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彈指神通的Touch Panel技術
 

【作者: 鄒恆強】   2003年11月26日 星期三

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觸控面板產品和技術源自二、三十年前,當時只專為軍事、國防用途而開發,歷經個人電腦及其週邊、通訊、資訊家電等產業的蓬勃發展,迄今已廣泛地被應用至各個消費性、商業性、公共性等相關系統產品上。它的利基在於能提供最直接、快速、有效的人、機溝通方式,消除傳統電腦操作方法的複雜性障礙,讓使用者在面對琳瑯滿目的電腦、通訊產品,以及各式各樣的作業系統和應用軟體時,能以最簡單的途徑達到資訊運用的最高滿足。


觸控面板的技術特性

觸控技術將類比結構的線路佈置在觸控面板,如導電玻璃、導電玻璃加導電薄膜,或是特殊玻璃上,當使用者輕觸面板,依面板不同的材料、設計、與技術種類,藉著電壓、電流、光源、音波等不同作動原理,可以精確地檢測出需求位置,並產生感測訊號,接著再依設計程序形成指令,透過控制介面與電腦主機溝通,過程既快速且準確。


特別在高階觸控面板的設計架構上,它具有準確度高、用於校正資料的記憶單元,是一種可讀可寫的電子式抹除唯讀記憶體(EEPROM),它不會因切關電源而使資料消失,且可隨時更改記憶單元內的資料,舉個簡單的例子,它的記憶功能就像PDA一樣,可以任意更換儲存電話、日期、地址,或行動電話內部SIM卡的資料。


觸控面板的技術類別

觸控面板主要分為純玻璃技術和玻璃加導電膜兩大系統,另外也有電磁式技術,專門用於手寫筆輸入的某些特殊產品及應用,電磁式技術因其普及性的限制,故本文不予多做分析。


純玻璃技術

純玻璃技術又可分為電容式、音波式、及紅外線式,它具備了高耐用、高透光度、耐高低溫、高壽命等優點,常應用在公共領域上,諸如ATM、Gaming、公共查詢系統、國防、工業、軍事、醫療等特殊領域,因設計及製造技術難度高,過去一、二十年來均為美商所生產,亞洲地區僅台灣的宇宙光電投入生產研發。


玻璃加導電膜技術

玻璃加導電膜技術則以四線電阻式、五線電阻式、六線電阻式為主。其中四線電阻式屬低價、低成本、低技術元件,大多用於PDA、遙控器、家電等小尺寸消費性產品,因為它的技術專利早已過期,且生產門檻低,因此廠商之間的競爭相當激烈,生產者以日系公司為主,台灣、大陸、韓國等地區的廠商近年來亦相繼投入。


而電阻式高階產品的五線及六線設計技術目前均有專利保護,因其線路、製程、材料應用頗具專業性,尤其是專用的驅動程式、控制器及韌體的開發過程耗時耗力,非一般業者皆可跨入。


目前五線電阻式為美商Elo(Tyco集團)獨家專利,六線電阻式為宇宙光電的獨家專利。五、六線式因其耐用度及可靠度較四線式高出許多,所以大多應用在POS、公共資訊查詢、GPS、工業電腦、資訊家電、醫療設備等商業用途,以及中、高階消費性產品上。


@中標:觸控面板之基本架構及作動原理


四線電阻式

一維座標線路(X軸)在PET導電面膜上;一維座標線路(Y軸)在玻璃面上,PET膜為塑膠材質,導電鍍膜易因塑膠變形造成脫落,便產生功能故障(一維無法讀取)。



《圖一 四線電阻式》
《圖一 四線電阻式》

六線、五線電阻式

二維座標(X、Y軸)線路圖形均在玻璃上,PET導電膜僅作訊號導通用,即使導電鍍膜區部脫落,僅造成局部點之無法讀取,絕大區域功能仍正常。六線式面板之第六線提供消除面板雜訊之功能,整體設計有專利保護,為四線式面板所無法提供。



《圖二 六線電阻式》
《圖二 六線電阻式》

純玻璃技術

二維座標(X、Y軸)線路圖形均在玻璃上,並配合高硬度之保護膜且無塑膠材質。作動原理在利用手指或觸控筆造成電流/電容值改變形成之訊號作偵測。因無軟質之塑膠,所以在透光度、防水、防刮、耐高溫、不畏污染及面板使用次數上均遠優於電阻式產品,其設計均有專利保護。


內容
玻璃+薄膜(電阻式)
純玻璃
電磁技術
四線
五線
六線
電流電容式
電容式
光學式
音波式
電磁式
專利廠商
已過期
Elo
宇宙光電
宇宙光電
已過期
已過期
Elo
Wacom
感應方式
感測電壓
偵測電流
偵測電流
訊號遮斷
偵測聲波
電磁感應
觸控媒介
手或任何介質
手或任何介質
手或軟性介質
專用電磁筆
耐用度
1百萬次以上
3千5百萬次以上
5千萬次以上
N/A
透光度
83%±5%
90%±2%
< 88%
90%
90%
N/A
操作溫度
0℃~50℃
-10℃~60℃
-15℃~70℃
-15℃~70℃
-20℃~70℃
-20℃~50℃
5℃~35℃
儲存溫度
-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產業趨勢

多元應用 商機無限

後PC時代來臨,人性化資訊家電、可攜式及3C相關資訊、通訊產品大量推出,而嵌入式系統整合產品亦因應科技的進步,搭配應用軟體的推陳出新不斷升級,目前已廣泛地被設計推廣到各種商業、公共領域、工業、醫療、國防用途上,而無線與觸控已成為不可或缺的功能之一。


對應時代趨勢,台灣平面顯示器產業呈現爆發性的成長,促使觸控面板功能與TFT-LCD等顯示面板製程相結合,形成模組化元件(Touch-LCD ),為下游系統製造商及系統整合商提供了更具體、簡便的解決方案。


下一代純膜可撓式觸控面板的開發,目的在於去除玻璃易碎、重量、厚度、不可折疊等缺點,並保有其高透光度、耐用度及對高環測要求的優點,目標為應用於對規格要求相當嚴苛的汽車衛星導航系統,或是使用在下一代IA、通訊產品上,由上述趨勢可看出,日後觸控面板產業的發展將朝向多元和普及化用途,而這個產業的未來更存在著無限商機。



《圖三 觸控面板在多種資訊產品上獲得應用》
《圖三 觸控面板在多種資訊產品上獲得應用》

技術的開發與整合是關鍵

從產業及技術的結構上來看,其重要關鍵就在材料的鑽研開發、整合軟硬體設計、以及量產化後的製程良率能力。多年來,高技術的純玻璃及五線電阻式面板一直是美商特有的技術,而低階的四線電阻式又以日系廠商自成體系,台灣雖有多家廠商投入觸控面板產業,但多半以生產四線電阻式為主。


台灣觸控面板產業的展望

除了研發與材料兩項因素外,台灣觸控面板產業其實擁有與美商與日商競爭的相對優勢,這個優勢包括台灣長期培養出獨特、高效率的總體製造能力,且地處全世界最大的資訊產品製造中心 ─ 台灣和中國大陸。在結合下游系統產品的生產上,無論是技術支援或運籌補給,其彈性和效率均非美、日廠商所能比擬,而整體產品的產出成本,亦是與美、日系競爭的利器。


在上游方面,除了薄膜原材與玻璃素材外,台灣本地從事的玻璃透明導電鍍膜(ITO )、抗反射鍍膜(AR)、防眩鍍膜(AG)、hard coating等研發,也因多年的努力而漸趨成熟穩定,而類玻璃素材,奈米分子純膜素材也都在研發當中。


台灣觸控面板廠商唯有強化設計、製程、與客製化整合能力,並且在行銷佈局上走向世界化,強化售後服務體系,擺脫純代工、區塊營運的次等產業型態,方能迎頭趕上,在全球觸控產業中嶄露頭角。(作者現為宇宙光電總經理)


表二 觸控面板應用範圍及全球市場規模
(
每年以平均24%以上成長率快速成長)

產品技術
應用範圍
市場規模(新台幣值)
2003
2006
純玻璃技術
ATM、Gaming、POS….等公共應用市場,及國防、醫療…等特殊領域

163

280
五線、六線電阻式
POS、GPS、醫療設備、工業電腦…等商用市場,及IA eBook平板電腦、Mira…等中高階消費性產品
57
84
四線電阻式
PDA、遙控器、小家電、IA…等中小尺寸消費性產品
160
336
合計
380
700
資料來源:IDTA

延 伸 閱 讀

「人性化」輸入裝置的光電產業:觸控面版
作者舉出市場統計數字來說明觸控面板的市場將會逐年起飛,而觀察觸控技術的階段性發展,電阻式技術的主流地位將延續至2004年。

台灣及日本觸控面板產業發展比較
文中特別由兩地廠商對上游原材料的掌握度,以及階段性的價格競爭來比較雙方產業的發展,也對台灣廠商的定位提出一番建議。
Touch Panel 產品及技術特色
本文介紹一種觸控面板的關鍵材料-銀膠,它的品質會影響到面板品質的好壞,也關係著製程成本的高低,因此國內業者若能投入銀膠的研製,配合逐漸蓬勃的觸控產業,將享有很大的優勢。
相關組織網站
宇宙光電
美商Elo(Tyco集團)
國際光電顯示網(簡體)
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