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觸摸屏技術

分析觸控面板技術五大發展趨勢

    隨著處理芯片效能、耗電量逐漸的提高,及屏幕尺寸的放大,各品牌大廠為了維持產品電池續航力,并持續朝產品輕薄化發展,包括終端品牌、觸控面板與TFT面板大廠已從觸控屏幕結構的輕薄化,著手開發新觸控技術。

  而現階段In-Cell式觸控面板技術的尚未成熟,包括成本、良率與產量均仍未能滿足Apple以外的品牌大廠要求,更促使品牌、觸控面板與TFT面板等業者必須積極尋求其它觸控面板技術與材料。從以下幾個趨勢、現象來看,隨著新材料的相繼問世,恐將掀起另一波新的觸控面板技術革命。

  趨勢1:觸控傳感器

  薄膜式取代玻璃式

  Glass/Glass式觸控技術所帶來的厚度與重量,對于終端市場與消費者而言,仍有極大進步空間,為了解決這個問題,Apple在新一代的7.85寸iPad mini中,舍棄使用已久的Glass/Glass式觸控面板結構,改采全新的單片雙層ITO薄膜式結構(Glass/DITO Film或GF2),以薄膜式觸控傳感器取代玻璃式觸控傳感器,以期同時改善厚度和重量。

  但若想維持觸控靈敏度,Apple就得舍棄傳統的薄膜式觸控傳感器,并導入目前由日系大廠日本寫真印刷(Nissha Printing)獨家供應的納米銀線(Silver Nanowire)薄膜式傳感器。雖然初期良率不盡理想,成本競爭力也未具優勢,但若能克服這些障礙,而且供應商增加之后,未來單片雙層薄膜式結構將可能進一步導入到Apple新一代9.7寸的iPad。

  除了Apple iPad產品外,Microsoft推出的Surface平板機產品,采用同樣以薄膜式傳感器為基礎的單片單層結構(G1F),在終端客戶要求下,大幅減輕重量,并藉由品牌大廠推波助瀾,讓平板機應用方面的雙片玻璃式結構觸控模塊,被取代的壓力有增無減。

  趨勢2:Cover Lens

  塑料將替代玻璃

  在Cover Lens方面,部份大廠開始評估以塑料替代玻璃,期能克服重量偏高與耐沖擊性不足的難題。

  一般而言,玻璃材料的硬度、剛性較塑料材料高,可抵抗因擠壓而造成的變形、破裂等問題,且較耐刮,但塑料材料卻比玻璃材料更耐沖擊、耐摔擊,而這也是現今智能手機最常發生以強化玻璃為材質的Cover Lens,摔落在地上而導致破裂的結果。

  另外,在透光性方面,玻璃材料的透光性較塑料材料佳,且塑料材料在觸控模塊全貼合制程中,若固化溫度偏高,或長時間使用后,易產生黃化、白霧化的現象。

趨勢3:觸控技術從OGS移轉至OPS

  自2011年臺灣業者率先推出OGS式觸控技術來,在價格與性能的優勢下,宛如現階段觸控面板技術的主流之一,尤其是欲推廣Ultrabook市場的Intel與筆記本大廠,更將OGS式觸控技術視為目前最佳觸控面板解決方案。在集成觸控功能的Windows 8問世后,以Windows為主要作業核心的筆記本與Ultrabook等,也開始掀起一波搭載觸控功能的熱潮。

  在原有的筆記本與Ultrabook上加裝觸控模塊,除重量不能增加太多,更重要的是成本不能提高太多,因為Ultrabook價格還是極具敏感度,必須落在700美元以內,因此,結構相對單純的OGS式觸控面板技術就較符合品牌客戶需求。

  由于筆記本與Ultrabook均采用貝殼式(Clamshell)的外觀設計,考量到觸控面板強度、厚度及重量顧慮,目前觸控筆記本近95%均采用OGS式觸控面板結構,至于雙片玻璃式觸控面板結構,并不會應用在筆記本與Ultrabook上。盡管如此,品牌大廠仍將持續尋找更輕薄、更耐沖擊的材料與觸控技術。畢竟在1部13~14寸的筆記本上加裝1片OGS式觸控面板模塊,整體重量將增加180g左右,對消費者而言,這無異是增加1支智能手機的重量負擔。

  也因如此,臺廠與日廠便開始評估、發展另一種可行作法:OPS(One Plastic Solution)觸控解決方案。一般而言,OGS式觸控面板技術是將ITO觸控傳感器制作在采用玻璃材料的Cover Lens上,及貼合TFT-LCD面板,而OPS則是將Cover Lens的材料改為塑料,再同樣地將ITO觸控傳感器制作在其Cover Lens上,這就是OPS觸控解決方案。

  趨勢4:替代材料若出線 玻璃將退場

  過去手機大廠曾在一般手機顯示面板上設置1片壓克力板(PMMA)的Cover Lens,其優勢主要是更輕、更便宜、更耐沖擊以及可撓曲等,但過去受限于硬度(耐刮性)及光學質量不如玻璃,而難以商業化,只有部分日系化學材料廠商有能力開發出接近玻璃特性的塑料材料,但其價格不具競爭力。

  但在智能手機、平板機與觸控筆記本市場快速成長下,為爭取此一大商機,觸控面板相關業者在產品技術研發上,無不力求創新。其中,觸控面板的Cover Lens部分,已有多家廠商投入開發,其材料可分為強化玻璃與塑料兩類。強化玻璃以康寧(Corning)的Gorilla Glass與旭硝子的Dragontrail為市場主流產品,而塑料則有昭和電工、帝人、三菱化學集團、大日本印刷、新日鐵住金化學與日本合成化學工業等廠商進行研發。

     2011年三菱化學集團旗下的日本合成化學開發出替代玻璃的ORGA塑料材料,主要是以紫外線固化樹脂(聚氨酯丙烯酸樹脂)為基材所開發出的板材,并克服過去聚碳酸酯與壓克力等樹脂薄膜透光率不佳、表面硬度低、耐熱性不佳、不耐溶劑等缺點,并在強化玻璃表現不佳的加工性與安全度部分,均有出色表現,其成本不僅較強化玻璃低,重量亦僅其3分之1。

  由于ORGA本身具有與玻璃相同的透明性,且耐熱性在200℃以上,硬度為3H-7H的鉛筆硬度,因此,將作為智能手機與平板機等所需之強化玻璃的替代材料。

  趨勢5:采納米銀線與高溫

  ITO G/F/F觸控提升良率

  隨著雙層ITO導電膜(G/F/F)觸控面板將在一體機(All-In-One PC)市場大舉圈地,G/F/F觸控面板供應商正改采納米銀線和高溫ITO投產,以突破大尺寸觸控面板的良率瓶頸,預估2014年可望陸續導入量產,將與OGS式及雙片玻璃式(G/G)觸控技術共同瓜分一體機版圖市場。

  由于傳統采用低溫ITO生產的G/F/F式觸控面板,單位面積阻值固定,因此傳感器的靈敏度會隨著面積增加而下降,成為大尺寸GFF式觸控面板良率難以提升的關鍵點。有監于此,宸鴻、洋華、接口、牧東光電、合力泰、熒茂、歐菲光、意力等G/F/F式觸控面板制造商,已加緊展開低阻值的納米銀與高溫ITO G/F/F式觸控面板布署,以期提高大尺寸G/F/F式觸控面板良率。

  然而,大尺寸納米銀線與高溫ITO G/F/F線觸控面板量產成敗關鍵為材料與制程。其中,納米銀線G/F/F式觸控面板系采用聚酯薄膜(PET)的薄膜透明材料,至于高溫ITO則須改用聚醯亞胺(PI)或環烯烴聚合物(COP)薄膜材料,以適應高溫制程。現階段納米銀線的薄膜透明材料主要掌握在日商Ube Industries、工研院材化所、長興化學等材料商手中;而PI的主要供應商為Panasonic、Mitsubishi等,其納米銀線與高溫ITO薄膜材料的良窳與進度,備受觸控面板產業關注。

    根據市況分析,預估2013下半年,采用納米銀線薄膜材料的G/F/F式觸控面板即可導入量產,初期將先應用于智能手機之觸控面板,預計至2014年,將可望應用于一體機;至于高溫ITO的G/F/F式觸控面板,礙于其技術門檻較高,將需延至2014年才有機會投產。

  由于Windows 8可能帶動一體機市場需求,因此,也已吸引G/F/F式和OGS式觸控面板商大舉搶進一體機市場。


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