据悉感测器与玻璃基板助力触控面板模组厚度锐减

【导读】：半导体、电子封装、记忆体容量、射频(RF)通讯元件和显示模组的技术进步，让工业设计人员能大幅提高行动设备的功能密度。显然地，结构材料的选择，对于减少设备的厚度和重量至关重要，如今设计人员已将电池、液晶显示模组(LCDM)和触控面板模组(TPM)视为减少设备厚度和重量的关
    北京时间05月06日消息，中国触摸屏网讯，半导体、电子封装、记忆体容量、射频(RF)通讯元件和显示模组的技术进步，让工业设计人员能大幅提高行动设备的功能密度。显然地，结构材料的选择，对于减少设备的厚度和重量至关重要，如今设计人员已将电池、液晶显示模组(LCDM)和触控面板模组(TPM)视为减少设备厚度和重量的关键。
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      自2011年以来，智慧手机和平板电脑的平均设备厚度每年约减少20%。虽然行动设备的实际尺寸和形状各异，但轻、薄、时尚依然是其设计要旨。
　　目前设计人员正在利用锂离子电池较高的能量密度，于不牺牲电池续航时间的前提下，轻鬆减少电池厚度;此外更薄的薄膜电晶体(TFT)玻璃基板也帮助减少现代液晶显示模组的厚度。
　　有趣的是，触控面板模组也能帮助工业设计人员减少玻璃基板的厚度。但是，人们对于更薄的保护玻璃基板耐用性，以及其与氧化铟锡(Indium Tin Oxide, ITO)或其他金属氧化物等透光导体所***成的电容触控感测器仍有疑虑。
　　而今，爱特梅尔(Atmel)新颖的软性触控电路设计及工艺，与康宁超薄化学强化玻璃技术的结合，能够有效消除大众对于新型超薄触控面板模组的电气/机械功能的担忧。
　　本文将分别描述Atmel XSense薄膜式电容触控感测器和0.4毫米厚Corning Gorilla Glass的主要产品属性，以及上述产品对减少触控式萤幕厚度与重量的影响。
　　现今触控面板方桉面临窄边框设计挑战
　　触控式萤幕的外型尺寸在一定程度上是由触控面板决定，因为电容触控感测器的讯号走线占据大部分边缘。当今电容触控感测器所採用的主流技术之所以是ITO，原因是其透光率高。
　　但是，ITO有一个很大的缺点，其薄膜电阻很高，每单位面积电阻介于50?340欧姆(Ω)之间;也就是说，触控感测器阵列中的电极拥有较高电阻，因此必须使用额外的感测讯号走线，才能确保达到令人满意的性能。
　虽然触控模组上的保护玻璃主要用于提供实体使用者介面，不过同时也肩负隐藏这些宽感测讯号线的任务。例如，图1中10.1吋平板电脑的显示玻璃，其中近三分之一的保护玻璃表面被边框区域占据。因此，系统设计人员必须放宽机构设计，才能容纳更大的保护玻璃，即使设备并不需要这些多馀的空间。然而这些多馀的空间将增加设备的重量和成本，且未能带给终端用户任何效益。

图1:ITO双边讯号走线示意图
　　但如果开发人员能将10.1吋平板电脑各侧的边缘减少1公分，触控表面的利用率就能从67%提高到80%以上。
　　同时，在玻璃厚度相同的情况下，触控感测器重量也能减少近20%(假设玻璃厚度相同)，而且机构的尺寸和重量也将相应减少。
　　除了双边走线外，GFF感测器的讯号走线还採用网版印刷印***，间距通常限制在100微米(μm)，***公差为300微米。
　　用于***作ITO薄膜感测器的网版印刷会形成较宽的走线和接续导线，加上需要双边走线设计及电极，这些因素将大大增加感测器边缘宽度。
　　因此，在***常用的触控感测器中，GFF ITO感测器的边缘通常***宽。OGS***程由于具有规模经济优势，被业界视为***造价格适中的高性能触控面板解决方桉。儘管如此，新兴的上盖保护玻璃设计元素和技术在易***造性和电气设计领域仍对OGS电路构成挑战。
　　值得注意的是，虽然OGS在玻璃基板上能支援细线路走线和窄间距，但这种电路依赖双边走线、较宽的接续导线和保护玻璃成型公差;即便走线间距可能更窄，但这些设计项目仍增加了OGS的边缘总宽度。
　　此外，OGS***程可能会限制触控面板边缘的颜色选择，乃因有机油墨在ITO溅镀***程时会暴露于高温之下，使颜色产生变化，所以OGS必须採用标准型的黑色油墨。
　　新型XSense电容触控感测器则没有上述限制，用户採用XSense电容触控感测器和Corning Gorilla超薄抗刮玻璃***作的触控模组，可享有***的电气性能和窄边框特点，同时也拥有极高的机械设计灵活性，包括彩色边框的选择和曲面触控面板设计。
　　满足大萤幕/小尺寸需求　金属网格触控技术崛起
　　为了满足市场对窄边框触控感测器的需求，市场上出现一些新技术，它们拥有较低的薄膜电阻和很小的***公差，可减少边缘处的感测器走线空间。新型XSense电容触控感测器即具备上述特点。
　　XSense是一个铜***金属网格，其薄膜面电阻小于10欧姆(Ω/sq)，远远小于其他触控感测器材料，而较低的薄膜面电阻即使在较大的触控感测器上也能支援单边走线。因此与ITO相比，XSense可将所需走线数量减少一半，从而大幅缩减走线所占据的空间。
　　此外，XSense的走线间距要比一般ITO银线窄30%，目前的间距为70微米(30微米的走线，40微米的间隙)，很快将会发展到40微米。
　　XSense的目标应用是窄边框的工业设计，期能在LCD显示区域和保护玻璃边缘之间实现小于5毫米的边框宽度，有了这样的窄边框设计，设计人员就能将更大的显示器放入更小的机构中，以便***大程度利用萤幕显示区域，并将周边系统的尺寸/重量降至***低。
　　XSense细线路***作採用光刻式的沉积技术，走线与电极的***作同时进行，并能达到30微米宽的接续电极及更小的走线间距。凭藉更精准的***造技术和更好的电气特性，XSense金属网格触控感测器技术有助于打造萤幕更大、尺寸更小的产品设计，同时又不牺牲触控性能。
　　新型保护玻璃突破厚度/抗磨损性能瓶颈
　　触控感测器叠层(图2)由保护玻璃、50 ?100微米的聚合物薄膜、光学胶(OCA)(~25微米)和一个有图桉的导电层(<<1微米)构成。　　

图2:各式触控面板感测器叠层示意图
　　虽然图2未按比例显示，但可以很明显的看出保护玻璃对于触控感测器叠层的厚度影响***大。然而，减少保护玻璃的厚度存在两大风险，分别是耐用性和多点触控性能。有鑑于此，康宁利用熔融溢流下拉式技术，生产出宽度大于3公尺、厚度小于人类头髮直径且厚度公差***的玻璃基板。目前，***薄的第三代Corning Gorilla Glass(GG3)产品仅有0.4毫米厚，而这种超薄玻璃与较常见且较厚的第三代Corning Gorilla Glass的热、化学、光学和物理属性完全相同。
　　此外，开发人员对这种超薄的Corning Gorilla Glass进行化学强化处理，使其达到0.8GPa以上的抗压应力和35微米以上的强化深度，同时也让消费者和原始设备***造商(OEM)看重康宁专有NDR技术和维持玻璃强度的属性。
　　Corning Gorilla Glass产品上述特性可减少刮伤，而且能够在玻璃表面受损后继续展现较高的维持强度。与0.7毫米厚的普通保护玻璃相比，这种更薄的Corning Gorilla Glass产品能够将触控感测器模组的厚度大幅减少43%，同时又不牺牲玻璃的机械可靠性。
　　表1显示测试0.4毫米厚第三代Corning Gorilla Glass抗磨损能力的不同方法。在表1中，玻璃表面被硬度计压头施加一定的负荷产生表面损伤。
　　随着负荷增加，玻璃会产生横向裂纹，此时所得的参数即玻璃损伤临界值。表1中即列出0.4毫米厚Corning Gorilla Glass和化学强化钠钙玻璃(SLG)的划痕和压痕损伤临界值。
　　虽然抗磨损能力对于Corning Gorilla Glass而言很重要，但实验证明，维持强度对于OEM和终端用户而言亦是不可或缺的。因此爱特梅尔与康宁根据美国材料试验协会(ASTM)标准C1499的第三种方法测试玻璃在受损后的维持强度，该测试使用硬度计压头或金刚砂刻意造成玻璃损伤，并依据C149标准对其施加双轴负荷，直到样本断裂为止。

　　表2整理了测试保护玻璃耐用性的指标，其中包括四点弯曲断裂模数。该表对比0.4毫米厚Corning Gorilla Glass和一些厚度更大的玻璃样本，含先前量产的玻璃产品。
　　如表2所示，0.4毫米厚第三代Corning Gorilla Glass优于厚度更大的化学强化钠钙玻璃，并与前代产品(GG2)相近，因此确认该产品的坚固耐用性。
　　除了机械强度之外，较薄的保护玻璃还存在一些电气性能问题，其中***常见的就是指尖传导效应，有时也被称为「鬼影效应」(图3)。该指尖传导效应大多发生在设备处于浮动电气状态，如用户已拔掉电源插头，将设备放在桌面上时。

　　      图3:多点触控指尖传导效应
　　如图3，使用者在萤幕上触摸两个或更多触控点时，来自一条感测器线路的讯号脉冲便会通过用户手指传送少量电荷，并将电荷存放到另一电极上，而这些额外的电荷会产生Anti-Touch效应，这种效应可视为一个较强的反向触控讯号。使用者操作时，若存在Anti-Touch效应的某区域碰巧遇到一次真实的触控操作时，这些讯号将相互抵消，讯噪比(SNR)将大幅下降;如果虚***反向触控讯号够强，将会导致触控检测失效。
　　对ITO GFF或GF2的触控面板而言，反向触控讯号的幅度会随保护玻璃变薄而不断升高，***终将导致SNR和多点触控性能大幅下降。
　　OGS单片式玻璃触控面板是以ITO做为感测材料，且与ITO GFF和其他ITO的薄膜感测器一样，易受多点触控指尖传导影响。虽然OGS***作工艺非常成熟，但它在大尺寸或曲面式面板应用时，仍会遇到提高ITO导电率或减少导电氧化物模数等许多挑战，因此OGS触控面板将仅限于对角线长度不超过13吋的平面模组设计。
　　相形之下，结合使用XSense金属网格感测器材料和Corning Gorilla Glass能够有效解决多点触控重传问题，同时又不牺牲耐用性、性能和设计灵活性。Corning Gorilla Glass较高的介电常数，外加Atmel XSense独特的感测器设计可大幅削弱指尖电荷传导导致的Anti-Touch效应。
　　上述属性结合实现此前触控面板不可能实现的SNR，此外XSense结合Corning Gorilla Glass的贴合技术，并不因工作环境温度而限制玻璃边框颜色选择，可超越碳黑色油墨的限制。由于XSense感测器的薄膜面电阻不受薄膜弯折度的影响，因此可轻鬆适用于曲率半径较小的弧形，或具有特殊曲度的玻璃表面。
　　金属网格触控感测器技术、薄膜基板、金属沉积技术，以及玻璃成分和成型技术的进步，让设计人员能够在不牺牲性能的情况下，大幅减少触控面板叠层的厚度。
　　触控模组不仅是设备与使用者的主要介面，通常还要以它为主来设计设备其馀部分。幸运的是，XSense和Corning Gorilla Glass可协助系统设计人员，满足市场对消费电子设备轻薄时尚的需求。第三代Corning Gorilla保护玻璃可兼具极高透光率和消费电子产业所要求的耐用性。
　　XSense是市场上***的单层50微米薄膜感测器，其发射端和接收端电路图桉位于该PET层的两侧，因此能够进一步减少感测器叠层的厚度。这种配置不仅大幅改善传输(TX)与接收(RX)电极的***公差，若与0.7亳米的OGS相比，XSense与较薄的玻璃结合时，能将感测器叠层的厚度减少约32%。
　　由于XSense金属网格感测器技术拥有比ITO更一致的触控性能，因此可大幅减少导致Anti-Touch讯号的杂散电荷。即便XSense金属网格感测器与很薄的上盖保护玻璃配合使用，该产品的多点触控性能也不会受到指尖传导效应太大影响。
　　康宁和爱特梅尔透过新技术，正帮助工业设计人员将行动设备的设计美学推向新层次，这些产品***终将能协助设备***造商打造更便于携带、更加美观的产品，以吸引多变的消费者。
(本文来自: 中国触摸屏网(http://www.51touch.com/) 详细出处参考：http://www.51touch.com/touchscreen/news/dynamic/201505/06-35750.html)