外掛式觸摸屏在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

　　摘要：本文所述的外掛式觸摸屏，業(yè)內(nèi)也稱OUT-CELL觸摸屏，與內(nèi)嵌式觸摸屏(也稱ON-CELL或IN-CELL觸摸屏)采用和顯示屏整合的觸控技術(shù)不同，這種外掛式觸控技術(shù)，采用和顯示屏完全獨(dú)立的觸控面板實(shí)現(xiàn)觸摸功能。在車載，筆記本電腦，教育教學(xué)，智能會議，桌面娛樂，智慧城市等涉及到電子產(chǎn)品領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。本文主要介紹了外掛式觸摸屏的類型及特點(diǎn)，對其在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提出相應(yīng)的意見和建議，以便有關(guān)人士參考。

　　關(guān)鍵詞： 外掛式觸摸屏， OGS ，GFF，metal mesh，納米銀

　　隨著現(xiàn)代智能科技技術(shù)的發(fā)展，智能化電子產(chǎn)品已經(jīng)深入到人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妫貏e是隨著人們生活水平的日益提高，對所使用的電子產(chǎn)品不僅關(guān)注其各項(xiàng)應(yīng)用功能，對其外觀設(shè)計(jì)、輸入便捷性、安全可靠性等各方面要求也越來越高。因此，各類外掛式觸摸屏應(yīng)運(yùn)而生。而在不同的電子產(chǎn)品使用場景中，外掛式觸摸屏的選擇依據(jù)也不相同。

　　1、從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，外掛式觸摸屏的類型及特點(diǎn)

　　1.1 G+G觸摸屏(Glass-Glass，蓋板玻璃+觸控傳感器玻璃)

　　G+G觸摸屏，是由一片保護(hù)蓋板玻璃和一片觸控傳感器玻璃，通過光學(xué)貼合膠組合在一起制成的觸摸屏，其特點(diǎn)是觸控性能穩(wěn)定可靠，抗干擾、抗沖擊、抗跌落性能好。一般損壞后，只需要替換外表面的保護(hù)蓋板玻璃即可，觸控功能不受影響，易于維修更換。這種觸摸屏結(jié)構(gòu)是最早期的多點(diǎn)電容式觸摸屏，也是全球領(lǐng)先的蘋果iPhone手機(jī)最先采用的觸控技術(shù)，曾經(jīng)風(fēng)靡一時(shí)。G+G觸摸屏的缺點(diǎn)是兩片玻璃的結(jié)構(gòu)相對較重，使其在手持式電子產(chǎn)品中的輕薄化沒有優(yōu)勢。

　　1.2 OGS觸摸屏(One Glass Solution，一體化觸控)

　　OGS觸摸屏，是將觸控線路制作在觸摸屏的保護(hù)蓋板的內(nèi)側(cè)(非人手觸摸的一側(cè))，在一片玻璃上實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能和觸控功能的觸摸屏產(chǎn)品。由于這種觸摸屏結(jié)構(gòu)與G+G觸摸屏相比，少了一片玻璃，其顯著的特點(diǎn)是輕薄化、高透過率及高靈敏度，其次節(jié)省了一層玻璃成本和一次貼合成本獲得一定成本優(yōu)勢，也正是因?yàn)檫@些突出優(yōu)勢，使得OGS在問世之初，部分智能手機(jī)嘗試選擇了這種觸摸屏技術(shù)。但也正是由于最外面的玻璃既是保護(hù)蓋板又是觸摸屏，這種觸摸屏抗跌落性能較差，一但手機(jī)表面的玻璃破損，也將喪失觸摸功能，維修性較差。因此，OGS并沒有在智能手機(jī)上大規(guī)模應(yīng)用，轉(zhuǎn)而尋找其它適合的應(yīng)用場景。比如，汽車中控，觸控筆記本電腦，智能家居等領(lǐng)域。

　　1.3 G+F/G+FF觸摸屏(Glass-Film/Glass-Film-Film，蓋板玻璃+觸控傳感器薄膜)

　　G+F/G+FF觸摸屏，是由一片保護(hù)蓋板玻璃和一片或兩片觸控傳感器薄膜，通過光學(xué)貼合膠組合在一起制成的觸摸屏。與G+G觸摸屏相比，其特點(diǎn)是用薄膜(業(yè)內(nèi)以PET光學(xué)薄膜為主)替代玻璃作為觸控傳感器的載體，整個(gè)觸摸屏厚度更薄，重量減輕，且薄膜本身為柔性材料，比玻璃更加耐摔耐跌落。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，G+F/G+FF這類結(jié)構(gòu)在智能手機(jī)上有過大規(guī)模應(yīng)用。缺點(diǎn)是本身光學(xué)薄膜較玻璃基板的透過率低，整個(gè)觸摸屏的通透性較差，但可以通過改善膜材透過率和鍍上增透層一定程度上進(jìn)行彌補(bǔ)。

　　2、從觸控sensor使用材料來看，外掛式觸摸屏的類型及加工特點(diǎn)

　　2.1 ITO作為導(dǎo)電材料 ( Indium Tin Oxide氧化銦錫)

　　ITO是一種N型的氧化物半導(dǎo)體材料，透光性和導(dǎo)電性，化學(xué)穩(wěn)定性都非常優(yōu)秀，常用于透明導(dǎo)電電極材料，在顯示，觸控，光電池等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。不論是電容觸控sensor感應(yīng)層還是更早的電阻式觸摸屏都常用ITO作為電極材料。G+G，OGS， GF/GFF結(jié)構(gòu)都可以用到并且已經(jīng)發(fā)展成熟，但I(xiàn)TO導(dǎo)電率不及金屬，限制了其在大尺寸方向的應(yīng)用;同時(shí)，ITO本身為脆性材料，耐彎折和耐卷曲性能差。

　　2.2 metal-mesh作為導(dǎo)電材料 (金屬網(wǎng)格)

　　金屬導(dǎo)電性能好，但本身是不透明的，如果做的足夠細(xì)就基本上不易被肉眼觀察到，因此開發(fā)出一種網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的金屬走線替代ITO實(shí)現(xiàn)觸控感應(yīng)， 線寬越小視覺上越接近透明，通常在5微米甚至更小。金屬材料一般選擇良導(dǎo)體如Cu，Ag等，但是因?yàn)榻饘俨牧媳旧磉€容易被氧化，還需要鍍上一層保護(hù)層金屬，如Ti， Mo，Ni等以及相關(guān)合金以提高抗氧化腐蝕耐性。由于Metal mesh的網(wǎng)格線目前主要采取黃光工藝蝕刻法制作，對加工設(shè)備精度要求非常高，但即使做到5微米這樣細(xì)的線寬近距離觀察還是比較容易看到莫爾干涉紋和網(wǎng)格印。

　　2.3 Nano-silver作為導(dǎo)電材料(納米銀)

　　納米銀早期主要用于醫(yī)療抗菌等領(lǐng)域，后來擴(kuò)寬到印刷電路，相比ITO優(yōu)點(diǎn)是同樣的透過率條件下電阻更低，可適用于84寸以上的超大尺寸觸控領(lǐng)域;同時(shí)，其耐彎折和卷曲性能明顯要好，可以通過精密涂布方式大批量生產(chǎn)柔性的觸控材料，未來在柔性觸控電子產(chǎn)品領(lǐng)域發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

　　3、外掛式觸摸屏在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用策略分析

　　3.1 根據(jù)電子產(chǎn)品使用場景合理選擇外掛式觸摸屏方案

　　手持式的移動產(chǎn)品比如智能手機(jī)，需要考慮抗跌落，靈敏度高，抗電磁干擾等性能，除了廣泛采用內(nèi)嵌式觸控技術(shù)外，一些采用外掛式觸控技術(shù)的智能手機(jī)，目前也基本不采用OGS觸摸屏，而是考慮G+F，G+FF等ITO工藝。在中尺寸的工控醫(yī)療，觸控筆記本電腦，智能家居等領(lǐng)域，理論上可以用OGS，G+F， G+G所有結(jié)構(gòu)的觸摸屏類型;教育教學(xué)，智慧城市，智能會議系統(tǒng)等超大尺寸的應(yīng)用領(lǐng)域，觸摸屏一般在84寸，甚至100寸以上，一般選擇導(dǎo)電性相對更好的Metal mesh和納米銀工藝。

　　3.2根據(jù)電子產(chǎn)品本身使用功能定位合理選擇外掛式觸摸屏方案

　　從使用功能出發(fā)設(shè)計(jì)主要包括厚薄，觸控靈敏度，透光性，抗跌落可靠性，易維修等方面考慮。比如汽車中控，主要考慮觸控靈敏度和安全性能，可使用OGS，G+G觸控結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)ITO工藝。比如可穿戴類的電子手表，手環(huán)等，主要考慮輕薄性、便攜性，可使用GF結(jié)構(gòu)的納米銀工藝。比如未來可能普及的折疊屏智能手機(jī)，傳統(tǒng)ITO工藝不適用，Metal mesh和納米銀工藝都具備規(guī)模化應(yīng)用的潛力。

　　結(jié)束語：

　　外掛式觸摸屏是觸摸屏最早的形式，涵蓋從小尺寸到大尺寸觸控產(chǎn)品，其觸控性能穩(wěn)定，制造工藝成熟，抗電磁干擾性能好，在特定的電子產(chǎn)品應(yīng)用場景中依然占據(jù)相當(dāng)市場份額。特別是在大尺寸和超大尺寸觸控領(lǐng)域，目前incell和oncell觸控技術(shù)仍然在成本上無法趕超外掛式觸摸屏，所以外掛式觸摸屏仍然可以有持續(xù)發(fā)展空間。

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