大尺寸觸控面板生產技術與應用趨勢

大尺寸觸控螢幕以inCell&on-Cell做分野(圖：Synaptics？萬達光電？劍揚)

過去大尺寸螢幕的觸控，僅能採成本低廉的是電阻式或成本高的聲波式、外掛光學式的設計；以往受限於貼合良率，僅能在中、小尺寸行動裝置所使用的投射式電容多點觸控技術，隨著G/G、in-cell等製程技術的純熟，以及觸控感測IC的進化，目前可在10？12吋平板、13？17吋輕薄？電競筆電、20？22吋AIO一體成型電腦等領域出現，更大尺寸(32？42吋)連網電視、電子白板的多點觸控也蓄勢待發中…

尺寸要大也要多點觸控

從ATM提款機、機關場所的互助導覽系統，到百貨公司的電子白板，這些需要觸控應用的裝置，就跟手機、平板一樣朝著大尺寸趨勢邁進。

目前Apple僅在中小尺寸的iPhone/iPod/iPad導入投射電容式多點觸控技術，在桌機、筆電部份僅開始導入觸控板回饋力道，尚未有大量導入觸控應用的設計方案；但在非Apple陣營來說，從Android手機、平板，到12？17吋主流的筆記型電腦均導入投射電容式多點觸控技術，甚至部分20吋的桌上型電腦或電腦餐桌、電子白板，也開始採用多點觸控技術。

早期在15吋以上較為常見的電阻式觸控技術，藉由手指或觸控筆去觸碰ITO Film造成下陷並產生電壓的變化，再經A/D轉換運算處理取得定位位置。由於出道較早，在材料與技術成本方面具極佳優勢；但電阻式觸控技術會有電阻式薄膜影響螢幕透光率，採壓力感應的機械結構，在頻繁使用、長期大量按壓下造成使用壽命的縮減。

紅外線式和表面聲波式觸控技術，則是目前大尺寸觸控螢幕常見的技術。紅外線式在螢幕四邊設有大量的紅外線發射器和接收器，藉由手指點選時遮斷紅外線光源來計算出觸控的座標位置。其優點在於可應用尺寸相當大(6？167吋)，反應速度快、定位精確也相當耐用；缺點則因紅外線模組體積而無法做到高解析度，成本偏高，且日後落塵與周圍光線干擾也是此技術的瓶頸。

表面聲波式則是在螢幕三個角落，分別裝置表面聲波發射器和接受器，利用手指接觸螢幕時聲波能量被吸收的特性，計算出能量產生變化的座標。其應用尺寸僅10？32吋，但相較於紅外線式更有高解析度的優點。但因為螢幕四周反射天線需客製化且良率不高，造成整體成本相對偏高。

更具成本效益的中大多點觸控螢幕方案

當用戶已習慣智慧手機、平板電腦的多點觸控體驗下，不少業者也積極研發中、大型螢幕的多點觸控應用方案，也使得過去僅以低成本電阻式技術的大型觸控螢幕技術，或者成本高昂的聲波、外掛光學式的觸控設計面臨到一定的挑戰。

大於10.1吋的中大型觸控螢幕，過去在防護玻璃與ITO(TFT Array)或AMOLED面板間，佈設透明薄膜或玻璃材質的觸控感應層，製造工法則從過去GFF(Glass Film Film)、G/G(Glass to Glass Structure)結構，轉向內建於ITO像素層(In-Cell)或者外掛式(Out-Cell)的兩種設計。

以In-cell來說，目前已有針對VA/IPS/TN等不同形式的LCD螢幕整合方案，以適用大型螢幕的In-cell搭配覆蓋玻璃的設計方案，可在大型顯示範圍的產品獲得極佳的畫面效果，同時也能保有螢幕的料件薄度，比較適合講求產品薄化設計的高端 Ultrabook或是變形筆電產品。

2003年入駐新竹科學園區的劍揚股份有限公司(iDTi)，透過與面板廠製程上的合作，直接以In-Cell製程，在TFT薄膜電晶體陣列層(TFT Array)增加一組光感測陣列(Photo detector)，藉由偵測物體接近或碰觸在TFT像素層所造成的細微光源變化，以觸控控制電路板(TCB)的觸控IC每秒擷取120張畫面進行比對與運算處理後，進而計算出多少個碰觸點以及碰觸力道。此技術適用於1？100吋的液晶面板上，支援10點觸控以及觸控筆、雷射光筆等多樣化的應用，並獲得Windows 10觸控認證。

而在Out-cell外掛式方案中，G/G用於大於10吋的觸控產品，在更大尺寸(17吋)，受限於G/G先天上結構上的厚度限制，廠商習慣以較單純的OGS(One Glass Solution)作為大尺寸觸控螢幕的解決方案。

ITO替代性材料

ITO (氧化銦錫)的主要特性是其「電學傳導」和「光學透明」的組合，適合用來做觸控感應層的材料，然因ITO材料昂貴，且ITO層較為脆弱，缺乏柔韌性，無法做出可撓式面板；為了尋求平面或曲面？可撓式面板完整，以及大尺寸的觸控面板應用，相關業者也導入許多ITO的替代材料方案，像Silver Nanowires(奈米銀線)、Metal Mesh(金屬網格)、PEDOT/Conductive Polymers(導電聚合物)、Graphene(石墨烯)、Carbon Nanotubes(奈米碳管)、ITO inks(ITO油墨)等技術。

「奈米銀線」技術目前已成熟。其延展性(Flexibility)優於ITO，色偏(Color shift)亦比ITO低、光透率高。像Cambrios提出的專利ClearOhm材料，具備超高透光率(>98%)與每平方呎30？150歐姆的高導電等特性。此外Carestream、BlueNano、工研院也有這類產品，是市場看好的ITO替代品之一。

「金屬網格」技術像是把極細的金屬線組成烤肉架，其做成觸控應用的優勢在於阻抗低(小於10歐姆)、透明度比ITO佳、光透度最佳、可撓度高，且資本支出非常低、製造成本比ITO稍低。

但「金屬網格」在金屬線細化(須<5微米)過程，因減少觸控感應面積，使得不少觸控IC支援度降低；同時為了解決金屬反射與材料氧化等問題，製程費用也跟著提高。是否導入金屬網格，則須仰賴廠商的製程技術與觸控整合技術。目前有韓商MNTech (2012年底供貨)、Atmel的XSense(2013上半推出)、富士軟片(Fujifilm，2013第二季)、UniPixel的UniBoss(2013下半年推出)、3M、PolyIC，此外也有大陸廠商上市。

「導電聚合物」則具備延展性佳、材料價格超低等優勢，成為市場矚目的技術之一。供應商有Agfa(愛克發)、Fujitsu、Molex、Oji Paper等。「奈米碳管」則擁有最佳的延展性，色偏最低，材料價格亦低於ITO，亦是市場看好的ITO替代品之一，供應廠商有Eikos、Canatu (Carbon nanobuds碳球混合物)、SWeNT、Unidym、新奈材料等廠商，工研院、群創等亦在推廣。

至於「石墨烯」是當今世上最薄、最堅硬的奈米材料，只吸收2.3%的光，幾乎完全透明，電阻值比銅或銀還低，是整體效能最佳的ITO替代性材料與散熱材料，業界預料2016年大幅降價至每公斤200美元以下，增加其推廣性。目前市場有三星、Sony、台灣安炬科技(Graphage)等在推動量產。

綜合以上各種ITO替代性方案的優勢，預估到2019年，全球觸控面板業者，將會把50%的PCAP感應層改用ITO替代品來製作。ITO Film第一大廠日東電工，不僅全力降低ITO薄膜電阻值，並大幅降價到25USD/m2，曾使幾家剛在市場站穩腳步的ITO Film替代材料供應商，面臨到嚴峻的價格戰威脅。

大尺寸觸控面對製程、4K UHD的挑戰

大尺寸觸控面板的設計及製程開發上，增加了銀線路印刷與烘烤、雷射蝕刻、保護層鍍膜、抗炫光鍍膜、高溫烘烤、Tali熱壓、線性測試與校正等製造工序：還需面臨到像線性準確度、雜訊處理，大基板搬運與輸送問題、及測試與包裝等整體成本提高等諸多問題。

劍揚曾在2014年6月台北國際電腦展，展示其採用內嵌式光學觸控技術、標準a-SI製程的86吋液晶螢幕的射擊模擬系統。2015年台北國際電腦展中，則有萬達光電科技(Higgstec, Inc)展出一款42吋投射電容式多點觸控技術的觸控螢幕。這些供應商透過技術、製程、材料、設備的突破，一舉將投射電容式觸控產品擴增到84？86吋，補足市場對大尺寸投射電容式觸控需求的最後一塊拼圖。

下一個待突破的是採4K UHD(3840x2160)或5K UHD解析度的觸控螢幕。當前4K UHD、5K顯示器的刷新率頂多僅60Hz，使得以手指拖曳、劃線在螢幕上造成的延遲效應更容易被人眼所察覺。因此業界正從提升4K UHD、5K顯示器的刷新頻率，同時積極提升觸控IC的運算效能，與顯示器其他驅動、顯示電路的整合性。