Touch Panel之设计原理与介绍

TouchPanel

之設計原理與介紹PrepareBy:黃俊達DATE：2007Feb.14導覽一.概述1-1.觸控面板發展過程1-2.各種不同形式觸控面板簡介1-3.觸控技術比較1-4.各種觸控面板原理簡介1-5.觸控面板種類樹狀圖1-6.電阻式觸控面板種類原理簡介1-7.電阻式觸控面板主要規格二.產品流程2-1.流程圖2-2.設計審查2-3.產品設計2-4.不良現象概述及改善原因三.Q&A一.概述觸控面板發展過程觸控面板最初是由美國，特別是對軍事用途的研究發展。他是將電腦的入力鍵盤部分與顯示器合而為一體的裝置，直接在顯示器上作入力操作以增加使用電腦的方便性及快速、直接、易操作，不需藉由鍵盤各別一個字一個字組成指令對電腦下達執行動作，而是直接在顯示器上顯示指令方塊或文字區域，以個別不同裝置的觸控筆觸控感應，下達指令。較早研究使用觸控面板的觸控方式為光學式、超音波式、電磁誘導式等。這些都是因應搭配當時最被廣泛使用的電子管(LRT)顯示器，直到1978年日本研發成功透明導電薄膜材料(ITO)後，美國再度導入使用研發用阻抗膜式的觸控面板，使用於軍事用途上。幾年後逐漸開放運用於民生用途上。而1981~1984是被最廣泛的使用。起初是使用於簡單的手指入力文字模方式為主流，應用於銀行的提款機上。而現今因液晶顯示器(LCD)的盛行，逐漸取代體積龐大且重量又重的電子管顯示器，並且與電腦合為一體發展出筆記型電腦或PDA等，為了入力方便性、快速性及輕薄且能方便攜帶。阻抗膜式的觸控面板與LCD結合一體裝置最為相稱適用，且迅速的被廣泛使用。各種不同形式觸控面板簡介

現今觸控面板的技術大致可分電阻式(FilmonGlass)、電容式、超音波式、光學(紅外線)式等。2000年全球觸控面板市佔率以電阻式最高，約佔60％以上，其次為24％的電容式觸控面板。電容式多用於10.4吋以上高單價市場，如圖書館、車站等公共場所的資訊導覽系統、銀行自動櫃員機等，優點是防水、防刮、透光度高與適用溫度範圍大等；缺點是製程步驟較多，且驅動IC與電路複雜，因此在成本及技術進展上不利應用於中小尺寸產品。全球觸控面板需求量及銷售值全球電阻式觸控面板主要生產廠商全球及台灣PDA出貨量推估台灣觸控面板需求量推估觸控技術比較電阻式電容式超音波式紅外線式防水性OKOKXX防油污性OKOKXX耐括性XOKOKOK防反光OKOKXX透光率80%98%90%90%作業系統部分相容完全相容完全相容部分相容各種觸控面板原理簡介

電阻式:

其主要組成包括一片氧化銦錫導電玻璃ITOGlass，以及一片ITOFilm導電薄膜，中間以間隔球Spacer分開，加上Tail軟式排線、控制IC組成。使用時利用壓力使上下電極導通，經由控制器測知面板電壓變化而計算出接觸點位置進行輸入。

電容式:

主要作用原理是在透明之玻璃表面鍍上一層氧化金屬，由四角提供電壓在玻璃表面形成均勻電場，一旦有導電體接觸時，在接觸處產生壓降而計算出觸控點。電容式觸控面板最大要求為要與導電體接觸，如人之手指。優點為產品較為強固，應用場所則以戶外或公共場所較為適宜。

超音波式:

工作原理是在面板周圍有音波產生器，並在邊緣有音波之反射器，當觸控到某一點時，靠波形改變計算出按觸處。音波式面板尺寸以10吋以上為主，適用在公共場所或戶外。紅外線式:

主要是在顯示器面板周圍裝置紅外燈，當有物體接觸時則會遮斷紅外燈，進而知道接觸區域，優點是顯示螢幕前完全沒有任何遮蔽物，透光度絕佳，缺點是解析度無法達到任何上述技術標準。

目前，市場上的產品以電容式和電阻抗膜式居多，並以電阻抗膜為主流。電容式的優點是透光率高，約85%，比電阻抗膜的80%為佳。但是，不能戴手套使用(間接接觸)以及造價高為其缺點。電阻抗膜式面板，占市場比重五成左右，因為其成本較低，面板薄，預測將被廣泛應用於筆記型電腦、PDA、網際網路終端及行動電話上，市場占有率可突破六成。可知，電阻抗膜式面板，將成為市場之主流。電阻式觸控面板依材料的研革有FilmtoGlass、FilmtoFilm、FilmtoPlastic三種。而電阻式觸控面板又分數位式與類比式，類比式觸控面板技術又可分為4線式、5線式、6線式與8線式等。觸控面板的技術原理是當手指或其他介質接觸到螢幕時，依據不同感應方式，偵測電壓、電流、聲波或紅外線等，以此測出觸壓點的座標位置。例如電阻式即為利用上、下電極間的電位差，計算施壓點位置；紅外線式則是當手指觸壓面板時，因遮斷部分紅外線因而檢測出觸控點所在。此次課程內容介紹將主要以電阻式中的4線類比式為主。

提供您一個簡單辨認觸控面板種類的方法假使您不確定自己所使用的觸控面板的種類，請您先用塑膠筆頭輕壓螢幕，如果螢幕有反應，再同時用兩根筆頭分別輕壓螢幕上兩點，此時游標若移動到其中一根筆頭下方，這裝置使用的就是紅外線式（軟體只記錄第一個接觸點）；假如游標移到兩根筆頭之間，面板就是電阻式（兩個接觸點皆有影響力）。又假若這個裝置對塑膠筆頭毫無反應，下一步請您用兩根手指分別輕壓螢幕上兩點，此時若游標移到其中一根手指下方，那麼這面板使用是聲波式；假使游標移到兩根手指中間，那它就是電容式的觸控螢幕。觸控面板種類樹狀圖TouchPanel電阻式電容式超音波式紅外線式數位式類比式四線式五線式六線式八線式電阻式觸控面板種類原理簡介電阻式觸控面(類比式)板動作原理控制器將觸控面板所傳出之類比訊號計算後，將所得到的相對位置經由CPU在LCD面板上的相對應位置作出適當的動作反應。

電阻式觸控面(數位式)板動作原理數位式(或稱矩陣式)觸控面板的應用時機，通常是用在控制方式單純而固定的場合。例如：工業自動控制、低階PIM產品(股票機、翻譯機、簡單型PDA)。與類比式不同的是，觸壓面板時，所得到的只是ON/OFF訊號，與類比式所強調的線性無關。所以在材質及技術的要求層次較低。在製作時分別將上、下部電極不需要的部分蝕刻掉每一直行與橫列分別拉出一條導線，使用者按下特定區塊使上下導通後，就會依據設定動作在LCD上顯示。電阻式觸控面板主要規格環境:使用範圍-5℃~+60℃/20%~90%RH儲存範圍-20℃~+70℃/10%~90%RH類型類比/數位薄膜/玻璃薄膜/薄膜尺寸1.78吋~21吋表面處理不反光式，透明式連接方式FPC連接導電膜厚175/188/254μm導電基版厚0.55mm/0.7mm1.1mm/1.8mm2.0mm/3.0mmFPC厚:25/38μm面板結構:基本特性電氣特性操作方式手觸或R0.7/R0.8的筆觸施壓範圍手觸:50g~100g；筆觸:30g~100g表面硬度2H以上工作電壓DC5V工作電流20mAMAX.電阻線性±1.5%以下接觸反射時間10msec以下絕緣抵抗20MΩ以上(DC25V)迴路電阻X:300Ω~900ΩY:200Ω~800Ω光學特性可靠性透光率：80%以上書寫耐久性10萬字以上(R0.8mm、施壓250g)手觸耐久性100萬次以上(R8、硬度60°、施壓250g)高溫高濕工作壽命60℃@90%RH/240h電氣特性及外觀無變化高溫工作壽命70℃/240h電氣特性及外觀無變化低溫儲存壽命-20℃/240h電氣特性及外觀無變化溫度衝擊-40℃(0.5H)<->80℃(0.5H)Total10cycles電氣特性及外觀無變化二.產品流程流程圖設計審查產品設計治模具FPC製作備料上部裁切(Film)下部(Glass)印刷蝕刻印刷烘烤烘烤打拔切割目檢組立熱壓目檢測試包裝環測出貨設計審查業務部門與客戶端接觸後，將客戶的需求（LCD尺寸、透光率、硬度、厚度、直線性、絕緣阻抗、迴路電阻、入力克重….等）帶回廠內並召開設計審查。與會單位及職責：業務－提出客戶的需求。設計－依需求選擇材料並分析客戶需求是否符合廠內製程。採購－廠內庫存量及是否為規格品須增購。生管－產線排程是否能符合出貨日。製造－人員調度。工程－確認所需至工具已準備完成。設計審查常見問題及注意事項客戶需求之：1.透光率2.Layout空間3.入力克重4.直線性5.厚度6.迴路電阻7.供應商交期8.出貨日期產品設計

1.線路Layout及製作網版。上部Film製程：上部：

第一道製程Anneal將Film至入Oven中，其目的是將Film的電阻值與漲縮穩定，並限制後製程中所有烘烤溫度及時間都低於Anneal溫度。(每印刷一次都需烘烤)

第二，三道U2，U4絕緣印刷其目的在於隔絕掌控上部銀電極Function之外的導電物，而兩道印刷網板完全一樣的目的是防止其中一道印刷時產生的偏移或氣泡，造成導電接觸Short。

第四道U6銀(線路)電極印刷

第五道U8絕緣印刷在於隔絕上部銀電極與下部接觸。

第六道U10絕緣印刷其功用有兩種，其一是避免印刷不良但因為下部也有一層D11，所以其主要用意是針對某些絕緣漆與黏著劑之間的相容性不佳，故增印一層相容於絕緣漆與黏著劑的漆，此道印刷並非為固定製程。最後一道U11黏著劑，其目的是結合上下部，使其固定不會分開。

下部Glass製程下部：

第一道製程MDS印刷其目的是將上下部以絕緣Spacer分開(每印刷一次都需烘烤)。

第二，三道D3及D5其功用與U2及U4絕緣印刷相同是確保絕緣功能。

第四道D9銀(線路)電極印刷。

第五道D11絕緣印刷在於隔絕下部銀電極與上部接觸。最後會與上部的U11黏著劑貼合。2.FPC設計FPC主要是TouchPanel連接至LCD3.打拔(Film及雙面膠)Punch治具將上部Film及下部Glass以刀模或切割加工程所需尺寸，雙面膠則視客戶需求將黏貼在LCD上。4.包材因產品屬性須特別注意包材須為抗壓，抗震，耐摔之包裝方式且承載之Tray盤須為抗靜電，包裝小箱須為可進入無塵室之材質。1.牛頓環:不良現象:在光的照射下於TP表面呈現彩虹紋的環狀現象。不良原因:此現象為此產業較難解決的重大不良，主要在Film表面不平整及光線折射所產生的光暈現象。改善方式:(1)加大MDS直徑，增加印刷道數使Glass與Film距離加大，降低折射。(2)Try出最佳熱壓溫度及時間的參數。(3)變更上部FilmType。防牛頓環Film其穿透率較差且顏色較暗,需視客戶接受程度。不良現象概述及其改善原因2.誤動作:不良現象:於未觸控區域產生做動。不良原因:上下部接觸(黏著劑印刷面積太小，MDS漏印)或於TP中間有導電物質。改善方式:黏著劑-部分產品會因可視區域大而侷限了可Layout範圍，造成印刷區域過小，故須於設計時考量膠的特性。漏印-MDS是以鋼板印刷其網目數較網版印刷小很多因此較易發生塞板現象,須增加洗板頻率。

異物侵入-此情形較少發