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弹指神通的Touch Panel技术
 

【作者: 鄒恆強】2003年11月26日 星期三

浏览人次:【8214】

触控面板产品和技术源自二、三十年前,当时只专为军事、国防用途而开发,历经个人电脑及其周边、通讯、资讯家电等产业的蓬勃发展,迄今已广泛地被应用至各个消费性、商业性、公共性等相关系统产品上。它的利基在于能提供最直接、快速、有效的人、机沟通方式,消除传统电脑操作方法的复杂性障碍,让使用者在面对琳琅满目的电脑、通讯产品,以及各式各样的作业系统和应用软体时,能以最简单的途径达到资讯运用的最高满足。


触控面板的技术特性

触控技术将类比结构的线路布置在触控面板,如导电玻璃、导电玻璃加导电薄膜,或是特殊玻璃上,当使用者轻触面板,依面板不同的材料、设计、与技术种类,借着电压、电流、光源、音波等不同作动原理,可以精确地检测出需求位置,并产生感测讯号,接着再依设计程序形成指令,透过控制介面与电脑主机沟通,过程既快速且准确。


特别在高阶触控面板的设计架构上,它具有准确度高、用于校正资料的记忆单元,是一种可读可写的电子式抹除唯读记忆体(EEPROM),它不会因切关电源而使资料消失,且可随时更改记忆单元内的资料,举个简单的例子,它的记忆功能就像PDA一样,可以任意更换储存电话、日期、地址,或行动电话内部SIM卡的资料。


触控面板的技术类别

触控面板主要分为纯玻璃技术和玻璃加导电膜两大系统,另外也有电磁式技术,专门用于手写笔输入的某些特殊产品及应用,电磁式技术因其普及性的限制,故本文不予多做分析。


纯玻璃技术

纯玻璃技术又可分为电容式、音波式、及红外线式,它具备了高耐用、高透光度、耐高低温、高寿命等优点,常应用在公共领域上,诸如ATM、Gaming、公共查询系统、国防、工业、军事、医疗等特殊领​​域,因设计及制造技术难度高,过去一、二十年来均为美商所生产,亚洲地区仅台湾的宇宙光电投入生产研发。


玻璃加导电膜技术

玻璃加导电膜技术则以四线电阻式、五线电阻式、六线电阻式为主。其中四线电阻式属低价、低成本、低技术元件,大多用于PDA、遥控器、家电等小尺寸消费性产品,因为它的技术专利早已过期,且生产门槛​​低,因此厂商之间的竞争相当激烈,生产者以日系公司为主,台湾、大陆、韩国等地区的厂商近年来亦相继投入。


而电阻式高阶产品的五线及六线设计技术目前均有专利保护,因其线路、制程、材料应用颇具专业性,尤其是专用的驱动程式、控制器及韧体的开发过程耗时耗力,非一般业者皆可跨入。


目前五线电阻式为美商Elo(Tyco集团)独家专利,六线电阻式为宇宙光电的独家专利。五、六线式因其耐用度及可靠度较四线式高出许多,所以大多应用在POS、公共资讯查询、GPS、工业电脑、资讯家电、医疗设备等商业用途,以及中、高阶消费性产品上。


@中标:触控面板之基本架构及作动原理


四线电阻式

一维座标线路(X轴)在PET导电面膜上;一维座标线路(Y轴)在玻璃面上,PET膜为塑胶材质,导电镀膜易因塑胶变形造成脱落,便产生功能故障(一维无法读取)。



《图一 四线电阻式》
《图一 四线电阻式》

六线、五线电阻式

二维座标(X、Y轴)线路图形均在玻璃上,PET导电膜仅作讯号导通用,即使导电镀膜区部脱落,仅造成局部点之无法读取,绝大区域功能仍正常。六线式面板之第六线提供消除面板杂讯之功能,整体设计有专利保护,为四线式面板所无法提供。



《图二 六线电阻式》
《图二 六线电阻式》

纯玻璃技术

二维座标(X、Y轴)线路图形均在玻璃上,并配合高硬度之保护膜且无塑胶材质。作动原理在利用手指或触控笔造成电流/电容值改变形成之讯号作侦测。因无软质之塑胶,所以在透光度、防水、防刮、耐高温、不畏污染及面板使用次数上均远优于电阻式产品,其设计均有专利保护。


内容
玻璃+薄膜(电阻式)
纯玻璃
电磁技术
四线
五线
六线
电流电容式
电容式
光学式
音波式
电磁式
专利厂商
已过期
Elo
宇宙光电
宇宙光电
已过期
已过期
Elo
Wacom
感应方式
感测电压
侦测电流
侦测电流
讯号遮断
侦测声波
电磁感应
触控媒介
手或任何介质
手或任何介质
手或软性介质
专用电磁笔
耐用度
1百万次以上
3千5百万次以上
5千万次以上
N/A
透光度
83%±5%
90%±2%
< 88%
90%
90%
N/A
操作温度
0℃~50℃
-10℃~60℃
-15℃~70℃
-15℃~70℃
-20℃~70℃
-20℃~50℃
5℃~35℃
储存温度
-30~70℃
-40℃~75℃
-50℃~85℃
-50℃~85℃
-40℃~85℃
-40℃~75℃
N/A
硬度
3H (JIS 5400 Standard)

7H

(JIS 5400 Standard)

6.5(Moh's hardness)

7(Moh's hardness)

7(Moh's hardness)
N/A
耐刮度
N/A
防水性

N/A
解析度
 

下一代Touch Panel产业趋势

多元应用 商机无限

后PC时代来临,人性化资讯家电、可携式及3C相关资讯、通讯产品大量推出,而嵌入式系统整合产品亦因应科技的进步,搭配应用软体的推陈出新不断升级,目前已广泛地被设计推广到各种商业、公共领域、工业、医疗、国防用途上,而无线与触控已成为不可或缺的功能之一。


对应时代趋势,台湾平面显示器产业呈现爆发性的成长,促使触控面板功能与TFT-LCD等显示面板制程相结合,形成模组化元件(Touch-LCD ),为下游系统制造商及系统整合商提供了更具体、简便的解决方案。


下一代纯膜可挠式触控面板的开发,目的在于去除玻璃易碎、重量、厚度、不可折叠等缺点,并保有其高透光度、耐用度及对高环测要求的优点,目标为应用于对规格要求相当严苛的汽车卫星导航系统,或是使用在下一代IA、通讯产品上,由上述趋势可看出,日后触控面板产业的发展将朝向多元和普及化用途,而这个产业的未来更存在着无限商机。



《图三 触控面板在多种信息产品上获得应用》
《图三 触控面板在多种信息产品上获得应用》

技术的开发与整合是关键

从产业及技术的结构上来看,其重要关键就在材料的钻研开发、整合软硬体设计、以及量产化后的制程良率能力。多年来,高技术的纯玻璃及五线电阻式面板一直是美商特有的技术,而低阶的四线电阻式又以日系厂商自成体系,台湾虽有多家厂商投入触控面板产业,但多半以生产四线电阻式为主。


台湾触控面板产业的展望

除了研发与材料两项因素外,台湾触控面板产业其实拥有与美商与日商竞争的相对优势,这个优势包括台湾长期培养出独特、高效率的总体制造能力,且地处全世界最大的资讯产品制造中心─ 台湾和中国大陆。在结合下游系统产品的生产上,无论是技术支援或运筹补给,其弹性和效率均非美、日厂商所能比拟,而整体产品的产出成本,亦是与美、日系竞争的利器。


在上游方面,除了薄膜原材与玻璃素材外,台湾本地从事的玻璃透明导电镀膜(ITO )、抗反射镀膜(AR)、防眩镀膜(AG)、hard coating等研发,也因多年的努力而渐趋成熟稳定,而类玻璃素材,奈米分子纯膜素材也都在研发当中。


台湾触控面板厂商唯有强化设计、制程、与客制化整合能力,并且在行销布局上走向世界化,强化售后服务体系,摆脱纯代工、区块营运的次等产业型态,方能迎头赶上,在全球触控产业中崭露头角。 (作者现为宇宙光电总经理)


表二 触控面板应用范围及全球市场规模
(
每年以平均24%以上成长率快速成长)

产品技术
应用范围
市场规模(新台币值)
2003
2006
纯玻璃技术
ATM、Gaming、POS….等公共应用市场,及国防、医疗…等特殊领域

163

280
五线、六线电阻式
POS、GPS、医疗设备、工业电脑…等商用市场,及IA eBook平板电脑、Mira…等中高阶消费性产品
57
84
四线电阻式
PDA、遥控器、小家电、IA…等中小尺寸消费性产品
160
336
合计
380
700
资料来源:IDTA

延 伸 阅 读

「人性化」输入装置的光电产业:触控面版
作者举出市场统计数字来说明触控面板的市场将会逐年起飞,而观察触控技术的阶段性发展,电阻式技术的主流地位将延续至2004年。

台湾及日本触控面板产业发展比较
文中特别由两地厂商对上游原材料的掌握度,以及阶段性的价格竞争来比较双方产业的发展,也对台湾厂商的定位提出一番建议。
Touch Panel 产品及技术特色
本文介绍一种触控面板的关键材料-银胶,它的品​​质会影响到面板品质的好坏,也关系着制程成本的高低,因此国内业者若能投入银胶的研制,配合逐渐蓬勃的触控产业,将享有很大的优势。
相关组织网站
宇宙光电
美商Elo(Tyco集团)
国际光电显示网(简体)
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