本發(fā)明涉及觸控技術(shù)領(lǐng)域，特別是有關(guān)一種用于形變感測的透明導(dǎo)電氧化物。

背景技術(shù)：

近年來，觸控裝置(Touch Panel)通常使用于手機(jī)、照相機(jī)、平板等電子產(chǎn)品的顯示屏幕，以便增進(jìn)操控及訊號輸入的便利性。舉例來說，目前常見的智能型手機(jī)以及平板計(jì)算機(jī)系使用觸控裝置，讓使用者可直接通過屏幕面板輸入信息，例如手寫辨識系統(tǒng)。

輸入的原理及方法有許多種類，因應(yīng)用范圍不同而有不同的設(shè)計(jì)方法及考量，各種方法皆有其優(yōu)缺點(diǎn)，目前市面上常見的觸控感測，依其感測原理常見的可分為三種：電容式、電阻式與壓力式。其中一種壓力式傳感器又稱形變感測，是利用壓阻材料的特性，當(dāng)壓阻材料收到應(yīng)力變化而變形時，其電阻值也會因而改變，因此透過電路上的連接與輸出，便可藉由電阻的變化來量測使用者的觸碰位置和力度大小。然而，目前用于形變感測的材料通常為不透明，而大幅限制了其使用范疇。因此，業(yè)界亟需一種用于形變感測的透明材料，使其能作為手機(jī)、平板、面板等需具有高透明度產(chǎn)品的觸控感測層。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述材料不透明的問題，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于形變感測的透明導(dǎo)電氧化物薄膜，具有良好的光學(xué)特性和電阻 變化效果。

本發(fā)明的一方面是提供一種用于形變感測的透明導(dǎo)電氧化物薄膜，其具有一長度，并在一外力作用下產(chǎn)生一形變量以令使透明導(dǎo)電氧化物薄膜之電阻值變化，其中形變量與長度間的比值介于5×10^-5與3.5×10^-4之間，其中電阻值的變化率范圍為0.01％-3％。

根據(jù)本發(fā)明一或多個實(shí)施方式，透明導(dǎo)電氧化物薄膜為一銦錫氧化物薄膜。

根據(jù)本發(fā)明一或多個實(shí)施方式，氧化銦錫薄膜中存在一氧空缺濃度，在制備銦錫氧化物薄膜時更通入一氣體，以調(diào)控銦錫氧化物薄膜中的氧空缺濃度。

根據(jù)本發(fā)明一或多個實(shí)施方式，通入氣體令使銦錫氧化物薄膜的電阻值的變化率上升。

根據(jù)本發(fā)明一或多個實(shí)施方式，氣體中具有氧氣、氬氣以及氫氣，且氧氣與氣體之間的體積比值介于0.1％至10％之間。

根據(jù)本發(fā)明一或多個實(shí)施方式，氧氣與所述氣體之間的體積比值介于1％至2％之間。

根據(jù)本發(fā)明一或多個實(shí)施方式，銦錫氧化物薄膜的一能帶間隙在一壓應(yīng)力作用下增加，以令使銦錫氧化物薄膜之電阻值上升。

根據(jù)本發(fā)明一或多個實(shí)施方式，銦錫氧化物薄膜之一能帶間隙在一拉應(yīng)力作用下減少，以令使銦錫氧化物薄膜之電阻值下降。

根據(jù)本發(fā)明一或多個實(shí)施方式，銦錫氧化物薄膜的電阻值變化率為0.01％-0.07％。

本發(fā)明的另一方面是提供一種觸控裝置，包含一顯示面板與一透明蓋板，而一觸控感測層夾設(shè)于顯示面板與透明蓋板之間。觸控感測層包含一透明基板， 且上述用于形變感測的透明導(dǎo)電氧化物薄膜位于透明基板上。

附圖說明

圖1A是銦錫氧化物薄膜在未受外力時的示意圖；

圖1B是銦錫氧化物薄膜在未受外力時的能帶間隙；

圖2A是銦錫氧化物薄膜承受壓應(yīng)力時的示意圖；

圖2B是銦錫氧化物薄膜承受壓應(yīng)力時的能帶間隙；

圖3A是銦錫氧化物薄膜承受拉應(yīng)力時的示意圖；

圖3B是銦錫氧化物薄膜承受拉應(yīng)力時的能帶間隙；

圖4A是一種觸控裝置的立體示意圖；

圖4B是觸控裝置中觸控感測層的立體示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將以附圖揭露本發(fā)明的多個實(shí)施方式，為明確說明起見，許多實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)將在以下敘述中一并說明。然而，應(yīng)了解到，這些實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)不應(yīng)用以限制本發(fā)明。也就是說，在本發(fā)明部分實(shí)施方式中，這些實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)是非必要的。此外，為簡化附圖起見，一些已知慣用的結(jié)構(gòu)與元件在附圖中將以簡單示意的方式繪示。

材料在受到應(yīng)力時會產(chǎn)生電阻變化，其變化可由下式說明：

R＝ρ(L/W)

在此式中，R為電阻值、ρ為電阻系數(shù)、L與W則分別為材料的長度與寬度。在受到外力F時，材料將產(chǎn)生形變，而使得其長度L增加或減少，外力與形變之間的關(guān)系式如下：

F＝k x△L

在上式中，F(xiàn)為施加的外力、k為材料的彈性系數(shù)、而△L為材料的長度變化量。參閱上述兩式，在外力F的作用下會產(chǎn)生長度變化量△L，此時材料的長度L改變，連帶使得電阻值R產(chǎn)生變化。更具體的說，在壓應(yīng)力或拉應(yīng)力的作用的作用下會產(chǎn)生正值的形變量，此時材料的長度L增加而其電阻值R上升。藉由上述之電阻值R的變化量，此些材料可用于觸控感測層以檢測使用者的資料輸入訊號。

透明導(dǎo)電氧化物具有前述的性質(zhì)，而可作為觸控感測層中的感應(yīng)組件。然而，透明導(dǎo)電氧化物通常具有較低的彈性系數(shù)k，因此在施加外力F過大下容易永久形變，甚至產(chǎn)生裂紋(crack)而限制了其應(yīng)用。

據(jù)此，本發(fā)明提供一種透明導(dǎo)電氧化物薄膜，其系于非常小的形變量下產(chǎn)生電阻值變化，并能防止透明導(dǎo)電氧化物薄膜崩裂而提升產(chǎn)品的良率。具體而言，本發(fā)明系提供一種透明導(dǎo)電氧化物薄膜，其具有一長度，并在外力作用下產(chǎn)生一形變量令使透明導(dǎo)電氧化物薄膜之能帶間隙(band gap)變化以改變透明導(dǎo)電氧化物薄膜之電阻值，其中此形變量與長度間的比值介于5×10^-5與3.5×10^-4之間，其中電阻值的范圍為0.01％-3％。

在下述的實(shí)施例中，以銦錫氧化物(indium tin oxide)薄膜為例來說明本發(fā)明之具體實(shí)施方式，但需注意的是其它的透明導(dǎo)電氧化物薄膜亦可用于本發(fā)明，而不以銦錫氧化物薄膜為限。參閱第1A與1B圖，第1A繪示銦錫氧化物薄膜未受外力時的示意圖，而第1B圖繪示銦錫氧化物薄膜在未受外力時的能帶間隙。如第1A圖所示，一銦錫氧化物薄膜110設(shè)置于一透明基板130上，且其兩端分別連接至接點(diǎn)120。在未受外力時，銦錫氧化物薄膜110在兩接點(diǎn)120之間具有一長度L1，且此時銦錫氧化物薄膜110的厚度為T1，。操作過程中，銦錫 氧化物薄膜110將電阻值變化的訊號傳遞至接點(diǎn)120，而此些接點(diǎn)120更可連接至一處理器(例如：集成電路)，以計(jì)算及/或感測使用者的觸控位置及力度大小。繼續(xù)參閱第1B圖，在未受外力時銦錫氧化物薄膜110的價電帶(valence band)112與導(dǎo)電帶(conduction band)114相隔一能帶間隙Eg₁，且一施體能階(donor level)116位于價電帶112與導(dǎo)電帶114之間。此需特別說明，銦錫氧化物薄膜110為氧化銦中摻雜錫的n型半導(dǎo)體薄膜，其采用比銦離子(In3+)多一價的錫離子(Sn4+)摻雜入氧化銦中取代銦離子而放出一個自由電子，以提高自由載子濃度并降低電阻。另一方面，銦錫氧化物薄膜110中的氧空缺(oxygen vacancy)系指晶格氧的位置未被填補(bǔ)，使得此鍵結(jié)之兩個電子釋出形成自由電子，因此氧空缺亦以n型施體(n-type donor)的方式來提高銦錫氧化物薄膜110之導(dǎo)電性。此些自由電子位于施體能階116，且其易躍升至導(dǎo)電帶114而使銦錫氧化物薄膜110具有導(dǎo)電性質(zhì)。

繼續(xù)參閱第2A與2B圖，第2A繪示銦錫氧化物薄膜承受壓應(yīng)力時的示意圖，而第2B圖繪示銦錫氧化物薄膜承受壓應(yīng)力時的能帶間隙。如第2A圖所示，當(dāng)施加壓應(yīng)力F1時，銦錫氧化物薄膜110產(chǎn)生形變，其厚度自T1減少至T2，且銦錫氧化物薄膜110產(chǎn)生凹陷使得其長度自L1增加自L2。請參閱第2B圖以理解銦錫氧化物薄膜110在小形變量下的電阻值變化機(jī)制。在壓應(yīng)力F1的作用下銦錫氧化物薄膜110中的晶格排列產(chǎn)生變化，并改變其能帶間隙。如第2B圖所示，在壓應(yīng)力F1的作用下銦錫氧化物薄膜110的能帶間隙自Eg₁增加至Eg₂，更增加施體能階116與導(dǎo)電帶114之間的能階距。在此情況下位于施體能階116的自由電子較難躍升至導(dǎo)電帶114，因而使得銦錫氧化物薄膜110的導(dǎo)電率下降，而電阻值上升。以式R＝ρ(L/W)說明，施加壓應(yīng)力F1使得長度L1增加至L2，但銦錫氧化物薄膜110之晶格的變化亦使電阻系數(shù)ρ上升，此兩項(xiàng)因素共 同影響著銦錫氧化物薄膜110之電阻值。再者，本發(fā)明系于非常小的形變量下進(jìn)行電阻值的變化感測，形變量(T1-T2)與長度L2之間的比值介于5×10^-5與3.5×10^-4之間。在如此小的形變量下，長度變化值(L2-L1)亦非常小，此時銦錫氧化物薄膜110主要系由電阻系數(shù)ρ的變化而改變其電阻值，并藉此可觀察得在壓應(yīng)力F1的作用下，銦錫氧化物薄膜110之電阻值上升。在本發(fā)明之部分實(shí)施方式中，當(dāng)在壓應(yīng)力F1的作用下使產(chǎn)生的形變量(T1-T2)與長度L2之間的比值為3.5×10^-4時，銦錫氧化物薄膜110電阻值的變化率為0.01％-0.07％。

接著參閱第3A與3B圖，第3A繪示銦錫氧化物薄膜承受拉應(yīng)力時的示意圖，而第3B圖繪示銦錫氧化物薄膜承受拉應(yīng)力時的能帶間隙。如第3A圖所示，當(dāng)施加拉應(yīng)力F2時，銦錫氧化物薄膜110產(chǎn)生形變，其厚度自T1增加至T3，而銦錫氧化物薄膜110的長度同樣自L1增加自L3。如前所述，當(dāng)長度增加時電阻值應(yīng)會對應(yīng)上升，但此處卻觀察到銦錫氧化物薄膜110的電阻值變低。請參閱第3B圖以理解銦錫氧化物薄膜110在小形變量下的電阻值變化機(jī)制。同樣的，在拉應(yīng)力F2的作用下銦錫氧化物薄膜110中的晶格排列產(chǎn)生變化，并改變其能帶間隙。如第3B圖所示，在拉應(yīng)力F2的作用下銦錫氧化物薄膜110的能帶間隙自Eg₁減少至Eg₃，更減少施體能階116與導(dǎo)電帶114之間的能階距。在此情況下位于施體能階116的自由電子更容易躍升至導(dǎo)電帶114，因而使得銦錫氧化物薄膜110的導(dǎo)電率上升，而電阻值下降。以式R＝ρ(L/W)說明，雖然施加拉應(yīng)力F2使得長度L1增加至長度L3，但銦錫氧化物薄膜110之晶格的變化亦使電阻系數(shù)ρ下降，此兩項(xiàng)因素共同影響著銦錫氧化物薄膜110之電阻值。再者，本發(fā)明系于非常小的形變量下進(jìn)行電阻值的變化感測，形變量(T3-T1)與長度L3之間的比值介于5×10^-5與3.5×10^-4之間。在如此小的形變量下，長度變化值(L3-L1)亦非常小，此時銦錫氧化物薄膜110主要系由電阻系數(shù)ρ的變化而改變 其電阻值，并藉此可觀察得在拉應(yīng)力F2的作用下，銦錫氧化物薄膜110之電阻值下降。在本發(fā)明之部分實(shí)施方式中，當(dāng)在拉應(yīng)力F2的作用下使產(chǎn)生的形變量(T3-T1)與長度L3之間的比值為3.5×10^-4時，銦錫氧化物薄膜110電阻值變化率為0.01％-0.07％。

綜前所述，銦錫氧化物薄膜110在拉應(yīng)力F2的作用下電阻值會變低，而在壓應(yīng)力F1的作用下電阻值會變高。重要的是，拉應(yīng)力F2與壓應(yīng)力F1造成的形變量與長度之間的比值介于5×10^-5與3.5×10^-4之間，以防止銦錫氧化物薄膜110產(chǎn)生裂紋或永久形變。具體而言，當(dāng)銦錫氧化物薄膜110的形變量與長度之間的比值超過5×10^-4時，銦錫氧化物薄膜110即會開始出現(xiàn)裂紋而造成產(chǎn)品的良率下降。需注意的是，不同的透明導(dǎo)電氧化物的晶格排列方向亦不同，因此其能帶間隙之變化機(jī)制亦不同于銦錫氧化物薄膜110。舉例來說，其它的透明導(dǎo)電氧化物薄膜可在受壓應(yīng)力F1時能帶間隙變小，而電阻值下降。同理，拉應(yīng)力F2亦可增加其它透明導(dǎo)電氧化物薄膜的能帶間隙而使電阻值上升。

此外，亦可于制備銦錫氧化物薄膜110后再通入氣體，以調(diào)控銦錫氧化物薄膜110中的氧空缺濃度。此氣體中含有氧氣、氬氣以及氫氣，其中氧氣與氣體之間的體積比值介于0.1％至10％之間。當(dāng)氧氣不足時會大量產(chǎn)生氧空缺，并使晶格產(chǎn)生扭曲并產(chǎn)生點(diǎn)缺陷(point defect)阻礙自由電子的傳導(dǎo)，而降低導(dǎo)電率并增加了其在外力作用下時的電阻值變化率。此外，當(dāng)氧氣過量時多余的氧氣將匯集在晶格邊界并造成散射，而減少自由電子的移動率并增加其在外力作用下時的電阻值變化率。在以上兩種情況下，銦錫氧化物薄膜110具有較高的電阻值變化率，進(jìn)而提升施加拉應(yīng)力F2或壓應(yīng)力F1時的電阻值變化量。在另外實(shí)施例中，氧氣與氣體之間的體積比值優(yōu)選介于1％至2％，使得銦錫氧化物薄膜在一定的外力作用下，電阻值的變化率達(dá)到最大，在部分實(shí)施例中，銦錫 氧化物薄膜的電阻值變化率為0.01％-0.5％,當(dāng)銦錫氧化物薄膜的電阻值變化率變大時，形變感測更加靈敏，有利于感測使用者的觸碰位置及力度大小

請繼續(xù)參閱第4A圖，第4A圖繪示本發(fā)明之部分實(shí)施方式中，一種觸控裝置的立體示意圖。如第4A圖所示，觸控裝置400包含一顯示面板410、一觸控感測層420以及一透明蓋板430，其中觸控感測層420夾設(shè)于顯示面板410與透明蓋板430之間。其中透明蓋板430之材質(zhì)可包含玻璃、藍(lán)寶石及/或其它合適的透明材料，而觸控感測層420可包含上述之透明導(dǎo)電氧化物。具體而言，使用者440可透過透明蓋板430與觸控感測層420觀察到顯示面板410所顯示的圖像，并且直觀的碰觸透明蓋板430以進(jìn)行程序操作與下達(dá)指令。

請接著參閱第4B圖，第4B圖繪示本發(fā)明之部分實(shí)施方式中，觸控感測層的立體示意圖。如第4B圖所示，觸控感測層420包含一透明基板422，以及透明導(dǎo)電氧化物薄膜426位于透明基板上。承前所述，當(dāng)使用者440碰觸透明蓋板430的同時也施加一壓應(yīng)力至觸控感測層420，此壓應(yīng)力使得透明導(dǎo)電氧化物薄膜426產(chǎn)生形變而造成電阻值的變化。如第4B圖的左側(cè)所示，壓應(yīng)力使區(qū)域A中的透明導(dǎo)電氧化物426凹陷形變而改變其能帶間隙，連帶使得透明導(dǎo)電氧化物薄膜426之電阻值改變。透明導(dǎo)電氧化物薄膜426更將此區(qū)域A中的電阻變化值傳遞至接點(diǎn)428，而此接點(diǎn)428連接至一處理器(未繪示)，以計(jì)算及/或感測使用者440的觸控位置。需注意的是，雖然示例的透明導(dǎo)電氧化物426在透明基板422上具有第4B圖所示的圖案，但不以此為限，其它合適的圖案亦可適用而不影響本發(fā)明之精神。在本發(fā)明之部分實(shí)施方式中，透明基板422之材質(zhì)包含聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)或聚碳酸酯(polycarbonate,PC)。

由上述本發(fā)明實(shí)施例可知，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供的透明導(dǎo)電氧化物系于非常小的形變量下產(chǎn)生電阻值變化，且此電阻值變化主要系由于透明導(dǎo)電氧化物的能帶間隙在形變下產(chǎn)生改變，而使得施體能階與導(dǎo)電帶間的距離增加/減少，進(jìn)而使自由電子較易/難躍升至導(dǎo)電帶，而減少/增加透明導(dǎo)電氧化物的電阻值。再者，以銦錫氧化物為例，可于制備銦錫氧化物薄膜后通入氣體，以調(diào)控銦錫氧化物薄膜中的氧空缺濃度以增加其電阻值。具有較高電阻值的銦錫氧化物薄膜在施加拉應(yīng)力或壓應(yīng)力可具有較大的電阻值變化量，其將有利于感測使用者的觸碰位置及力度大小。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。