潛力無限：觸摸面板應(yīng)用將擴(kuò)大到方方面面

不僅是智能手機(jī)和平板電腦，各個領(lǐng)域都在盡可能應(yīng)用觸摸面板，以使日常生活和工作更加便利。此前無法使用觸摸面板的場合也在試圖利用觸摸面板實現(xiàn)直觀操作。隨著上述需求的高漲，旨在滿足這種需求的新技術(shù)也接連亮相。通過采用電子筆輸入、觸覺、大型化等新技術(shù)，觸摸面板市場將超出智能手機(jī)和平板電腦的范疇，擴(kuò)大到方方面面。

觸摸面板的利用已出現(xiàn)了擴(kuò)大到方方面面的跡象（圖1）。觸摸面板目前主要用于智能手機(jī)和平板電腦，而今后，辦公桌、店鋪的交易柜臺等此前想用也沒法用的地方將能夠使用觸摸面板。

圖1：觸摸面板的應(yīng)用范圍將擴(kuò)大

觸摸面板此前主要作為信息瀏覽工具用于智能手機(jī)和平板電腦，不過隨著技術(shù)的革新，今后還能廣泛用于更多的用途。（智能手機(jī)和平板電腦的圖片由美國蘋果公司提供）

可以利用觸摸面板的地方還遠(yuǎn)不止這些。僅憑原來的用途，觸摸面板市場也會不斷擴(kuò)大，再加上新用途，市場將進(jìn)一步擴(kuò)展（圖2）。通過可手寫輸入小字和圖形的“電子筆記”，以及與儀表板一體化的曲面狀車載顯示器等，觸摸面板在便攜終端和汽車領(lǐng)域的應(yīng)用將擴(kuò)大。在此基礎(chǔ)上，觸摸面板又有了全新用途，例如，在辦公室的桌子上安裝顯示器，可以提高談判效率；還能用于安全用途，在平時不容易觀察到的地方安上觸摸面板，能及時發(fā)現(xiàn)非法入侵者等。

圖2：觸摸面板市場持續(xù)增長

輕松實現(xiàn)電子筆輸入

觸摸面板廣泛應(yīng)用于新用途的可能性之所以增大，是因為提高觸摸面板易用性的電子筆輸入技術(shù)和大型化技術(shù)等已經(jīng)基本具備。如果能像用圓珠筆和鉛筆在紙上書寫那樣，在顯示器上輕松寫字畫圖，那么智能手機(jī)和平板電腦將“由信息瀏覽工具進(jìn)化成像筆記本一樣的文具”。輸入接口技術(shù)領(lǐng)域的專家、日本電氣通信大學(xué)信息理工學(xué)部綜合信息學(xué)科副教授梶本裕之如是說。在這方面起到?jīng)Q定性作用的是電子筆輸入技術(shù)。此前也有電子筆輸入技術(shù)，但需要在顯示器背面追加被稱為數(shù)字化儀的傳感器，或者使用電磁感應(yīng)式專用筆。

夏普解決了這個課題。該公司開發(fā)出了無需追加數(shù)字化儀，用普通手寫筆和鉛筆也能輸入的觸摸面板技術(shù)。手寫筆不同于手指，筆尖非常細(xì)，即使接觸到觸摸面板，傳感器電極間的容量變化也很小，因此難以檢測到是否觸摸。為解決該問題，夏普采用了新的驅(qū)動方式，放大了用于觸摸檢測的信號。

以前是通過一條一條依次驅(qū)動布線來讀取信號，而此次采用了同時驅(qū)動多條布線來讀取信號的并聯(lián)驅(qū)動方式。這樣就延長了每條布線的信號讀取時間，輸出增加，用直徑1mm的細(xì)筆也能輸入。如果采用該方式，即使畫面尺寸擴(kuò)大到70英寸，也能保持靈敏度。另外，還采用了識別噪聲，僅放大信號的降噪技術(shù)（圖3）。

圖3：通過提高分辨率實現(xiàn)電子筆輸入

夏普開發(fā)出了可用直徑1mm的細(xì)筆尖輸入的觸摸面板技術(shù)。通過采用并聯(lián)驅(qū)動方式取代原來的逐次驅(qū)動方式，實現(xiàn)了高S/N。

夏普于2013年3月開始量產(chǎn)采用該技術(shù)的觸摸面板，預(yù)定在2014年2月于美國舊金山舉行的國際會議“IEEE International Solid-State Circuits Conference（ISSCC）2014”上發(fā)表技術(shù)詳情。

利用觸覺和彎曲應(yīng)用于汽車領(lǐng)域

通過提高易用性，觸摸面板市場有望大幅擴(kuò)大的另一個代表性用途是汽車。車載顯示器市場今后無疑會繼續(xù)增長，配備觸摸面板的可能性也很高。車載導(dǎo)航儀等液晶顯示器已開始配備觸摸面板，但存在易用性的課題。主要有兩大課題：（1）需要變換視線看著畫面操作，因此很難在駕駛過程中操作；（2）形狀為平面，設(shè)計性受限。

關(guān)于（1）變換視線的課題，除語音輸入外，還出現(xiàn)了“視線輸入”、“手勢操作”、“帶觸覺的觸摸傳感器”等提案（圖4）。“只靠語音輸入難以理解‘想去地圖上的這個地方’這樣的含糊指示，所以與視線輸入和手勢操作組合使用才會有效”（慶應(yīng)義塾大學(xué)研究生院媒體設(shè)計研究科教授稻見昌彥）。

圖4：解決了必須盯著輸入部分看，或沒有操作感用不慣的課題。

設(shè)計了利用視線輸入（a）和手勢操作（b）的產(chǎn)品以及帶觸感的觸摸板（c）。另外，與原來的觸摸面板一樣，可在顯示器上重疊使用的觸覺界面技術(shù)的開發(fā)也取得了進(jìn)展（d）。（（a）由三菱電機(jī)拍攝，（b）由Neonode拍攝）

視線輸入方面，在2013年11月舉行的“第43屆東京車展2013”上，三菱電機(jī)展示的駕駛支援系統(tǒng)就采用了視線輸入。該系統(tǒng)用圖像和語音通知駕駛員其看到的設(shè)施的信息。手勢操作方面，瑞典Neonode公司開發(fā)出了可檢測駕駛員沿著方向盤左右移動的手的技術(shù)。該公司在2013年10月舉行的展會“InnovativeSweden2013”上，公開了模擬音頻和空調(diào)操作的演示。這是通過在駕駛席的方向盤外周粘貼該公司的光學(xué)式傳感器實現(xiàn)的。

帶觸覺的觸摸傳感器方面，德國大陸公司在“東京車展2013”上展示了無需看畫面就能感受到滾動操作的觸摸板。通過在觸摸板表面設(shè)置橫紋狀凹凸，實現(xiàn)了上下觸摸的感覺。

大陸公司開發(fā)的是與顯示器分開設(shè)置的觸摸板，而日本電氣通信大學(xué)教授梶本的研發(fā)小組開發(fā)了可重疊在顯示器上使用的觸覺界面。研發(fā)組在顯示器上粘貼配備大量電極的薄膜，通過在進(jìn)行觸摸的手指皮膚中通電實現(xiàn)了觸覺。例如，觸摸畫面上吉他琴弦的位置，僅琴弦位置的電流流入手指的皮膚中，可實現(xiàn)宛若觸摸琴弦般的感覺。

對平面觸摸板設(shè)計受限的制約，出現(xiàn)了利用支持曲面的觸摸面板技術(shù)加以解決的動向（圖5）。此前觸摸面板的傳感器電極使用ITO（indiumtinoxide），但I(xiàn)TO電極如果彎曲，薄膜電阻值就會上升，從而導(dǎo)致傳感器的靈敏度降低。于是，采用即使彎曲，薄膜電阻值也基本不會變化的新材料的觸摸面板和薄膜傳感器方案接連出現(xiàn)。比如銅網(wǎng)方式、銀納米線方式、碳納米芽（CarbonNanobud，CNB）方式。

變更電極材料支持曲面用途

圖5：通過ITO代替薄膜支持曲面

通過采用透明導(dǎo)電性薄膜代替ITO薄膜，可提高彎曲特性。（圖（a）由觸摸面板研究所提供，（b）由CambriosTechnologies和日本寫真印刷提供，（c）由Canatu提供。）

銅網(wǎng)方式和銀納米線方式已經(jīng)構(gòu)筑了量產(chǎn)體制。關(guān)于CNB方式，芬蘭Canatu公司計劃在2014年內(nèi)開始全面量產(chǎn)。銅網(wǎng)方式和銀納米線方式還能實現(xiàn)大型化必不可少的低電阻化。

　　大型化讓用于辦公桌成為可能

電子筆輸入、無需盯著畫面的操作以及支持曲面，這些技術(shù)將擴(kuò)大在便攜終端和汽車領(lǐng)域的市場，在此基礎(chǔ)上，如果觸摸面板實現(xiàn)大型化，還會形成全新的市場注1）。

注1）不過，即使觸摸面板實現(xiàn)大型化，也不一定會配備到所有顯示器上。東日本旅客鐵道公司（JR東日本）企劃交通媒體本部交通媒體開發(fā)局局長山本孝表示說：“車站的數(shù)字標(biāo)牌以推送型單向通行廣告為中心，因此目前很少需要配備觸摸面板。”

辦公室的桌子和店鋪的交易柜臺有望成為大型觸摸面板比較有前景的市場。日本數(shù)字標(biāo)牌聯(lián)盟常務(wù)理事、數(shù)字媒體顧問江口靖二稱：“在面對面接待客戶的用途方面，只要價格合理，就一定會得到使用。”而面對面接待客戶的場所非常多，比如銀行、保險公司、房地產(chǎn)公司、通信運(yùn)營商的店鋪等。江口預(yù)測稱：“隨著宣傳冊和申請書無紙化的進(jìn)展，觸摸面板顯示器的利用將快速擴(kuò)大。”

ITO替代技術(shù)促進(jìn)大型化

推動大型顯示器嵌入觸摸面板的，是智能手機(jī)使用的投影型靜電容量式觸摸面板大型化技術(shù)的進(jìn)步。

大型觸摸面板此前以光學(xué)式為中心。最近，40～50英寸的觸摸面板開始用于自動售貨機(jī)和數(shù)字標(biāo)牌。例如，JR東日本W(wǎng)aterBusiness公司在車站設(shè)置的飲料自動售貨機(jī)，以及ZenrinDatacom公司的子公司“WillSmart”開發(fā)的用于店鋪和活動的數(shù)字標(biāo)牌“巨型智能手機(jī)”等。今后，如果投影型靜電容量式觸摸面板能夠正式投入使用，就可實現(xiàn)多點(diǎn)觸控，圖像的放大、縮小和滾動也能采用與智能手機(jī)相同的操作方法，因此用途有望擴(kuò)大。

圖6：為實現(xiàn)觸摸面板的大型化，低電阻、低成本透明導(dǎo)電性薄膜的開發(fā)取得進(jìn)展。

銀納米線方式和金屬網(wǎng)方式作為電阻和成本都低于ITO方式的透明導(dǎo)電性薄膜，成為候選。

投影型靜電容量式觸摸面板的大型化技術(shù)之所以取得進(jìn)展，主要是得益于低電阻、低成本透明導(dǎo)電性薄膜開發(fā)的進(jìn)步。如上所述，此前觸摸面板的傳感器電極使用ITO，但I(xiàn)TO薄膜的薄膜電阻值高，尺寸一大，就難以檢測觸摸引起的傳感器電極間的容量變化。因此，薄膜電阻值和制造成本都比較低的金屬網(wǎng)方式和銀納米線方式成了取代ITO的候選（圖6）。

銅網(wǎng)方式取得進(jìn)展

電阻相對更低，而且支持70～80英寸級大屏幕的，是金屬網(wǎng)方式。繼日本觸摸面板研究所、松下、大日本印刷之后，凸版印刷也于2013年11月宣布，將量產(chǎn)采用銅布線的金屬網(wǎng)（銅網(wǎng)）式觸摸面板。同年10月中旬，該公司開始向市場投放用于液晶一體型個人電腦的21.5英寸產(chǎn)品。其薄膜電阻值僅0.1～6Ω/□，還支持70英寸的大屏幕。通過把銅布線的寬度縮窄到3μm，以及在銅布線表面實施“黑化處理”等措施，解決了配備觸摸面板時會看到銅布線的問題。

今后，采用銅網(wǎng)方式的觸摸面板廠商將繼續(xù)改善制造方法，以解決波紋和斑紋等影響美觀的問題，并進(jìn)一步推進(jìn)薄型化和低成本化。具體而言，今后將把現(xiàn)在采用兩張薄膜的構(gòu)成改為一張。采用兩張薄膜時，要粘合分別用于上部電極和下部電極的兩張帶銅布線圖案的薄膜，但粘合時的位置偏差會導(dǎo)致波紋和斑紋。

而只采用一張薄膜的話，是在一張薄膜的兩面形成銅薄膜，對兩面統(tǒng)一曝光，同時形成分別用于上部電極和下部電極的布線圖案。這種方法的特點(diǎn)是省去了粘合工序，能消除粘合時的位置偏差造成的波紋和斑紋。另外，還能削減薄膜數(shù)量，有助于觸摸面板實現(xiàn)薄型化。而且，只需一道曝光工序，還能降低制造成本（圖7）。

圖7：銅網(wǎng)方式的性能提高

銅網(wǎng)方式透明導(dǎo)電性薄膜的薄型化、低成本化和視認(rèn)性取得進(jìn)步。

采用銅網(wǎng)方式的觸摸面板廠商為實現(xiàn)單薄膜構(gòu)成產(chǎn)品的量產(chǎn)，已在展開行動。例如，凸版印刷于2013年10月采用了雙面統(tǒng)一曝光設(shè)備。另外，臺灣介面光電（JTouch）公司于2013年11月宣布，開始量產(chǎn)采用一張薄膜的銅網(wǎng)方式觸摸面板。包括按照屏幕尺寸進(jìn)行切割在內(nèi)，該公司以一條龍工序制造產(chǎn)品（圖8）。已開始在臺灣月產(chǎn)能5萬m2的生產(chǎn)線上量產(chǎn)，計劃2015年之前在臺灣構(gòu)筑月產(chǎn)25萬m2的量產(chǎn)生產(chǎn)線，2016年之前在中國大陸構(gòu)筑月產(chǎn)20萬m2以上的量產(chǎn)生產(chǎn)線。

圖8：在薄膜傳感器上自動貼粘接薄膜的裝置

FUK開發(fā)出了在卷狀薄膜傳感器上貼粘接薄膜（OCA），然后剪裁成適合智能手機(jī)和平板電腦尺寸的自動裝置。介面光電公司采用了該裝置。
銀納米線對準(zhǔn)個人電腦用途

在大尺寸用途的新市場中，主要瞄準(zhǔn)30英寸以下畫面尺寸的，是采用銀納米線方式的企業(yè)。主要瞄準(zhǔn)個人電腦用途。這是因為，如果畫面尺寸在30英寸以下，薄膜電阻值比銅網(wǎng)高、達(dá)到30～90Ω/□的銀納米線也能應(yīng)對（圖9）注2）。

注2）市場調(diào)查公司預(yù)測，“大型觸摸面板目前的用途為個人電腦”（矢野經(jīng)濟(jì)研究所日本TechnoSystemsResearch）。“商務(wù)用途的個人電腦無需觸摸面板，但在消費(fèi)類用途方面，觸摸面板的利用有望擴(kuò)大”（矢野經(jīng)濟(jì)研究所CMEO事業(yè)部部長相原光一、高級研究員兼經(jīng)理船木知子）。

圖9：瞄準(zhǔn)液晶一體型和筆記本型個人電腦市場的CambriosTechnologies公司

供應(yīng)銀納米線用油墨材料的CambriosTechnologies公司，力爭獲得可使用薄膜電阻值為30～90Ω/□的透明導(dǎo)電性薄膜的液晶一體型和筆記本型個人電腦市場。

據(jù)美國銀納米線油墨廠商CambriosTechnologies公司介紹，2013年初，LG電子投產(chǎn)了配備銀納米線方式23英寸觸摸面板的液晶顯示器和液晶一體型個人電腦。同年10月，聯(lián)想發(fā)布了配備20英寸產(chǎn)品的液晶一體型個人電腦。Cambrios公司為提高觸摸面板廠商的易用性，與日立化成公司合作，共同開發(fā)了具備銀納米線油墨層和感光層雙層構(gòu)造的轉(zhuǎn)印型薄膜“TransparentConductiveTransferFilm（TCTF）”。日立化成已從2013年10月開始量產(chǎn)TCTF。只需把該薄膜轉(zhuǎn)印到基板上，進(jìn)行曝光和堿性顯影，無需真空工藝即可制造觸摸面板用傳感器。

隨著量產(chǎn)時機(jī)的成熟，周邊材料的提案也相繼出現(xiàn)。日產(chǎn)化學(xué)工業(yè)開發(fā)出了通過在銀納米線薄膜上進(jìn)行涂布，可降低霧度的高折射率材料（圖10）。其特點(diǎn)是，利用可進(jìn)行涂布的高分子實現(xiàn)了1.79的高折射率。據(jù)說該材料可使薄膜電阻值為100Ω/□的銀納米線薄膜的霧度降至基本看不到的1以下。

圖10：降低銀納米線的霧度

日產(chǎn)化學(xué)工業(yè)開發(fā)出了通過在銀納米線傳感器電極上進(jìn)行涂布，可改善視認(rèn)性的涂布型高折射率材料。

護(hù)理領(lǐng)域也積極采用觸摸輸入

以上介紹了辦公桌等與顯示器組合使用的用途，但大型觸摸面板的新市場不僅限于此。例如，還可用于開篇介紹的安全用途。另外，還能用于護(hù)理和看護(hù)（圖11）。例如，通過設(shè)置在醫(yī)院和護(hù)理設(shè)施的寢室及洗手間周圍等旁人難以看到的地方，就可及時發(fā)現(xiàn)有人突然暈倒等異常情況。

圖11：可檢測盲人和暈倒的人

無需使用攝像頭和高價傳感器，通過電波板上的接觸感識別是否有人和物。

NEC就針對這些用途，開發(fā)了薄膜狀電波傳感器。如果有人進(jìn)入鋪有該傳感器薄膜的場所，或在此暈倒，就會立即被發(fā)現(xiàn)。NEC沒有公布詳情，只介紹說，電波板會一直發(fā)出微弱的電波，如果有人踩上去，電波會發(fā)生紊亂，通過捕捉紊亂情況進(jìn)行檢測（圖12）。該傳感器還能識別腳的形狀和方向，因此能對帶著導(dǎo)盲犬行走的人預(yù)先提供幫助，或者檢測可疑人員逃跑的方向并進(jìn)行追蹤。

圖12：利用電波板進(jìn)行檢測的原理

利用產(chǎn)生微弱電波的低價電波板，通過檢測電波的紊亂來識別足跡。

作為以較低成本收集是否存在人和物的信息的方法，可以使用攝像頭。不過，寢室和洗手間等注重私密性的場所很難設(shè)置攝像頭。另外，較暗的場所也難以利用攝像頭。而這類問題可以通過電波板解決。其價格2m2不到10萬日元，比壓力傳感器低一位數(shù)以上。NEC計劃在2014年度內(nèi)使電波板實現(xiàn)實用化。