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一場革命正悄然發生于投射式電容觸屏市場。隨著行業的飛速發展，更薄、性能更高、更具可靠性且成本更低的觸屏正在被生產出來。這些發展背后的推動因素是，素來被選為手機及平板觸屏材料的 ITO 具有局限性，且正在被替代材料所取代。 ITO 從未被廣泛應用于大型 AV 屏與kiosk 一體機中，但一些開發中的技術即將取代它。

使用者應對其所選觸屏提供的基礎材料有一個徹底的了解，因為這些材料會引起外觀以及最重要的行業性能等方面的重大差異。在一種應用中行之有效的技術可能會在另一種應用中受到嚴重限制。本文旨在通過介紹六種主要的替代材料、分析它們各自的優、缺點，幫助定制者做出知情選擇。筆者將首先介紹為何 ITO 已在某些應用中停用，然后將分析替代材料。

為何放棄 ITO？

投影式電容觸摸技術的關鍵驅動力之一在于將觸屏集成到LCD面板本身（“in cell” 技術），無需使用單獨的觸摸屏（離散觸摸屏）。做到這一點后，就可以生產出更容易集成、更薄、更輕的觸摸式設備。還能減小 LCD 與用戶之間的距離和層數，從而提升光學性能與亮度。

然而，由于 “in cell” 觸屏的制造方法尚在發展與改進中，它們還未被廣泛應用于行業內。因此，采用 ITO 導體的離散投影式觸摸屏仍為主流技術，至少在智能手機、平板和智能可穿戴設備等小型手持式消費類電子設備中仍是如此。但是，當顯示屏尺寸超過約 20  英寸時， ITO 的缺點就會被顯現出來，因為它相對較高的電阻會影響性能，而且不適合應用于某些用途。

哪些導電材料適用于尺寸更大的觸屏呢？目前有三種最前沿的主要材料技術：銅微線 (Copper Micro Wires) 、銀金屬網格 (Silver Metal Mesh) 和銀納米線 (Silver Nanowires) ，除此之外，還有另外三種技術：碳納米管 (Carbon Nanobuds) 、導電聚合物 (Conductive Polymers) 和石墨烯(Graphene) 。它們都處于開發初期并可能在未來幾年面市。本文將探討前五種材料技術的四個主要參數：經濟性、電阻、可見度和可用性；還會探討處于開發初期且尚未上市的石墨烯。

經濟性

考慮觸屏成本的關鍵問題包括初始的模具加工成本以及持續的材料要求等。無需開光罩、可直接寫入基板材料的技術，基本無需加工，并能以更低的成本進行小批量生產。如需用到開光罩或其他加工，那么這限制了靈活、小批量地生產不同尺寸觸摸屏的能力，但卻有可能減少標準尺寸的大批量生產。

在加工方面，銅微線的延展性頗具優勢。其電極可直接寫入基板，無需激光、開光罩/化學物質/蝕刻或加工。可通過激光燒蝕對銀納米線進行一定程度的定制，但之后需要額外的處理以將邊界處的導體連接至控制器。通過網版印刷應用導電聚合物也相對簡單，但必須在絲網印刷階段或在蝕刻、激光處理之后再作制作圖樣 (Pattern) 。

相比之下，銀金屬網格材料是在源頭制作圖樣，因此須提前指定傳感器尺寸。這會為每款傳感器設計帶來 1萬到 2 萬美元的加工費用，具體取決于屏幕尺寸。碳納米管的沉積過程較為復雜，需使用納米管反應器 (NanoBud Reactor) ，然后再使用激光制圖過程來制作電極。

影響制造成本的另一個關鍵因素在于所需層數。銅微線可以進行絕緣處理，從而在單層中形成x 、 y 電極。封裝絕緣還能防止材料氧化；若是暴露于高溫、高濕度的場地，這會大大降低觸屏性能。銀納米線、金屬網格和導電聚合物傳感器的構造通常需要兩層或更多層來絕緣 (x 和 y) 導體，從而在單層設計上增加材料含量。碳納米管也是一種兩層技術。此外，還需格外留意以防止水分進入材料，這可能會導致上述氧化問題和觸屏故障。

電阻值

電阻值是觸摸屏決定觸摸靈敏度或“信噪比” (SNR) 的關鍵因素。較高的電阻材料會限制流過導體的電流量，因而更加難以正確地找出由顯示屏、電源或其他周邊電子器件的周圍環境干擾(EMI) 所造成的觸摸事件。這種電阻材料顯然更容易為大尺寸觸屏帶來問題，尤其是涉及多點觸控、防誤觸和近感探測(在手指真正接觸屏幕時識別觸控)等功能時。

如上所述，由于相對較高的電阻值，每平方約 100 Ω ，ITO 通常僅用于小尺寸觸屏；因此，使用這種材料的大多數觸摸屏都小于約 22”，若超出此尺寸將受到明顯的性能限制。 銀納米線的電阻值低于 ITO (每平方 PET 薄膜基材約 30-50 Ω) 。因此，使用此技術的投影式電容觸控傳感器可生產到大約 42” （超過該尺寸仍將限制觸控性能）。 銀金屬網格的電阻值更低，每平方約為  15 Ω至 30 Ω ，可用于尺寸最大約為 65” 的觸摸屏。 銅微線的電阻值最低，每平方約 5 Ω 或更低，可用于制造尺寸遠大于 100” 的巨大觸摸屏。此外，極低的電阻值能帶來最佳的信噪比，使觸屏能通過非常厚的覆蓋玻璃，甚至手套檢測觸摸，且無須在高電壓下驅動電子裝置或使用多個連接控制器來平鋪屏幕（替代材料使用這兩種巧妙方法來實現大尺寸觸屏）。

22” 金屬網格與多點觸控設計相重疊，以供比較

可見度

所有離散面板投影式電容觸控技術皆涉及在用戶與屏幕之間引入一些材料元件，這會產生一定的光學差異，但對圖像的影響不大。 通過銅微線技術產生的 10um 導體網格是可見的，尤其是當顯示器關閉時。這代表著優秀的透光性，并在任何抗反射處理前處于 90% 的范圍內。相反，銀納米線和銀金屬網格技術能產生可見度略低的導電軌道（ 5-10um 范圍內的金屬網格），但納米線和導電聚合物涂層會在整個屏幕上產生輕微偏色或霧度，以及約為 85% 的透光率。

22” Zytronic 多點觸摸 10um 線設計

可用性和壽命

銅微線觸控傳感器已由少數專業制造商生產近 20 年，是一項適用于大尺寸觸摸屏以及最嚴苛環境的成熟技術。在過去幾年中，基于銀金屬網格和納米線的觸控技術已迅速成為主流，許多制造商已安裝必要的印刷及激光制圖設備。這兩種技術在觸屏行業相對新奇，意味著它們的長期可靠性尚未得以證實——尤其是暴露于戶外應用等嚴苛的溫度及濕度時，其電阻值（和觸控性能）的變化尚未得到驗證。

22” 金屬網格 4um 設計

石墨烯

一種可能會改變游戲規則的新觸屏技術即將以石墨烯的形式到來。自 2004  年石墨烯首次被發現于曼徹斯特大學之后，業界陸續有關于其強度、透明性和導電性的可喜成果發布，但相關開發仍處于初級階段。 石墨烯沉積為原子厚度的碳層，將相似的低電阻結合到銅微線，具有“不可見”導體的電位。不過，雖然石墨烯有潛力成為投影式電容觸摸屏的適用材料，但這種激動人心的新技術還適合許多其他用途，例如水質凈化、電池和太陽能電池等，而且大多數開發商目前仍側重于這些方面，在開發路線圖上很少將其用于觸摸屏。

宏觀遠景

總之，投影式電容觸屏并不具備“完美的”導電材料，工程師應不斷尋找兼顧性能、光學、耐用性、可擴展性和可靠性的最佳組合，以適應觸屏應用。 手機及平板電腦觸摸屏在全球市場占有的份額已令商業 AV 屏市場望塵莫及——一條參考信息是， Touch Display Research Inc.  公司估計， ITO 替代市場將于 2023 年前達到 130 億美元。因此，新型觸屏材料的開發將不可避免地專注于這一巨大市場，但相關投資勢必會給商業與工業市場帶來諸多好處。