淺析觸控面板技術(shù)趨勢

 引言
隨著Apple iphone問世引爆觸控風(fēng)潮，目前投射電容觸控屏已經(jīng)主導(dǎo)市場，包括筆記本電腦，平板電腦、手機(jī)以及其它的應(yīng)用終端。然而隨著屏幕尺寸的放大以及處理芯片效能提升，系統(tǒng)耗電量逐漸提高，為了維持產(chǎn)品電池續(xù)航力以及持續(xù)朝輕薄化發(fā)展，終端品牌、觸控面板與TFT面板大廠已從觸控屏幕結(jié)構(gòu)的輕薄化，著手開發(fā)新觸控技術(shù)以及材料，本文就各種技術(shù)動態(tài)展開分析，以期掌握觸控技術(shù)發(fā)展的脈絡(luò)。
1 三大技術(shù)趨勢[1，2，6]
投射電容觸控屏就結(jié)構(gòu)而言可以分為On cell（外掛式）以及In cell （內(nèi)置式）兩大類型，現(xiàn)階段以O(shè)n cell為主，In cell在成本、良率以及產(chǎn)能上尚不成熟。另從成本分析的角度來看，典型的觸控模組中，觸控傳感器占40%；保護(hù)玻璃占30%，觸控IC占15%，電路板和其它材料占15%，本文將從成本占比最高的觸控傳感器以及保護(hù)玻璃來系統(tǒng)闡述觸控業(yè)者的技術(shù)努力和革新。
1.1 趨勢之一：觸控傳感器載體由薄膜式取代玻
璃式[2，4，7]
近年來，在蘋果iPhone以及iPad產(chǎn)品的帶動下，GG雙片玻璃（上為保護(hù)玻璃，下為觸控玻璃）方案率先量產(chǎn)，而GF（Glass/Film）比GG厚度減少0.4毫米且成本較低，也一直參與競爭。GG方案在減薄和降低成本的推動下， 觸控屏廠商如TPK等推出了單片玻璃解決方案，簡稱OGS（One Glass Solution）即把觸控玻璃（Sensor）與保護(hù)玻璃（Cover Lens）集成在一起，在保護(hù)玻璃內(nèi)側(cè)鍍上ITO導(dǎo)電層，直接在保護(hù)玻璃上進(jìn)行鍍膜和光刻，這樣可以節(jié)省一片玻璃和一次貼合，從而可將觸摸屏做的更薄。美中不足的是對于OGS制程而言，先將大片玻璃化學(xué)強化后再進(jìn)行鍍膜、蝕刻、異性切割以及二次強化的制程，強化玻璃切割良率和邊緣強度備受考驗。與OGS不同，GF方案可以保全保護(hù)玻璃的強度。蘋果在新一代的iPad mini中采用全新的單片雙層ITO薄膜式結(jié)構(gòu)（Glass/DITO Film或GF2），以薄膜式觸控傳感器取代玻璃式觸控傳感器，以期同時改善厚度和重量。Microsoft推出的Surface平板機(jī)產(chǎn)品，同樣以薄膜式傳感器為基礎(chǔ)的單片單層結(jié)構(gòu)（G1F）品外，Microsoft推出的Surface平板機(jī)產(chǎn)品，采用同樣以薄膜式傳感器為基礎(chǔ)的單片單層結(jié)構(gòu)（G1F）。因此在終端客戶減重的要求之下，不管是OGS還是GF觸控對GG雙片玻璃式觸控模塊形成取代之勢。
1.2 趨勢之二：新型導(dǎo)電材料應(yīng)運而生[4，5，6]
現(xiàn)行的觸控傳感器是由ITO薄膜蝕刻而成，但銦是稀有金屬，價格昂貴。ZnO基薄膜使用Zn，產(chǎn)量遠(yuǎn)高于In，成本相對低，而且其性能已可與ITO相比擬，類似的還有AZO（鋁摻雜氧化鋅）ITO薄膜在過度彎曲時容易破裂而無法應(yīng)用于印刷技術(shù)，高分子導(dǎo)電材料能夠克服這一劣勢。受關(guān)注度最高的是PEDOT（聚乙撐二氧噻吩），普利司通（Bridgestone）曾在2009年發(fā)布的柔性電子紙試制品上就采用了PEDOT類高分子。碳納米管材料作為一維納米材料，重量輕，六邊形結(jié)構(gòu)連接完美，具有許多異常的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能，包括納米Ag線技術(shù)、石墨烯薄膜等等。目前在納米Ag線技術(shù)較成熟的以美商康世醫(yī)療 （Carestream Advanced Materials）的FLEXX透明導(dǎo)電薄膜為主，具備高撓曲性、低阻值、高透光率等優(yōu)勢，能作為取代ITO導(dǎo)體材料。還有一些廠商嘗試?yán)眉{米印刷技術(shù)將Ag絲在薄膜上印刷圖案來作為透明電極使用，這些廠商包括大日本印刷和富士膠片，預(yù)計2013下半年，采用納米銀線薄膜材料的G/F/F式觸控面板即可導(dǎo)入量產(chǎn)，初期將先應(yīng)用于智能手機(jī)之觸控面板，預(yù)計至2014年，將可望應(yīng)用于一體機(jī)。韓國三星集團(tuán)聯(lián)合一些科研機(jī)構(gòu)在2010年用石墨烯薄膜制做了30英寸的柔性透明電極。中國常州二維碳素科技公司的研發(fā)團(tuán)隊率先成功地將石墨烯薄膜應(yīng)用于手機(jī)電容式觸摸屏，并實現(xiàn)石墨烯觸摸屏手機(jī)小批量生產(chǎn)，柔韌性、透光性能良好的石墨烯觸摸屏可以替代現(xiàn)行的ITO觸摸屏，成本降低約30%左右。
1.3 趨勢之三：Cover Lens塑料將替代玻璃[2，3，7]
一般而言，玻璃材料的硬度、剛性較塑料高，可抵抗因擠壓而造成的變形、破裂等問題，且較耐刮，但塑料材料卻比玻璃材料更耐沖擊、耐摔擊。另外，在透光性方面，玻璃材料的透光性較塑料材料佳，且塑料材料在觸控模塊全貼合制程中，若固化溫度偏高，或長時間使用后，易產(chǎn)生黃化、白霧化的現(xiàn)象。現(xiàn)階段中高階觸控面板采用強化玻璃為材質(zhì)的Cover Lens，強化玻璃以康寧（Corning）的Gorilla Glass與旭硝子的Dragontrail為市場主流產(chǎn)品，而低端產(chǎn)品采用硬化后的塑料材質(zhì)，通常為PMMA與PC的復(fù)合材質(zhì)。大量日本企業(yè)如三菱化學(xué)集團(tuán)、大日本印刷等對塑料材質(zhì)投入了相當(dāng)?shù)难邪l(fā)精力。2011年三菱化學(xué)集團(tuán)旗下的日本合成化學(xué)開發(fā)出替代玻璃的ORGA塑料材料，主要是以紫外線固化樹脂（聚氨酯丙烯酸樹脂）為基材所開發(fā)出的板材，并克服過去聚碳酸酯與壓克力等樹脂薄膜透光率不佳、表面硬度低、耐熱性不佳、不耐溶劑等缺點，并在強化玻璃表現(xiàn)不佳的加工性與安全度部分，均有出色表現(xiàn)，其成本不僅較強化玻璃低，重量亦僅其1/3。由于ORGA本身具有與玻璃相同的透明性，且耐熱性在200℃以上，硬度為3H-7H的鉛筆硬度，因此，將作為智能手機(jī)與平板機(jī)等所需之強化玻璃的替代材料?？梢灶A(yù)判，隨著塑料材質(zhì)發(fā)展，將來可將ITO觸控傳感器制作在塑料Cover Lens上，這就是OPS（One Plastic Solution）觸控解決方案。
2 結(jié)論
GG 方案正受到OGS玻璃型觸摸屏以及GF/GFF薄膜型電容屏的雙重擠壓；OGS以低成本優(yōu)勢快速崛起，尤其在觸控筆記本領(lǐng)域。而GF/GFF薄膜型電容觸控方案由于低成本和輕薄化優(yōu)勢將長期存在。新型導(dǎo)電材料如石墨烯的出現(xiàn)使得柔性觸控變?yōu)楝F(xiàn)實，塑料材質(zhì)Cover lens的不斷進(jìn)步將進(jìn)一步降低觸控模組的重量。多種觸控技術(shù)并存的趨勢將在中長期內(nèi)存在。