屏幕導電材料或將更新 ITO玻璃恐成歷史

【中玻網】投影式電容觸控屏幕市場，正在悄然發(fā)生變革。快速的產業(yè)發(fā)展不斷提供更纖薄、更效率高能、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受限小尺寸屏幕導電材料掀更新
　　
　　ITO從未被廣泛使用于大尺寸AV和kiosk的應用上，但有一些正在開發(fā)中的技術將取代ITO，這些新技術將會被用于上述應用當中。
　　
　　投影電容觸控式技術變革背后的一個關鍵驅動因素是，轉移至將觸控功能整合到使用內嵌式技術的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，就可生產出更容易整合的更薄更輕的觸控裝置。
　　
　　光學效能及亮度，也可透過縮減LCD與使用者之間的距離和層數而獲得改善。
　　
　　但是，制造內嵌式觸控式屏幕的流程仍朝向更完善的目標發(fā)展當中，因此它們在業(yè)界被廣泛采用受到了限制。結果，ITO導體的離散投影式觸控屏幕面板仍舊是主要被使用的技術，至少在智慧型手機、平板電腦及可穿戴式設備中仍是如此，但它隨著顯示尺寸增加超過20吋就會存在很多缺點，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用的材料。
　　
　　關于有哪些導電材料可用于非常大尺寸的觸控式屏幕，目前有三種主要的材料技術處于優(yōu)異地位：銅微線（Copper Micro Wires）、銀金屬網格（Silver Metal Mesh）和奈米銀線（Silver Nano Wire），還有其他三種：奈米碳管（Carbon Nanobud）、導電聚合物（Conductive Polymers）和石墨烯（Graphene），它們全都處于開發(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的四個主要參數：經濟性、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。
　　
　　考量經濟因素同材料成本大不同
　　
　　考慮到觸控式屏幕的成本時，關鍵問題包括初始加工成本及好材料壽命要求等等。不需開模（光罩）而可直接寫入基材的技術，基本上不需要加工，并可更便宜地進行小批量生產。若需要開模或其他加工，則會限制小批量生產不同尺寸能力的靈活度，但有潛力對標準尺寸提供非常大批量的生產。
　　
　　在加工方面，銅微線具有延展性優(yōu)勢。電較可以直接寫入基材，不需雷射、開模/化學物質/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體連接至控制器。導電聚合物透過網版印刷應用起來相對簡單，但必須在絲網印刷或在蝕刻、雷射處理之后，再作制作圖樣（Pattern）。
　　
　　相比之下，銀金屬網格技術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計產生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 Nano Bud）的沉積程序很復雜，需使用奈米芽反應器（Nano Bud Reactor），然后再使用雷射制圖制程來制作電較。
　　
　　制造成本的另一個關鍵因素是所需層數。銅微線可以絕緣，因此x和y電較可以在單層中形成。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、金屬網格和導電聚合物傳感器結構一般需要兩層或多層來絕緣（x和y）導體，從而增加單層設計上的材料內容。碳奈米芽也是一種兩層技術。另外還必須小心防止?jié)駳膺M入材料，否則可能導致上述氧化及觸控式屏幕故障。
　　
　　15Ω至30Ω低阻抗銅微線實現大尺寸觸控屏幕
　　
　　觸控式屏幕阻抗是決定觸控靈敏度或訊噪比（SNR）的一個關鍵因素。較高電阻材料會限制流經導體的電流量，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品周圍環(huán)境干擾（EMI）產生的誤觸控事件。顯然，這一阻抗對非常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而僅有用于較小的觸控式屏幕；因此，大多數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或更低的較低電阻，并可用于建立尺寸遠超100吋的巨大觸控屏幕。
　　
　　另外，較低電阻還提供較佳的訊噪比，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，替代材料技術若使用這兩種巧妙方法，便可實現大尺寸觸控式屏幕。
　　
　　引入適當材料屏幕面板產生優(yōu)異可見度
　　
　　所有離散式面板投影電容技術，包括在使用者和屏幕之間，引入一定的材料元素，以對圖像產生無論多小，但一定存在的光學差別，尤其是在關閉顯示時，透過采用銅微線技術，建立的10um導體網格是可見的。
　　
　　也就是說，光透射性很優(yōu)異，并且在運用任何抗反射處理前，處于90%的范圍內。相比之下，奈米銀線和銀金屬網格技術，可以建立可見度略低的導電軌，其為5-10um范圍的金屬網格；然而，奈米線和導電聚合物涂層，則可在整個屏幕上，產生輕微的偏色或蒙朧感，以及約有85%的透光度。
　　
　　新技術成主流暴露戶外為一大挑戰(zhàn)
　　
　　少數有經驗制造商生產銅微線觸控式傳感器已近20年，該傳感器是這款成熟的投影電容觸控式技術，適用于嚴酷環(huán)境中的大尺寸屏幕。過去幾年來，銀金屬網格和銀線觸控式技術已快速成為主流，其中，許多制造商負責安裝必要印刷及雷射制作Pattern設備。在觸控式屏幕產業(yè)，這兩種技術相對新穎，意味著它們的長期可靠性尚未證實，尤其是關于在暴露于戶外頗具挑戰(zhàn)性的應用中的溫度及濕度下，其電阻及觸控效能會如何變化。
　　
　　具導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：采用石墨烯的形式。石墨烯較初于2004年在曼徹斯特大學被發(fā)現，此后有陸續(xù)發(fā)布關于其強度、透明性和導電性的可喜成果，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，將類似的低電阻結合到銅微線，具有「不可見」導體的潛力。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還適合其他許多應用，例如水凈化、電池和太陽能電池；大多數開發(fā)商目前仍將工作要點放在這些方面，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「無缺的」導電材料，設計師應不斷尋找效能、光學、耐用性、可擴展性和可靠性的較佳組合，以適合其觸控式屏幕應用。
　　
　　手機及平板電腦觸控式屏幕的大部分國家市場，使商業(yè)AV市場相形見絀，根據TouchDisplayResearch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，這方面的投入資金勢必會給商業(yè)與工業(yè)市場帶來許多利益。