TW200401219A - Capacitive touch screen with conductive polymer - Google Patents

Description

200401219 玫、發明說明： 之技術領域】 發明大體上係關於-種接觸感測器’尤其是與顯示裝 起使用以形成觸屏之接觸感測器。 … C立L.前技街1 /各式觸屏係包括位於基材上之導電層。電容式觸屏一 '^又 Y系包 * Trfc1 135 -w* , 观㈣基板，破璃頂層具有薄膜導電性塗層。此 層頂上係為防刮磨破璃覆層。此者密封於感測器電子裝置 中’而使該裝置耐刮磨。 馨 仫於一般電客式螢幕邊緣之電路將低電壓AC電場均勻分 —、正fla導％性表面上。當手指或其他導電性物件擊穿該 包昜時，控制益測量自各頂角流動之電流的變化，且計算X 及Y座榣，顯示出使用者接觸螢幕之點。 —般’該導電層係實質透明之導體，諸如氧化銦錫町〇) 、氧化律錫(網、或氧化鋅(Zn〇)，其係為通稱為透明導 電性氧化物（TCOS)之物質的實例。然而，Tc〇s於電容式觸 屏中存在-些問題。丁⑽於特定應用中之—般薄膜電阻係# 列於表A中。電客式接觸系統較其他應用比較，需要相對高 之薄膜電阻。 门

表A 「 r·^ * X ___TCO之應用 電阻係數（歐奴在_ $ 士 電子顯示器諸如L C D s 一·· -~~—. 10-100 電阻式接觸系統 ------- 100-500 電容式接觸系統 ----—__ 1000-250Ο

85055 200401219 為了增加TCO之薄膜電阻，一般係沉積較薄之Tc〇薄膜。 例如，薄膜電阻為20歐姆每平方之IT〇薄膜係約5〇〇奈米厚 。具有350-400歐姆每平方之薄膜電阻的ΙΤ〇僅有約35·3〇奈 米厚。所沉積之TC0的均勻度、耐用性、及物理連繒性通常 隨著塗覆薄膜變薄而變差。例如ΙΤ〇通常無法於電阻係數 1 000-20⑻歐姆每平方下塗覆，因為其太薄而不耐用、均句 或物理性連若該基材頂面不均勾（經常如此），靠能進 —步退化。ΑΤΟ可塗覆得較厚，以得到較高之薄膜電阻。例 如，25-30奈米厚之ΑΤ0塗層導致約2〇〇〇歐姆每平方之薄膜 電阻。然而，ΑΤΟ具有較ΙΤ0遜色之光學性質，諸如較低之 透光度。 結果，電答式觸屏需有一種改良之導電層，其提供耐用 性及良好之光學性質。 [發明内交1 :發明係關於一種電容式觸屏，其具有一接觸區，包括 •R質透明之導電性聚合物’作為主要之信號載體，以針 對位在接觸位置之物件產生—電容性_合。該電容式觸屏 亦包括電路，將該接觸區之導電性聚合物連接於一電源’ 其中該電路係經組態化，以決定該接觸位置。 車义佳地，孩接觸區不包括透明導電性氧化物。亦佳情況 係浚；兒性聚合物係為該接觸區中之唯一透明導電性元件 。於一具體實例中，該電容式觸屏係進一步包括位於該導 兒^水〇物上之保護性塗層，其可作為介電質。該導電性 R β物可為PEDOT。該接觸區可包括—導電性聚合物片， 85055 200401219 具有實質均句之電阻，或可包括導電性聚合物圖案。 另一具體實例中’感觸性顯示器模組係包括一接觸區、 電=及可透過該接觸區觀看之顯示裝置。該接觸區係包括 一貫質透明之導電性聚合物’作為主要 〇上戈1α唬载體’用以針 對接觸位置之物件進行電容式耦合。 '.給 ^ 及％路係將該接觸區 <導電性聚合物連接於電源，其中哕# /、τ忑％路係經組態化， 決定接觸位置。 /發明另-具體實例中’製造電容式觸屏之方法 如供一基材，且於該基材上 _ 7巩佞觸。孩接觸區係包 一貫質透明之導電性聚合物’並 括 能几 、 T ^導电性聚合物係經組 心化，以作為主要信號載 入，針對一物件製得一電容式耦 & 匕括於孩接觸區上形成保護層。該物 電性描畫針。 ％ 針、或接地之導 本發明可應用於許多 用“式技術且收納導電性透明 口物 < 觸屏。雖本發 之 ， 月不又限制，但可經由以下實施例 w加對於本發明各個層面之瞭解。 笔谷式觸屏# & k 阻性材料，於各一 €阻或阻抗元件，諸如-段或-片電 阻元件係由透心^或邊緣具有接頭。先前技術中，該電 或Zn〇。然而，月導笔性氧化物（丁 CO)製得，諸如IT0、AT0 物。使用^於本發明中’該電阻元件係包括導電性聚合 切1史用導電性奄人n , 明所進—步詳述物可提供許多超越TC0之優點，如本發 85055 200401219 本發明所使用之，，導電性聚合物，，意指電導性之聚合物。 導電性聚合物之部分實例有聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔、聚 噻吩、聚伸苯基伸乙晞、聚伸苯基硫醚、聚對_伸苯基、聚 雜環伸乙烯、及歐洲專利公告Ep_丨_丨72_83卜A2所揭示之物 質。EP- ：1 -1 72-83 1-A2討論使用導電性聚合物取代電阻式觸 屏中之ITO，未討論電容式觸屏。較佳經取代聚噻吩係為 聚（3,4-伸乙二氧基噻吩）（pED〇T)，描述於美國專利第 5,766,5 1 5號及EP-A 686,662中。本發明所述之觸屏所使用 I導電性聚合物係為特性導電性，意指其在不添加導電性 物質諸如碳的情況下即為導電性，唯導電性聚合物通常需 添加摻雜劑。 S %阻式元件以貫質透明為佳，即，内部透光度至少為 約5 0%透明，而内部透光度至少約9〇%透明較佳。該電阻元 件對内部透光度以至少約9 5 %透明更佳。 圖1出示電容式接觸裝置8之一實例的示意圖，包括一電 容式接觸感測器1 〇。出示該接觸感測器丨〇之剖面，包括一 作為电阻元件之導電性聚合物14。本發明之一具體實例中 ’該電阻元件係為具有均勻電阻係數之表面。該接觸感測 备1 〇亦包括基材1 8及保護層2 0。該接觸感測器之基材丨8可 為剛性或可撓性。該基材1 8可為玻璃、薄塑料、或厚或剛 性塑料片。塑料基材提供質輕且不易斷裂之優點。 泫保遵層2 0係選擇性使用。若使用，則保護層2 〇係作為 介電質’限制該接觸及電阻元件之間的電容式耦合。該保 護層20亦可增加該電阻元件14之使用壽命。該保護層川亦 85055 200401219 選擇性地經結構化’以提供其他功能’諸如減少反光或減 少反射。該接觸感測器1 0不限於此等料層。該接觸感測哭 可包括附加層，提供其他功能。 該接觸裝置8亦包括觸屏電路24及電源28。該電路24係電 聯於電阻元件14。該電路24計算該電阻元件14上電容式耦 合的位置。該接觸感測器1 〇亦位於顯示裝置3 2上或與之敕 合。 一具體實例中之電阻元件可為具有均勻電阻之矩形表面 。此具體實例可簡便地使用具有矩形接觸區之觸屏詳細描鲁 述，唯所討論之觀念可應用於具有不同結構之觸屏，諸如 具有—段均勻電阻之單軸接觸區或三角形表面。 就矩形電阻元件而言，該觸屏可包括四接頭、一電阻式 耦合網络、一針對地面改變接頭電位之振盪器、用以測量 通經各接頭（電流的電流感測電路、及用以相對接觸位置 產生輸出信號之標準化電路。該電流係經測量，電流比例 二以演算接觸點之座標。該觸屏之電阻式_合網絡、振產 电旒感測電路、及標準化電路可如美國專利第 ^93,734號及第4,371，746號（兩者皆屬〜㈣，】 般地構成。 ）I双丁 可依數種不同方 _合而啟動。該 或接地之導電性 。該物件3 4提供 接近時，與該觸 本發明電容 34與電阻元件 者之手指或其 由線路接地之 徑’當其接觸 式接觸感測器 形成一電容式 他身體部位， 導電性描畫針 或與該觸屏夠 式藉由一物件 物件可為使用 結構，諸如經 到達地面之路 屏之電阻元件 85055 -10 - 200401219 產生電容式耦合。該電路2 4亦可接地。 操作期間，當物件34接觸該電阻元件或與其耦合時，針 對振羞备信號提供到達地面之相對低阻抗路徑，而小少電 "’U I由该接觸結構3 4到達地面。流經一邊界之電流的分率 與该接觸點邊界的距離成反比，且與相反邊界之距離成正 比。輸出電壓與此分率成正比，因此，與其他接頭之距離 成正比。該輸出於利用裝置提供二元信號，表示該電阻元 件被接觸。 圖2出7F電容式感測器結構4〇之一具體實例，其中具有透 明導電性聚合物48之可撓性電容式感測器44係層積於—剛 1"生基材5 0上。s亥可桃性電谷式感測器* *係包括一可挽性基 材5 4、導電性聚合物4 8、及保護層5 8。該剛性基材5 0可為 塑料或玻璃。黏著劑6 2將剛性基材5 〇連接於該可撓性電容 式感測器44之可撓性基材54上。 本發明另一具體實例中，接觸感測器收納一經圖案化導 電性聚合物。經圖案化之導電性聚合物不均句，而係包括 一圖案或重現圖案’諸如導電性聚合物之平行條或導電性 聚合物之平行與垂直條。—實例係為近場成像感測器，其 包括位於活性區中之級圖案化導電性聚合物，如圖3所示。 近％成像（NFI)感/則為技術係描述於Redmayne之美國專利 第5,65 0,5 97號中。此具體實例所使用之電路可如美國專利 第5,65 0,597號所教示般地構成。該感測器陣列80係包括許 多水平感測條84。該水平條84可分組88，每組包括數條。 各水平條84之左及右側係連接於激發信號。當該激發信號 85055 -11 - 200401219 提供於該條84之™側日争’該條84之另一侧係同時接地。該 激發信號之提供及來自陣列接地侧之感測器信號的偵測係 藉由接觸感測器電路(未出示於圖3)處理，以計算接觸位置 。可配置防護導體92 ’以消除寄生負$ ’且可藉激發信號 驅動。 NFI接觸裝置可經由較具有均勻電阻表面之接觸裝置大 〈間隙建立電容式_合。結果，顺接觸裝置經常可偵測戴 有手套之手的接觸。此種增高之敏感性亦使電阻元件可作 為使用者界面。例如，導電性圖案可於基材之第一側面上 形成，使用者可使用基材之第二側面作為界面，以經由基 材與該導電性圖案產生電容式耦合。此種配置免除了該電 阻元件對保護層之需求。 感測條84之圖案可使用不同印刷方法產生，諸如噴墨法 '網版印刷法、及模版印刷法。或可使用不同圖案化技術 產生圖案，諸如微影術、雷射切除、熱或光漂白、或其他 方法、或此等方法之組合方法。 用於電阻元件之線性化邊緣終點以依先前技術已知般地 配置為佳。本發明所使用之線性化一辭意指可藉由連接適 當之電壓於該邊緣終點，而於具有均勻電阻係數之整體接 月蜀私阻衣面上，產生均句之電流密度。該電阻式接觸表面 在經線性化時具有加成性，以自流經各連點到達該邊緣終 點之電流分率測量值，決定電流槽來源表面上之位置。較 佳線性化邊緣終點之一實例係如美國專利第4,371，746號所 說明。 85055 -12 < :在描述本發明電阻元件使用導電性聚合物的部分優點 。丁c〇s一般需要高溫處理，以使透光度及電導係數最佳化 “里溫度範圍係由100至33(rc，包括於高溫下沉積薄膜 二：積後退火步驟。於低溫下處理之TCO亦具有較差之光 :及％性貝。丁C0s之高溫處理限制了可使用之基材種類。 ,、⑺塗層—般係藉真I沉積步驟產生，其相當昂貴且係於 相當兩溫下進行。 方面導電性聚合物不需要高溫處理。其可使用約 。c之乾滦步驟自水塗覆。導電性聚合物電阻元件之低溫處 °α午使用其他使用於電容式觸屏之基材，諸如PET。 導電性聚合物片可依許多不同方式形成，其中有許多與 使用於TCO之形成技術比較起來，較$昂貴及耗時。導電性 聚合物可於高塗覆速度下經溶劑塗覆。導電性聚合物可經 網版印刷、噴墨印刷'模塗或浸塗，且可選擇性地沉積。 TCO之折射率—般介於丨，9至2 4範圍内。高折射率降低透 光度且增加反射性，因而降低顯示器經由觸屏觀看之整體 反差比。相反地，導電性聚合物具有介於1,5至1 · 8範圍内之 折射率β TCO迆常相當脆，結果易裂開，尤其是塗覆於可撓性基 材諸如聚對苯二曱酸乙二醇酯上時。接觸點上頂層之極度 局部彎曲可能導致TCO裂開。TCO層之裂紋導致裝置損壞 、跨接該TC 0層之電場的不均勻、及接觸位置計算值準確 度降低。導電性聚合物通常不脆。例如，塗覆有導電性聚 合物之PET基材可於尖銳半徑下彎曲’而不損壞該導電性 85055 200401219 聚合物。 TCOs通常於可男氺二& , ' 見先5曰'< 練光及紅光區中具有高於藍光之 透光度。例如，左杜、 在特疋IT0沉積參數下，形成之ITO薄膜於 45(3至_奈米波長下具有0.9微米·'之吸光隸，而於400至 —〇、丁旦不'皮長下為G.74微米ί。於藍光中之較低透光度使得顯 二、w像看來王現綠色，此係不被期望之情況，尤其是因 為大部分顯示器皆缺乏藍色。導電性聚合物通常於藍光中 具有高於可見光譜之其他區中的透光度。 =電性聚合物可塗覆得較TC0厚，而仍達到相同光學及電 f生貝〜果，可降低塗層均勻性之任何不規則性的影響。 實施例1 導笔丨生木s物/谷液係藉由混合965.25克Baytron P® PED0T.PSS洛液（Bayer所售之 Baytr〇n p)與 321·75 克二甲基 亞諷、77.4克乙二醇、27克3_縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽 烷、1600.2克異丙醇、及9*Surfyn〇1 61界面活性劑（Kremer

Pigmerue所售）而製備。鈉玻璃基材使用精密浸塗器，於每秒 0· 1 70英吋拉伸速度下浸塗以前述溶液。經塗覆之基材隨之 於85 C下烘烤6分鐘，產生25〇〇_3〇〇〇歐姆/平方之薄膜電阻。 其次’於該經塗覆基材之一面上網版印刷以銀為主之線性化 圖案及線路軌跡。經印刷之基材隨之於1 3 〇。〇下固化6分鐘。 其次’使用經聚矽酮修飾之聚丙烯酸酯溶液，於該感測器兩 面上施加保護性塗層。經塗覆之接觸感測器於661下固化1 小時°該感測器之透光度係為76%。於該感測器上以垂直及 水平手指繪圖’產生1 %之最大線路偏差。 85055 -14- 200401219 實施例2 電容式感測器係藉著使用導電性銀墨將線性化圖案及線 路軌跡網版印刷於位在PE丁上之Agfa EL 1 500導電性聚合物 薄膜（購自Agfa-Gevaert N.V.)上而製得《該導電性聚合物薄 膜係具有約88%之平均透光度’及約丨200歐姆/平方之平均 薄膜電阻。印刷方法之後，該墨液於1⑽艽下固化卜〗、時。 線路軌跡線藉由C〇2雷射切除導電性聚合物塗層而與線性 化圖案絕緣。該感測器使用用時裁穿該導電性聚合物塗層 及忒PET基材之COs雷射裁成最終形狀。於該感測器上以垂 直及水平手指繪圖產生1%之最大線路偏差。 珂述說明書、實施例及數據對本發明之製造及使用提供 冗整I描述。因為可在不偏離本發明精神及範圍之下進行 "午夕本發明具體贯例，故本發明由所附申請專利範圍所界 定。 參照附圖’根據前文本發明各具體實例之詳述，可更充 分明瞭本發明。 圖1係為本發明之-具體實例的例示觸屏裝置之示意圖。 圖2係為本發明另一具體實例之另一例示觸屏裝置的示 意圖。 具體實例用於觸屏裝置之感測器陣 圖3係為本發明之— 列的示意圖。 雖然本發明可有各種修飾 於圖中’且已詳細描述。然 及備擇形式’但其特性係例示 而’已知本發明不限於所述之 85055 15 200401219 特定具體實例。相反地，係涵蓋包括在所附之申請專利範 圍所定義之本發明精神及範圍内的所有修飾物、同等物、 及備擇物。 【圖式代表符號說明】 8 電容式接觸裝置 10 電容性接觸感測器 14 導電性聚合物 18 基材 20 保護層 24 觸屏電路 28 電源 32 顯示裝置 34 物件 40 電容式感測器結構 44 可撓性電容式感測器 48 透明導電性聚合物 50 剛性基材 54 可撓性基材 58 保護層 62 黏著劑 80 感測器陣列 84 水平感測器條 88 群組 92 防護導體 85055 -16-

Claims (1)

1. 拾、申請專利範園： 種電容式觸屏’包括： 接觸區，包括—實質透明之電往聚合物，作 Φ X 、 寸巧工 〈k號載體’以與位於接觸位置之物件形成電容式幸禺 I ;及 电路’將該接觸區之導電性聚合物連接於電源，該電 2路係經組態化，以決定接觸位置。 士申清專利範圍第1項之電容式觸屏，其中該接觸區不 包括透明導電性氧化物。 3 1申凊專利範圍第丨項之電容式觸屏，其中該導電性聚 —物係為该接觸區中唯一之透明導電性元件。 如申睛專利範圍第1項之電容式觸屏，其係進一步包本 位於該導電性聚合物上之保護性涂層。 " 5 土 ^ .如申請專利範圍第4項之電容式觸屏，其中該保 層係作為介電層。 至 6·如申請專利範圍第丨項之電容式觸屏，其中該導電性产 合物係為PEDOT。 a 7.如申請專利範圍第1項之電容式觸屏，其進一步包含· —基材，其中該接觸區係形成於該基材上；及 一顯示裝置，與該基材相鄰。 δ·如申凊專利範圍第1項之電容式觸屏，其進一步包合〜 剛性基材，其中該接觸區係形成於該基材上。 9.如申請專利範圍第丨項之電容式觸屏，其進一步包各 可撓性基材，其中該接觸區係形成於該基材上。Q 85055 申明專利la圍第1項之電容式觸屏，其中該接觸區係 ^ 導％性聚合物片，具有實質均勻之電阻。 申叫專利範圍第1項之電容式觸屏，其中該接觸區係 包含一導電性聚合物圖案。 12·如中請專利範圍第u項之電容式觸屏，其中該導電性聚 合物圖案係包含許多平行感測器條。 13·如申料利範圍第1項之電容式觸屏，其中該接觸面板 係經組態化，以於該接觸區中產生實質均句之電流密 度。 14·如申請專利範圍第1項之電容式觸屏，其進一步包含一 線性化圖案。 15. —用於定位接觸點之接觸面板，其包含： 一電流傳導性阻抗表面，具有至少一對界面，該阻抗 表面係包含一導電性聚合物； 其中孩接觸面板係經組態化，以使一實質線性化之電 流通經菽阻抗表面，其中自各界面通經位於該阻抗表面 上之接觸點的電泥決定該接觸點之位置。 i 6.如申請專利範圍第1 5項之接觸面板，其中該阻抗表面不 包括透明導電性氧化物。 i 7 .如申請專利範圍第1 5項之接觸面板，其中該導電性聚合 物係位於該阻抗表面上之唯一透明導電性元件。 i 8 .如申請專利範圍第1 5項之接觸面板，其進一步包括位於 该阻·抗表面上之保護性塗層。 j 9.如申請專利範圍第1 8項之接觸面板，其中該保護性塗層 85055 200401219 係作為一介電層。 20·如申請專利範圍第1 5項之接觸面板，其中該導電性聚合 物係為PEDOT。 1.如申凊專利範圍第1 5項之接觸面板’其中該阻抗表面係 形成於一可撓性基材上。 22. 如申請專利範圍第15項之接觸面板，其中該阻抗表面係 形成於一剛性基材上。 23. 如申請專利範圍第15項之接觸面板，其中該阻抗表面係 包含一片具有實質均勻電阻之導電性聚合物。 24. 如申請專利範圍第丨5項之接觸面板，其中該阻抗表面係 包含一導電性聚合物圖案。 2 5.如申請專利範圍第15項之接觸面板，其中該導電性聚合 物圖案係包含許多平行感測器條。 26.如申請專利範圍第1 5項之接觸面板，其係進一步包含— 線性化圖案。 2 7. —種感觸性顯示器模組，包含： 一接觸區，其包含一實質透明之導電性聚合物，作為 主要仏號載體，用以針對接觸位置之物件進行電容式輕 合； 電路，其係將該接觸區之導電性聚合物連接於電源， 該電路係經组態化，以決定接觸位置；及 一顯示裝置，具有一顯示表面。 28.如申請專利範圍第27項之感觸性顯示裝置，其中該接觸 區係不包括透明導電性氧化物。 85055 200401219 29.如申請專利範圍第27項之感觸性顯示裝置，其中該導電 性聚合物係為該接觸區中唯一之透明導電性元件。 3 0.如申請專利範圍第27項之感觸性顯示裝置，其係進一步 包含位於該導電性聚合物上之保護性塗層。 3 1 .如中請專利範圍第30項之感觸性顯示裝置，其中該保護 4生塗層係作為介電層。 3 2.如申請專利範圍第27項之感觸性顯示裝置，其中該導電 性聚合物係為特性導電性聚合物。 33. 如申請專利範圍第27項之感觸性顯示裝置，其中該導電 性聚合物係為PEDOT。 34. 如申請專利範圍第27項之感觸性顯示裝置，其係進一步 包含一剛性基材，其中該接觸區係形成於該基材上。 3 5 .如申請專利範圍第27項之感觸性顯示裝置，其係進一步 包含一可撓性基材，其中該接觸區係形成於該基材上。 36.如申請專利範圍第27項之感觸性顯示裝置，其中該接觸 區係包含一片具有實質均勻電阻之導電性聚合物。 3 7.如申請專利範圍第27項之感觸性顯示裝置，其中該接觸 區係包含一導電性聚合物圖案。 3 8.如申請專利範圍第37項之感觸性顯示裝置，其中該導電 性聚合物圖案係包含許多平行感測器條。 3 9.如申請專利範圍第27項之感觸性顯示裝置，其中該接觸 面板係經組態化，以於該接觸區產生實質均勻之電流密 度。 40.如申請專利範圍第27項之感觸性顯示裝置，其係進一步 85055 200401219 包含一線性化圖案。 41. 一種製造電容式觸屏之方法，包含： 提供一基材； 於該基材上形成一接觸區，該接觸區係包括—實質 透明之導電性聚合物，纟中該導電性聚合物係經组態 化以作為主要彳5號載體，針對一物件製得一電容式 耦合。 J 電容式觸屏的方法，其係 —保護層。

   42·如申請專利範圍第4 1項之製造 進—步包括於該接觸區上形成 43_如申請專利範圍第41項之製造電容式觸屏的方法，其中 :物件係選自由使用者身體之—部分、導電性描畫針、 双接地之導電性描畫針所組成之群。 44.如申請專利範圍第41項之製护哈— . 〈表•電容式觸屏的方法，其係 進-步包括於該接觸區上形成一線性化圖案。

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