触控屏幕的结构及其制造方法

专利名称：触控屏幕的结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种触控装置，尤其是指一种触控屏幕的结构及其制造方法。
背景技术：
在现今各式消费性电子产品市场中，个人数字助理(personal digital assistant， PDA)、行动电话(mobile Phone)及笔记型计算机(notebook)等可携式电子产品乃至于个 人计算机、数字家电系统皆已逐渐使用触控屏幕(touch display panel)作为使用者与电子 装置间的数据沟通接口工具。使用触控屏幕时，使用者可以直接透过屏幕上显示的对象 进行操作与下达指令，提供使用者更人性化的操作接口。此外电子产品的设计皆以轻、 薄、短、小是方向，因此在产品设计上希望能节省如按键、键盘、鼠标等传统输入装置 的设置空间，因此搭配触控式屏幕的显示装置已逐渐成为各式电子产品的关键零组件之
ο触控屏幕依据其结构，可以分为外加式触控屏幕以及内嵌式触控屏幕。外加式 触控屏幕除了一显示面板外，还需外加一独立的触控面板在显示面板上，因此使用者在 观看显示面板所呈现的影像时，可以通过触控面板来感测其触控位置。而内嵌式触控屏 幕，则整合了触控功能于现有的显示面板内，因此同一面板即同时具有输入与传输的功 能，其操作接口较外加式触控屏幕更为直觉。另一方面，由于无需额外的触控层，故与 外加式触控屏幕相比，内嵌式触控屏幕具有更好的显示品质以及较低的耗电量，且更为 轻薄短小，是目前触控屏幕的发展趋势。现有的内嵌式触控屏幕技术是将一感测组件，如光感测组件，整合至薄膜晶体 管(TFT)阵列中，也就是将一光感测组件与现有的薄膜晶体管整合于同一个像素内，并 通过不同的驱动讯号以及侦测讯号，以在同一个像素之中同时达到显示以及侦测触控的 效果。一般光感测组件的原理是利用半导体材料例如非晶硅(amorphous silicon)在照光 之后会产生光电荷的特性，通过侦测其光电流的产生来侦测其触控位置。现有的光感测 组件包括非晶硅薄膜晶体管(amorphous silicon TFT)或者是PIN光二极管(p-intrinsic-n photodiode),两者都可以成功整合于现有的液晶显示面板中，但也存在着若干缺点。例 如，以非晶硅薄膜晶体管作为光感测组件的结构时，由于长时间暴露于光线下，其非晶 硅材料的光电效应会逐渐衰退而使得感光能力逐渐丧失。而若以PIN光二极管作为光感 测组件时，由于多晶硅的吸光效率不佳，且在现有架构下，无法增加多晶硅的厚度来改 善其光敏感度，因此在光线不充足的环境下，其侦测敏感度并不理想。

发明内容
为解决现有触控屏幕组件衰退与组件灵敏度的问题，本发明提供一种可有效避 免组件衰退和灵敏度好的触控屏幕的结构，以及一种触控屏幕结构的制造方法。一种触控屏幕的结构，包括一基板、多条扫描线、多条数据线、多条数据传输 线、多个薄膜晶体管以及多个侦测电容皆设置于基板上。各数据线与各扫描线于基板上划分出多个呈阵列排列的像素区域。每条数据传输线设置于每条数据线旁。各薄膜晶体 管电性连接至其所对应的扫描线与数据线；而各侦测电容电性连接至所对应的扫描线与 数据传输线。—种触控屏幕结构的制造方法，包括提供一基板，并在基板上形成一栅极、一 辅助栅极以及一第一电极，接着在基板上形成一介电层，覆盖在栅极、辅助栅极以及第 一电极上；然后在栅极上的介电层上行成一通道层，在辅助栅极上的介电层上形成一辅 助通道层，同时在第一电极上的介电层上形成一第二电极。在通道层上形成一源极与一 漏极，在辅助通道层上形成一辅助源极与一辅助漏极，其中辅助源极与第二电极电性连 接，并部份覆盖该第二电极。最后在基板上形成一保护层，以覆盖源极、漏极、辅助源 极、辅助漏极以及第二电极。本发明提供了一种内嵌式触控屏幕的结构与结构的制造方法，其是在现有的薄 膜晶体管阵列中，嵌入了一非晶硅电容结构，利用环境光照射使得非晶硅层所产生的电 荷变化而造成电容值的改变，完成触控面板的操作。非晶硅电容结构可以改善现有技术 中组件衰退以及灵敏度不足的问题。


图1是本发明的较佳实施例的触控式屏幕结构的等效电路示意图。图2至图6是本发明的较佳实施例的触控式屏幕结构的制造方法示意图。图7是本发明的较佳实施例中的侦测电容的仰视图。图8是本发明的较佳实施例中的侦测电容达到多点触控的示意图。图9是本发明的较佳实施例中的侦测电容的结构示意图。图10至图13是本发明的较佳实施例中的侦测电容的制造方法示意图。
具体实施例方式请参阅图1和图6，图1是本发明的一实施例中一种触控式屏幕结构的等效电路 示意图，图6则是其结构剖面示意图。如图1所示，触控屏幕结构的基板上配置有多条 水平以及垂直交错的扫描线(gateline，GL) 100、数据线(dataline，DL) 102以及数据传 输线(outputline，OL) 119。每两条相邻的扫描线100以及两条相邻的数据线102所包围 的区域则是单一像素，每条数据传输线119则设置于每条数据线102旁，并实质上与各数 据线102平行。每个像素内则具有一薄膜晶体管104以及一储存电容106。由图1和图 6可以得知，薄膜晶体管104具有一与扫描线100电连接的栅极112，一与数据线102电 连接的源极124和一与一像素电极136电性连接的漏极126。存储电容106则具有一与共 享配线(未显示)电性连接的存储下电极144，还具有一与像素电极136电性连接的存储 上电极128。因此，通过施以适当电压于扫描线100上便可以开启栅极112，数据线102 的讯号即可以通过薄膜晶体管104而导通于像素电极136，进而驱动位于像素区域的液晶 分子(未显示)，以改变光线的偏振状态，而达成显示的效果，并可以通过存储电容106 进行电位的储存，以维持像素电极136的驱动效果。值得注意的是，为了能够达成内嵌 式触控屏幕结构侦测的效果，本发明的实施例在基板上还具有一侦测电容108。本发明的 实施例可以在每固定数量个的像素中设置一侦测电容108，例如每2乘2的像素区域内即固定设置有一侦测电容108;当然，也可以每个像素中皆设置有一侦测电容108，视不同 产品的侦测密度考量而做调整。请参考图1和图6，侦测电容108的结构由下而上是一第 一电极116、一介电层118、一第二电极122以及一传输电极130。第一电极116会电连 接至扫描线100，而第二电极122则会电性连接至数据传输线119。第一电极116是一金 属导电层，其材料可以是铜、铝或其它导电材料。介电层118可以是一单一(single)绝 缘层或一复合(composite)绝缘层，其材料可以包括有氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNy)或 氮氧化硅(SiON)等。第二电极122具有一半导体层以及一重掺杂半导体层，其材料例 如是一含氢的非晶硅层(amorphous silicon)。而传输电极130和第一电极116同样可以是 金属的导电层。通过两电极以及位于其中的介电层118，即可以形成一电容结构，请参考 图7，其是本发明的一实施例的侦测电容仰视图。如图7所示，第一电极116与第二电 极122是电容结构中的两导电电极，中间以介电层118隔开(图7中未显示介电层118)。 两电极重叠的形状以及大小可以视产品需求而做调整。例如重叠的形状是圆形、矩形或 是不规则形状等。重叠的面积大小会影响侦测电容108在照光时与不照光时，其电容差 异的变化值。因此，通过适当设计两电极重叠面积或是形状，可以使侦测电容108照光 时的电容值与不照光时的电容值，有着明显的差异，从而增加其感光灵敏度。另外，其 第二电极122所感应的电容变化值透过传输电极130而连接至数据传输线119。为了避 免数据传输线119通过传输电极130而和第一电极116产生寄生电容而影响侦测电容108 的准确性，因此在设计上，传输电极130与第一电极116应避免上下过多部分的重叠，例 如图7中，传输电极130仅接触第二电极122的一侧部，使得传输电极130仅有小部分重 叠于第一电极116上。本发明的侦测电容108的原理同样也是利用第二电极122中的半 导体材质(非晶硅)会吸收光子而产生光电效应来感测。例如，在一外部亮光的环境下 触碰此像素区域时，其手指按压处会遮住外光，因此侦测电容108的第二电极122的非晶 硅并没有被光激发而产生光电效应，侦测电容108上的电容值维持不变；而设在触控式 屏幕结构上未被手指触碰处的侦测电容108，其侦测电容108的非晶硅材料便会因光照而 产生光电荷，并累积在非晶硅材料的表面，导致这些未被手指触碰与遮蔽的侦测电容108 的电容值改变，然后再利用相对应的数据传输线119即可以用来侦测其电容改变值。因 此，通过一讯号处理器(未显示)来接受各数据传输线119所传递的电容差异值，即可 以运算而得知手指触碰的位置所在。反之，若在外部环境是暗处时，其是利用显示面板 的背光模组(backlightmodule)提供光源，而在手指触碰处，光线会经由手指反射而进入 触碰区的像素内，使得相对应的该等侦测电容108的非晶硅因光电效应而产生电容值的 变化，而在其它没有被手指触碰的地方，其侦测电容108则不会有电容值的改变。同样 的，通过各数据传输线119所传输的电容值，即可以得知暗处时手指的触碰位置。由上 述操作方式可以得知，侦测电容108可以透过明暗处两种不同模式的侦测方式，利用一 讯号处理器处理各数据传输线119所传递电容变化值的讯息，即可以得知其触碰位置。
值得注意的是，第一电极116除了作为电容电极外，还可以挡住下方来自背光 模组(未显示)的光线，可以避免在正常的情况下，其第二电极122的半导体材料直接受 到背光模组光源的照射而干扰其光侦测能力。在现有技术中，还需要形成额外的遮光物 才能达成这样的效果，而侦测电容108的设计则整合了此遮光效果，可以省却额外形成 遮光物的步骤。
本发明的侦测电容108也可以感知多点触碰，请参考图8。当手指触碰在触控屏 幕结构上同一行的像素时，例如同时触碰A、B两处，扫描线GLl进行扫描时同时驱动 此行的侦测电容108，而触碰点A、B两处的电容值因手指的触碰而发生改变，其电容变 化值则分别通过数据传输线OL2以及OL5传输，并通过一讯号处理器(未显示)即可以 感知其触碰位置。而当手指触碰在触控屏幕结构上同一列的像素时，例如同时触碰A、 C两处，在扫描线GLl开启时，数据传输线OL2会感知一电容变化值，而随着扫描线依 序往下扫描，当扫描至GL4时，数据传输线OL2也会感知一电容变化值，因此通过不同 的扫描时间点，虽然同一列的像素共享同一数据传输线，但在讯号处理器在不同时间点 接受讯息的情况下，仍可以感知多点触碰的位置。本发明的实施例的侦测电容除了上述优点外，还可以完全整合于现有制造薄膜 晶体管阵列的制程。请参考图2至图6，是本实施例中一种制造触控式屏幕结构的方法示 意图，其是通过常用的五道光掩模制程，其中每一张图即代表着一道光掩模步骤。请先 参考图2，首先在一基板110上沉积一第一金属层(未显示)，接着利用第一道光掩模来 图案化第一金属层，以分别形成扫描线(未显示)、薄膜晶体管104的一栅极112、存储 电容106的一存储下电极144以及侦测电容108的一第一电极116。接着如图3所示，在基板110上全面沉积一介电层118，用来当作栅极绝缘层， 其覆盖在栅极112、存储下电极144以及第一电极116上。接着沉积一半导体层以及一重 掺杂半导体层(未显示)，然后以第二道光掩模来图案化半导体层以及重掺杂半导体层， 以形成薄膜晶体管104的信道层120以及侦测电容108的一第二电极122。因此可以理解 的是，侦测电容108的第二电极122会包括一半导体层以及一重掺杂半导体层。接着如图4所示，在基板110上全面沉积一第二金属层(未显示)，并利用第三 道光掩模来图案化此第二金属层，以形成数据线(未显示)、薄膜晶体管104的一源极 124以及一漏极126、存储电容106的存储上电极128、数据传输线(未显示)以及侦测电 容108的传输电极130，其中传输电极130会覆盖在第二电极122上方，与第二电极122 有部分重叠，形成耦接，而另一端则会电连接于数据传输线119。接着如图5所示，在基板110上全面沉积一保护层132，并利用第四道光掩模来 图案化保护层，以在漏极126上方的保护层132中形成一接触洞134，同样的也在存储电 容106的存储上电极128的上方形成另一接触洞134，以作为后续透明薄膜层电连接的通 孔。接着请参考图6，在基板110上全面形成一透明导电层(未显示)，然后以第五 道光掩模图案化透明导电层，以形成一像素电极136。像素电极136会填入接触洞134， 以电性连接漏极126以及存储上电极128。通过上面步骤，即可以在现有五道光掩模的步骤下，在基板110上形成薄膜晶 体管104、存储电容106以及侦测电容108，因此可以完全兼容于业界现有的薄膜晶体管 制程，而不需作额外的设计与改良。接着请参考图9，是本发明的一实施例的侦测电容结构的示意图。如图9所示， 侦测电容108也可以透过另一辅助晶体管109来驱动，并以相对应的数据线102作为讯号 传输端。侦测电容108的第一电极116是连接像素内的共通线(未显示)，而第二电极 122则连接至辅助晶体管109，透过侦测扫描线(SL) 103作为此辅助晶体管109的开关，得以把电容变化值的讯号传递至相对应的数据线102作为讯号传输。在此实施方式中， 由于是和同一个像素中的薄膜晶体管104共享数据线102，因此为了避免讯号的干扰，其 扫描线100与侦测扫描线103的扫描必须交错实施，例如扫描线100先依序由上至下扫描 时，此时的数据线102用作薄膜晶体管104的讯号输入端，使得薄膜晶体管104能根据不 同数据线102的讯号而达到显示的效果。而当扫描线100由上而下扫描结束后，接着换 侦测扫描线103依序由上而下扫描，并依序开通其对应的辅助晶体管109，此时的数据线 102则作为侦测电容108的数据传输端，使侦测电容108上的电容值透过数据线102而进 行传输，如此一来，通过不同的扫描时间，数据线102可以作为薄膜晶体管104的讯号输 入端及侦测电容108的侦测传输端。关于上述辅助晶体管109与侦测电容108的制造方式，请参考图10至图13，是 本发明的一实施例中的侦测电容结构的制造方法示意图。请参考图10，首先在一基板 110上沉积一第一金属层(未显示)，接着利用第一道光掩模来图案化第一金属层，以分 别形成扫描线(未显示)、侦测扫描线(未显示)、辅助晶体管109的一栅极212、存储电 容106的存储下电极(未显示)以及侦测电容108的一第一电极116。接着如图11所示，在基板110上全面沉积一介电层118，用来当作栅极绝缘层， 并覆盖在辅助晶体管的栅极212以及第一电极116上。接着沉积一半导体层以及一重掺 杂半导体层(未显示)，然后以第二道光掩模来图案化半导体层以及重掺杂半导体层，以 形成辅助晶体管109的信道层220及侦测电容108的第二电极122。接着如图12所示， 在基板110上全面沉积一第二金属层(未显示)，并利用第三道光掩模来图案化此第二金 属层，以形成数据线(未显示)、薄膜晶体管104的源极与漏极(未显示)、存储电容106 的存储上电极(未显示)及辅助晶体管109的一源极224与一漏极226，其中源极224会 覆盖在第二电极122上方，并与第二电极122的一侧部重叠，形成电性连接。最后如图13所示，在基板110上全面沉积一保护层232，覆盖在基板110上， 如此一来即可以完成本实施例的侦测电容的结构。值得注意的是，上述图10至图13的 制造步骤，主要是以形成辅助晶体管109以及侦测电容108的结构来做说明，但孰悉该项 技艺与通常知识者均可以理解，本实施例于形成辅助晶体管109以及侦测电容108的结构 时，也能同时形成所需要的薄膜晶体管104与存储电容106，请参阅前述说明与相对应的 图2至图5的步骤，因此同样也兼容于现有的五道光掩模步骤。由上述可以得知，本发明的实施例所提出的侦测电容结构，其半导体材料经光 电效应后会产生的一电容变化值，在透过不同的数据传输线(或数据线)后，即可以感知 手指的触碰位置。在本发明的实施例的架构中，不仅可以达到多点触碰的效果，相较于 现有以非基硅薄膜晶体管是感光组件时，可以避免容易因长时间的照光而产生组件衰退 的现象，故具有较长的使用寿命。另外，本发明的实施例的侦测电容也毋需透过讯号放 大器来放大讯号，因此并不需要在基板上形成额外的讯号放大器，可以增加产品的开口 率而具有较佳的显示品质。此外，本发明的实施例的侦测电容的制造方法，也完全兼容 于现有薄膜晶体管阵列的制程，毋需额外的设计与改良。以上所述仅是本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化 与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。
权利要求
1.一种触控屏幕的结构，包括一基板，多条扫描线设置在该基板上，多条数据线 设置在该基板上，且这些数据线与这些扫描线相配合而在该基板上划分出多个呈阵列排 列的像素区域，多条数据传输线设置在该基板上，每一薄膜晶体管分别设置在每一所述 像素区域内，且每一所述薄膜晶体管电性连接至其所对应的扫描线与数据线，其特征在 于触控面板包括多个侦测电容，每一所述侦测电容分别设置在每一所述像素区域内， 每一所述侦测电容电性连接至其所对应的扫描线与数据传输线，且每一所述数据传输线 设置在每一所述数据线旁。
2.如权利要求1所述的触控屏幕的结构，其特征在于 侦测电容包括一第一电极设置在该基板上，并与对应的扫描线电性连接； 一介电层设置在该第一电极上； 一第二电极设置在该介电层上；以及一传输电极，该传输电极与该第二电极以及相对应的数据传输线电性连接。
3.如权利要求2所述的触控屏幕的结构，其特征在于第二电极的一侧部与该传输 电极电性连接。
4.如权利要求2所述的触控屏幕的结构，其特征在于第一电极包括金属。
5.如权利要求2所述的触控屏幕的结构，其特征在于第二电极包括一半导体层以 及一重掺杂半导体层。
6.如权利要求2所述的触控屏幕的结构，其特征在于第二电极包括非晶硅。
7.如权利要求2所述的触控屏幕的结构，其特征在于传输电极包括金属。
8.—种触控屏幕结构的制造方法，其包括以下步骤提供一基板；在该基板上形成 一栅极以及一第一电极；在该基板上形成一介电层，覆盖该栅极以及该第一电极；在该 介电层的位于该栅极上的部分形成一通道层，且在该介电层的位于该第一电极上的部分 形成一第二电极；在该通道层上形成一源极与一漏极，且在该第二电极上形成一传输电 极；在该基板上形成一保护层，并在该保护层中形成一通孔，该通孔对应设置在该漏极 上；以及在该基板上形成一像素电极，其中该像素电极通过该通孔与该漏极电性连接。
9.如权利要求8所述的触控屏幕结构的制造方法，其特征在于第二电极的一侧部 与该传输电极电性连接。
10.如权利要求8所述的触控屏幕结构的制造方法，其特征在于第一电极包括金属。
11.如权利要求8所述的触控屏幕结构的制造方法，其特征在于第二电极包括一半 导体层以及一重掺杂半导体层。
12.如权利要求8所述的触控屏幕结构的制造方法，其特征在于传输电极包括金属。
13.—种触控屏幕的结构，包括一基板；多条扫描线设置在该基板上；多条数据线设 置在该基板上，且这些数据线与这些扫描线相配合而在该基板上划分出多个呈阵列排列 的像素区域；多条共享配线设置在该基板上；多个薄膜晶体管分别设置在这些像素区域 内，且每一所述薄膜晶体管是电性连接至其所对应的该扫描线与该数据线；多个辅助晶 体管分别设置在这些像素区域内，且每一所述辅助晶体管是电性连接至其所对应的侦测扫描线与数据线；其特征在于多条侦测扫描线设置在该基板上，其中每一所述条侦测 扫描线设置在每一所述条扫描线旁；以及多个侦测电容分别设置在这些像素区域内，且 每一所述侦测电容是电性连接至其所对应的共享配线与辅助晶体管。
14.如权利要求13所述的触控屏幕的结构，其特征在于辅助晶体管包括一栅极设 置在该基板上，并与对应的该侦测扫描线电性连接；一介电层设置在该栅极上；一源极 与一漏极设置在该介电层上，其中该漏极与对应的该数据线电性连接；以及一保护层设 置在该源极与该漏极上。
15.如权利要求14所述的触控屏幕的结构，其特征在于侦测电容包括一第一电极 设置在该基板上，并与对应的该共享配线电性连接；该介电层设置在该第一电极上；以 及一第二电极设置在该介电层上，其中该第二电极、该介电层与该第一电极形成一电容 结构，该辅助晶体管的该源极与该第二电极电性连接。
16.如权利要求15所述的触控屏幕的结构，其特征在于第二电极以其一侧部与该 辅助晶体管的该源极电性连接。
17.如权利要求15所述的触控屏幕的结构，其特征在于第一电极包括金属。
18.如权利要求16所述的触控屏幕的结构，其特征在于第二电极包括一半导体层 以及一重掺杂半导体层。
19.如权利要求15所述的触控屏幕的结构，其特征在于传输电极包括金属。
20.—种触控屏幕结构的制造方法，其包括以下步骤提供一基板；在该基板上形成 一栅极、一辅助栅极以及一第一电极；在该基板上形成一介电层，该介电层覆盖在该栅 极、该辅助栅极以及该第一电极上；在该介电层的位于该栅极上的部分形成一通道层， 在该介电层的位于该辅助栅极上的部分形成一辅助通道层，且在该介电层的位于该第一 电极上的该部分形成一第二电极；在该通道层上形成一源极与一漏极，在该辅助通道层 上形成一辅助源极与一辅助漏极，其中该辅助源极与该第二电极电性连接；在该基板上 形成一保护层，覆盖该源极、漏极、该辅助源极、该辅助漏极以及该第二电极。
全文摘要
本发明涉及一种触控屏幕结构及其形成方法，该触控屏幕结构包括一基板、多条扫描线、多条数据线、多条数据传输线、多个薄膜晶体管以及多个侦测电容。所述扫描线、数据线、数据传输线、薄膜晶体管以及侦测电容皆设置在基板上。数据线与扫描线在基板上划分出多个呈阵列排列的像素区域。每条数据传输线设置于对应数据线旁。各薄膜晶体管电性连接至对应的扫描线与数据线。各侦测电容电性连接至对应的扫描线与数据传输线。当环境光照射在侦测电容结构时，侦测电容结构的非晶硅层会产生电荷变化，侦测电容的电容值改变就可以做为讯号判读的依据。侦测电容的结构可以改善因光强弱或长时间照射组件的衰退现象，并提高灵敏度以及准确性。
文档编号G02F1/1362GK102023440SQ20091030703
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月15日 优先权日2009年9月15日
发明者刘佳玫, 叶冠华, 吴宏基, 廖维仑, 郑再来 申请人:群创光电股份有限公司, 群康科技(深圳)有限公司