淺談如何利用廉價的銅布線實現(xiàn)大尺寸觸摸面板

　　如今，觸摸面板是平板終端和智能手機不可或缺的輸入裝置。隨著2012年秋季“Windows 8”的亮相，觸摸面板還開始用作個人電腦的用戶界面（UI）。在日本的購物中心等，層指南和Table PC等出現(xiàn)了采用30英寸以上大型觸摸面板顯示器的趨勢。這個領域被稱作數(shù)字標牌，市場在不斷擴大之中。觸摸面板的用途日益擴大，預計帶觸摸面板的顯示器在日本的市場規(guī)模2015年前后將超過2萬億日元。

　　不過，大型觸摸面板在成本和性能方面存在技術課題。觸摸面板研究所通過在PET薄膜基板上形成銅布線，開發(fā)出了10英寸以上的產品也能充分發(fā)揮性能的透明導電性薄膜“SpiderNet”，并已經(jīng)從2011年12月開始供貨。本文將對開發(fā)的背景和開發(fā)品的特點及特性加以介紹。

　　10英寸以下的產品中ITO占主流

　　現(xiàn)在，智能手機和平板終端等使用的10英寸以下的觸摸面板主要是靜電容量式，觸摸面板部采用作為獨立的外置部件提供的“分立型”（圖1）。這種觸摸面板主要分為在傳感器基板上使用ITO玻璃基板的類型和使用ITO薄膜基板的類型?！?a href="http://ttokpm.com/v/tag/4103/" target="_blank">iPhone”等使用ITO玻璃基板，“iPad mini”使用ITO薄膜基板，市場目前分為樹脂膜和玻璃兩大領域。

　　圖1：基于觸摸面板截面構造的分類

　　目前以（a）分立型為主流，不過面向新一代產品，（b）玻璃蓋板一體型和（d）In-cell型的開發(fā)也日趨活躍。

　　面向新一代產品，目前的開發(fā)趨勢包括在覆蓋產品機殼表面的玻璃蓋板上配備觸摸面板功能的“OGS（One Glass Solution）型”（也稱為玻璃蓋板一體型），以及在顯示部嵌入觸摸面板功能的“In-cell型”。OGS型方面，在整張化學強化玻璃蓋板上形成 ITO層，然后切割成單張的方式最有希望量產，但強化玻璃的切割方法及其成品率還存在問題。為解決該問題，實現(xiàn)輕量化并降低成本，“OPS（One Plastic Solution）型”受到了關注。也就是用樹脂保護膜取代玻璃蓋板的動向，后面將要提到的高耐熱樹脂膜就是候補之一。

　　In-cell型方面，“索尼的產品”將彩色濾光片基板上的防靜電ITO層用到了傳感器電極上，而美國蘋果公司為“iPhone5”采用了在TFT基板上形成X和Y兩個傳感器電極的自主方式。兩種方式均在觸摸面板和液晶面板中共用驅動電路，所以需要同步觸摸面板和液晶面板的驅動。因此，隨著產品尺寸的增大，顯示寫入時間的比率增加，出現(xiàn)了難以確保觸摸檢測時間的課題。

　　尺寸增大，響應性降低

　　除了這些課題外，畫面尺寸擴大到10英寸以上后，材料方面也會出現(xiàn)課題。一是，目前的ITO傳感器電極的電阻變得過大，另一個是，電極數(shù)增加，邊框布線部分的面積增大。

　　靜電容量式觸摸面板為實現(xiàn)多點觸控，達到一定程度的位置精度，需要將傳感器電極的間隔由現(xiàn)在的6mm縮小至4～5mm左右。要想滿足 Windows 8的性能參數(shù)，需要5mm以下的線距。畫面尺寸一擴大，傳感器電極的數(shù)量必然會增加。比如20英寸畫面的Windows 8性能參數(shù)，X傳感器電極和Y傳感器電極合計需要150條，布線也需要150條。為了盡量縮窄設置布線的邊框部，需要將布線的線寬/線距縮減至30μm /30μm左右，而且要盡量降低電阻值。

　　另外，作為靜電容量式觸摸面板透明導電膜所需特性的基礎要素，可以將傳感器電極端子間的電阻降至10k～15kΩ以下。這是供貨傳感器驅動IC的半導體廠商的要求。

　　下面以圖2所示的棱形圖案的傳感器電極為例介紹一下這一要求的背景。該電路由電阻（R）和容量（C）兩部分構成，電路的時間常數(shù)（信號上升時間）τ以τ＝R×C來表示。手指觸摸時的信號變化也根據(jù)該時間常數(shù)動作，因此為了在信號檢測的容許時間（μs程度）內檢測出信號，需要 R＝10k～15kΩ以下。圖2的棱形圖案中，傳感器電極端子間的電阻值為10kΩ時，可獲得面板尺寸與所需ITO膜薄膜電阻值的關系。

　　圖2：觸摸面板的尺寸及所需ITO膜的薄膜電阻值

　　廣泛應用的ITO膜的薄膜電阻值為140Ω/□，不適合要求電阻值在100Ω/□以下的10英寸以上觸摸面板。

　　從該計算結果可以發(fā)現(xiàn)，10英寸用觸摸面板需要將ITO的薄膜電阻值抑制在100Ω/□左右，40英寸用大型觸摸面板需要20Ω/□的 ITO膜。當然了，最終結果因傳感器的圖案形狀而異，不過這種關系是相同的。在市售的ITO/PET薄膜中，日東電工的140Ω/□產品是使用最廣泛的材料，100Ω/□產品尚處于樣品供貨階段。10英寸左右的觸摸面板也利用ITO和PET薄膜制作，不過是通過在長邊傳感器電極的兩端取出布線電極來應對。

　　而ITO玻璃在ITO成膜時可將玻璃基板加熱至近300℃，因此能比薄膜基板降低電阻，可獲得約20Ω/□左右的透明導電膜。不過，為降低電阻，需要增加ITO層的膜厚。所以，ITO特有的淡黃色很刺眼，形成圖案時露底＊現(xiàn)象比較明顯。即使是能以稍薄的膜厚利用的電阻，由于ITO層會產生干擾，從而導致透射率降低，因此也不能使用。而玻璃基板較重，容易破損，大型化時不容易處理。也就是說，大型觸摸面板適合使用薄膜基板。

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