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人機輸入接口可區分為指壓、聲音、身體、身體、眼睛、嘴唇等輸入方式，換言之，人機輸入接口幾乎應用了身體所有器官達成輸入訊息的目的，其中又以使用最方便的手指感應最為普遍。 指壓輸入方式可分成阻抗式、靜電容量式、光學式、超音波等，其中透明狀阻抗薄膜構成的透明觸控組件，已經廣泛應用在各種攜帶式數字電子產 品的顯示器，儼然成為人與機器的主要信息輸入裝置。有鑒于此，本文將探討這類中小型觸控面板的技術發展動向。 觸控面板的特性 東芝松下DISPLAY TECHNOLOGY開發的輸入顯示器內建光傳感器，形成所謂的板內式（In-Panel）觸控面板，它的光傳感器使用Pin二極管，TFT-LCD面板內設有可以將二極管輸出電流增幅的電路，光傳感器會感測手指觸壓面板時，觸壓部位的外光減少變化，以及手指產生的反射光兩種光線的變化。 飛利浦則將阻抗式觸控單元設置在Cell內部，形成所謂的TFT-LCD觸控面板，具體結構是在Cell內部設置厚度比Cell更薄的導電材料，接著利用覆膜的球狀隔離片（Spacer）與平版印刷技術，在對向基板使ITO膜層堆棧凸出形成板內式觸控面板，類似這樣的觸控面板板內化技術未來如果商品化，可能會對觸控面板業者造成巨大沖擊。 各類觸控面板原理與技術動向 a. 阻抗式四線觸控面板 圖1是上下各二個電極構成的阻抗式四線觸控面板的基本結構，第一次使用阻抗式四線觸控面板時，必需依序在畫面四個角落觸壓進行初期位置偏差修正設定。 b. 阻抗式八線觸控面板 圖2是八線觸控面板的基本結構，它是由一條平行電極連接兩條導線，其中一條是施加電壓用主電極，另一條則是檢測施加于平行電極電壓的輔助電極，它可以自動修正偏差位置，減少煩瑣的初期位置修正動作。 c. 高穿透率觸控面板 一般阻抗式觸控面板的光線穿透率大約80％左右，主要原因是傳統阻抗式觸控面板，使用光線穿透率90％的ITO/玻璃基板當作下方電極，上方電極則使用光線穿透率80％的ITO/樹脂膜片，因此觸控面板整體的光線穿透率只有80％。 最近研究人員利用抗反射（AR；Anti Reflection）技術，開發光線穿透率高達98％觸控面板用材料，它可以使傳統觸控面板80％的光線穿透率提高至87％。 圖3是一般ITO/玻璃基板與穿透率ITO/玻璃基板的基本結構比較；圖4是高穿透率觸控面板的基本結構。 c. 低反射觸控面板 一般阻抗式觸控面板的光線反射率大約是10～20％左右，反射光造成面板對比降低，尤其在強烈陽光下會變成致命性的傷害。 如果一般阻抗式觸控面板的表面黏貼1/4λ膜片，與偏光膜片構成的圓偏光膜片，通過該膜片的反射光會被圓偏光膜片吸收，進而有效消除觸控面板的反射光。 圖5是內側式（Inner）觸控面板的基本結構；照片1是傳統阻抗式觸控面板與內側式觸控面板的比較。 根據實驗結果顯示內側式觸控面板的對比，大約是傳統阻抗式觸控面板2倍左右。 d. 抗碎裂型觸控面板 PDA、GPS、iPhone等攜帶型終端機器摔落時最令人擔憂之處，在于觸控面板有破裂之虞，事實上，制作過程中觸控面板也經常發生面板碎裂現象，主要原因是觸控面板的下方電極，使用厚度只有0.5"2.0mm 的玻璃基板，雖然理論上玻璃越厚越不容易碎裂，然而實際上，切割方式同樣對碎裂具有決定性影響。 提高玻璃基板強度除了切割面的取面加工必需非常平滑之外，采用化學強化處理，將玻璃表面的鈉離子置換成鉀離子非常有效。圖6是抗碎裂型觸控面板的基本結構。 e. 樹脂型觸控面板 最近部份觸控面板基于成本考慮，改用樹脂膜片/樹脂膜片（F/F: Film/Film，以下簡稱為F/F）觸控面板。樹脂型觸控面板主要缺點是輸入時，LCD畫面會模糊不清。 如圖7（a）所示，F/F觸控面板的下方電極底部，利用黏著劑黏貼樹脂膜片，形成所謂的樹脂型觸控面板。F/F觸控面板主要缺點是下方電極膜片的背面，與黏貼層表面容易混入異物、氣泡，造成良品率偏低、生產性降低等困擾。 圖7（b）是改良后的樹脂型觸控面板斷面結構，如圖所示上方電極使用聚酯（Polyester）膜片，下方電極底部則使用厚 的聚碳酸酯纖維（Polycarbonate）膜片。必需注意的是樹脂型觸控面板的銀質電路硬化過程，要求不能影響光學特性。 f. 防窺視型觸控面板 銀行的ATM與行動電話用液晶顯示器，基于隱私權等考慮要求具備防窺視功能。 基本上，防窺視型觸控面板是在下方電極的背面黏貼視角調整膜片，使用者可以從正面讀取影像，兩側斜角方向無法清楚判讀影像（照片2）。圖8是防窺視觸控面板的基本結構。 g. 抗EMI觸控面板 某些應用要求液晶面板具備抗EMI特性，因此必須徹底遮蔽液晶面板產生的電磁波，理論上表面電氣阻抗越低電磁波遮蔽效果越高，通常使用表面阻抗 □左右的導電性膜片（Film）。 為發揮EMI遮蔽效果，必需使帶電與帶磁負荷逃離導電面，如圖9所示EMI導電面設有電極線（匯流線：Bus Bar）。 h. 抗燃型觸控面板 某些特殊用途的觸控面板要求抗燃燒特性，圖10是抗燃型觸控面板的基本結構。 為滿足抗燃燒設計規格，上方電極部材料必需同時兼具強韌、平坦與優秀光學特性的樹脂薄膜，然而實際上并沒有這樣的材料，一般是在聚酯（Polyester）膜片表面黏貼具備自我滅火性的聚碳酸酯纖維膜片。 i. 窄邊幅觸控面板 類似行動電話等攜帶型電子機器，大多使用 以下窄邊幅觸控面板，一般認為，未來觸控面板邊幅大約只剩左右。 上方電極是由厚度 的聚酯（Polyester）膜片濺鍍ITO膜層構成，ITO的彎曲特性與陶瓷一樣非常脆弱， 左右的曲率或是彎曲 ，就會斷線喪失導電功能，常用改善對策是反復堆棧ITO形成厚膜層；此外，兩膜片之間的黏合層具有緩沖效果。 圖11是上方電極膜片的拉伸與電氣特性，圖中的拉伸率是根據折射率計算獲得的換算值。以往業者普遍認為17吋是阻抗式觸控面板的物理極限，不過透過電極材料、設計技巧、制程改善，目前24吋阻抗式觸控面板已經進入商品化階段。 低反射觸控面板 低反射G/G型觸控面板 a. 直線偏光型 圖12是各種低反射玻璃/玻璃型觸控面板（以下簡稱為低反射G/G型觸控面板）的基本結構，由圖可知這種型的觸控面板使用直線偏光膜片（Polarizing Film）。 低反射觸控面板是在面板最表面黏貼偏光膜片，藉此降低外部的入射光絕對量，與面板內部材料接口的反射光量，進而達成低反射化的最終目的。 圖12（a）是在玻璃/玻璃型觸控面板表面直接黏貼直線偏光膜片，形成結構單純的直線偏光型（Linearly Polarized Type）低反射觸控面板。 b. 圓偏光型 為提高直線偏光型的影像視認性，組合直線偏光膜片與位相差膜片（Retradtion Film），構成所謂的圓偏光型（Circularly Polarized Type）低反射觸控面板（圖12（b）），入射至面板的光線會被直線偏光膜片吸收，使反射光降至以下。 圖12（c）的低反射觸控面板可以防止面板表面與底部的光線反射，低反射觸控面板的反射光甚至低于 以下，類似這種超低反射觸控面板，主要應用在日差極大的歐美地區車用顯示器。 低反射F/G型觸控面板 圖13是各種低反射膜片/玻璃型觸控面板（以下簡稱為低反射F/G型（Flim/Grass Type）觸控面板）的基本結構。 低反射F/G型觸控面板同樣分為直線偏光型（圖13（a））與圓偏光型（圖13（b）"（d））兩種，其中偏光型直接在位相差膜片濺鍍ITO層膜，因此可以有效降低組件使用數量（圖13（c））。 a.直線偏光型F/G低反射觸控面板 直線偏光型F/G低反射觸控面板必需使用光學等方性膜片（Optically Isotropic Film），主要原因是傳統阻抗式觸控面板使用的PET，屬于光學等方性膜片；Optically Anisotropic Film），黏貼于液晶面板時光線通過PET膜片，會隨著各波長發生位相差，光線通過偏光膜片時會重迭形成彩虹。直線偏光型F/G低反射觸控面板使用的光學膜片必需具備下列光學特性，圖14是位相差說明圖，圖15是位相差的波長分散特性。 ⑴ 光學等方性 ⑵ 位相差的波長分散性與溫度依存性 ⑶ 光彈性 ⑷ 抗牛頓環特性與穿透鮮明性 b.圓偏光型F/G低反射觸控面板 附有ITO膜層的光學等方性膜片，組合直線偏光膜片與位相差膜片，可以制成低反圓偏光型F/G觸控面板，由于設計上將位相差膜片當作電極基板使用，因此成本上具有極佳的競爭力。 位相差膜片使用低復折射高分子材料與單軸延伸加工技術制作，利用延伸加工使高分子鎖配向，其結果造成延伸方向的折射率，與直交方向的折射率產生差異形成所謂的位相差，所幸的是透過延伸倍率可以調整延伸方向，與直交方向的折射率以及膜片厚度，并有效控制位相差的值。 一般認為，G/G型低反射觸控面板的密封性較高，水份與其它侵蝕ITO膜層的物質不易通過，具有優秀的剛性與耐環境性。至于缺點，則是薄形玻璃基板不易大面積化，ITO長膜困難、制作成本偏高，因此G/G型低反射觸控面板主要應用在環境條件非常嚴苛的車用顯示器等領域。 F/G型低反射觸控面板同樣具備充分的車用耐環境特性，不過上方電極部使用高分子樹脂膜片，容易受到偏光膜片的收縮應力與酸性排放氣體的影響，可靠性無法媲美G/G型低反射觸控面板。 結語 以上介紹中小型觸控面板與低反射觸控面板的技術發展。事實上，中小型觸控面板還有許多課題尚待解決，例如耐環境性的改善、密封劑與膜片材料的阻礙性提升、ITO膜層的耐酸性提升、偏光膜片的收縮應力減緩和等等，有機會筆者將在日后針對這些課題繼續討論。 |
