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投影式電容觸控屏幕市場正在悄然發(fā)生變革。市場不斷追求更纖薄、更高效能、更可靠且成本較低的觸控式屏幕，但目前觸控面板所使用的氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電材料存在諸多局限性，因此未來將被各種替代材料所取代。

投影式電容觸控屏幕市場，正在悄然發(fā)生變革。快速的產(chǎn)業(yè)發(fā)展不斷提供更纖薄、更高效能、更可靠且成本較低的觸控式屏幕。在這些發(fā)展中背后的主要動力是氧化銦錫(ITO)，這種主要用于手機和平板電腦觸控式屏幕的導(dǎo)電材料存在諸多局限性，因此將被替代材料所取代。

ITO受限小尺寸屏幕導(dǎo)電材料掀更新

ITO從未被廣泛使用于大尺寸AV和kiosk的應(yīng)用上，但有一些正在開發(fā)中的技術(shù)將取代ITO，這些新技術(shù)將會被用于上述應(yīng)用當(dāng)中。

投影電容觸控式技術(shù)變革背后的一個關(guān)鍵驅(qū)動因素是，轉(zhuǎn)移至將觸控功能整合到使用內(nèi)嵌式技術(shù)的LCD面板本身，從而無需單獨的觸控式屏幕面板，亦稱離散式觸控面板。做到這一點后，就可生產(chǎn)出更容易整合的更薄更輕的觸控裝置。

光學(xué)效能及亮度，也可透過縮減LCD與使用者之間的距離和層數(shù)而獲得改善。

但是，制造內(nèi)嵌式觸控式屏幕的流程仍朝向更完善的目標發(fā)展當(dāng)中，因此它們在業(yè)界被廣泛采用受到了限制。結(jié)果，ITO導(dǎo)體的離散投影式觸控屏幕面板仍舊是主要被使用的技術(shù)，至少在智慧型手機、平板電腦及可穿戴式設(shè)備中仍是如此，但它隨著顯示尺寸增加超過20吋就會存在很多缺陷，主要是因為其相對較高的電阻會妨礙效能，并使其成為不適合某些應(yīng)用的材料。

關(guān)于有哪些導(dǎo)電材料可用于較大尺寸的觸控式屏幕，目前有三種主要的材料技術(shù)處于領(lǐng)先地位：銅微線(Copper Micro Wires)、銀金屬網(wǎng)格(Silver Metal Mesh)和奈米銀線(Silver Nano Wire)，還有其他三種：奈米碳管(Carbon Nanobud)、導(dǎo)電聚合物(Conductive Polymers)和石墨烯(Graphene)，它們?nèi)继幱陂_發(fā)初期并可能在未來幾年上市。本文將探討前五種材料技術(shù)的四個主要參數(shù)：經(jīng)濟性、阻抗、可見度和可用性；還會探討石墨烯，石墨烯處于開發(fā)初期，目前尚未市售。

考量經(jīng)濟因素同材料成本大不同

考慮到觸控式屏幕的成本時，關(guān)鍵問題包括初始加工成本及持久材料壽命要求等等。不需開模(光罩)而可直接寫入基材的技術(shù)，基本上不需要加工，并可更便宜地進行小批量生產(chǎn)。若需要開模或其他加工，則會限制小批量生產(chǎn)不同尺寸能力的靈活度，但有潛力對標準尺寸提供較大批量的生產(chǎn)。

在加工方面，銅微線具有延展性優(yōu)勢。電極可以直接寫入基材，不需雷射、開模/化學(xué)物質(zhì)/蝕刻或加工。奈米銀線可以透過雷射剝離法進行一定程度的客制，但還需要額外制程來將邊界的導(dǎo)體連接至控制器。導(dǎo)電聚合物透過網(wǎng)版印刷應(yīng)用起來相對簡單，但必須在絲網(wǎng)印刷或在蝕刻、雷射處理之后，再作制作圖樣(Pattern)。

相比之下，銀金屬網(wǎng)格技術(shù)是在材料來源上制作Pattern，因此須提前指定感測器的尺寸。這會讓每個感測器設(shè)計產(chǎn)生1萬~2萬美元的加工費用，具體取決于屏幕大小。碳奈米芽(Carbon NanoBud)的沉積程序很復(fù)雜，需使用奈米芽反應(yīng)器(NanoBud Reactor)，然后再使用雷射制圖制程來制作電極。

制造成本的另一個關(guān)鍵因素是所需層數(shù)。銅微線可以絕緣，因此x和y電極可以在單層中形成。封裝絕緣還可以防止材料氧化，但在暴露于高溫高濕度下時會大大降低觸控式屏幕的效能。奈米銀線、金屬網(wǎng)格和導(dǎo)電聚合物傳感器結(jié)構(gòu)一般需要兩層或多層來絕緣(x和y)導(dǎo)體，從而增加單層設(shè)計上的材料內(nèi)容。碳奈米芽也是一種兩層技術(shù)。另外還必須小心防止?jié)駳膺M入材料，否則可能導(dǎo)致上述氧化及觸控式屏幕故障。

15Ω至30Ω低阻抗銅微線實現(xiàn)大尺寸觸控屏幕

觸控式屏幕阻抗是決定觸控靈敏度或訊噪比(SNR)的一個關(guān)鍵因素。較高電阻材料會限制流經(jīng)導(dǎo)體的電流量，使其更難正確地找出，來自顯示屏幕、電源或其他周邊電子產(chǎn)品周圍環(huán)境干擾(EMI)產(chǎn)生的誤觸控事件。顯然，這一阻抗對較大尺寸觸控式屏幕的影響更大，特別是在需要多點觸控、防誤觸和近距感測(在手指實際與屏幕接觸前識別觸控)等功能時。

如上所述，ITO因其相對高的阻抗，每平方約100Ω而僅限用于較小的觸控式屏幕；因此，大多數(shù)使用此材料的觸控式屏幕小于約22吋，超出此尺寸將存在顯著的效能限制。

相較于PET薄膜基材上每平方約30-50Ω，奈米銀線具有比ITO更好的電阻，使用此技術(shù)的投影電容觸控式傳感器可擴展至約42吋，不過超出此尺寸，依舊將限制觸控效能。

銀金屬網(wǎng)格具則有每平方約15Ω至30Ω的較低電阻，因此能用于尺寸達約65吋的觸控式屏幕。銅微線提供每平方約5Ω或更低的最低電阻，并可用于建立尺寸遠超100吋的巨大觸控屏幕。

另外，極低電阻還提供最佳的訊噪比，使觸控式屏幕能偵測對很厚的面板玻璃，甚至是穿戴手套時進行的觸控，而無須在高電壓下驅(qū)動電子裝置或使用多個連接控制器并排顯示屏幕，替代材料技術(shù)若使用這兩種巧妙方法，便可實現(xiàn)大尺寸觸控式屏幕。

引入適當(dāng)材料屏幕面板產(chǎn)生出色可見度

所有離散式面板投影電容技術(shù)，包括在使用者和屏幕之間，引入一定的材料元素，以對圖像產(chǎn)生無論多小，但一定存在的光學(xué)差別，尤其是在關(guān)閉顯示時，透過采用銅微線技術(shù)，建立的10um導(dǎo)體網(wǎng)格是可見的。

也就是說，光透射性很出色，并且在運用任何抗反射處理前，處于90%的范圍內(nèi)。相比之下，奈米銀線和銀金屬網(wǎng)格技術(shù)，可以建立可見度略低的導(dǎo)電軌，其為5-10um范圍的金屬網(wǎng)格；然而，奈米線和導(dǎo)電聚合物涂層，則可在整個屏幕上，產(chǎn)生輕微的偏色或蒙朧感，以及約有85%的透光度。

新技術(shù)成主流暴露戶外為一大挑戰(zhàn)

少數(shù)專業(yè)制造商生產(chǎn)銅微線觸控式傳感器已近20年，該傳感器是一款成熟的投影電容觸控式技術(shù)，適用于嚴酷環(huán)境中的大尺寸屏幕。過去幾年來，銀金屬網(wǎng)格和銀線觸控式技術(shù)已快速成為主流，其中，許多制造商負責(zé)安裝必要印刷及雷射制作Pattern設(shè)備。在觸控式屏幕產(chǎn)業(yè)，這兩種技術(shù)相對新穎，意味著它們的長期可靠性尚未證實，尤其是關(guān)于在暴露于戶外頗具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用中的溫度及濕度下，其電阻及觸控效能會如何變化。

具導(dǎo)體潛力石墨烯適作電容屏幕材料

即將到來的是一種可能改變游戲規(guī)則的新型觸控式屏幕材料技術(shù)：采用石墨烯的形式。石墨烯最初于2004年在曼徹斯特大學(xué)被發(fā)現(xiàn)，此后有陸續(xù)發(fā)布關(guān)于其強度、透明性和導(dǎo)電性的可喜成果，但開發(fā)仍處于起步階段。

石墨烯沉積為一個原子厚度的碳分子，將類似的低電阻結(jié)合到銅微線，具有「不可見」導(dǎo)體的潛力。然而，盡管具有適合作為投影電容觸控式屏幕材料的潛力，但這種令人興奮的新技術(shù)還適合其他許多應(yīng)用，例如水凈化、電池和太陽能電池；大多數(shù)開發(fā)商目前仍將工作重點放在這些方面，在開發(fā)路線圖上，觸控式屏幕使用率要低得多。

總而言之，投影電容觸控式屏幕并不存在「完美的」導(dǎo)電材料，設(shè)計師應(yīng)不斷尋找效能、光學(xué)、耐用性、可擴展性和可靠性的最佳組合，以適合其觸控式屏幕應(yīng)用。

手機及平板電腦觸控式屏幕的全球市場，使商業(yè)AV市場相形見絀，根據(jù)Touch Display Research估計，ITO替代市場可能在2023年前達到130億美元。新的觸控屏幕材料開發(fā)必然會專注于這一巨大市場，并且，這方面的投資勢必會給商業(yè)與工業(yè)市場帶來許多利益。