M2，且由光源23照射導電材料M2而形成；而保護層13是由第一噴頭21於基底層11及觸控電極層12a上噴塗光固化材料M1，且由光源23照射光固化材料M1而形成。另外，於噴塗導電材料M2的上述步驟S02中，形成的觸控電極層12a包含複數個第一觸控電極121，該些觸控電極121分別沿一第一方向D1延伸，且沿一第二方向D2並排配置。本實施例之第二方向D2實質上垂直第一方向D1，但並不以此為限。
另外，除了上述觸控基板1、1a的製作方法之外，如圖3B所示，於形成保護層13之前，本實施例之觸控基板1b的製作方法更可包括以下步驟：由第二噴頭22於觸控電極層12b的該些觸控電極121的邊緣上分別噴塗導電材料M2，且由光源23照射導電材料M2以形成複數接合墊14。其中，各接合墊14沿一第三方向D3延伸，且第三方向D3實質上分別垂直第一方向D1與第二方向D2。於此，接合墊14的材料與該些觸控電極121的材料相同，都是導電材料M2經固化而形成，而且接合墊14的表面露出於保護層13，以形成單層電極層的觸控基板1b。另外，各觸控電 極121可分別延伸至保護層13的側邊，並與沿第三方向D3延伸之各接合墊14連接(電性連接)。於此，該些觸控電極121可包含複數驅動電極(Tx)及複數感測電極(Rx)。當使用者碰觸該些觸控電極121時，可將因觸碰所產生的電訊號由觸控電極121傳輸至對應的接合墊14，再傳輸至觸控控制電路板(圖未示)，藉此產生對應的控制動作。
另外，如圖3C所示，於本實施例之觸控基板1c的製作過程中，觸控電極層12c包含複數個第一觸控電極121與複數個第二觸控電極122。其中，該些第一觸控電極121分別沿第一方向D1延伸，且沿第二方向D2並排配置。該些第二觸控電極122分別沿第二方向D2延伸，且沿第一方向D1並排配置。於此，第一觸控電極121與第二觸控電極122位於不同的平面上且交錯，而且交錯之處具有保護層13隔開，以避免第一觸控電極121與第二觸控電極122短路。於此，第一觸控電極121可例如為驅動電極(Tx)，第二觸控電極122可例如為感測電極(Rx)。
此外，除了上述觸控基板1、1c的製作方法之外，如圖3D所示，本實施例之觸控基板1d的製作方法更可包括以下步驟：由第二噴頭22於觸控電極層12d的該些第一觸控電極121的邊緣上與該些第二觸控電極122的邊緣上分別對應噴塗導電材料M2，且由光源23照射導電材料M2以形成複數第一接合墊141與複數第二接合墊142。其中，各第一接合墊141與各第二接合墊142分別沿第三方向D3延伸，且第三方向D3實質上分別垂直第一方向D1與第二方向D2。於此，第一接合墊141與第二接合墊142的材料與觸控電極層12d之該些第一觸控電極121、該些第二觸控電極122的材料相同，都是導電材料M2經固化而形成，而且第一接合墊141與第二接合墊142的表面分別露出於保護層13，以形成雙層電極層的觸控基板1d。另外，各第一觸控電極121與各第二觸控電極122可分別延伸至保護層13的側邊，並與沿第三方向D3延伸之對應的各第一接合墊141及各第二接合墊142連接(電性連接)。當使用者碰觸第一觸控電極121與第二觸控電極122時，可將因觸碰所產生的電訊號由第一觸控電極121與第二觸控電極122傳輸至對應的第一接合墊141與第二接合墊142，再傳輸至觸控控制電路板(圖未示)，藉此產生對應的控制動作。
此外，觸控基板1a、1b、1c、1d及其製作方法的其他技術特徵可參照上述觸控基板1，於此不再贅述。
承上，本創作是利用3D列印技術製作觸控基板，其技術特徵綜合如下：(1)、觸控電極層與接合墊皆內嵌於基底層與保護層內，僅露出接合墊的表面。(2)、基底層、保護層與絕緣層(即第一觸控電極與第二觸控電極交錯(橋接)之間的保護層)的材料相同，均為光固化材料。(3)、觸控電極、走線(trace)與接合墊的材料相同，都是導電材料，因此材料的製備相對簡單。(4)、觸控基板可為單層電極層的結構或雙層電極層的結構，其中，單層電極層的結構可包括同方向的電極或是兩方向交錯的電極。若是單層的交錯電極，交錯電極之間的橋接材料可與基底層與保護層的(介電)材料相同。當然，也可採用不同的介電材料來形成橋接之間的絕緣層(不過，需新增第三個噴頭，而且精度可更精準)。本創作的觸控基板的製作工序簡單，且精度高、(5)、相較於習知技術製作的觸控電極上的保護層(overcoat，OC)而言，本創作於觸控電極層上的保護層可以很薄而且平坦。(6)、3D列表機的製程設備可加入量測單元(例如攝影鏡頭)，以同步監控列印時的厚度，並做為後續的補償，藉此可精確控制材料的噴塗量。(7)、光固化材料可為透明材質，以與顯示面板結合時可看見顯示的畫面；或者，若不需與顯示面板結合時，例如筆電所使用的觸控板，則光固化材料可為非透明材質。(8)、藉由3D列印製作，可避免習知觸控電極與走線非製作於同一平面時，其轉折處容易斷裂的情況發生。(9)、本創作之觸控基板不需使用例如光學膠(Optical Clear Adhhesive,OCA)光學膠做貼合，因此也不會有貼合時產生氣泡的問題，同時也不需特別製作「平坦化層」，可減少製程的步驟。(10)、本創作適用於曲面顯示器或3D顯示器，相較於習知更能增加製程精確度並降低製程的難度。
綜上所述，於本創作之使用三維列印製作的觸控基板，觸控基板是由三維印表機製作而成，而觸控基板包括一基底層、一觸控電極層以及一保護層。其中，觸控電極層設置於基底層上，保護層設置於基底層與觸控電極層上，而保護層與基底層的材料相同，且觸控電極層包覆於基底層與保護層中。藉此，相較於習知以半導體製程製作觸控基板的技術而 言，本創作的觸控基板具有製作工序簡單及精度高，而且材料的製備也相對簡單的優點。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1a‧‧‧觸控基板
12a‧‧‧觸控電極層
121‧‧‧第一觸控電極
13‧‧‧保護層
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向

Claims (10)

  1. 一種觸控基板，由一三維印表機製作而成，該觸控基板包括：一基底層；一觸控電極層，設置於該基底層上；以及一保護層，設置於該基底層與該觸控電極層上；其中，該保護層與該基底層的材料相同，且該觸控電極層包覆於該基底層與該保護層中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的觸控基板，其中該基底層是由該三維印表機的一第一噴頭噴塗一光固化材料，且由該三維印表機的一光源照射該光固化材料而形成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的觸控基板，其中該觸控電極層是由該三維印表機的一第二噴頭於該基底層上噴塗一導電材料，且由該三維印表機的一光源照射該導電材料而形成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的觸控基板，其中該保護層是由該三維印表機的一第一噴頭於該基底層及該觸控電極層上噴塗該光固化材料，且由該三維印表機的一光源照射該光固化材料而形成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的觸控基板，其中該觸控電極層包含複數個觸控電極，該些觸控電極分別沿一第一方向延伸，且沿一第二方向並排配置。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的觸控基板，更包括：複數接合墊，設置於該些觸控電極的邊緣上，其中該些接合墊是由該三維印表機的一第二噴頭於該些觸控電極的邊緣上分別噴塗一導電材料，且由該三維印表機的一光源照射該導電材料而形成，各該接合墊沿一第三方向延伸，且該第三方向實質上分別垂直該第一方向與該第二方向。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的觸控基板，其中該觸控電極層包含複數個第一觸控電極與複數個第二觸控電極，該些第一觸控電極分別沿一第一方向延伸，且沿一第二方向並排配置，該些第二觸控電極分別沿該第二方向延伸，且沿該第一方向並排配置。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的觸控基板，更包括：複數第一接合墊，分別設置於該些第一觸控電極的邊緣上；及複數第二接合墊，分別設置於該些第二觸控電極的邊緣上；其中該些第一接合墊與該些第二接合墊是由該三維印表機的一第二噴頭於該些第一觸控電極的邊緣上與該些第二觸控電極的邊緣上分別噴塗一導電材料，且由該三維印表機的一光源照射該導電材料而形成，各該第一接合墊與各該第二接合墊分別沿一第三方向延伸，且該第三方向實質上分別垂直該第一方向與該第二方向。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的觸控基板，其中該保護層與該基底層的材料相同，並為一光固化材料，該光固化材料包含光起始劑、寡聚物、預聚物、稀釋單體及添加物紫外線固化型材料。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的觸控基板，其中該觸控電極層的材料為一導電材料，該導電材料包含一光固化材料及複數導電粒子，該導電粒子為鎳、或金、或錫、或銀，或其合金。
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