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觸控面板關鍵技術發展與未來趨勢 Higgstec Inc. 萬達光電科技股份有限公司 摘要 近年來觸控應用的迅速成長,在日新月異的數位生活中,提供我們一項人機介面直接、方便又 準確的資訊互動方式。觸控應用之廣泛,除眾所熟悉的隨身可攜式電子商品,如手機、 PDPGPS 至工業應用、軍用及車用乃至於博奕與資訊服務等,近期更積極地擴充到許多新興的設計與應用中, 讓市場對觸控面板需求急速成長。筆者針對現今市場上常見之觸控技術逐一分析,並點出擁有 IC 識與光學技術背景之觸控面板製造商才能產出優質的面板,其代表知識實質加值到生產優勢的過程, 也區隔出製造業中勞力密集與經濟知識的基本差異。 引言 觸控科技的萌芽雖可追溯至 1970 年代,但是於近年來才積極展露頭角。觸控之得以商品化,除 得利於平面顯示器的普及、作業系統納入人機界面應用之趨勢、材料與生產製造技術上的突破外,最 重要的無非是 Apple iPhone 成功的行銷策略。近期美國一份市調顯示,45 歲以下的青壯年有超過 95% 的人視觸控為人機界面最方便之設計,80% 以上的受訪者認為其加值主要在於觸控應用後所帶來使用 上的直覺性與便利性。若是細心觀察生活上人機界面的變化,必然不難發現觸控應用已迅速蔓延開 來。近期 DisplaySearch 更預測 2009 年將會是可攜型消費電子產品大量應用觸控技術急速成長的一 年。 完整的觸控應用解決方案包含面板(感測元件 Sensor )、控制器(或 IC )與驅動軟體,三者缺 一 不 可,控 制 器 的 功 能 在 於 蒐 集、處 理 並 轉 換 來 自 於 面 板 之 觸 動 訊 號 為 數 位 資 訊,以 利 執 行 後 續 指 令 。 驅動軟體負責連結後端應用與控制器間的溝通協定。優質的觸控面板,在結構乃至材料上都不因受到 環境變化而產生變異,無論何時均能保證觸動訊息的品質。 觸控面板除應在外觀上無瑕外,在電子特性(電位率、端點電阻、準確率、線性等)、光學特性 (穿透率、清晰度、抗眩與低反射等)、機械特性(單點壽命測試、劃線測試、承重、撞擊、尾部耐 受測試、破壞性實驗等)、以及環測(恆溫恆濕、冷熱衝擊、化學藥劑測試等),都應符合特定市場關 鍵致勝因子( Key Success Factors; KSF )要求。 觸控面板的差異最終將反應在功能性( Performance )、耐受性( Durability )與可靠度( Reliability 上。遺憾的是觸控面板業至今仍未發展出一套放諸四海皆準的測試規範,反而須靠客戶端明察秋毫來 找最佳的產品。 觸控技術分類 觸控面板發展的歷史軌跡中,明顯有透明面板與不透明面板二大類;前者是目前觸控面板發展 的主流,它往往與顯示器共存;後者則主要見於滑鼠板及手寫辨識應用等,長期發展均掌握在控制器 IC 製造商,如 Quantum, Cypress, Synaptics, Alps, Broadcom 及國內的義隆電等。事實上非透明 面板觸控技術除部份使用電磁式、矩陣式設計外,絕大多數都採用類似投射電容式技術,這亦是當大 家因 iPhone 效應在市場積極尋找投射電容式觸控面板 IC 時,上述名稱總是經常出現的原因。 儘管目前成熟或發展中的觸控技術多達 20 多種,但是成功導入應用並已量產的僅 7~8 種,包 括 電阻式 (Analog Resistive) 、表面電容式 (Surface Capacitive) 、投射電容式 (Projected Capacitive) 紅外線式、聲波式、光學式、電磁感應式與數位式等。 其中電阻式因為結構簡單且成本具有優勢,長期享有最高之市佔率,表面電容式則因過去受限

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觸控面板關鍵技術發展與未來趨勢

Higgstec Inc. 萬達光電科技股份有限公司

摘要

近年來觸控應用的迅速成長,在日新月異的數位生活中,提供我們一項人機介面直接、方便又

準確的資訊互動方式。觸控應用之廣泛,除眾所熟悉的隨身可攜式電子商品,如手機、PDP、GPS,

至工業應用、軍用及車用乃至於博奕與資訊服務等,近期更積極地擴充到許多新興的設計與應用中,

讓市場對觸控面板需求急速成長。筆者針對現今市場上常見之觸控技術逐一分析,並點出擁有 IC 知

識與光學技術背景之觸控面板製造商才能產出優質的面板,其代表知識實質加值到生產優勢的過程,

也區隔出製造業中勞力密集與經濟知識的基本差異。

引言

觸控科技的萌芽雖可追溯至 1970 年代,但是於近年來才積極展露頭角。觸控之得以商品化,除

得利於平面顯示器的普及、作業系統納入人機界面應用之趨勢、材料與生產製造技術上的突破外,最

重要的無非是 Apple iPhone 成功的行銷策略。近期美國一份市調顯示,45 歲以下的青壯年有超過 95%

的人視觸控為人機界面最方便之設計,80%以上的受訪者認為其加值主要在於觸控應用後所帶來使用

上的直覺性與便利性。若是細心觀察生活上人機界面的變化,必然不難發現觸控應用已迅速蔓延開

來。近期 DisplaySearch 更預測 2009 年將會是可攜型消費電子產品大量應用觸控技術急速成長的一

年。

完整的觸控應用解決方案包含面板(感測元件 Sensor)、控制器(或 IC)與驅動軟體,三者缺

一不可,控制器的功能在於蒐集、處理並轉換來自於面板之觸動訊號為數位資訊,以利執行後續指令。

驅動軟體負責連結後端應用與控制器間的溝通協定。優質的觸控面板,在結構乃至材料上都不因受到

環境變化而產生變異,無論何時均能保證觸動訊息的品質。

觸控面板除應在外觀上無瑕外,在電子特性(電位率、端點電阻、準確率、線性等)、光學特性

(穿透率、清晰度、抗眩與低反射等)、機械特性(單點壽命測試、劃線測試、承重、撞擊、尾部耐

受測試、破壞性實驗等)、以及環測(恆溫恆濕、冷熱衝擊、化學藥劑測試等),都應符合特定市場關

鍵致勝因子( Key Success Factors; KSF)要求。

觸控面板的差異最終將反應在功能性( Performance)、耐受性( Durabi l i ty)與可靠度( Rel iabi l i ty)

上。遺憾的是觸控面板業至今仍未發展出一套放諸四海皆準的測試規範,反而須靠客戶端明察秋毫來

找最佳的產品。

觸控技術分類

觸控面板發展的歷史軌跡中,明顯有透明面板與不透明面板二大類;前者是目前觸控面板發展

的主流,它往往與顯示器共存;後者則主要見於滑鼠板及手寫辨識應用等,長期發展均掌握在控制器

或 IC 製造商,如 Quantum, Cypress, Synapt ics, Alps, Broadcom 及國內的義隆電等。事實上非透明

面板觸控技術除部份使用電磁式、矩陣式設計外,絕大多數都採用類似投射電容式技術,這亦是當大

家因 iPhone 效應在市場積極尋找投射電容式觸控面板 IC 時,上述名稱總是經常出現的原因。

儘管目前成熟或發展中的觸控技術多達 20 多種,但是成功導入應用並已量產的僅 7~8 種,包括

電阻式 (Analog Resist ive)、表面電容式 (Surface Capaci t ive)、投射電容式 (Projected Capaci t ive)、

紅外線式、聲波式、光學式、電磁感應式與數位式等。

其中電阻式因為結構簡單且成本具有優勢,長期享有最高之市佔率,表面電容式則因過去受限

於專利限制,加上成本較高 (製程技術與光學處理部份尤甚 ),其市占率始終不及電阻式。近年來由於

專利限制過期與光學技術之進步,在在為表面電容式普及率帶來新的契機;投射電容式由於其設計原

理可實現多點觸控的應用,集眾所矚目於一身,各界預期將成長最快,觸控相關產業亦均投入研發生

產此一產品。

類比電阻式技術

依現有的市場應用來分析,近乎七成強的市場均採電阻式技術;在小尺寸消費性電子商品中,

其市佔更高達九成。雖然因設計和製造技術有別而衍生出四線、五線、六線、七線及八線;高溫製程

和低溫製程的差異,但在基礎原理上卻有以下的共通性:

電阻式結構(請參見圖 1)由具絕緣性質的微小間隔物( Dot Spacer)將上、下兩層導電層隔開,

當上層導電受壓而接觸下層導電層形成導通時,接觸點上所產生的電壓值,可經由類比轉換為觸動位

置。

通 常 上 層 導 電 層 為 電 阻 值 分 佈 均 勻 的 氧 化 銦 錫 ( ITO ) 聚 脂 膜 ( PET Fi lm ) 或 導 電 玻 璃

( ITO-Glass);下層則可用導電聚脂膜( ITO-PET Fi lm),導電膠板( ITO-Plast ic Plate)或導電玻

璃( ITO-Glass)任一種;所以電阻式觸控面板除了常見的 ITO PET 與 ITO 玻璃( F/G)的結構外,

另外尚有 G/G; F/F/G; F/F/P; F/P; F/F 等,不同結構的功能差異可參見表 1。

由於電阻式觸動靠壓力施予上層導電層,使其與下層導電層能導通,故舉凡能對上層導電層有

效施力的介質,均可用來觸動電阻式觸控面板,如手指、筆、信用卡、鑰匙等。

此類技術的機械特性(如抗磨損能力)決定在上層導電層的材料,光學特性則和材料與結構有

關,簡言之,玻璃的透光率優於聚脂膜( PET Fi lm),愈厚的材料在透光率上損失愈多。

不過光學表現上不應只檢視透光率,應同時要求低反射;是故部分強光下使用的觸控面板即有

偏光應用的需求。正由於電阻式結構單純且使用限制少,又歷經長期的市場檢驗,因而是目前最普遍

且最經濟的觸控技術。

▲圖 1 電阻式動作結構圖

表 1:電阻式不同結構功能比較表

組成結構 易破碎度 耐磨性 觸動力 輕薄 穿透率 耐溫濕力 與 LCD 搭配

顯現彩虹紋

G/G X~△ ◎ X~△ X~△ ◎ ◎ ◎

F/G △ △ △ △ ○ ○ ~◎ ◎

F/F/G ◎ △ ◎ △ △ ~○ △ △ ~○

F/F ◎ X~△ ◎ ◎ X △ X

1. G:玻璃; F:聚脂膜( PET); P:膠板

2. ◎:優;○:佳;△:普通; X:差

【四線式】

四線式(請參見圖 2)是最簡單且較易製作的電阻式技術,早期由日商所發展。原理上四線式

利用上(下)層導電層在 X( Y)軸兩側部置銀電極(請參見圖 3),利用良好均勻的 ITO 阻抗性質,

當控制器提供 5V 電壓予下層導電層時,觸動發生位置上可在上層導電層偵測出類比電壓值,如此而

得 X 軸上的位置,反之則可取得觸動發生時 Y 軸之位置;雖然四線式在尾部出線端有四個連接點,

但當觸動發生時的任一瞬間,總是只有三線形成迴路來計算出位置訊息。

四線式的主要缺點是上層導電層是由 ITO 聚脂膜所組成,其 ITO 阻值均勻性及耐受性(磨損、

在溫度與溼度下的變化)經使用一段時間後,電氣特性即有明顯的衰退,進而造成線性及準確度不足。

因此多數四線式在點擊壽命規格多採 100 萬次,實際的應用中,以 POS 應用來看,只需幾個月

即可達到 10 萬次的點擊數。此外,聚脂膜因環境因素而有熱漲冷縮並受溼度影響,長期下來不僅破

壞 ITO 的均勻性,更會造成使用時游標漂移的現象。是故四線式多半存在於小尺寸應用市場,當尺

寸愈大時,上述的缺點就表現愈顯著。

▲圖 2 四線電阻式結構圖

▲圖 3 四線電阻式走線設計

【八線式】

八線式基本上由四線式演化而來,多增的四條感測線(請參見圖 4)主要用來降低因環境影響,

所造成之系統不穩定與使用時游標漂移的缺憾,由於電路走線加倍,因此常見於大尺寸,設計和外觀

上不易達到窄邊的要求。八線式結構雖然改善了因環境因素造成的系統不穩定和漂移現象,但因並未

改善四線上層導電層材料之故,對增進耐用(受)性和延長面板壽命上毫無助益。

▲圖 4 八線電阻式走線設計

【五線式】

四線式的結構雖然簡單,但是在實際應用時,受限於上層導電層的電阻均勻性、環境變化下的

物性變動,使得在面板的壽限、電氣特徵上均出現顯著的缺憾;此一現象在愈大尺寸時更益明顯。

實務上的經驗顯示,四線式的下層導電層(若為玻璃)出現錯誤的情況遠較上層導電聚脂膜為

低,因此,設計上若能將位置相關的電氣特性決定於下層導電層玻璃的話,不僅可得到較四線更佳的

觸動位置準確率和線性,更甚者,上層 ITO-PET 也因為只負責導通迴路,對於面電阻均勻性的要求

不再重要。因此同時改善了四線式的多項缺失。由此,五線式也因而誕生,因為五線式的銀電極部置

全在 ITO 玻璃上,走線上遠較四線式複雜。

五線式的四條銀電極全部建置在 ITO 玻璃上( A、B、C、D;請參見圖 5),上層 ITO-PET 只負

責在觸動發生位置上產生迴路( E)並藉以偵測電壓值來轉換成位置參數。控制器先供以 5V 電壓予 A、

C,並將 B、 D 接地,此時由面板上方至下方產生一均勻的電壓降,當觸動發生時,經由 E 的導通而

得 Y 方向的電壓值。

相同的將 A、B 接地及 C、D 予以 5V 電壓,以此類推可得到觸動發生時 X 方向的電壓值,從而

轉換成位置座標。由於上層 ITO-PET 只用來形成電流迴路,相對的五線式壽命與穩定性、耐用性就

較四線式優越許多。

▲圖 5 五線電阻式走線設計

【六線式】

六線式的想法來自於想改善五線式的表現,做法上是在五線式的下層 ITO 玻璃下方增加一條接

地迴路,事實上這對改善功能性上的訴求是毫無意義的,有時市場上的個案甚至有並未搭配使用六線

式控制器卻也強調能達成所聲稱的功能。

【七線式】

七線式主要為改善四線式在大尺寸上準確度不足和穩定性不佳而生;其結構上最大差異在 ITO

玻璃的上、右兩側及下、左兩側各部置一條銀電極(請參見圖 6);另在右上和左下兩邊各設兩電壓

監控電極,加上 ITO-Fi lm 用做定位信號輸出電極,如此共計七組電極;其感應原理採偵測電壓方式。

當上層 ITO-Fi lm 因受力形成導通時,透過電極提供電壓,並切換電壓方向,經由電壓監控電極

的測定,可得受力點位置 X、Y 方向所造成之電壓差,從而計算出位置資訊。由於七線式結構在面板

邊緣上須安排數個二極體以產生具方向性的誘導電流,因此不但增加了組裝難度也提高故障的機率,

在市場應用端並不普遍。

▲圖 6 七線電阻式走線設計

表面電容式

表面電容式利用排列於面板四邊的透明電極透過與人體之間的靜電結合所產生之靜電變化,進

而透過電流來偵測觸動所在之位置。其感應原理透過四個角落供給觸動感應區一特定電壓,使其形成

一均勻電場,當手指接觸感應區時,電場產生電流,誘生電流經控制器計算測定後,依其距四個角落

比例不同,從而計算出實際位置(請參見圖 7-a、 7-b)。

表面電容式在使用時因利用靜電變化來誘發偵測電流,因此在實務上往往有環境電磁場干擾,

高頻干擾造成的游標飄移或誤動作等。表面電容式的最大優勢即在光學穿透率高,表面保護鍍膜使其

耐磨性佳,然而觸動必須以手指(導電性介質)來完成。

表面電容式具防水、防刮、透光率佳,故常見於大尺寸戶外應用,如公共資訊平台( Kiosk、Point

of Information; POI)及公共服務(銷售)平台( Point of Sales/ Services; POS)等產品上。

▲圖 7-a 表面電容式原理示意圖

▲圖 7-b 表面電容式結構圖

投射電容式

投射電容式最大的優勢即是觸動無須直接接觸,面板因而可置於透明基材下方而得到良好的保

護,觸動可經由手指或特殊筆,即便是帶著手套亦可以使投射電容式面板作動。

結構上在兩個不同導電基材上(或同一導電基材的正反兩面),分別部置平行的 X 導線與 Y 導

線(請參見圖 8);導線相互垂直但卻不在同一表面,每個 X、Y 相交處即形成一電容節點。對導電基

材上的導線(驅動線 dr iver l ine)供以特定振幅與頻率的交流電壓,另一組導線此時即形成迴路以偵

測電容改變量(感應線 sense l ine)。

操作時控制器交互提供電壓至其中一組導線,使每個節點上的電容偶合( coupl ing)造成驅動線

和每一相交的感應線有微小電流;當手指接近一個或多個節點時,會吸走部份電流,進而改變了節點

上的電容值。控制器交互掃描感應線上每個節點電容值改變,利用 3 個以上電容改變的節點來估計觸

動的實際位置。由於投射電容式原理仍無法完全免除電磁和高頻的干擾,有效地防護必須由面板和控

制器上的配合著手。

投射電容式對於面板( Sensor)和控制器( IC)間的配合要求甚高,即便是相互垂直的導線(可

為實體金屬線或蝕刻後導電線)亦有內阻值均勻與否的問題,其直接影響即是面板所輸出的訊號雜訊

比( S/N),因此降低面板導線內阻與加強 IC 訊號處理能力,是這類技術由小尺寸邁向中大尺寸確保

功能穩定的先決條件。由於投射電容式觸控面板亦可用之於多點觸控平台,因此未來其所帶來的商機

不可限量。

▲圖 8 投射電容式結構圖

表面聲波式

除了電阻與表面電容式在市場應用最為常見外,其他的應用多半使用表面聲波式、紅外線式與

投射電容式三種。此三者又以聲波式市佔較高,此與 ELO Touch System 於 1987 年自增你智( Zeni th)

購入表面聲波技術即積極推廣有關。其原理事在普通玻璃基板四周部置聲頻發射、反射及接收裝置,

讓聲波在基板表面傳遞;當觸動發生時,部分聲波能量會被吸收,控制器則分析能量傳遞前後時間差

與能量衰減大小來辨認觸動位置。

表面聲波最大優勢是透光性、防火性佳,但必須由軟性物質(吸收聲波能量)來觸動;當面板

上有水滴、塵埃、泥土或水氣凝結時極易造成誤動作。另由於聲波傳導是溫度與溼度的函數,因此太

明顯的環境條件改變也會造成觸動準確率不佳的情形。

紅外線式

紅外線式類似矩陣式的設計,惟不同的是以 LED 部置在面板的 X 或 Y 軸一端,另一端則以感光

晶體( Photo Transistor)來對應。當觸動發生時,光源受到遮斷,對應端感光晶體無法接收到來自

發射端的紅外線訊號,從而交替作用來偵測出觸動的位置。

紅外線式可靠性佳、耐刮,但解析度不佳。它是唯一可以不需要基板來達成觸控的技術,但是

舉凡大於 5 ㎜的任何可以阻斷紅外線的外來物(蠅、蟲、塵土等)都會造成誤動作,此外,由於塵、

油漬等隨時間在面板上累積,最終造成 LED 訊號阻斷或不良,也使其產生功能異常。

觸控技術綜合比較

由於比較原理差異並無太多困難(請參見表 2),但是比較成品時,常因其中涉及材料差異,設

計和製程能力不同,會有很大的落差。倘因資訊不足或錯誤,甚至由於對特定技術上的偏見都可能誤

導比較的正確。即便是某一應用市場由特定的技術所主導,這亦可能因供應來源、地域因素所造成的

結果。簡言之,若是價格成本是關鍵決定因素,那麼電阻式必然是最佳的選擇。

倘就電阻式為例,產品面的優勢決定於成品之機械特性、電氣特性、光學特性、外觀與耐受性

及可靠度;上述內容決定於材料及製造商設計和製程能力,詳細內容可參考表 3。倘若材料為功能優

劣的主因時,單純比較數據並不具實質意義,因為更換材料即可改善功能,但成本終究會反應在售價

中;反之倘功能優勢源於設計與製造能力,則產品整體價值顯著。

表 2:各種觸控技術綜合比較表

電阻式 電容式 投射電容式 紅外線式 表面聲波式

感應方式 利用施壓造成電路迴

人體靜電感應電容變

帶電介質接近改變特

定電容變化 LED 光線阻斷 偵測聲波能量變化

觸動方式 任何可因壓力造成導

通之介質

手或帶有靜電之導電

介質

手(可戴手套)或特

殊具有改變電場能力

之介質

任何可以阻斷 LED 光

線之物

具有吸收聲波能力之

軟性物質

透光度 △~○(73~90﹪) ○(90﹪) ○(90﹪) ◎(100﹪) ○(90﹪)

耐用性 △~○ ○ ○ ◎ ◎

解析度 ○ ○ ○ △ ○

價格 ◎ △ △ X △

◎:優;○:佳;△:尚可;X:差

表 3:電阻式功能內容

機械特性:

設計>材料>製程能力 承重能力、撞擊測試、破壞性測試、防水性、尾部彎摺及承力、觸動力大小、磨損測試、壽

命測試、劃線測試等。

電氣特性:

設計>製程能力>材料 端點電阻、電位率、迴路阻抗、觸動準確率、線性、耗電率、解析度、反應速度、窄邊能力、

客規尺寸、防電磁干擾、觸動靈敏度等。

光學特性:

材料>製程能力>設計 高穿透率、低反射、抗污、抗眩、清晰度、色差度、無牛頓環等。

外觀:

材料>製程能力>設計 刮傷、瑕疵、白點、異紋、平整度、化學藥劑、測試、窄邊能力等。

耐受性及可靠度:

設計>製程能力>材料 環測(常態使用測試)、防水能力、高溫高濕測試、冷熱衝擊、低壓、低溫測試等。

製程技術

觸控面板製作流程與技術因原理不同而互異,若以四線電阻式之製作流程為例,可分為上層導

電層(以 ITO-PET Fi lm)下層導電層( ITO 玻璃)及 FPC 尾部三大部分(請參見圖 9)。

上層導電層 ITO-PET Fi lm 是以卷軸狀來料,因此必須先行裁切至適當尺寸,經熱處理後,予以

雷射蝕刻除去多餘 ITO 的部分,再於 ITO PET 邊緣印製銀電極,套印上絕緣膠並黏貼上雙面膠後沖

型。

下層導電層的 ITO 玻璃先經清洗,印以抗蝕遮罩膠,經過濕式蝕刻,除去電極走線處不須 ITO

的部分(亦可使用雷射 -乾式蝕刻),即可進行間隔點印刷(或可採黃光製程)與銀電極印刷,而後在

銀電極上套印絕緣膠後即可切割成品尺寸並準備與上層導電層與尾部結合。

尾部的製作(以 FPC 為例)始於 FCCL 基板,經過裁切、蝕刻遮罩印刷、蝕刻、印上絕緣或貼

上 PI( Polyimide)、印刷 ACP(異方性導電膠)後沖型即可與上、下導電層結合,經過熱壓與外觀

及功能檢查,成品即告完成。

▲圖 9 四線電阻式觸控面板製作流程圖

網板印刷與黃光製程

在半成品玻璃製作流程中,間隔點( Dot Spacer)的製作和成品的光學、機械特性直接相關,

為使觸動力適中,光學效果佳,因此 Dot Spacer 的高度、大小及密度與均勻性都非常重要。

黃光製程亦稱曝光顯影製程,屬濕製程,製作方式在玻璃清洗乾燥後,塗佈光阻劑,經烘烤

定型;透過與光罩、曝光及顯影、清洗烘乾後,即可送入下一製程,黃光製程對 Dot Spacer 品質管

控穩定度高,但是所需設備昂貴,佔地面積大且須耗用大量水資源,製程中所產生之化學廢棄物對環

境亦有危害,因此需要有環安的配套來執行。

網板印刷是以乾製程方式印製 Dot Spacer,因使用網印技術設備投資相對於黃光製程低許多,

使用空間不大,流程簡單且節省資源;缺點是由於人因而有技術高低之差異, Dot Spacer 的品質及

均勻性不易維持。

電極製作

四線式因設計簡單,電極製作僅在確保提供穩定的電氣特性、低耗電率,銀漿材料的選擇、製

程的配合以確保導線內阻值低且不受環境影響為主。電極設計亦直接影響成品的觸動準確率與線性

等。在五線式的電極製作上,各家均自有圖騰( Pattern),不過如何將設計與製程有效地最佳化來達

到功能性上的優勢才是關鍵。

高溫與低溫製程

首先此處高溫指在生產製程中使用 400℃ ~650℃溫度來完成特定或多種流程稱之,它有別於傳

統使用 160℃ ~250℃的製程溫度條件。高溫製程的最重要意義在於使用材料與 ITO 玻璃在高溫焠煉

中,結構能在分子層級上重新排列,使原來各別物性的材料,在結構、性質與功能上能夠均化。

就以 ITO 玻璃為例,當銀線印製完成後,經過高溫焠煉 ITO 及銀線可與玻璃再結晶,使 ITO 的

均勻性,穩定度和銀線的附著性及功能性都顯著提升。傳統低溫製程下的觸控面板常因環境的溫濕變

化而造成結構上和功能上的不良,雖然功能上有時在環境條件回復後恢復,但在結構上所造成的傷害

卻往往是不可逆的。

有鑒於觸控面板在應用時所顯現的問題,不外乎因結構上的不穩定或耐受性不足,進而造成功

能性上的衰退;根本解決的方法即是應用高溫製程。不過高溫製程的技術難度高,且現行並無標準化

的生產設備,要實現高溫製程,往往須在人才、設備、設計與製造上另外投資,相對造成較高的進入

門檻。此外烘烤的流程傳統上多以批次化完成,使生產效率上產生很大的瓶頸。

萬達光電位於桃園龜山廠區的第三代高溫隧道爐即是高溫製程的典型代表,高溫製程在長 28 米

的連續式隧道中完成,生產的品質優異,製程更能以每 6 秒一片半成品玻璃( 500×600 ㎜)的效能

生產,與業界批次化的產能相比實在大相逕庭。

圖 10 是萬達光電高溫製程五線電阻式成品,在- 40℃至 100℃每 5℃區間,四對端點電阻變化,

圖形中顯示端點電阻隨溫度變化不僅幅度小且與導電性質( dielectr ic)的溫度變化相似,其電氣特

性顯著不受溫度變化影響,電氣特性穩定度佳。

高溫製程下的半成品玻璃具有承受高溫焊接尾部的耐受力,此一優勢亦改善了傳統使用異方性導

電膠時,在溫溼變化下所產生的各種問題。因此在耐用(受)性與穩定性下的考量,高溫製程絕對是

最佳選擇。

▲圖 10 萬達光電高溫製程五線電阻式端點電阻值於攝氏 -40 度至 100 度間阻值變化圖

IC 知識背景

顯而易見的,電容式技術在耐受性、光學上的優勢是電阻式所不及的,其之所以無法普及之原

因在於( 1)現行 IC 控制器或晶片價格居高不下,或受主要供應來源長期壟斷,( 2)生產製造 know-how

與( 3)光學處理製程多採外包,因而墊高了生產成本( 4)傳統上面板製造與 IC 供應端長期缺乏技

術層面交流的能力,造成觸控整體效能上達到 "最佳化 "的障礙,此一困境在表面電容式的發展中尤其

顯著。

表面電容式是於一層或多層表面上,以 ITO 排列組成許多感測單體 (Sensing element)。由於其

具有 X, Y, Z 軸上感測能力,因此表層上可用玻璃或 cover lens 來加強其表面耐用性。然而當面板尺

寸增大時,感測單體的數量相對增多,此時除面板出線數增加外,內阻值增大等不利因素均為現行 IC

僅能服務小尺寸表面電容式觸控面板之主因。

因此當面板製造商缺乏 "跨領域 "知識時,從技術到價格將由 IC 供應端來主導,即便是面板製造

商能提供品質穩定、高訊號雜訊比 (S/N)值之面板,受到 IC 供應端希望以既有產品來配合所有面板之

前題下,整體解決方案的最佳化終不可得。此種不對稱的產業現況,無助於觸控市場或產品之進化。

光學技術能力

iPhone 給消費者的印象,除了多點觸控之外,即是光學上的優質表現。事實上高透光率、低反

射率或表面處理 (Surface hardcoat)即是電容式產品勝出電阻式最大的優勢。目前電阻式的透光率通

常在 80±2%(f i lm/glass),使用特殊材料亦僅能達到 87±2%。電容式的光學處理直接作用在玻璃原

材上;實務上顯示,穿透率之改善可由 87%上升至 98%;反射率則由 11%降低至 1.8%(請參見圖 11-a、

11-b)。

表面硬度、防污、防菌及抗指紋亦可經由電容式生產製程一併達成,不僅加值產品價值同時亦降

低成本。利用電容式光學優勢加上結構上的調整,這種解決強光環境下面板可讀性的做法,必然較電

阻式圓形偏光應用更為有效。

▲圖 11-a 光學處理前後之玻璃穿透率比較圖

▲圖 11-b 光學處理前後之玻璃反射率比較圖

未來技術發展方向

電阻式長期以來享有觸控面板最大的市佔率,其原因並非由於電阻式的功能優於它者,而是電

容式普及化的障礙並未移除。就技術層級來看,電阻式顯然無須具備電子與訊號處理之背景知識。

然而,電容式卻大相逕庭,其成功應用不僅需要感測器製造端瞭解如何製造出光學與結構上優

質的面板,更要能在電子訊號上提供穩定均勻與高品質訊號, IC 處理才能依其優勢架構出不同的訊

號處理邏輯程序,以有效發揮電容式觸控面板的整體效能。換言之,擁有電子背景之面板製造商瞭解

如何才能產出優質的面板,它代表知識實質加值到生產優勢的過程,也區隔出製造業中勞力密集與知

識經濟的基本差異。

投射電容式觸控面板今日所面臨的絕非僅僅只是 IC 供應的問題而已,而是如何與上下游整合以

創造面板製造、 IC 供應及消費者三贏的局面。