最新觸控材料技術帶來之觸控面板技術發展

觸控技術從最早的單點觸控技術開始，應用在各式電子產品逾30年。自蘋果於2007、2010年相繼推出iPhone、iPad之後，產業便引發了多點觸控(Multi-Touch)新革命。

在眾多資通訊科技(ICT)廠商也選擇Google的Android平台，推出一系列觸控式行動裝置的風潮下，使得觸控產業成為今日當紅炸子雞，相關產業鏈紛紛提出最新的解決方案，以搶佔觸控零組件這塊市場大餅。

從單點觸控到多點觸控

當今的觸控技術有很多種類，依照偵測訊號方式，可區分成三大類：電訊號(含電阻式、電容式、電磁式)、光訊號(如紅外線式、CMOS影像式)、音訊號(含表面音波式、音波導式、震波擴散訊號式、脈衝波辨識式)等，各有其特色與其應用的市場。其中，又以電阻式為早期觸控面板市場的主流。

若依訊號種類，則可分成類比式和數位式，而目前只有「數位式」可以做到精準的「多點觸控」功能。如今行動裝置(手機、平板)的設計趨勢(要求輕薄短小、可用手操作、需多點觸控)驅動下，使得「投射電容式」(Projected Capacitive；PCAP)技術最被看好，成為當今市場主流，2012市佔率達到79%，同時侵蝕到既有電阻式(Resistive)觸控技術的市佔率，2012年剩20%。市場預估PCAP在2016年將佔有96%市場，Resistive只剩不到4%，其他技術幾乎等同消失。

由於PCAP可應用的產品範圍非常廣泛(如手機、平板、AIO一體機、觸控顯示器、筆電等)，市場極為龐大，然而系統廠商為了壓低零件成本，使得觸控廠商為增加毛利，降低成本，將研發方向聚焦在能減少製程中的材料使用，於是推出了許多不同結構的產品，以爭取系統大廠的訂單。

不同材料技術的觸控面板結構

投射電容式(PCAP)的設計架構，通常會依X、Y方向配線，提供電流給導線形成一個特定電場，當手指觸控時，感應器可以得知哪個位置的電容值改變，進而計算出觸碰的位置。基本PCAP觸控螢幕的疊層有：防刮膜(Hard Coat Layer)、X軸電極圈紋、ITO(Indium Tin Oxide；氧化銦錫)、導電玻璃？薄膜(或簡稱導電層)、Y軸電極圈紋等。

PCAP就感測原理可分兩型：自電容型(self-capacitance)、互電容型(mutual-capacitance)。互電容型可真正做到多點觸控跟蹤；自電容型則適合用來實作像是閒置功耗、抗潮濕能力、戴手套追蹤，以及偵測懸空的手指或物體。

幾年前的PCAP技術，是採外掛觸控設計(Add-on Type)，依照疊層結構，可分成由蘋果主導的玻璃感應器(Glass Sensor)類和三星主導的薄膜感應器(Film Sensor)類。以蘋果iPhone、iPad(1~4代)、iPod Touch(1~4代)的疊層結構設計上，便採其專利的GG2(GG-DITO，單片玻璃雙層線路結構，較厚，成本較高)來設計。

另一方面，其他Android/Windows設備廠商為迴避其專利，則採用GG1(GG-SITO，單片玻璃單層線路結構，較厚，成本高)來設計其觸控面板，如亞馬遜Kindle Fire/Kindle HD、邦諾Nook Tablet/HD/HD+、HTC Sensation、LG Optimus 3D、Sony Xperia Arc、Nokia Lumia 800、華為Ascend D1、Lenovo K800等。

至於三星則選擇採用後者薄膜感應器類，採GFF(雙層單面ITO薄膜，產能穩定，成本低，但較厚)結構，如Samsung Galaxy Tab 7/8.9/10.1、Galaxy Note 10.1。其他廠商使用此技術的，有HTC One X/V、LG Optimus Black、Google Nexus 10。

對系統廠而言，其追求的是設計出更輕薄的裝置，同時也希望觸控模組的成本下降。蘋果在2012下半年的產品開始捨棄又厚又重的GG-DITO架構，其iPad mini率先採用GF2(GF-DITO，單層雙面ITO薄膜，輕薄，但良率低)，在手機產品改用In-cell的價格。

簡化結構  壓低成本的PCAP技術

除上述的外掛類，2012年起的產品開始採用整合的方案，如「觸控整合於外蓋類」(結合玻璃與薄膜設計)，或「觸控直接整合於螢幕」(內嵌式設計)兩種。

前者就有G1(玻璃蓋單ITO線路)的架構(如Samsung Wave II)、G1F(玻璃蓋單ITO線路加單面ITO膜，輕薄，成本高，良率低，邊框僅黑色)架構，如微軟Surface RT與最新的G2或OGS(One Glass Solution，單片玻璃方案)，在玻璃上直接內建ITO線路，更輕薄，成本低，但耐用度和抗摔度降低，例如Google Nexus 4/7、HTC Wildfire S/Chacha/Flyer/Salsa、華碩TF300/TF500、LG Optimus G、Nokia Lumia 920、富士通Arrow ef/A、小米2、魅族MX2等。

至於內嵌式設計，則主要應用在小尺寸產品，有三星主力採用的On-cell架構(把觸控感應器做在彩色濾光片上)，如自家AMOLED Octa系列LED零件、Galaxy S1/S2/S3、Note 1/2/Tab 7.7等產品。另外HTC One S、Toshiba Excite 7.7、Motora RAZR Maxx、Nokia Lumia 900也是採用On-cell架構。再看蘋果部分，則是採用In-cell架構(把觸控感應器做進液晶盒內)，如最新的iPhone 5、iPod Touch 5代即是此專利架構。而另外迴避專利的架構，如HTC EVO Design和Sony Xperia S等，便採用Hybrid On-cell/In-cell(混合式)技術，其厚度做到比OGS結構還要薄一些些。

替代性材料與市場狀況

ITO(氧化銦錫)主要的特性是其「電學傳導」和「光學透明」的組合，適合用來製作LCD、FPD、電漿、觸控等顯示器產品。不過由於銦(Indium；In)的價格持續高昂，其礦場受到少數集團所壟斷，使得供貨受限，加上ITO層的脆弱和柔韌性的缺乏(無法做可撓式面板)，與昂貴的層沉積要求真空，因此觸控材料廠商們積極研發ITO替代品，能夠同時具有ITO的優點(透明、高耐用性)與製程成本更低。

目前ITO的替代品中，有Metal Mesh(金屬網)、Silver nanowires(AgNW，奈米銀線)、Carbon nanotubes(CNTs，奈米碳管)、Conductive Polymers(導電聚合物)、Graphene(石墨烯)、ITO inks(ITO油墨)等技術。

有關「金屬網」技術，形狀有點像把極細的金屬線所組成的烤肉架，做在觸控感應器上，其優勢在於阻抗低(小於10歐姆)、資本支出非常低、製造成本比ITO稍低、透明度比ITO佳、可撓度高。因此有許多廠商加入角逐的行列，如韓商MNTech(已於2012年底供貨)、Atmel的XSense(於2013上半年推出，已有手機和7吋平板使用)、富士軟片(Fujifilm，2013第二季推出)、Unipixel的UniBoss(於2013下半年推出)、3M、PolyIC，此外大陸也已有廠商悄然上市。

在「奈米銀線」技術部分，由Cambrios提出的專利ClearOhm材料，具備超高透光率(>98%)與每平方呎30~150歐姆的高導電特性，成為最佳ITO替代品，此外Carestream、BlueNano、工研院也有這類產品。而「奈米碳管」技術，則有Eikos、Canatu(Carbon nanobuds碳球混合物)、SWeNT、Unidym、三井、LG Chem、韓商Top Nanosys、工研院等在推廣。

至於最新的「石墨烯」，則是當今世上最薄、最堅硬的奈米材料，幾乎完全透明，只吸收2.3%的光，電阻率最小(比銅或銀還超低)的材料。目前有三星、IBM、英國國家計劃在推動與量產，而逢甲大學蔡宜壽教授的研究團隊也有其量產方法。

至於其他新形態的ITO替代材料中，有以色列ClearJet新公司推出的「墨水噴印」技術，原理是將可導電奈米銀墨水滴直接滴到玻璃後，等乾掉了之後便形成一圈圈的銀導電線，長度僅100微米，具備95%透光度與4歐姆阻抗的特性。也將是一種不錯的技術。

綜合上述各替代性材料的推廣，業界預估5年後，有50%的PCAP感應器將以ITO替代品來製作，屆時行動裝置也將進入可曲撓(Flexible)的觸控世代。