薄膜感测器及触控显示器

技术领域

本发明涉及一种薄膜感测器及触控显示器，特别是涉及一种含有金属纳米线的薄膜感测器及触控显示器。

背景技术

近年来触控荧幕广泛应用于各类电子产品，尤其行动通讯产品大多使用触控荧幕，而且为了方便携带，更进一步发展出可折叠的触控荧幕。

一般用于显示面板的透明导电材料为氧化铟锡(简称ITO)，但是ITO薄膜容易碎而不能挠曲，在可携式电子产品的应用上较为受限。因此，发展替代ITO的可挠曲透明导电薄膜为本技术领域的重点项目之一。

目前替代ITO的材料发展较为成熟的一种是金属纳米线(Metal Nanowires)，将含有金属纳米线的涂层图案化可形成导电线路，并可进一步形成薄膜感测器。然而，现有的含有金属纳米线的薄膜感测器在某些使用环境下，导电线路容易发生开路或短路的现象，导致产品功能失效。故，提供一种具有可提高可靠性的金属纳米线薄膜感测器为目前研发的课题。

发明内容

本发明提供一种能够提高可靠性的薄膜感测器。

本发明的薄膜感测器在一些实施态样中，是包含基材、金属纳米线层及光学胶层。所述金属纳米线层形成于所述基材上，并且包含相互间隔排列的多个电极线。所述光学胶层形成于所述金属纳米线层上，并且匹配所述金属纳米线层，以在高温高湿(65℃/90％RH/DC 5V/240小时)的耐候试验下，所述电极线的线阻变化率小于10％，并且相邻的两个所述电极线之间的绝缘阻抗大于300MΩ。

在一些实施态样中，所述光学胶层选自以下光学胶材料制成：非紫外光固化的压克力胶系及橡胶系，其中由所述非紫外光固化的压克力胶系材料制成的光学胶层具有介电常数(频率100KHz)小于4、吸水率(WA％)小于0.3且水气穿透率(38℃/90％RH)小于400g/m

在一些实施态样中，所述光学胶层的厚度介于25至250微米。

在一些实施态样中，所述金属纳米线层进一步包括多个填充于所述电极线之间的绝缘部。

在一些实施态样中，所述金属纳米线层是在图案化形成所述电极线之后再形成所述绝缘部的结构层。

在一些实施态样中，所述薄膜感测器还包含保护层，形成于所述金属纳米线层上，并且所述光学胶层形成于所述保护层上。

在一些实施态样中，所述保护层具有介电常数(频率100KHz)小于4及水气穿透率(38℃/90％RH)小于12g/m

在一些实施态样中，所述保护层的厚度介于0.2至10微米。

在一些实施态样中，相邻的两个所述电极线之间的线距介于10至50微米。

此外，本发明提供一种含有前述能够提高可靠性的薄膜感测器的触控显示器。

本发明触控显示器在一些实施态样中，是包含显示模块及整合于所述显示模块的前述薄膜感测器。

在一些实施态样中，所述触控显示器还包含黏着层，设置于所述显示模块及所述薄膜感测器之间，所述薄膜感测器通过所述黏着层来贴合所述显示模块。

在一些实施态样中，所述薄膜感测器贴合于所述显示模块的封装基板、偏光板或电极承载基板。

在一些实施态样中，所述基材是作为所述显示模块的封装基板、偏光板或电极承载基板的基材。

本发明至少具有以下功效：本发明薄膜感测器通过匹配金属纳米线层的光学胶层的设计，使得在高温高湿(65℃/90％RH/DC 5V/240小时)的耐候试验下，金属纳米线层的电极线的线阻变化率小于10％，并且相邻的两个电极线之间的绝缘阻抗大于300MΩ，整体能够提高薄膜感测器的可靠性。

附图说明

本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：

图1是本发明薄膜感测器的实施例的剖面示意图；及

图2是本发明触控显示装置的实施例的剖面示意图。

具体实施方式

在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。文中所提及的“上”、“下”等位置词仅指当前指定视图的相对位置，而非绝对位置。此外，除非内文中有所特别限定，否则“形成(或设置)于......上”用词所代表的态样可包含直接形成及间接形成的不同态样。

参阅图1，是本发明薄膜感测器的实施例的剖面示意图。薄膜感测器1包含：基材11、金属纳米线层12及光学胶层13。金属纳米线层12形成于基材11上，并且包含多个相互间隔排列的电极线121，其中相邻的两个电极线121之间的线距介于约10微米至50微米之间。光学胶层13形成于金属纳米线层12上，除了提供贴合功能之外，还用来提高薄膜感测器1的可靠性。更具体来讲，光学胶层13是匹配金属纳米线层12，以在高温高湿(HighTemperature and High Humidity，HTHH)(65℃/90％RH/DC 5V/240小时)的耐候试验下，让电极线121的线阻变化率小于10％，并且相邻的两个电极线121之间的绝缘阻抗大于300MΩ。其中，因金属纳米线层12的金属离子会产生迁移，因此光学胶层13需匹配金属纳米线层12来设置，以有效减少金属离子迁移的产生。反观其他采用传统导电材料层(例如ITO)的感测器，因不会有金属离子迁移的问题，因此在光学胶的设置上不需也不会特别与导电材料层进行匹配。换言之，光学胶层13与金属纳米线层12匹配，是指光学胶层13所选用的光学胶性质是配合金属纳米线层12的金属纳米线材质，以控制水含量保持在金属离子的电解临界值以下，以有效减少金属离子迁移的产生。

在一些实施例中，光学胶层13的厚度可为介于25至250微米，较佳地是介于50至150微米。光学胶层13的材料可选自以下光学胶材料：非紫外光固化的压克力胶系及橡胶系，其中由所述非紫外光固化的压克力胶系材料制成的光学胶层13具有介电常数(频率100KHz)小于4(优选小于3)、吸水率(WA％)小于0.3(优选小于0.25)且水气穿透率(38℃/90％RH)小于400g/m

在本实施例中，金属纳米线层12更包含填充于电极线121之间的绝缘部122。以下进一步说明金属纳米线层12的制程。

在一些实施例中，金属纳米线层12是以含有金属纳米线的分散液或浆料经涂布步骤、固化/干燥步骤及图案化步骤等步骤所形成。所述涂布步骤例如但不限于：网版印刷、喷头涂布、滚轮涂布等制程；在一种实施例中，可采用卷对卷(roll to roll)制程将含有金属纳米线的分散液或浆料涂布于连续供应的基材的表面。所述具有金属纳米线的分散液可为溶剂，如水、醇、酮、醚、烃或芳族溶剂(苯、甲苯、二甲苯等)；上述分散液也可包含添加剂、介面活性剂或黏合剂，例如羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose，CMC)、2-羟乙基纤维素(2-hydroxyethyl Cellulose，HEC)、羟基丙基甲基纤维素(hydroxypropylmethylcellulose，HPMC)、磺酸酯、硫酸酯、二磺酸盐、磺基琥珀酸酯、磷酸酯或含氟界面活性剂等。而所述的金属纳米线(metal nanowires)层，例如可为纳米银线(silvernanowires)层、纳米金线(gold nanowires)层或纳米铜线(copper nanowires)层所构成；更详细的说，本文所用的「金属纳米线(metal nanowires)」可以是元素金属的金属线、金属合金的金属线及前述的组合，其中所含金属纳米线的数量，并不影响本发明所主张的保护范围；且单一金属纳米线的至少一个截面尺寸(即截面的直径)小于500nm，较佳小于100nm，且更佳小于50nm；而本发明所称之为“线(wire)”的金属纳米结构，主要具有高的纵横比，例如介于10至100,000之间，更详细的说，金属纳米线的纵横比(长度：截面的直径)可大于10，较佳大于50，且更佳大于100；金属纳米线可以为任何金属，包括(但不限于)银、金、铜、镍及镀金的银。而其他用语，诸如丝(silk)、纤维(fiber)、管(tube)等若同样具有上述的尺寸及高纵横比，也为本发明所涵盖的范畴。

在部分实施方式中，金属纳米线可以是纳米银线(Silver nanowires)或纳米银纤维(Silver nanofibers)，其可以具有平均约20至100纳米的直径，平均约20至100微米的长度，较佳为平均约20至70纳米的直径，平均约20至70微米的长度(即纵横比为1000)。于部分实施方式中，金属纳米线的直径可介于70纳米至80纳米，而长度约8微米。

所述固化/干燥步骤主要是让溶剂等物质被挥发，使得金属纳米线以随机的方式分布于基材的表面；较佳的，金属纳米线会固着于基材的表面上而不至脱落而形成所述的金属纳米线层12，且金属纳米线可彼此接触以提供连续电流路径，进而形成一导电网络(conductive network)。

此外，前述的金属纳米线可进一步进行后处理以提高其导电度，此后处理可为包括如加热、电浆、电晕放电、UV臭氧或压力的过程步骤。例如，在固化形成金属纳米线层12的步骤后，可利用滚轮施加压力于其上，在一实施例中，可通过一或多个滚轮向金属纳米线层12施加50至3400psi的压力，较佳为可施加100至1000psi、200至800psi或300至500psi的压力。于部分实施方式中，可同时进行加热与压力之后处理；详言之，所形成的金属纳米线可经由如上文所述的一或多个滚轮施加压力，并同时加热，例如由滚轮施加的压力为10至500psi，较佳为40至100psi；同时将滚轮加热至约70℃与200℃之间，较佳至约100℃与175℃之间，其可提高金属纳米线层12的导电度。于部分实施方式中，金属纳米线较佳可暴露于还原剂中进行后处理，例如包含纳米银线的金属纳米线较佳可暴露于银还原剂中进行后处理，银还原剂包括硼氢化物，如硼氢化钠；硼氮化合物，如二甲基胺基硼烷(DMAB)；或气体还原剂，诸如氢气(H2)。而所述的暴露时间约10秒至约30分钟，较佳约1分钟至约10分钟。而上述施加压力的步骤可依实际的需求实施在适当的步骤中。

所述的图案化步骤可例如在固化后的金属纳米线层12上进行曝光/显影(即熟知的微影制程)及蚀刻。在一实施方式中，金属纳米线层12较佳地具有以下特性：可见光(例如波长介于约400nm-700nm)的光穿透率(Transmission)可大于约80％，且表面电阻率(surface resistance)在约10至1000欧姆/平方(方阻，ohm/square)之间；较佳地，金属纳米线层12的可见光(例如波长介于约400nm-700nm)的光穿透率(Transmission)大于约85％，且表面电阻率(surface resistance)在约50至500欧姆/平方(ohm/square)之间。

在本实施例中，金属纳米线层12的绝缘部122是在图案化形成电极线121之后，再经由涂布聚合物于电极线121之间并固化而成的一底涂层(Overcoat，OC)，通过绝缘部122的设置，让金属纳米线层12的结构层可进一步维持相邻的电极线121之间较佳的电性绝缘。绝缘部122的材料可以例如是：聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯基甲苯、聚乙烯基二甲苯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚硫化物、聚砜、聚亚苯基、聚苯醚、聚氨酯、环氧树脂、聚胺基甲酸酯、聚硅烷、聚硅氧、聚(硅-丙烯酸)等等。

在一些实施例中，适用于基材11的材料以透明材料较佳，可以是可挠式透明基材，材料可例如选自：聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚酰亚胺(polyimide，PI)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)、聚氯乙烯(polyvinyl Chloride，PVC)、聚丙烯(polypropylene，PP)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate，PEN)、聚苯乙烯(polystyrene，PS)、环烯烃聚合物(cyclo-olefin polymers，COP)等等。

在本实施例中，薄膜感测器1进一步包含保护层(Passivation Layer)14，形成于金属纳米线层12及光学胶层13之间，具体来讲，保护层14可形成于金属纳米线层12的表面，并且光学胶层13再形成于保护层14的表面，使得保护层14分别与金属纳米线层12及光学胶层13直接接触。在另一实施方式中，在保护层14与金属纳米线层12之间或者在保护层14与光学胶层13之间也可进一步设置设计所需的光学层、功能层等叠层，在此并非为本揭示所限制。此外，保护层14具有以下性质：介电常数(频率100KHz)小于4(优选小于3)，也就是说在频率100KHz测量的介电常数小于4，及水气穿透率(38℃/90％RH)小于12g/m

将完成的样品在温度65℃且相对湿度90％的高温高湿环境中以5V的直流电通电测试，测试结果整理如下表1，其中：

实验例1是以图1实施例的结构中，没有设置保护层14的结构来作为样品；

实验例2是以图1实施例的结构中，设置包含有光学胶层13及保护层14的结构来作为样品；

比较例1是以图1实施例的结构中，没有设置保护层14和光学胶层13的结构来作为样品；

比较例2是以图1实施例的结构中，没有设置光学胶层13的结构作为样品。

表1

由表1所示的测试结果可知，实验例1、2为具有光学胶层13的样品相较于比较例1、2不具有光学胶层的样品，在高温高湿的环境中实验例1、2的可靠性明显优于比较例1、2，也就是说，本揭露的薄膜感测器1通过光学胶层13的设计能有效提高可靠性的验证结果。进一步地，由实验例2可知，薄膜感测器1中若由光学胶层13再加上保护层14的叠构设计，则更可大幅提高可靠性。

请参考图2，是本发明触控显示器的实施例的剖面示意图。本实施例的触控显示器100包含薄膜感测器1、显示模块2及黏着层3，其中薄膜感测器1可例如采用图1的实施例所揭示的薄膜感测器1的结构，相关结构及材料内容在此就不再加以赘述。显示模块2可例如是有机发光二极管显示模块(OLED)、液晶显示模块(LCD)等。此外，由于本实施例的薄膜感测器1是采用柔性较佳的金属纳米线层12来作为触控电极，为了让触控显示器100实现可弯折的效果，显示模块2也可以是采用可挠式显示模块。黏着层3设置于薄膜感测器1和显示模块2之间。

本实施例的薄膜感测器1整合于显示模块2，具体是设置于显示模块2上，并通过黏着层3来与显示模块2进行贴合，其中，薄膜感测器1可贴合于显示模块2的封装基板、偏光板或电极承载基板等任一结构层，在此并非本揭示所限制。在一些实施方式中，为了进一步达到薄型化的效果，薄膜感测器1的基材11可以直接是作为显示模块2中的封装基板、偏光板或电极承载基板等结构层的基材，让薄膜感测器1的金属纳米线层12是直接形成于显示模块2中的任一结构层的基材的表面。

综上所述，本发明薄膜感测器1通过匹配金属纳米线层12的光学胶层13的设计，使得在高温高湿(65℃/90％RH/DC 5V/240小时)的耐候试验下，电极线121的线阻变化率小于10％，并且相邻的两个电极线121之间的绝缘阻抗大于300MΩ，整体能够提高薄膜感测器1的可靠性。

以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。