浅析触控面板技术趋势

 引言
随着Apple iphone问世引爆触控风潮，目前投射电容触控屏已经主导市场，包括笔记本电脑，平板电脑、手机以及其它的应用终端。然而随着屏幕尺寸的放大以及处理芯片效能提升，系统耗电量逐渐提高，为了维持产品电池续航力以及持续朝轻薄化发展，终端品牌、触控面板与TFT面板大厂已从触控屏幕结构的轻薄化，着手开发新触控技术以及材料，本文就各种技术动态展开分析，以期掌握触控技术发展的脉络。
1 三大技术趋势[1，2，6]
投射电容触控屏就结构而言可以分为On cell（外挂式）以及In cell （内置式）两大类型，现阶段以On cell为主，In cell在成本、良率以及产能上尚不成熟。另从成本分析的角度来看，典型的触控模组中，触控传感器占40%；保护玻璃占30%，触控IC占15%，电路板和其它材料占15%，本文将从成本占比最高的触控传感器以及保护玻璃来系统阐述触控业者的技术努力和革新。
1.1 趋势之一：触控传感器载体由薄膜式取代玻
璃式[2，4，7]
近年来，在苹果iPhone以及iPad产品的带动下，GG双片玻璃（上为保护玻璃，下为触控玻璃）方案率先量产，而GF（Glass/Film）比GG厚度减少0.4毫米且成本较低，也一直参与竞争。GG方案在减薄和降低成本的推动下， 触控屏厂商如TPK等推出了单片玻璃解决方案，简称OGS（One Glass Solution）即把触控玻璃（Sensor）与保护玻璃（Cover Lens）集成在一起，在保护玻璃内侧镀上ITO导电层，直接在保护玻璃上进行镀膜和光刻，这样可以节省一片玻璃和一次贴合，从而可将触摸屏做的更薄。美中不足的是对于OGS制程而言，先将大片玻璃化学强化后再进行镀膜、蚀刻、异性切割以及二次强化的制程，强化玻璃切割良率和边缘强度备受考验。与OGS不同，GF方案可以保全保护玻璃的强度。苹果在新一代的iPad mini中采用全新的单片双层ITO薄膜式结构（Glass/DITO Film或GF2），以薄膜式触控传感器取代玻璃式触控传感器，以期同时改善厚度和重量。Microsoft推出的Surface平板机产品，同样以薄膜式传感器为基础的单片单层结构（G1F）品外，Microsoft推出的Surface平板机产品，采用同样以薄膜式传感器为基础的单片单层结构（G1F）。因此在终端客户减重的要求之下，不管是OGS还是GF触控对GG双片玻璃式触控模块形成取代之势。
1.2 趋势之二：新型导电材料应运而生[4，5，6]
现行的触控传感器是由ITO薄膜蚀刻而成，但铟是稀有金属，价格昂贵。ZnO基薄膜使用Zn，产量远高于In，成本相对低，而且其性能已可与ITO相比拟，类似的还有AZO（铝掺杂氧化锌）ITO薄膜在过度弯曲时容易破裂而无法应用于印刷技术，高分子导电材料能够克服这一劣势。受关注度最高的是PEDOT（聚乙撑二氧噻吩），普利司通（Bridgestone）曾在2009年发布的柔性电子纸试制品上就采用了PEDOT类高分子。碳纳米管材料作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能，包括纳米Ag线技术、石墨烯薄膜等等。目前在纳米Ag线技术较成熟的以美商康世医疗 （Carestream Advanced Materials）的FLEXX透明导电薄膜为主，具备高挠曲性、低阻值、高透光率等优势，能作为取代ITO导体材料。还有一些厂商尝试利用纳米印刷技术将Ag丝在薄膜上印刷图案来作为透明电极使用，这些厂商包括大日本印刷和富士胶片，预计2013下半年，采用纳米银线薄膜材料的G/F/F式触控面板即可导入量产，初期将先应用于智能手机之触控面板，预计至2014年，将可望应用于一体机。韩国三星集团联合一些科研机构在2010年用石墨烯薄膜制做了30英寸的柔性透明电极。中国常州二维碳素科技公司的研发团队率先成功地将石墨烯薄膜应用于手机电容式触摸屏，并实现石墨烯触摸屏手机小批量生产，柔韧性、透光性能良好的石墨烯触摸屏可以替代现行的ITO触摸屏，成本降低约30%左右。
1.3 趋势之三：Cover Lens塑料将替代玻璃[2，3，7]
一般而言，玻璃材料的硬度、刚性较塑料高，可抵抗因挤压而造成的变形、破裂等问题，且较耐刮，但塑料材料却比玻璃材料更耐冲击、耐摔击。另外，在透光性方面，玻璃材料的透光性较塑料材料佳，且塑料材料在触控模块全贴合制程中，若固化温度偏高，或长时间使用后，易产生黄化、白雾化的现象。现阶段中高阶触控面板采用强化玻璃为材质的Cover Lens，强化玻璃以康宁（Corning）的Gorilla Glass与旭硝子的Dragontrail为市场主流产品，而低端产品采用硬化后的塑料材质，通常为PMMA与PC的复合材质。大量日本企业如三菱化学集团、大日本印刷等对塑料材质投入了相当的研发精力。2011年三菱化学集团旗下的日本合成化学开发出替代玻璃的ORGA塑料材料，主要是以紫外线固化树脂（聚氨酯丙烯酸树脂）为基材所开发出的板材，并克服过去聚碳酸酯与压克力等树脂薄膜透光率不佳、表面硬度低、耐热性不佳、不耐溶剂等缺点，并在强化玻璃表现不佳的加工性与安全度部分，均有出色表现，其成本不仅较强化玻璃低，重量亦仅其1/3。由于ORGA本身具有与玻璃相同的透明性，且耐热性在200℃以上，硬度为3H-7H的铅笔硬度，因此，将作为智能手机与平板机等所需之强化玻璃的替代材料。可以预判，随着塑料材质发展，将来可将ITO触控传感器制作在塑料Cover Lens上，这就是OPS（One Plastic Solution）触控解决方案。
2 结论
GG 方案正受到OGS玻璃型触摸屏以及GF/GFF薄膜型电容屏的双重挤压；OGS以低成本优势快速崛起，尤其在触控笔记本领域。而GF/GFF薄膜型电容触控方案由于低成本和轻薄化优势将长期存在。新型导电材料如石墨烯的出现使得柔性触控变为现实，塑料材质Cover lens的不断进步将进一步降低触控模组的重量。多种触控技术并存的趋势将在中长期内存在。