浅谈如何利用廉价的铜布线实现大尺寸触摸面板(二)

2013-10-08 13:22:52来源: 互联网

选择铜/PET薄膜

  基于以上研究,触摸面板研究所的研究人员认为,要想解决触摸面板大型化造成的透明导电性薄膜课题,在PET薄膜上形成金属网层的方法最合适,于是从 2009年起展开了开发。金属材料采用易采购、成本低、易加工的铜膜。这种方式制作的透明导电性薄膜被命名为“SpiderNet”。

  制作网状图案需要缩窄网格的线宽,因此采用了光刻法。另外,考虑到低成本量产性,选择了能用卷对卷方式处理的干膜法。

  铜/PET薄膜采用铜膜厚2μm的蒸镀薄膜。由于铜膜呈红色,原以为需要实施黑化处理,但缩小线宽的话就基本看不到了,所以无需在意颜色。使用湿法蚀刻的初期阶段产品,线宽为10μm左右。这个宽度的话,仔细看能看到。缩小铜线宽度后,铜与PET之间的粘着力会下降,容易剥落。因此,在蚀刻后连续涂布了透明保护层。

  图5为网状图案示例。传感器部以1~2mm的间距设置了多条细铜线。结合这些细铜线形成一个传感器,与布线电极连接。该传感器以5~6mm 的间距配置。X传感器薄膜与Y传感器薄膜分别设置,利用光学粘合剂(OCA)粘合。制作的触摸面板从正面看有格子状的图案。

  图5:采用铜网状图案方式透明导电性薄膜的触摸面板构造

  在PET薄膜上绘制X、Y传感器线(a)。利用OCA粘贴X、Y传感器薄膜(b)。

  即使细铜线有一根断了,只要剩余的铜线是好的,传感器就能正常工作,所以采用了一个传感器由多条细铜线形成的图案。如果用细铜线网形成 ITO膜常用的棱形图案的话,在棱形间的狭小连接部,连接的铜线数量减少,万一断了,传感器将无法工作。可能会导致成品率降低,因此此次未予采用。

  制作的触摸面板的透射率由细铜线的面积占有率决定,可以得出图4所示的透射率与薄膜电阻值的关系。不过,在网状图案中,电阻适合以传感器两端间的电阻表示,不适合用薄膜电阻值讨论。300mm长的传感器两端间的电阻只有约50Ω,非常低。此次的铜网状图案方式与ITO薄膜和银纳米线涂布薄膜等相比,可将电阻值减小一位数以上。

  可利用卷对卷工艺 铜网状图案方式的另一个优点是,可解决触摸面板的大型化课题——降低布线电阻。在铜网状图案中,蚀刻铜膜时除了传感器部分外,布线部分也能利用低电阻铜膜形成图案。其线宽/线距可实现10μm/10μm。

  图6是利用铜网状图案方式透明导电性薄膜制作触摸面板的工序。这里比较了利用ITO玻璃基板生产玻璃盖板一体型触摸面板的工序,以及利用 ITO、PET薄膜基板和银纳米线膜、PET薄膜基板等生产分立型触摸面板的工序。利用玻璃基板的工序需要三道光刻工序和两道成膜工序。利用ITO、 PET薄膜的工序需要一道光刻工序和一道布线印刷工序。

  图6:铜网状图案方式与其他方式触摸面板的制造工序比较

  铜网状图案方式的电极安装工序少,能以卷对卷工艺制造,因此可降低制造成本。

  而铜网状图案方式只需要一道光刻工序即可形成传感器和布线。而且,该工序的优点是可利用卷对卷工艺形成。

  能自由弯折和缠绕 利用铜网状图案方式制作的触摸面板的灵敏度取决于X传感器电极和Y传感器电极的电极间隔。该电极间隔在0.3~3mm间变化时的灵敏度如图7所示,即使间隔扩大,灵敏度的降幅也很小。间隔变小的话,可能是因为X、Y传感器电极的交点增加,导致寄生电容增加,灵敏度的增幅也比较小。另外,由于铜线的面积占有率增加,透射率也会降低。

  图7:基于细铜线线距的灵敏度变化

  即使扩大线距,灵敏度的降幅也较小,缩窄线距时的灵敏度升幅也不太大。

  在铜网状图案透明导电性薄膜上粘贴玻璃盖板时,灵敏度会随着玻璃厚度而变化。图8中的实线表示玻璃盖板厚度在0~3mm间变化时的结果。由于业界普遍认为玻璃盖板厚度造成的灵敏度降幅比公开的ITO膜棱形图案触摸面板小,为了调查个中缘由,我们实施了计算机模拟。

  图8:玻璃盖板厚度依赖性

  本图将增加玻璃盖板厚度时的灵敏度变化进行了系统显示。虚线通过右图进行模型化后,显示了计算结果。

  在手指与平板型传感器的构造中,静电容量以C=εS/d来表示,在网状电极与手指的构造中,静电容量以C=2πεL /In(2d/b)来表示。假设S为1cm见方,网状电极的形状为在1cm见方的面积中,在X、Y传感器电极上各排列10条b=8μm宽的细铜线。此时,当电极与手指的间隔d只有不到约0.5mm时,平板型传感器构造的容量值较大,而d扩大到0.5mm以上时,网状构造传感器的容量值较大。我们的铜网状图案SpiderNet薄膜对灵敏度的依赖性与网状电极的模拟结果相似。

  铜/PET薄膜原来在FPC(Flexible Printed Circuits)等用途广为人知,可弯折性出色。因此,我们测量了将SpiderNet薄膜缠绕在细棍上时的电阻变化(图9)。在180度弯折的状态(缠在直径0㎜的棍上时)下未发现电阻增加,因此判定其具备出色的可弯折性。

  图9:铜网状图案方式透明导电性薄膜的弯曲特性

  即使完全弯曲,电阻值也不会发生变化。

  这种出色的可弯折性将扩大触摸面板的新用途。比如无框触摸面板、卷绕式触摸面板。

  无框触摸面板是指,把与普通显示器在同一平面上的布线部分设置到显示器侧面或显示器背面,在与显示器相同的平面内只设置传感器部分的构造。图10(a)就是这种模式的样品。在显示器的边角将触摸面板弯曲成90度,把X、Y传感器电极用布线配置在侧面。已经确认在这种状态下可进行多点触控操作。

  图10:能随意弯曲和缠绕

  通过将布线部分设置到显示器侧面,可大幅削减面板的边框部分(a)。还可以缠绕,因此能作为缠绕式或与有机EL面板组合的方式使用(b)。

  卷绕式触摸面板如图10(b)所示,将其卷绕在直径3cm左右的圆柱上收纳起来,在需要的时候拉出来使用。这种卷绕式触摸面板适合制作卷绕式有机EL显示器。

耐久性也无问题 

  铜的离子化倾向比银高,容易氧化。但在常温下,银容易在有电场的状态下产生迁移。因此,我们对采用SpiderNet的触摸面板实施了耐久性试验。

  我们实施了电阻膜式触摸面板的普通试验——高温保持、低温保持、高温高湿保持、温度循环试验。表3是试验结果。得出的结论是,在目前的试验时间内,无论是外观上还是性能上都没有发现任何变化。这些是没有电场的试验,今后需要调查加载电场时的情况。

  SpiderNet的课题与未来

  如上所述,铜网状图案在特性、成本和耐久性方面均超越了此前的ITO膜。用户在听到金属网时最担心的是裸眼能看到网格。

  的确,在开发初期铜线宽为10μm左右时,仔细观察面板的话有时会看到网格。但通过利用干式薄膜法,并改进曝光,现在已经试制出了线宽为 4μm的细铜线。线宽在5μm以下的话,就很难裸眼看到铜线,能实现“真正的”透明导电膜。铜网状图案方式的触摸面板已经到达这个阶段(图11)。因此,不仅是大型面板,还可以用于无框平板终端的触摸面板。

  图11:通过缩小细铜线宽度,裸眼看不到图案

  线宽降到5μm以下的话,裸眼就看不到了。在试制水平已经实现了4μm,达到了裸眼看不到的水平。

  将网状图案重叠在液晶显示器上时,有时会产生波纹。这是网状图案与显示器的像素图案因干扰而产生彩虹斑纹的现象。采用使网状图案相对于像素图案倾斜的图案,或者采用波状图案可以防止波纹产生。

  另外,在玻璃盖板上形成铜网状图案的OGS型触摸面板以及将玻璃盖板换成树脂的OPS型触摸面板也正在开发中。

关键字:铜布线  大尺寸  触摸面板

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1008/article_19802.html
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