大尺寸觸控面板生產(chǎn)技術(shù)與應(yīng)用趨勢(shì)

目前Apple僅在中小尺寸的iPhone/iPod/iPad導(dǎo)入投射電容式多點(diǎn)觸控技術(shù)，在桌機(jī)、筆電部份僅開(kāi)始導(dǎo)入觸控板回饋力道，尚未有大量導(dǎo)入觸控應(yīng)用的設(shè)計(jì)方案；但在非Apple陣營(yíng)來(lái)說(shuō)，從Android手機(jī)、平板，到12～17寸主流的筆記型電腦均導(dǎo)入投射電容式多點(diǎn)觸控技術(shù)，甚至部分20寸的桌上型電腦或電腦餐桌、電子白板，也開(kāi)始采用多點(diǎn)觸控技術(shù)。

早期在15寸以上較為常見(jiàn)的電阻式觸控技術(shù)，藉由手指或觸控筆去觸碰ITO Film造成下陷并產(chǎn)生電壓的變化，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換運(yùn)算處理取得定位位置。由于出道較早，在材料與技術(shù)成本方面具極佳優(yōu)勢(shì)；但電阻式觸控技術(shù)會(huì)有電阻式薄膜影響屏幕透光率，采壓力感應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在頻繁使用、長(zhǎng)期大量按壓下造成使用壽命的縮減。

紅外線(xiàn)式和表面聲波式觸控技術(shù)，則是目前大尺寸觸控屏幕常見(jiàn)的技術(shù)。紅外線(xiàn)式在屏幕四邊設(shè)有大量的紅外線(xiàn)發(fā)射器和接收器，藉由手指點(diǎn)選時(shí)遮斷紅外線(xiàn)光源來(lái)計(jì)算出觸控的座標(biāo)位置。其優(yōu)點(diǎn)在于可應(yīng)用尺寸相當(dāng)大(6～167寸)，反應(yīng)速度快、定位精確也相當(dāng)耐用；缺點(diǎn)則因紅外線(xiàn)模組體積而無(wú)法做到高解析度，成本偏高，且日后落塵與周?chē)饩€(xiàn)干擾也是此技術(shù)的瓶頸。

表面聲波式則是在屏幕三個(gè)角落，分別裝置表面聲波發(fā)射器和接受器，利用手指接觸屏幕時(shí)聲波能量被吸收的特性，計(jì)算出能量產(chǎn)生變化的座標(biāo)。其應(yīng)用尺寸僅10～32寸，但相較于紅外線(xiàn)式更有高解析度的優(yōu)點(diǎn)。但因?yàn)槠聊凰闹芊瓷?a target="_blank">天線(xiàn)需客制化且良率不高，造成整體成本相對(duì)偏高。

當(dāng)用戶(hù)已習(xí)慣智慧手機(jī)、平板電腦的多點(diǎn)觸控體驗(yàn)下，不少業(yè)者也積極研發(fā)中、大型屏幕的多點(diǎn)觸控應(yīng)用方案，也使得過(guò)去僅以低成本電阻式技術(shù)的大型觸控屏幕技術(shù)，或者成本高昂的聲波、外掛光學(xué)式的觸控設(shè)計(jì)面臨到一定的挑戰(zhàn)。

大于10.1寸的中大型觸控屏幕，過(guò)去在防護(hù)玻璃與ITO(TFT Array)或AMOLED面板間，布設(shè)透明薄膜或玻璃材質(zhì)的觸控感應(yīng)層，制造工法則從過(guò)去GFF(Glass Film Film)、G/G(Glass to Glass Structure)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向內(nèi)建于ITO像素層(In-Cell)或者外掛式(Out-Cell)的兩種設(shè)計(jì)。

以In-cell來(lái)說(shuō)，目前已有針對(duì)VA/IPS/TN等不同形式的LCD屏幕整合方案，以適用大型屏幕的In-cell搭配覆蓋玻璃的設(shè)計(jì)方案，可在大型顯示范圍的產(chǎn)品獲得極佳的畫(huà)面效果，同時(shí)也能保有屏幕的料件薄度，比較適合講求產(chǎn)品薄化設(shè)計(jì)的高端 Ultrabook或是變形筆電產(chǎn)品。

2003年入駐新竹科學(xué)園區(qū)的劍揚(yáng)股份有限公司(iDTi)，透過(guò)與面板廠(chǎng)制程上的合作，直接以In-Cell制程，在TFT薄膜電晶體陣列層(TFT Array)增加一組光感測(cè)陣列(Photo detector)，藉由偵測(cè)物體接近或碰觸在TFT像素層所造成的細(xì)微光源變化，以觸控控制電路板(TCB)的觸控IC每秒擷取120張畫(huà)面進(jìn)行比對(duì)與運(yùn)算處理后，進(jìn)而計(jì)算出多少個(gè)碰觸點(diǎn)以及碰觸力道。此技術(shù)適用于1～100寸的液晶面板上，支援10點(diǎn)觸控以及觸控筆、雷射光筆等多樣化的應(yīng)用，并獲得Windows 10觸控認(rèn)證。

而在Out-cell外掛式方案中，G/G用于大于10寸的觸控產(chǎn)品，在更大尺寸(17寸)，受限于G/G先天上結(jié)構(gòu)上的厚度限制，廠(chǎng)商習(xí)慣以較單純的OGS(One Glass Solution)作為大尺寸觸控屏幕的解決方案。

ITO (氧化銦錫)的主要特性是其「電學(xué)傳導(dǎo)」和「光學(xué)透明」的組合，適合用來(lái)做觸控感應(yīng)層的材料，然因ITO材料昂貴，且ITO層較為脆弱，缺乏柔韌性，無(wú)法做出可撓式面板；為了尋求平面或曲面／可撓式面板完整，以及大尺寸的觸控面板應(yīng)用，相關(guān)業(yè)者也導(dǎo)入許多ITO的替代材料方案，像Silver Nanowires(奈米銀線(xiàn))、Metal Mesh(金屬網(wǎng)格)、PEDOT/Conductive Polymers(導(dǎo)電聚合物)、Graphene(石墨烯)、Carbon Nanotubes(奈米碳管)、ITO inks(ITO油墨)等技術(shù)。

「奈米銀線(xiàn)」技術(shù)目前已成熟。其延展性(Flexibility)優(yōu)于ITO，色偏(Color shift)亦比ITO低、光透率高。像Cambrios提出的專(zhuān)利ClearOhm材料，具備超高透光率(>98%)與每平方尺30～150歐姆的高導(dǎo)電等特性。此外Carestream、BlueNano、工研院也有這類(lèi)產(chǎn)品，是市場(chǎng)看好的ITO替代品之一。

「金屬網(wǎng)格」技術(shù)像是把極細(xì)的金屬線(xiàn)組成烤肉架，其做成觸控應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)在于阻抗低(小于10歐姆)、透明度比ITO佳、光透度最佳、可撓度高，且資本支出非常低、制造成本比ITO稍低。

但「金屬網(wǎng)格」在金屬線(xiàn)細(xì)化(須<5微米)過(guò)程，因減少觸控感應(yīng)面積，使得不少觸控IC支援度降低；同時(shí)為了解決金屬反射與材料氧化等問(wèn)題，制程費(fèi)用也跟著提高。是否導(dǎo)入金屬網(wǎng)格，則須仰賴(lài)廠(chǎng)商的制程技術(shù)與觸控整合技術(shù)。目前有韓商MNTech (2012年底供貨)、Atmel的XSense(2013上半推出)、富士軟片(Fujifilm，2013第二季)、UniPixel的UniBoss(2013下半年推出)、3M、PolyIC，此外也有大陸廠(chǎng)商上市。

「導(dǎo)電聚合物」則具備延展性佳、材料價(jià)格超低等優(yōu)勢(shì)，成為市場(chǎng)矚目的技術(shù)之一。供應(yīng)商有Agfa(愛(ài)克發(fā))、Fujitsu、Molex、Oji Paper等?！改蚊滋脊堋箘t擁有最佳的延展性，色偏最低，材料價(jià)格亦低于ITO，亦是市場(chǎng)看好的ITO替代品之一，供應(yīng)廠(chǎng)商有Eikos、Canatu (Carbon nanobuds碳球混合物)、SWeNT、Unidym、新奈材料等廠(chǎng)商，工研院、群創(chuàng)等亦在推廣。

至于「石墨烯」是當(dāng)今世上最薄、最堅(jiān)硬的奈米材料，只吸收2.3%的光，幾乎完全透明，電阻值比銅或銀還低，是整體效能最佳的ITO替代性材料與散熱材料，業(yè)界預(yù)料2016年大幅降價(jià)至每公斤200美元以下，增加其推廣性。目前市場(chǎng)有三星、Sony、***安炬科技(Graphage)等在推動(dòng)量產(chǎn)。

綜合以上各種ITO替代性方案的優(yōu)勢(shì)，預(yù)估到2019年，全球觸控面板業(yè)者，將會(huì)把50%的PCAP感應(yīng)層改用ITO替代品來(lái)制作。ITO Film第一大廠(chǎng)日東電工，不僅全力降低ITO薄膜電阻值，并大幅降價(jià)到25USD/m2，曾使幾家剛在市場(chǎng)站穩(wěn)腳步的ITO Film替代材料供應(yīng)商，面臨到嚴(yán)峻的價(jià)格戰(zhàn)威脅。