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TW201506731A - 觸控元件以及平面顯示裝置 - Google Patents

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TW201506731A
TW201506731A TW102129308A TW102129308A TW201506731A TW 201506731 A TW201506731 A TW 201506731A TW 102129308 A TW102129308 A TW 102129308A TW 102129308 A TW102129308 A TW 102129308A TW 201506731 A TW201506731 A TW 201506731A
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TW102129308A
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Sian-Zong Liao
Han-Ming Chen
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Hannstouch Solution Inc
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Abstract

在一平面顯示裝置中，將分別代表X軸感應元件以及Y軸感應元件的兩個方向感應電極分別設置在彩色濾光片的基板兩側。其中一個方向感應電極設置在其中一面的黑矩陣內，另一個方向感應電極設置在彩色濾光片相對的另一面，使得具有觸控功能的平面顯示裝置可具有更加輕薄的尺寸，同時也具有更小的面板訊號干擾。

Description

觸控元件以及平面顯示裝置
本發明關於一種顯示裝置，特別是有關一種電容式觸控顯示裝置。
目前的觸控面板技術分為電容式、電阻式以及光學式等不同的觸控輸入技術，其中以電容式的觸控技術為業界的主流。因製程的差異，電容式觸控面板的結構又分為G/G(Out-cell)、OGS(Out-cell)、In-cell以及On-cell等不同的結構，而後三者為目前主力生產的技術。
在上述各種電容式觸控面板的結構中，第一類(G/G)結構為電容式觸控面板的傳統架構，其係先以一片玻璃為基材設置觸控感應元件，然後再於觸控感應元件上設置一強度較高的保護玻璃(cover lens)。這樣的架構具有玻璃強度高、電子訊號干擾小的特性。但由於製程繁瑣以及成品厚度大，無法滿足目前對觸控顯示裝置輕薄的需求。
第二類(OGS)結構也是將觸控感應元件集中設置在玻璃基材的同一面(底面)，而該玻璃基材的另一面則於裝置最上面露出供使用者觸控使用。OGS結構相較於G/G結構簡化了一片玻璃的使用，但由於製程的因素，OGS的玻璃需先經過強化後再進行切割，而這樣切割出來的玻璃強度會比切割後再強化的強度來得低，因此將OGS結構應用在易摔、易受壓的產品如行動電話、平板電腦時，容易發生品質瑕疵。另一方面，與G/G結構相比，OGS結構則因先進行黑色光阻製程，接著再進行一連串的磁控濺鍍製程，因此也 一直存在著鍍膜品質難以穩定控制的問題。
第三類(In-cell)結構是將觸控感應元件設置在面板模組的彩色 濾光片與薄膜電晶體層(Thin-film-transistor layer,TFT layer)之間，第四類(On-cell)結構則是將觸控感應元件設置於面板模組的彩色濾光片(color filter,CF)上。這兩類觸控結構皆可在面板模組上選用強度足夠的保護玻璃作為保護，且製造程序相對簡單。但由於這兩類觸控感應元件相對接近面板模組的薄膜電晶體層，因此薄膜電晶體層對於同樣由電路構成的觸控感應元件的電子干擾相對較大，其中第三類的In-cell結構又比第四類的On-cell結構受到更大的干擾。由於此類電子干擾較大，若電極阻抗過高會使得觸控訊號更難解析，因此應用此類技術發展大尺寸的觸控面板極有難度。
為了解決上述各種電容式觸控面板結構的問題，本發明提供了一 種觸控單元以及具有該觸控單元的平面顯示裝置。
本發明的一實施例提供了一種觸控單元，包含有一基板、一黑矩 陣、一第一方向感應電極、一第二方向感應電極以及一彩色濾光層。該基板具有彼此相對的一第一面以及一第二面。該黑矩陣設置於該基板的該第一面上，該黑矩陣定義出複數個畫素區域。該第一方向感應電極設置於該黑矩陣上或包含於該黒矩陣內，該第二方向感應電極設置於該第二面上。該彩色濾光層具有複數個彩色濾光單元，分別設置於該黑矩陣所定義的複數個畫素區域內，其中該第一方向感應電極介於該基板和該彩色濾光層間。
本發明另一實施例提供了一種平面顯示裝置，包含有一顯示基 板、一觸控單元以及一液晶層。該觸控單元設置於該顯示基板上，該觸控單元包含有一基板、一黑矩陣、一第一方向感應電極、一第二方向感應電極以 及一彩色濾光層。該基板具有彼此相對的一第一面以及一第二面。該黑矩陣設置於該基板的該第一面上，該黑矩陣定義出複數個畫素區域。該第一方向感應電極設置於該黑矩陣上或包含於該黒矩陣內，該第二方向感應電極設置於該第二面上。該彩色濾光層具有複數個彩色濾光單元，分別設置於該黑矩陣所定義的複數個畫素區域內。該液晶層設置於該觸控單元與該顯示基板間。
在本發明的實施例中，其中該第一方向感應電極為金屬電極，該第二方向感應電極為透明導電電極。
在本發明的實施例中，其中該第一方向感應電極係設置於該黑矩陣上，並包含複數個沿著一第一方向平行排列的第一電極條單元，且彼此相隔一第一間隔，每一第一電極條單元為網狀結構。該第一電極條單元係由複數金屬導線所構成之金屬網狀結構。每一金屬導線之寬度小於或等於所位處的該黑矩陣之線寬度，且每一金屬導線的寬度介於2~8微米(μm)之間。每一第一電極條單元之寬度涵蓋至少一排畫素區域。該第二方向感應電極包含複數個沿著一第二方向平行排列的第二電極條單元，且彼此相隔一第二間隔。
在本發明的實施例中，其中該第一方向感應電極包含於該黑矩陣內，該黑矩陣具有一第一抗反射層以及一金屬層，該第一抗反射層設置於該第一面以及該金屬層之間，該第一方向感應電極由該金屬層所形成。該觸控單元更包含一第二抗反射層，設置於該第一抗反射層和該金屬層間。該第一抗反射層為一氧化物層，該第二抗反射層為一氮化物層。該黑矩陣形成複數個沿著一第一方向平行排列的第一電極條單元，每一第一電極條單元為網狀結構。每一第一電極條單元彼此相隔一間距，且每一間距上疊設有一至少包含兩種顏色之彩色濾光單元。
相較於傳統的in-cell或是on-cell的SITO架構(即需要設置架橋 絕緣層的單面ITO結構，本發明的觸控單元將分別代表X軸感應元件以及Y軸感應元件的兩個方向感應電極分別設置在基板的兩面，省略了架橋絕緣層的設置，且X軸感應元件以及Y軸感應元件係分別由不同材質所形成，例如分別由不透光導電材料(例如金屬材料)和透明導電材料(例如ITO)所形成。同時，其中一個方向感應電極設置於彩色濾光片的黑矩陣上或包含於該黒矩陣內，而在相對遠離黑矩陣的彩色濾光片另一面設置另一個方向感應電極，使得具有觸控功能的平面顯示裝置可具有更加輕薄的尺寸，同時也具有更小的面板訊號干擾。
1‧‧‧平面顯示裝置
10‧‧‧顯示基板
22‧‧‧第一偏光片
24‧‧‧第二偏光片
40,50,60‧‧‧觸控單元
42‧‧‧基板
44,54,64‧‧‧第二方向感應電極
45,65‧‧‧第一方向感應電極
46,56‧‧‧彩色濾光層
48,58,68‧‧‧黑矩陣
421,521‧‧‧第一面
422,522‧‧‧第二面
441,641‧‧‧第二電極條單元
451,582,651‧‧‧第一電極條單元
461,462,463‧‧‧彩色濾光單元
481,581,681‧‧‧畫素區域
583‧‧‧氧化物層
584‧‧‧氮化物層
585‧‧‧金屬層
第1圖為本發明的平面顯示裝置的局部側面示意圖。
第2圖為本發明作為彩色濾光片的觸控單元其中一第二實施例於基板第一面上的俯視示意圖。
第3圖為第2圖的觸控單元於AA'線段的剖面示意圖。
第4圖為觸控單元的基板第二面的俯視示意圖。
第5圖為本發明作為彩色濾光片的觸控單元其中一第三實施例於基板第一面上的俯視示意圖。
第6圖為第5圖的觸控單元於BB'線段的剖面示意圖。
第7圖為本發明作為彩色濾光片的觸控單元其中一第三實施例於基板第一面上的俯視示意圖。
第8圖則為觸控單元第三實施例於基板第二面上的俯視示意圖。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞 來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」或「連接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣或結構連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接/連接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣/結構連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣/結構連接至該第二裝置。
請參考第1圖，第1圖為本發明的平面顯示裝置的局部側面示意圖。平面顯示裝置1為具有觸控功能的顯示器，包含了一顯示基板10、一觸控單元40、一第一偏光片22以及一第二偏光片24，其中顯示基板10和觸控單元40間設有一液晶層(圖未示)。顯示基板10上設有畫素驅動元件，例如薄膜電晶體(TFT)，而觸控單元40為一觸控彩色濾光片，設置於顯示基板10上，第一偏光片22則設置於觸控單元40上，其上另可加上一保護玻璃(圖未示)，第二偏光片24則在顯示基板10下方，其下另有一背光模組以及其他必要的元件，為了說明需要，第1圖僅顯示部分的結構，其他屬於平面顯示裝置1的必要元件則省略未繪出。
請參考第2圖以及第3圖，其中第2圖為本發明作為彩色濾光片的觸控單元一第一實施例於基板第一面上的俯視示意圖，第3圖則為第2圖的觸控單元於AA'線段的剖面示意圖。在第一實施例中，觸控單元40具有一基板42，基板42具有第一面421以及第二面422，其中第一面421為設置於顯示基板10上的一面，而在基板42的第二面422上則設置第一偏光片22以及保護玻璃。觸控單元40的基板42第一面421具有不導電的黑矩陣48。黑矩陣48定義了複數個畫素區域481，而在畫素區域481上再形成一彩色濾光層46，彩色濾光層46具有複數個彩色濾光單元461、462、463，分別設置在 黑矩陣48的複數個畫素區域481內。更具體地，彩色濾光層46提供了不同色彩的濾光單元，例如彩色濾光單元461為紅色濾光單元、彩色濾光單元462為綠色濾光單元、而彩色濾光單元463為藍色濾光單元。而在彩色濾光層46下方通常則會再設置一共電極層(省略未繪出)用以驅動顯示基板10和觸控單元40之間的液晶層的液晶轉向。
在本發明的觸控單元40中，將觸控感應所需的方向感應電極分別設置於彩色濾光片的兩側，亦即觸控單元40包含了一第一方向感應電極45以及一第二方向感應電極44(皆局部顯示)。第一方向感應電極45為金屬電極，設置於第一面421的黑矩陣48上，而第二方向感應電極44則以透明導電層(例如氧化銦錫導電層，ITO)的形式設置於基板42的第二面422上。在黑矩陣48與第一面421之間，或黑矩陣48與第一方向感應電極45之間，還可另外增設一層抗反射層(圖上未顯示)，使黑矩陣48具有更佳的不透光性。特別注意的是，在第2圖的實施例中，第一方向感應電極45包含了複數個第一電極條單元451，每一個第一電極條單元451包含了複數個彼此平行的導電線而構成網狀的電極條單元，且彼此相隔一第一間隔，該第一間隔至少等於或大於一畫素寬度。如第2圖所示，這些網狀導電線係沿著黑矩陣48之矩陣結構而對應形成。較佳地，該複數個第一電極條單元451係由複數條金屬導線所構成之金屬網狀結構(metal mesh)所形成，這些金屬導線的寬度小於或等於其所位處的黑矩陣48的線寬度，且實務上，每一條金屬導線的寬度較佳地落於2~8微米(μm)之間。如前所述，由於一般畫素解析度相對遠大於觸控解析度，因此第一方向感應電極45的每一個第一電極條單元451之寬度可涵蓋一或多排畫素區域481，而在第2圖中則以涵蓋兩排畫素區域481為例。
請一併參考第4圖，第4圖為觸控單元的基板第二面的俯視示意 圖。在基板42的第二面422上的第二方向感應電極44也包含了複數個第二電極條單元441，其沿著Y方向延伸、彼此平行且彼此相隔一第二間隔。由第2圖以及第4圖可知，第一方向感應電極45沿著X方向平行排列，而在基板42的第二面422上的第二方向感應電極44則沿著Y方向排列，因此在基板42的兩側分別形成的第一方向感應電極45以及第二方向感應電極44即為彼此正交的X軸電極以及Y軸電極。值得一提的是，在本實施例中，第二方向感應電極44係由透明導電層(例如氧化銦錫導電層，ITO)所形成，且每一第二方向感應電極44呈一種片狀結構。
請參考第5圖以及第6圖，其中第5圖為本發明作為彩色濾光片的觸控單元其中一第二實施例於基板第一面上的俯視示意圖，第6圖則為第5圖的觸控單元於BB'線段的剖面示意圖。在第二實施例中，觸控單元50的基板52第一面521設有具導電特性的黑矩陣58，其為不透光的金屬層，因此在第三實施例中，直接以黑矩陣58作為第一方向感應電極。同樣地，黑矩陣58形成有複數個畫素區域581，而在畫素區域581上再形成一彩色濾光層56。在第6圖中，黑矩陣58可以包含了一氧化物層583、一氮化物層584以及一金屬層585，由於不透光的金屬層585可能產生反射，因此加上氧化物層583(第一抗反射層)以及氮化物層584(第二抗反射層)作為抗反射層，使黑矩陣58具有更佳的不透光性及抗反射性。另外，金屬層585可以由鉻、鉬、銀、硼或鋁...等金屬構成。特別注意的是，在第5圖的實施例中，由黑矩陣58作為第一方向感應電極同樣包含了複數個第一電極條單元582，每一個第一電極條單元582也包含了複數個彼此平行的導電線而構成網狀的電極條，亦即為網狀結構。每一個第一電極條單元582彼此之間需以間隔G相隔開，以防止彼此電性導通；由於每個第一電極條單元582間之間隔G可能導致漏光現象，故如第6圖所示，在間隔G上疊設兩層不同顏色之彩色濾光單元(例如疊設有紅色光阻和綠色光阻)以遮蔽漏光。然在另一實施例中，間 隔G上亦可疊設三層不同顏色之彩色濾光單元(圖未示)，以增進其遮光的效果。如前所述，由於一般畫素解析度相對遠大於觸控解析度，因此每一個第一電極條單元582可涵蓋多排畫素區域581，而在第6圖中則以涵蓋兩排畫素區域581為例。
在第5圖中作為第一方向感應電極的複數個第一電極條單元582同樣沿著X方向排列，而在基板52的第二面522上的第二方向感應電極54的複數個第二電極條單元則沿著Y方向排列，其與第4圖的第一實施例類似。
請參考第7圖以及第8圖，其中第7圖為本發明作為彩色濾光片的觸控單元其中一第三實施例於基板第一面上的俯視示意圖，第8圖則為觸控單元第三實施例於基板第二面上的俯視示意圖。前述實施例中的第一電極條單元451、582以及第二電極條單元441為分別沿著X方向以及Y方向排列的條狀電極。在第三實施例的觸控單元60中，第一方向感應電極65類似第2圖的實施例，設置於不導電的黑矩陣68上，且第一方向感應電極65包含了複數個第一電極條單元651，每一個第一電極條單元651包含的導電線則以複數個菱形網狀的串列形式涵蓋了多個畫素區域681。對應地，在第8圖所顯示的第二面上，第二方向感應電極64也包含了複數個第二電極條單元641，每一個第二電極條單元641則由複數個菱形片狀單元串列形式，且其所涵蓋的位置與第一電極條單元651彼此互補，如第7圖所示，虛線部分所示意之第二電極條單元641即與第一電極條單元651呈互補配置。其中，第二電極條單元641係由透明導電層(例如氧化銦錫導電層，ITO)所形成。
相較於傳統的in-cell或是on-cell的SITO架構(即需要設置架橋絕緣層的單面ITO結構)，本發明的觸控單元將分別代表X軸感應元件以及Y軸感應元件的兩個方向感應電極分別設置在基板的兩面，省略了架橋絕緣 層的設置，且X軸感應元件以及Y軸感應元件係分別由不同材質所形成，例如分別由不透光導電材料(例如金屬材料)和透明導電材料(例如ITO)所形成。同時，其中一個方向感應電極設置於彩色濾光片的黑矩陣上或包含於該黒矩陣內，而在相對遠離黑矩陣的彩色濾光片另一面設置另一個方向感應電極，使得具有觸控功能的平面顯示裝置可具有更加輕薄的尺寸，同時也具有更小的面板訊號干擾。
40‧‧‧觸控單元
42‧‧‧基板
44‧‧‧第二方向感應電極
45‧‧‧第一方向感應電極
46‧‧‧彩色濾光層
48‧‧‧黑矩陣
421‧‧‧第一面
422‧‧‧第二面
461,462,463‧‧‧彩色濾光單元
481‧‧‧畫素區域

Claims (20)

  1. 一種觸控單元，包含有：一基板，具有彼此相對的一第一面以及一第二面；一黑矩陣，設置於該基板的該第一面上，該黑矩陣定義出複數個畫素區域；一第一方向感應電極，設置於該黑矩陣上或包含於該黒矩陣內；一第二方向感應電極，設置於該第二面上；以及一彩色濾光層，具有複數個彩色濾光單元，分別設置於該黑矩陣所定義的複數個畫素區域內，其中該第一方向感應電極介於該基板和該彩色濾光層間。
  2. 如請求項1所述的觸控單元，其中該第一方向感應電極為金屬電極，該第二方向感應電極為透明導電電極。
  3. 如請求項1所述的觸控單元，其中該第一方向感應電極係設置於該黑矩陣上，並包含複數個沿著一第一方向平行排列的第一電極條單元，且彼此相隔一第一間隔，每一第一電極條單元為網狀結構。
  4. 如請求項3所述的觸控單元，其中該第一電極條單元係由複數金屬導線所構成之金屬網狀結構。
  5. 如請求項4所述的觸控單元，其中每一金屬導線之寬度小於或等於所位處的該黑矩陣之線寬度。
  6. 如請求項4所述的觸控單元，其中每一金屬導線的寬度介於2~8微米(μm)之間。
  7. 如請求項3所述的觸控單元，其中每一第一電極條單元之寬度涵蓋至少一排畫素區域。
  8. 如請求項3所述的觸控單元，其中該第二方向感應電極包含複數個沿著一第二方向平行排列的第二電極條單元，且彼此相隔一第二間隔。
  9. 如請求項1所述的觸控單元，其中該第一方向感應電極包含於該黑矩陣內，該黑矩陣具有一第一抗反射層以及一金屬層，該第一抗反射層設置於該第一面以及該金屬層之間，該第一方向感應電極由該金屬層所形成。
  10. 如請求項9所述的觸控單元，更包含一第二抗反射層，設置於該第一抗反射層和該金屬層間。
  11. 如請求項10所述的觸控單元，其中該第一抗反射層為一氧化物層，該第二抗反射層為一氮化物層。
  12. 如請求項9所述的觸控單元，其中該黑矩陣形成複數個沿著一第一方向平行排列的第一電極條單元，每一第一電極條單元為網狀結構。
  13. 如請求項9所述的觸控單元，其中每一第一電極條單元彼此相隔一間距，且每一間距上疊設有一至少包含兩種顏色之彩色濾光單元。
  14. 一種平面顯示裝置，包含有：一顯示基板；一觸控單元，設置於該顯示基板上，該觸控單元包含有：一基板，具有彼此相對的一第一面以及一第二面； 一黑矩陣，設置於該基板的該第一面上，該黑矩陣定義出複數個畫素區域；一第一方向感應電極，設置於該黑矩陣上或包含於該黒矩陣內；一第二方向感應電極，設置於該第二面上；以及一彩色濾光層，具有複數個彩色濾光單元，分別設置於該黑矩陣所定義的複數個畫素區域內；以及一液晶層，設置於該觸控單元與該顯示基板間。
  15. 如請求項14所述的平面顯示裝置，其中該第一方向感應電極為金屬電極，該第二方向感應電極為透明導電電極。
  16. 如請求項14所述的平面顯示裝置，其中該第一方向感應電極係設置於該黑矩陣上，並包含複數個沿著一第一方向平行排列的第一電極條單元，且彼此相隔一第一間隔，每一第一電極條單元為網狀結構。
  17. 如請求項16所述的平面顯示裝置，其中每一第一電極條單元的網狀結構之線寬度小於或等於所位處的該黑矩陣之線寬度。
  18. 如請求項14所述的平面顯示裝置，其中該第一方向感應電極包含於該黑矩陣內，該黑矩陣具有一第一抗反射層以及一金屬層，該第一抗反射層設置於該第一面以及該金屬層之間，該第一方向感應電極由該金屬層所形成。
  19. 如請求項18所述的平面顯示裝置，其中該黑矩陣形成複數個沿著一第一方向平行排列的第一電極條單元，每一第一電極條單元為網狀結構。
  20. 如請求項19所述的平面顯示裝置，其中每一第一電極條單元彼此相隔一間距，且每一間距上疊設有一至少包含兩種顏色之彩色濾光單元。
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