中小型觸控面板技術(shù)動向

San
　
人機輸入接口可區(qū)分為指壓、聲音、身體、身體、眼睛、嘴唇等輸入方式，換言之，人機輸入接口幾乎應(yīng)用了身體所有器官達成輸入訊息的目的，其中又以使用最方便的手指感應(yīng)最為普遍。

指壓輸入方式可分成阻抗式、靜電容量式、光學(xué)式、超音波等，其中透明狀阻抗薄膜構(gòu)成的透明觸控組件，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各種攜帶式數(shù)字電子產(chǎn)品的顯示器，儼然成為人與機器的主要信息輸入裝置。有鑒于此，本文將探討這類中小型觸控面板的技術(shù)發(fā)展動向。

觸控面板的特性

東芝松下DISPLAY TECHNOLOGY開發(fā)的輸入顯示器內(nèi)建光傳感器，形成所謂的板內(nèi)式（In-Panel）觸控面板，它的光傳感器使用Pin二極管，TFT-LCD面板內(nèi)設(shè)有可以將二極管輸出電流增幅的電路，光傳感器會感測手指觸壓面板時，觸壓部位的外光減少變化，以及手指產(chǎn)生的反射光兩種光線的變化。

飛利浦則將阻抗式觸控單元設(shè)置在Cell內(nèi)部，形成所謂的TFT-LCD觸控面板，具體結(jié)構(gòu)是在Cell內(nèi)部設(shè)置厚度比Cell更薄的導(dǎo)電材料，接著利用覆膜的球狀隔離片（Spacer）與平版印刷技術(shù)，在對向基板使ITO膜層堆棧凸出形成板內(nèi)式觸控面板，類似這樣的觸控面板板內(nèi)化技術(shù)未來如果商品化，可能會對觸控面板業(yè)者造成巨大沖擊。

各類觸控面板原理與技術(shù)動向

a. 阻抗式四線觸控面板
圖1是上下各二個電極構(gòu)成的阻抗式四線觸控面板的基本結(jié)構(gòu)，第一次使用阻抗式四線觸控面板時，必需依序在畫面四個角落觸壓進行初期位置偏差修正設(shè)定。
　

b. 阻抗式八線觸控面板
圖2是八線觸控面板的基本結(jié)構(gòu)，它是由一條平行電極連接兩條導(dǎo)線，其中一條是施加電壓用主電極，另一條則是檢測施加于平行電極電壓的輔助電極，它可以自動修正偏差位置，減少煩瑣的初期位置修正動作。
　

c. 高穿透率觸控面板
一般阻抗式觸控面板的光線穿透率大約80％左右，主要原因是傳統(tǒng)阻抗式觸控面板，使用光線穿透率90％的ITO / 玻璃基板當(dāng)作下方電極，上方電極則使用光線穿透率80％的ITO / 樹脂膜片，因此觸控面板整體的光線穿透率只有80％。

最近研究人員利用抗反射（AR；Anti Reflection）技術(shù)，開發(fā)光線穿透率高達98％觸控面板用材料，它可以使傳統(tǒng)觸控面板80％的光線穿透率提高至87％。

圖3是一般ITO / 玻璃基板與穿透率ITO / 玻璃基板的基本結(jié)構(gòu)比較；圖4是高穿透率觸控面板的基本結(jié)構(gòu)。
　


　
c. 低反射觸控面板
一般阻抗式觸控面板的光線反射率大約是10～20％左右，反射光造成面板對比降低，尤其在強烈陽光下會變成致命性的傷害。

如果一般阻抗式觸控面板的表面黏貼1/4λ膜片，與偏光膜片構(gòu)成的圓偏光膜片，通過該膜片的反射光會被圓偏光膜片吸收，進而有效消除觸控面板的反射光。

圖5是內(nèi)側(cè)式（Inner）觸控面板的基本結(jié)構(gòu)；照片1是傳統(tǒng)阻抗式觸控面板與內(nèi)側(cè)式觸控面板的比較。

根據(jù)實驗結(jié)果顯示內(nèi)側(cè)式觸控面板的對比，大約是傳統(tǒng)阻抗式觸控面板2倍左右。
　


　
d. 抗碎裂型觸控面板
PDA、GPS、iPhone等攜帶型終端機器摔落時最令人擔(dān)憂之處，在于觸控面板有破裂之虞，事實上，制作過程中觸控面板也經(jīng)常發(fā)生面板碎裂現(xiàn)象，主要原因是觸控面板的下方電極，使用厚度只有0.5~2.0mm 的玻璃基板，雖然理論上玻璃越厚越不容易碎裂，然而實際上，切割方式同樣對碎裂具有決定性影響。

提高玻璃基板強度除了切割面的取面加工必需非常平滑之外，采用化學(xué)強化處理，將玻璃表面的鈉離子置換成鉀離子非常有效。圖6是抗碎裂型觸控面板的基本結(jié)構(gòu)。
　

　
e. 樹脂型觸控面板
最近部份觸控面板基于成本考慮，改用樹脂膜片 / 樹脂膜片（F / F: Film / Film，以下簡稱為F / F）觸控面板。樹脂型觸控面板主要缺點是輸入時，LCD畫面會模糊不清。

如圖7（a）所示，F(xiàn) / F觸控面板的下方電極底部，利用黏著劑黏貼樹脂膜片，形成所謂的樹脂型觸控面板。F / F觸控面板主要缺點是下方電極膜片的背面，與黏貼層表面容易混入異物、氣泡，造成良品率偏低、生產(chǎn)性降低等困擾。

圖7（b）是改良后的樹脂型觸控面板斷面結(jié)構(gòu)，如圖所示上方電極使用聚酯（Polyester）膜片，下方電極底部則使用厚 的聚碳酸酯纖維（Polycarbonate）膜片。必需注意的是樹脂型觸控面板的銀質(zhì)電路硬化過程，要求不能影響光學(xué)特性。
　

f. 防窺視型觸控面板
銀行的ATM與行動電話用液晶顯示器，基于隱私權(quán)等考慮要求具備防窺視功能。

基本上，防窺視型觸控面板是在下方電極的背面黏貼視角調(diào)整膜片，使用者可以從正面讀取影像，兩側(cè)斜角方向無法清楚判讀影像（照片2）。圖8是防窺視觸控面板的基本結(jié)構(gòu)。
　


g. 抗EMI觸控面板
某些應(yīng)用要求液晶面板具備抗EMI特性，因此必須徹底遮蔽液晶面板產(chǎn)生的電磁波，理論上表面電氣阻抗越低電磁波遮蔽效果越高，通常使用表面阻抗 □左右的導(dǎo)電性膜片（Film）。[!--empirenews.page--]

為發(fā)揮EMI遮蔽效果，必需使帶電與帶磁負(fù)荷逃離導(dǎo)電面，如圖9所示EMI導(dǎo)電面設(shè)有電極線（匯流線：Bus Bar）。
　

　
h. 抗燃型觸控面板
某些特殊用途的觸控面板要求抗燃燒特性，圖10是抗燃型觸控面板的基本結(jié)構(gòu)。

為滿足抗燃燒設(shè)計規(guī)格，上方電極部材料必需同時兼具強韌、平坦與優(yōu)秀光學(xué)特性的樹脂薄膜，然而實際上并沒有這樣的材料，一般是在聚酯（Polyester）膜片表面黏貼具備自我滅火性的聚碳酸酯纖維膜片。
　

　
i. 窄邊幅觸控面板
類似行動電話等攜帶型電子機器，大多使用 以下窄邊幅觸控面板，一般認(rèn)為，未來觸控面板邊幅大約只剩 左右。

上方電極是由厚度 的聚酯（Polyester）膜片濺鍍ITO膜層構(gòu)成，ITO的彎曲特性與陶瓷一樣非常脆弱， 左右的曲率或是彎曲 ，就會斷線喪失導(dǎo)電功能，常用改善對策是反復(fù)堆棧ITO形成厚膜層；此外，兩膜片之間的黏合層具有緩沖效果。

圖11是上方電極膜片的拉伸與電氣特性，圖中的拉伸率是根據(jù)折射率計算獲得的換算值。以往業(yè)者普遍認(rèn)為17吋是阻抗式觸控面板的物理極限，不過透過電極材料、設(shè)計技巧、制程改善，目前24吋阻抗式觸控面板已經(jīng)進入商品化階段。
　


低反射觸控面板

■低反射G / G型觸控面板

a. 直線偏光型
圖12是各種低反射玻璃 / 玻璃型觸控面板（以下簡稱為低反射G / G型觸控面板）的基本結(jié)構(gòu)，由圖可知這種型的觸控面板使用直線偏光膜片（Polarizing Film）。

低反射觸控面板是在面板最表面黏貼偏光膜片，藉此降低外部的入射光絕對量，與面板內(nèi)部材料接口的反射光量，進而達成低反射化的最終目的。

圖12（a）是在玻璃 / 玻璃型觸控面板表面直接黏貼直線偏光膜片，形成結(jié)構(gòu)單純的直線偏光型（Linearly Polarized Type）低反射觸控面板。

b. 圓偏光型
為提高直線偏光型的影像視認(rèn)性，組合直線偏光膜片與位相差膜片（Retradtion Film），構(gòu)成所謂的圓偏光型（Circularly Polarized Type）低反射觸控面板（圖12（b）），入射至面板的光線會被直線偏光膜片吸收，使反射光降至 以下。

圖12（c）的低反射觸控面板可以防止面板表面與底部的光線反射，低反射觸控面板的反射光甚至低于 以下，類似這種超低反射觸控面板，主要應(yīng)用在日差極大的歐美地區(qū)車用顯示器。
　

　
■低反射F / G型觸控面板

圖13是各種低反射膜片 / 玻璃型觸控面板（以下簡稱為低反射F / G型（Flim / Grass Type）觸控面板）的基本結(jié)構(gòu)。

低反射F / G型觸控面板同樣分為直線偏光型（圖13（a））與圓偏光型（圖13（b）~（d））兩種，其中偏光型直接在位相差膜片濺鍍ITO層膜，因此可以有效降低組件使用數(shù)量（圖13（c））。
　

　
a. 直線偏光型F / G低反射觸控面板
直線偏光型F / G低反射觸控面板必需使用光學(xué)等方性膜片（Optically Isotropic Film），主要原因是傳統(tǒng)阻抗式觸控面板使用的PET，屬于光學(xué)等方性膜片；Optically Anisotropic Film），黏貼于液晶面板時光線通過PET膜片，會隨著各波長發(fā)生位相差，光線通過偏光膜片時會重迭形成彩虹。直線偏光型F / G低反射觸控面板使用的光學(xué)膜片必需具備下列光學(xué)特性，圖14是位相差說明圖，圖15是位相差的波長分散特性。

⑴ 光學(xué)等方性
⑵ 位相差的波長分散性與溫度依存性
⑶ 光彈性
⑷ 抗牛頓環(huán)特性與穿透鮮明性
　




b. 圓偏光型F / G低反射觸控面板
附有ITO膜層的光學(xué)等方性膜片，組合直線偏光膜片與位相差膜片，可以制成低反圓偏光型F / G觸控面板，由于設(shè)計上將位相差膜片當(dāng)作電極基板使用，因此成本上具有極佳的競爭力。

位相差膜片使用低復(fù)折射高分子材料與單軸延伸加工技術(shù)制作，利用延伸加工使高分子鎖配向，其結(jié)果造成延伸方向的折射率，與直交方向的折射率產(chǎn)生差異形成所謂的位相差，所幸的是透過延伸倍率可以調(diào)整延伸方向，與直交方向的折射率以及膜片厚度，并有效控制位相差的值。

一般認(rèn)為，G / G型低反射觸控面板的密封性較高，水份與其它侵蝕ITO膜層的物質(zhì)不易通過，具有優(yōu)秀的剛性與耐環(huán)境性。至于缺點，則是薄形玻璃基板不易大面積化，ITO長膜困難、制作成本偏高，因此G / G型低反射觸控面板主要應(yīng)用在環(huán)境條件非常嚴(yán)苛的車用顯示器等領(lǐng)域。

F / G型低反射觸控面板同樣具備充分的車用耐環(huán)境特性，不過上方電極部使用高分子樹脂膜片，容易受到偏光膜片的收縮應(yīng)力與酸性排放氣體的影響，可靠性無法媲美G / G型低反射觸控面板。

結(jié)語
以上介紹中小型觸控面板與低反射觸控面板的技術(shù)發(fā)展。事實上，中小型觸控面板還有許多課題尚待解決，例如耐環(huán)境性的改善、密封劑與膜片材料的阻礙性提升、ITO膜層的耐酸性提升、偏光膜片的收縮應(yīng)力減緩和等等，有機會筆者將在日后針對這些課題繼續(xù)討論。