未來觸控主流 投射式電容技術的新展望

ITO替代材料可望應用在新一代觸控螢幕上，打造出更薄、更靈敏的互動介面。Cambriios公司

經歷智慧手機和平板電腦帶來的觸控革命洗禮，今天消費市場已完全是電容式觸控技術的天下。隨著觸控技術的勢力範圍開始向筆電延伸，新的Windows 8作業系統也帶動了中大尺寸觸控面板需求成長。

自2012年第四季起，跟隨Windows 8上市，許多OEM/ODM業者都推出搭載投射式電容觸控螢幕的筆電和All-in-one PC，希望能藉由向中大尺寸應用進軍，進一步拓展觸控面板市場。

儘管電容式技術已經主宰消費電子觸控市場，但為了拓展觸控的應用層面，帶給消費者更好的使用者體驗，今天的電容式觸控技術仍然存在著一些需要改善的關鍵因素，包括降低成本、實現手指懸浮控制、手套控制、雜訊管理、在手指或表面濕滑時亦能操控、更快的反饋和響應、節省電池電力、更靈敏的壓力感測、主動式手寫筆支援、良好的軟？硬體整合等。

這些目標為觸控方案供應商帶來了許多嶄新挑戰，首先在降低成本方面便會遭遇從材料到製程的諸多問題。英特爾資深觸控技術專家Geoff Walker在2013年中舉辦的Display Week大會中曾表示，希望未來18個月內將13.3英吋的投射電容式觸控面板成本降低50%。但在降低成本的過程中，除了應對新材料的挑戰外，還有許多難關等待克服。

首先是要開發出更簡便且良率更高的直接接合技術、性能達到業界可接受水準的單層電極、強化保護玻璃，以及針對大尺寸觸控螢幕應用建立完整產業供應鏈等。

簡單來說，投射式電容技術在接下來幾年內都將是觸控市場主流，為了迎合終端商品的輕薄、高靈敏、高性能和低耗電趨勢，發展下一世代材料和改進製程是最為關鍵的二項重點，其中研發可取代ITO的新興材料也被視為是能有效降低成本、簡化製程的重要步驟。

目前投射式電容感測器採用的透明電極材料以ITO為主，而感測器線路基板則有玻璃和薄膜兩種。投射式電容觸控的透明電極設計可能會需要不只一層載板，因此，為了開發出更輕薄和低成本的感測器，業者一直在努力改進觸控感測器的架構，特別是跨越手機和平板之後，當尺寸來到10英吋以上時，對感測器線路材料便帶來了全新挑戰，主要原因在於在這些大尺寸應用中，必須盡可能壓低基於ITO的感測器表面阻抗，否則便無法達到符合需求的功耗和靈敏度等指標。這也是自今年觸控筆電議題興起後，ITO替代材料迅速獲得市場關注的原因。

ITO替代材料進展

作為主流的透明電極材料，ITO一直存在著易脆的缺點。當ITO鍍在PET薄膜上時，若過厚便要擔心薄膜耐受性，過薄則無法降低表面阻抗。由於ITO替代材料對降低投射式電容觸控面板的成本具有關鍵影響力，因此業界一直在尋找能夠替代ITO的新興材料。目前業界聚焦的主流技術有許多種，最受矚目的包括金屬網格(Metal mesh)、銀奈米線(Silver nanowires)、碳奈米管、導電高分子、石墨烯和ITO墨水等。

Touch Display Research分析師Jennifer Colegrove預估，ITO替代材料市場將從2013年的2.06億美元成長到到2020年的40億美元。促成該市場成長的最大動力來自於新一代終端對於薄膜電阻、導電性、成本、直覺外觀、耐用性和靈活性的需求。以成本和導電性來看，Metal mesh是能在其中取得最佳平衡的技術，其次是銀奈米線，這也是目前朝商業化發展最快的二種技術。

在這些ITO替代材料候選技術中，Metal Mesh的發展速度相當快，2012年中愛特梅爾(Atmel)便攜手英國的CIT發佈了用於智慧手機和7吋平板的Metal Mesh產品Xsense，2012年底韓國業者MNTech也宣佈其產品問世；2013年第二季，FujiFilm開始生產基於Metal mesh的鹵化銀材料；美國Unipixel則打算今年下半年開始生產新一代UniBoss，該公司稱其採用線寬5微米的銅網來製作透明電極，導電性能不但比ITO好且能任意彎曲。

此外，台灣的觸控面板廠洋華、介面和大陸的歐菲光都正積極投入Metal Mesh的研發。這些業者的目標都是筆電等級的中大尺寸應用，其中部份廠商已陸續出貨，今年下半年起很可能看到採用Metal mesh的筆電出現在市場上。

Metal Mesh吸引眾多業者競逐的原因在於它具備多項顯著優勢，首先是它的資本支出和投入成本可以壓得非常低，表面電阻可壓低至10歐姆以下，並提高訊息雜訊比(SNR)和線性度。整體而言，Metal mesh的透明度和靈活性都優於ITO，其彎曲半徑一般為4毫米。正是看好這些優勢，Metal mesh自今年下半年起已成為中大尺寸觸控面板的熱門技術，甚至被視為將對即將崛起的OGS帶來威脅。

但Metal mesh目前仍面對來自供應鏈的難題。例如，薄膜模組製造商歐菲光和洋華等都正在開發自有的Metal mesh。由於這些供應商都不希望使用其他供應商的網格，因此完全自行開發的結果便可能要提高售價來平衡利潤，這也削減了Metal mesh降低成本的潛力。

銀奈米線是呼聲與Metal mesh齊高的ITO替代材料。今年的台北國際電腦展期間，銀奈米線龍頭Cambriios高調來台展示技術和產品，其ClearOhm透明導電材料能賦予觸控螢幕更好的光學和電氣性能，讓製造商開發出可彎曲的柔性觸控面板和可折疊的行動設備。

Cambrios是當前銀奈米線的龍頭廠商，其ClearOhm材料具備>98%的高透光率和每平方呎30~150歐姆的高導電特性，是目前取代ITO最具潛力的材料之一。除了Cambrios，業界投入銀奈米線開發的廠商還包括PolyIC、Sinovia、Sigma Technologies、Carestream、Ferro、Suzhou NanoGrid、Saint-Gobain、Cima NanoTech和Blue Nano等。

碳奈米管的投入廠商包括有Was Eikos、Unidym、C3Nano、Canatu、Toray、SWeNT等，儘管也經歷了多年發展，但傳統碳奈米管仍有著分離和純化問題，性能也不足以與銀奈米線抗衡。供應商之一Canatu宣稱其透明導體薄膜和觸控感測器可望於2014年量產，將為顯示器帶來更具彈性、耐用且環保的解決方案。確實，碳奈米管理論上會具有較銀奈米線更好的光學性能，同時也具有低反射率和更低的霧度，且彎曲半徑達0.5毫米。但在眾多ITO替代材料競爭中，碳奈米管必須加快研發腳步。

在Metal mesh、銀奈米線和碳奈米管之外，包括導電高分子、石墨烯和ITO墨水也持續有廠商投入開發。導電高分子(PEDOT/PSS)的主要供應商為Agfa、Heraeus和Kodak，目前採用廠商僅Kent Displays，主要問題在性能過低。

石墨烯是由於高載子遷移率及低電阻被視為可開發更輕薄、更高速的電子元件，但該技術目前雖然仍處於起步階段，但三星業已展示基於石墨烯技術的顯示器，另一家投入研發的美國Vorbeck Materials公司去年獲得美國能源部的創新獎，為該技術未來在顯示領域的發展帶來了良好開端，不過未來廠商還必須克服如何製造出無缺陷石墨烯層，以及製程過於昂貴等關鍵問題。至於ITO墨水則迄今並未真正應用在觸控螢幕感測器的生產中。

新一代ITO替代材料必須具備比ITO更良好的穿透度與導電性能，另外，鍍膜製程與機構特性也是考慮的重點。前大多數的新興替代材料都採用濕式塗佈取代傳統的濺鍍製程，同時配合軟性或是曲面感應線路和載板也沒有問題。但僅僅規格符合並不代表ITO就立即能被新材料取代，一旦決定採用新材料，整個供應鏈將面臨巨大衝擊，因此，新材料必須具備能讓模組廠商接受的優勢，包括性能和成本在內。

這些新材料多半可以達到較低的阻抗值，因此對10吋以上的應用最能產生顯著價值。DisplaySearch指出，若是從大尺寸開始，一步一步地往中小尺寸發展，那麼首當其衝的就是ITO靶材、ITO薄膜與濺鍍設備供應商。而材料廠商若是直接整合鍍膜與圖案蝕刻製程的話，那麼觸控模組廠商就會僅剩下貼合的業務；目前還在發展初期，不過對未來的供應鏈確實埋下變化的伏筆。

隨著眾多ITO替代材料競相發展，未來幾年內勢必會有愈來愈多的投射電容式感測器開始採用新型ITO替代材料。無論是對面板和觸控模組供應商來說，ITO替代材料都代表著新的市場競爭，卻也帶來了嶄新的機遇。