觸控面板技術多元化應用發展

 

刊登日期:2008/3/5
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根據市調公司iSuppli Japan於2007年7月發表數據,2006年全球觸控面板產值為24億2000萬美元,到2012年將成長1.8倍,達到44億美元。若依應用用途區分,手機用觸控面板的需求擴大,2006年為6.8億美元,到2012年將成長1.6倍,達到10.9億美元。零售業方面,將觸控面板配置於購物籃之上,可以看到籃內商品資訊之互動式應用,將逐漸普及,預計到2012年將成長2.7倍,成為8.1億美元的規模;攜帶式衛星定位系統(GPS)則將以歐洲為中心持續穩定成長,到2012年將成長1.8倍,達到6.1億美元的市場。目前的觸控面板以「單點型」為主流,也就是觸碰一點反應一次的方式;未來類似「iPhone」所採用之多點觸控、同時反應的「Multi-touch」型,預料將快速成長,其市場規模從2007年的1.129億美元,到2012年將成長4倍,達到4.331億美元。富士通零組件(Fujitsu Component)於2007年10月宣布,將增加其於國內外觸控面板生產設備之投資,除了增強其國內7吋中小型觸控面板產能20%,使月產值由4億日圓提升為4.8億日圓以外,此外,台灣合併子公司富晶通(Transtouch technology)也將投入4億日圓增加一條生產線(共三條),使2.5吋小型產品觸控面板用玻璃基材之生產量增加25%,由每月8萬片提升為10萬片,以因應全世界對手機與遊戲機的旺盛需求。

液晶顯示器用觸控面板之發展
液晶顯示器面板搭載觸控面板方式,是將電阻式或電容式觸控面板外掛於面板之上,除了使面板變厚外,也將影響穿透率等畫質表現,造成設計自由度與畫質下降問題。因此,對應之解決方案包括:
1. 免除空氣層
愛普生影像裝置(Epson Imaging Device)於2007年10月發表新型液晶面板,將液晶面板與外保護層(cover)與觸控面板相互貼合以除去空氣層,同時利用低反射貼合技術以提昇辨識性;使用強化玻璃或丙烯(acryl)材質的外保護層與液晶面板貼合,或將電阻式、電容式觸控面板與液晶面板貼合,具有輕薄、高強度之優點。愛普生已發表採用此項技術之3.1吋(對角7.8cm)與7吋(對角17.7cm)的液晶面板模組,厚度1.8mm,面板解析度為WVGA(480800),預期可應用於車用GPS、數位相機、可接收行動電視之高階手機等用途。

2. 內建光感測器式觸控面板之液晶
包括TMD、Sharp、Sony、Seiko Epson等面板廠商均投入開發在液晶顯示器TFT陣列中內建光感測器之觸控面板,在顯示面出現手指覆蓋立刻檢出手的位置,過去的觸控面板只能檢測出一個點,一旦組入TFT中可同時認識多個點。這是觸控面板的一大革新,Sharp於2007年8月發表原型、9月樣品出貨,預計於2008年春正式量產。

Sony也於2007年12月發表開發內建光感測器型觸控面板之低溫多晶(LTPS)液晶顯示器。為3.5吋畫面,可5點同時輸入,可用輸入筆寫字或畫圖。由子公司的Sony Mobil Display量產,預計於2008年後半年提供樣品測試,預期將可應用於手機、音樂播放器、數位攝影機等。Sony開發之技術係於液晶Cell區內形成光感測器液晶面板,以及高精度處理感測器信號的技術,特別強調技術可以一邊抑制外光或顯示畫像本身對光感測器造成之雜訊影響,同時維持利用手指或輸入筆均可以安定輸入之準確性。

採用有機導電材料為透明導電薄膜之觸控面板
電阻式觸控面板需使用2片透明導電薄膜形成上下部電極之對向結構,習用之透明導電薄膜材料為ITO(氧化銦錫),近年來已開始出現稀有金屬可能枯竭與供給安定性之問題,因此,尋求替代材料開發乃成為重要之課題,若從性能、量產性、成本等綜合立場考量,有機導電薄膜便成為最富潛力的替代材料。

有機導電高分子材料符合透明導電薄膜需求特性之種類不多,表一為各種有機導電高分子材料之特性比較。富士通零組件與富士通研究所共同開發利用導電高分子取代ITO成為透明電極之電阻式觸控面板,採用透光率高的Polythiophene系導電高分子,均一塗佈在PET基板上。透光率可達75% 以上,且因高分子薄膜比ITO薄膜柔軟,不易產生微小裂痕,故使用耐久性優於ITO。此外,可在大氣中且較低溫環境下成膜,具大量生產性。

表一、有機導電高分子薄膜之性能比較

有機導電
高分子

導電性
(S/cm)

安定性

透明性

成膜性

Polythiophene

100

Polyacetylene

50~500

在空氣中
分解

Polyaniline

10~50

Polypyrrole

50~100

資料來源:電子材料2007.12/材料世界網整理

Polythiophene原為水溶性高分子,耐濕性差,富士通利用相互作用強的特定高分子的作用,使導電高分子的分子鏈形成規則排列,因而提高了其電阻值安定性。同時開發可形成構造安定基底之硬化劑,以減輕水分子對聚合物的影響。經60℃、95% RH之高溫高濕測試,結果發現導電高分子薄膜之阻值在測試前後幾乎沒有改變,成膜技術係使用濕式塗佈技術。表二為有機導電高分子觸控面板(Film-Glass,FG 型)之主要規格。

表二、富士通有機導電高分子觸控面板(FG 型)之主要規格

項目

規格

構造

膜側

有機導電高分子薄膜

玻璃側

ITO玻璃

初期特性

線性

1.5%以下

輸入荷重

1.5N以下

透光率

80% type(blue)

耐久性

打點耐久性(手指/2.45N)

3500萬打點以上

筆記耐久性(/2.45N)

150萬文字以上

邊滑動(/2.45N)

50萬次以上

強滑動耐久性(/4.9N)

20萬次以上

耐環境性

高溫高濕保存

60, 95%RH/500小時

UV

累積計算光量30,000kJ/m2

資料來源:電子材料2007.12/材料世界網整理

Dupont Teiji Films則在Polyester film基材上積層特殊導電高分子,開發新型透明導電薄膜,商品名稱為CurrentFine。導電薄膜之表面電阻值可達600Ω/□,同時全光線透光率達87%以上。導電高分子薄膜具有優越柔軟性,非常適合應用於軟性顯示器之用途。此外塗膜中所含成份沒有缺陷,可採用濕式被覆法製作,具大量生產性。其它如長瀨產業與信越高分子等都有類似產品之開發。

耐指紋薄膜之開發
利用手指輸入之觸控面板,常因指紋與油漬污染而使辨識度降低,因此,耐指紋性的突破,對觸控面板而言具有加分的效果,可提高其附加價值。下面介紹由日本油脂所開發具耐指紋特性的產品「Clear Touch」。

日本油脂的耐指紋性研究,起初的想法是讓薄膜表面對指紋附著之油漬具撥開性之設計,結果因油漬浮起,反而讓指紋更為明顯;於是Clear Touch便以逆向思考進行開發,設計出讓薄膜表面可與指紋油漬親和之分子結構,結果指紋圖案因膨潤變大而不明顯,解決了辨識度降低之問題。

Clear Touch之結構是在PET基板上積層兼具耐指紋性的AG(Anti-Glare)薄膜,以貼附於觸控面板表面。日本油脂所開發之「耐指紋性評估法」如表三所示。預計此技術將可應用於具有觸控功能之電視螢幕與監視器。

表三、日本油脂開發之「耐指紋性評估法」

方法

評估法

評估基準

定性法

讓指紋附著在玻璃與Film相接的交界部位,在黑色背景下利用反射光評估耐指紋性,利用右方四種基準進行感官評估

4:幾乎看不見指紋

3:比玻璃上的指紋淡卻清晰可見

2:與玻璃上同程度

1:比玻璃上的更清楚可見

定量法

20號矽橡膠栓上使附著類似指紋液(Oleic acid/Olive oil/Jojoba   /Squalenbe=6.1/29.3/47.5/17.1重量%);拿在film上壓印(Stamp)的指紋,與類似指紋液附著Haze(ΔH)進行耐指紋性評估

ΔH值越小,耐指紋性越優

資料來源:電子材料2007.12/材料世界網整理

觸控面板用膏材(Paste)
電阻式觸控面板之基本構造與使用材料如圖一所示,製造大多採用印刷法製造以降低成本,所使用的主要膏材(paste)包括:

圖一、電阻式觸控面板之基本構造與使用材料
圖一、電阻式觸控面板之基本構造與使用材料

1. ITO蝕刻用光阻膏
主要利用光阻膏作為蝕刻ITO圖案之阻障層,再用鹼性溶液將多餘的ITO薄膜剝離除去。ITO蝕刻用光阻膏依其硬化與導線圖案成方式,可分為(1)紫外線硬化型:適於大量生產;(2)熱乾燥型:光阻膜的密著強度高;(3) Photolitho型:使用微影蝕刻方式來形成光阻迴路,適於高精度迴路矩陣式觸控面板用之蝕刻。

2. Dot Spacer用膏
同樣可分為三種,熱硬化型比較廉價,可印刷出30μm、半球面狀良好迴路;紫外線硬化型的量產性雖高,但微小圖案之點狀成型較熱硬化型稍差;Photolitho型則用於形成更精細之Dot Spacer圖案。Dot Spacer所要求的特性中最重要的是與下部電極ITO附著基板的密接性要良好,其次是材質本身的柔軟度,使觸碰書寫的感覺良好,太軟可能破壞Dot結構,太硬則會刮傷上部電極的ITO薄膜,成為誤動作的原因。最近,將觸控面板當作套裝使用的液晶面板,隨著高精緻化與品質提昇,未來可能要求具有更好的光學穿透特性。

3. 銀膏
用於形成電極與迴路,可分為熱硬化型與熱乾燥型。對於電阻式觸控面板而言,為了提高密接性,ITO薄膜與銀膏間的接觸電阻之安定性是很重要的,否則會成為誤動作的原因。此外,Z軸間的良導電性、降低ITO薄膜之殘留應力是比較不同的特性要求。此外,尚須考慮與銀膏接觸之上部電極ITO附著基板(film)及絕緣膏之間的相容性。如硬化條件不同會影響其密接性,而剝離部分往往發生於ITO與基板之界面等;在銀膏上形成絕緣層亦可能發生剝離狀況。因此,如何組合出高可靠度的觸控面板,往往是各家公司獨特之know-how,可見其重要性。近年來顯示器往窄緣額化發展,因此,銀膏也被要求細線化,包括印刷性能提昇與低電阻化;矩陣式觸控面板用銀膏也被要求某種程度的微細線條的印刷性與耐遷移(migration)特性。

4.絕緣膏/黏接用膏、黏性膠帶
絕緣膏依硬化方式之不同,可分為熱硬化型與紫外線硬化型。絕緣膏應具備絕緣特性與密接性,此外,如前述與銀膏間之相容性也很重要。當上下部電極ITO附著基板間之間隙較小時,建議使用黏接用膏;反之則使用兩面黏性膠帶,以前者的形成工程較短。

5.異方性導電膏(ACP)、異方性導電膜(ACF)
從銀電極到FPC電極取出部之電性接續使用ACP或ACF;膜面(上部電極)到玻璃面(下部電極)的電性接續則使用導電膏或ACP。最近已開發低溫短時間硬化型ACP、ACF,而且已開始使用。

★詳全文請見下方附檔


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