人机输入接口可区分为指压、声音、身体、身体、眼睛、嘴唇等输入方式,换言之,人机输入接口几乎应用了身体所有器官达成输入讯息的目的,其中又以使用最方便的手指感应最为普遍。
指压输入方式可分成阻抗式、静电容量式、光学式、超音波等,其中透明状阻抗薄膜构成的透明触控组件,已经广泛应用在各种携带式数字电子产品的显示器,俨然成为人与机器的主要信息输入装置。有鉴于此,本文将探讨这类中小型触控面板的技术发展动向。
触控面板的特性
表1是各种触控面板相关资料一览,其中东芝松下DISPLAY TECHNOLOGY开发的输入显示器内建光感测器,形成所谓的板内式(In-Panel)触控面板,它的光感测器使用Pin二极体,TFT-LCD面板内设有可以将二极体输出电流增幅的电路,光感测器会感测手指触压面板时,触压部位的外光减少变化,以及手指产生的反射光两种光线的变化。
飞利浦则将阻抗式触控单元设置在Cell内部,形成所谓的TFT-LCD触控面板,具体结构是在Cell内部设置厚度比Cell更薄的导电材料,接着利用覆膜的球状隔离片(Spacer)与平版印刷技术,在对向基板使ITO%C4%A4" onclick="tagshow(event)" class="t_tag">ITO膜层堆叠凸出形成板内式触控面板,类似这样的触控面板板内化技术未来如果商品化,可能会对触控面板业者造成巨大冲击。
各类触控面板原理与技术动向
a. 阻抗式四线触控面板
图1是上下各二个电极构成的阻抗式四线触控面板的基本结构,第一次使用阻抗式四线触控面板时,必需依序在画面四个角落触压进行初期位置偏差修正设定。
b. 阻抗式八线触控面板
图2是八线触控面板的基本结构,它是由一条平行电极连接两条导线,其中一条是施加电压用主电极,另一条则是检测施加于平行电极电压的辅助电极,它可以自动修正偏差位置,减少烦琐的初期位置修正动作。
c. 高穿透率触控面板
一般阻抗式触控面板的光线穿透率大约80%左右,主要原因是传统阻抗式触控面板,使用光线穿透率90%的ITO / 玻璃基板当作下方电极,上方电极则使用光线穿透率80%的ITO / 树脂膜片,因此触控面板整体的光线穿透率只有80%。
最近研究人员利用抗反射(AR;Anti Reflection)技术,开发光线穿透率高达98%触控面板用材料,它可以使传统触控面板80%的光线穿透率提高至87%。
图3是一般ITO / 玻璃基板与穿透率ITO / 玻璃基板的基本结构比较;图4是高穿透率触控面板的基本结构。
c. 低反射触控面板
一般阻抗式触控面板的光线反射率大约是10~20%左右,反射光造成面板对比降低,尤其在强烈阳光下会变成致命性的伤害。
如果一般阻抗式触控面板的表面黏贴1/4λ膜片,与偏光膜片构成的圆偏光膜片,通过该膜片的反射光会被圆偏光膜片吸收,进而有效消除触控面板的反射光。
图5是内侧式(Inner)触控面板的基本结构;照片1是传统阻抗式触控面板与内侧式触控面板的比较。
根据实验结果显示内侧式触控面板的对比,大约是传统阻抗式触控面板2倍左右。
d. 抗碎裂型触控面板
PDA、GPS、iPhone等携带型终端机器摔落时最令人担忧之处,在于触控面板有破裂之虞,事实上,制作过程中触控面板也经常发生面板碎裂现象,主要原因是触控面板的下方电极,使用厚度只有
的玻璃基板,虽然理论上玻璃越厚越不容易碎裂,然而实际上,切割方式同样对碎裂具有决定性影响。
提高玻璃基板强度除了切割面的取面加工必需非常平滑之外,採用化学强化处理,将玻璃表面的钠离子置换成钾离子非常有效。图6是抗碎裂型触控面板的基本结构。
e. 树脂型触控面板
最近部份触控面板基于成本考量,改用树脂膜片 / 树脂膜片(F / F: Film / Film,以下简称为F / F)触控面板。树脂型触控面板主要缺点是输入时,LCD画面会模煳不清。
如图7(a)所示,F / F触控面板的下方电极底部,利用黏着剂黏贴树脂膜片,形成所谓的树脂型触控面板。F / F触控面板主要缺点是下方电极膜片的背面,与黏贴层表面容易混入异物、气泡,造成良品率偏低、生产性降低等困扰。
图7(b)是改良后的树脂型触控面板断面结构,如图所示上方电极使用聚酯(Polyester)膜片,下方电极底部则使用厚 的聚碳酸酯纤维(Polycarbonate)膜片。必需注意的是树脂型触控面板的银质电路硬化过程,要求不能影响光学特性。
f. 防窥视型触控面板
银行的ATM与行动电话用液晶显示器,基于隐私权等考量要求具备防窥视功能。
基本上,防窥视型触控面板是在下方电极的背面黏贴视角调整膜片,使用者可以从正面读取影像,两侧斜角方向无法清楚判读影像(照片2)。图8是防窥视触控面板的基本结构。
g. 抗EMI触控面板
某些应用要求液晶面板具备抗EMI特性,因此必须彻底遮蔽液晶面板产生的电磁波,理论上表面电气阻抗越低电磁波遮蔽效果越高,通常使用表面阻抗 □左右的导电性膜片(Film)。
为发挥EMI遮蔽效果,必需使带电与带磁负荷逃离导电面,如图9所示EMI导电面设有电极线(匯流线:Bus Bar)。
h. 抗燃型触控面板
某些特殊用途的触控面板要求抗燃烧特性,图10是抗燃型触控面板的基本结构。
为满足抗燃烧设计规格,上方电极部材料必需同时兼具强韧、平坦与优秀光学特性的树脂薄膜,然而实际上并没有这样的材料,一般是在聚酯(Polyester)膜片表面黏贴具备自我灭火性的聚碳酸酯纤维膜片。
i. 窄边幅触控面板
类似行动电话等携带型电子机器,大多使用 以下窄边幅触控面板,一般认为,未来触控面板边幅大约只剩 左右。
上方电极是由厚度 的聚酯(Polyester)膜片溅镀ITO膜层构成,ITO的弯曲特性与陶瓷一样非常脆弱, 左右的曲率或是弯曲 ,就会断线丧失导电功能,常用改善对策是反覆堆叠ITO形成厚膜层;此外,两膜片之间的黏合层具有缓冲效果。
图11是上方电极膜片的拉伸与电气特性,图中的拉伸率是根据折射率计算获得的换算值。以往业者普遍认为17吋是阻抗式触控面板的物理极限,不过透过电极材料、设计技巧、制程改善,目前24吋阻抗式触控面板已经进入商品化阶段。
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