投影式電容觸控屏幕市場正在悄然發(fā)生變革�？焖俚男袠I(yè)發(fā)展不斷提供更纖薄、更高效能、更可靠且成本較低的觸摸屏。在這些發(fā)展中背后的主要?jiǎng)恿κ?ITO（氧化銦錫）, 這種主要用于手機(jī)和平板計(jì)算機(jī)觸摸屏的導(dǎo)電材料存在諸多局限性，因此將被替代材料所取代。ITO 從未被廣泛使用于大尺寸 AV 和 kiosk 的應(yīng)用上，但有一些正在開發(fā)中的技術(shù)將取代 ITO, 這些新技術(shù)將會(huì)被用于上述應(yīng)用當(dāng)中。

    使用者應(yīng)透徹了解所選觸摸屏內(nèi)使用的基礎(chǔ)材料，因?yàn)樵摬牧蠒?huì)對(duì)產(chǎn)品外觀產(chǎn)生重大差異，最重要的是會(huì)顯著影響效能�？萍嫉氖褂糜袝r(shí)在某一種應(yīng)用中可能是非常有效的技術(shù), 但是, 當(dāng)被用于另一種應(yīng)用中，則可能存在嚴(yán)重局限性。在本文中，我們的目標(biāo)是，透過檢閱六項(xiàng)替代材料技術(shù)并研究它們各自的優(yōu)勢(shì)與不足，協(xié)助使用者做出明智選擇。我首先會(huì)探討在某些應(yīng)用中 ITO 被取代的原因，并繼續(xù)研究替代方案。

    為何要舍棄 ITO？

    投影電容觸控式技術(shù)變革背后的一個(gè)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素是，轉(zhuǎn)移至將觸控功能集成到 LCD 面板本身（「內(nèi)嵌式」技術(shù)），從而無需單獨(dú)的觸摸屏面板（分立觸控面板）。 做到這一點(diǎn)后，就可生產(chǎn)出更容易集成的更薄更輕的觸控裝置。光學(xué)效能及亮度也可 透過縮減 LCD 與使用者之間的距離和層數(shù)而獲得改善。

    但是，制造「內(nèi)嵌式」觸摸屏的流程仍朝向更完善的目標(biāo)發(fā)展當(dāng)中，因此它們?cè)?業(yè)界被廣泛采用受到了限制。結(jié)果， ITO 導(dǎo)體的分立投影式觸控屏幕面板仍舊是主要 被使用的技術(shù)，至少在智能型手機(jī)、平板計(jì)算機(jī)及可穿戴式設(shè)備中仍是如此，但它隨著 顯示尺寸增加超過 20 寸就會(huì)存在諸多缺陷，主要是因?yàn)槠湎鄬?duì)較高的電阻會(huì)妨礙效 能，并使其成為不適合某些應(yīng)用的材料。

    那么，哪些導(dǎo)電材料可用于較大尺寸的觸摸屏呢？目前有三種主要的材料技術(shù)處 于領(lǐng)先地位：銅微線 (Copper Micro Wires)、銀金屬網(wǎng)格 (Silver Metal Mesh) 和奈米銀線 (Silver Nano Wires)，還有其他三種：奈米碳管 (Carbon Nanobuds)、導(dǎo)電聚合物 (Conductive Polymers) 和石墨烯 (Graphene)，它們?nèi)�都處于開發(fā)初期并可能在未來幾年 上市。我們將探討前五種材料技術(shù)的四個(gè)主要參數(shù)：經(jīng)濟(jì)性、阻抗、可見度和可用 性；還會(huì)探討石墨烯，石墨烯處于開發(fā)初期，目前尚未市售。

    經(jīng)濟(jì)性

    考慮到觸摸屏的成本時(shí)，關(guān)鍵問題包括初始加工成本及持久材料壽命要求等等。 不需開模(光罩)而直接寫入基材的技術(shù)基本上不需要加工，并可更便宜地進(jìn)行小批量生 產(chǎn)。若需要開�；蚱渌�加工，則會(huì)限制小批量生產(chǎn)不同尺寸能力的靈活度，但有潛力 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)尺寸提供較大批量的生產(chǎn)。

    在加工方面，銅微線具有延展性優(yōu)勢(shì)。電極可以直接寫入基材，不需雷射、開模/化學(xué) 物質(zhì)/蝕刻或加工。奈米銀線可以透過雷射剝離法進(jìn)行一定程度的客制，但還需要額外 制程來將邊界的導(dǎo)體連接至控制器。導(dǎo)電聚合物透過網(wǎng)版印刷應(yīng)用起來相對(duì)簡單，但 是，它們需要在絲網(wǎng)印刷階段或者在蝕刻或雷射處理之后再作 pattern (制作圖騰)。 相比之下，銀金屬網(wǎng)格技術(shù)是在材料來源上制作圖騰 (pattern)，因此需提前指定傳感 器的尺寸。這會(huì)讓每個(gè)傳感器設(shè)計(jì)產(chǎn)生 1 萬至 2 萬美元的加工費(fèi)用，具體取決于屏幕 大小。碳奈米芽 (Carbon NanoBuds) 的沉積程序很復(fù)雜，需使用「奈米芽反應(yīng)器」 (NanoBud Reactor) 然后再使用雷射制圖工藝來制作電極。

    制造成本的另一個(gè)關(guān)鍵因素是所需層數(shù)。銅微線可以絕緣，因此 x 和 y 電極可以在單 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(shí)會(huì)大大降低觸 控式屏幕的效能。奈米銀線、金屬網(wǎng)格和導(dǎo)電聚合物傳感器結(jié)構(gòu)一般需要兩層或多層 來絕緣（x 和 y）導(dǎo)體，從而增加單層設(shè)計(jì)上的材料內(nèi)容。碳奈米芽也是一種兩層技 術(shù)。另外還必須小心防止?jié)駳膺M(jìn)入材料，否則可能導(dǎo)致上述氧化及觸摸屏幕故障。

    阻抗

    觸摸屏阻抗是決定觸控靈敏度或「訊噪比」(SNR) 的一個(gè)關(guān)鍵因素。較高電阻材料 會(huì)限制流經(jīng)導(dǎo)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(chǎn)品周圍環(huán)境干擾 (EMI) 產(chǎn)生的誤觸控事件。顯然，這一阻抗對(duì)較大尺寸觸控式螢 幕的影響更大，特別是在需要多點(diǎn)觸控、防誤觸和近距感測(cè)（在手指實(shí)際與屏幕接觸 前識(shí)別觸控）等功能時(shí)。

    如上所述，ITO 因其相對(duì)高的阻抗（每平方約 100Ω）而僅限用于較小的觸摸屏； 因此，大多數(shù)使用此材料的觸摸屏小于約 22 寸，超出此尺寸將存在顯著的效能限 制。奈米銀線具有比 ITO（PET 薄膜基材上每平方約 30 - 50 Ω）更好的電阻。因此，使 用此技術(shù)的投影電容觸控式傳感器可擴(kuò)展至約 42 寸（再次重申：超出此尺寸將限制觸 控效能）。銀金屬網(wǎng)格具有每平方約 15 Ω 至 30 Ω 的較低電阻，因此能用于尺寸達(dá)約 65 寸的觸摸屏。銅微線提供每平方約 5 Ω 或更低的最低電阻，并可用于建立尺寸 遠(yuǎn)超 100 寸的巨大儲(chǔ)控屏幕。另外，極低電阻還提供最佳的訊噪比，使觸摸屏能 偵測(cè)對(duì)很厚的面板玻璃甚至穿戴手套時(shí)進(jìn)行的觸控，而無需在高電壓下驅(qū)動(dòng)電子裝置 或使用多個(gè)連接控制器并排顯示屏幕（替代材料技術(shù)這使用兩種巧妙方法實(shí)現(xiàn)大尺寸 觸摸屏）。

    可見性

    所有分立面板投影電容技術(shù)包括在用戶和屏幕之間引入一定的材料元素，以對(duì)圖像 產(chǎn)生一定的光學(xué)差別（無論多�。�。透過采用銅微線技術(shù)，10um 導(dǎo)體網(wǎng)格可見，尤其 是在關(guān)閉顯示時(shí)。這就是說，光透射性很出色，并且在運(yùn)用任何抗反射處理前處于 90% 的范圍內(nèi)。相比之下，奈米銀線和銀金屬網(wǎng)格技術(shù)可以建立可見度略低的導(dǎo)電軌 （5-10um 范圍的金屬網(wǎng)格）；但是，奈米線和導(dǎo)電聚合物涂層可在整個(gè)屏幕上產(chǎn)生輕 微的偏色或蒙籠感，以及約只有 85% 的透光度。

    可用性及使用壽命 少數(shù)專業(yè)制造商生產(chǎn)銅微線觸控式傳感器已近 20 年，該傳感器是一款成熟的投影電容 觸控式技術(shù)，適用于最嚴(yán)酷環(huán)境中的大尺寸屏幕。過去幾年來，銀金屬網(wǎng)格和銀線觸控 式技術(shù)已快速成為主流，其中，許多制造商負(fù)責(zé)安裝必要印刷及雷射 pattern (制作圖 騰)設(shè)備。在觸摸屏產(chǎn)業(yè)，這兩種技術(shù)相對(duì)新穎，意味著它們的長期可靠性尚未證 實(shí)，尤其是關(guān)于在暴露于戶外頗具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用中的溫度及濕度下其電阻（及觸控效 能）會(huì)如何變化。

    石墨烯

    即將到來的是一種可能改變游戲規(guī)則的新型觸摸屏材料技術(shù)：采用石墨烯的形 式。石墨烯最初于 2004 年在曼徹斯特大學(xué)被發(fā)現(xiàn)，此后有陸續(xù)發(fā)布關(guān)于其強(qiáng)度、透明 性和導(dǎo)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(gè)原子厚度的碳分 子，將類似的低電阻結(jié)合到銅微線，具有「不可見」導(dǎo)體的潛力。然而，盡管具有適 合作為投影電容觸摸屏材料的潛力，但這種令人興奮的新技術(shù)還適合其他許多應(yīng) 用，例如水凈化、電池和太陽能電池；大多數(shù)開發(fā)商目前仍將工作重點(diǎn)放在這些方 面，在開發(fā)路線圖上，觸摸屏使用率要低得多。

    更遠(yuǎn)大的愿景 總之，投影電容觸摸屏并不存在「完美的」導(dǎo)電材料，設(shè)計(jì)師應(yīng)不斷尋找效能、 光學(xué)、耐用性、可擴(kuò)展性和可靠性的最佳組合，以適合其觸摸屏應(yīng)用。手機(jī)及平 板計(jì)算機(jī)觸摸屏的全球市場令商業(yè) AV 市場相形見絀，Touch Display Research Inc. 估 計(jì) ITO 替代市場可能在 2023 年前達(dá)到 130 億美元。因此，新的觸控屏幕材料開發(fā)必然 會(huì)專注于這一巨大市場。但是，這個(gè)方面的投資幾乎肯定會(huì)給商業(yè)與工業(yè)市場帶來諸多利益。