Touch Panel之設(shè)計(jì)原理與介紹

TouchPanel

之設(shè)計(jì)原理與介紹PrepareBy:黃俊達(dá)DATE：2007Feb.14導(dǎo)覽一.概述1-1.觸控面板發(fā)展過程1-2.各種不同形式觸控面板簡(jiǎn)介1-3.觸控技術(shù)比較1-4.各種觸控面板原理簡(jiǎn)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(jiǎn)介1-7.電阻式觸控面板主要規(guī)格二.產(chǎn)品流程2-1.流程圖2-2.設(shè)計(jì)審查2-3.產(chǎn)品設(shè)計(jì)2-4.不良現(xiàn)象概述及改善原因三.Q&A一.概述觸控面板發(fā)展過程觸控面板最初是由美國，特別是對(duì)軍事用途的研究發(fā)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(gè)字一個(gè)字組成指令對(duì)電腦下達(dá)執(zhí)行動(dòng)作，而是直接在顯示器上顯示指令方塊或文字區(qū)域，以個(gè)別不同裝置的觸控筆觸控感應(yīng)，下達(dá)指令。較早研究使用觸控面板的觸控方式為光學(xué)式、超音波式、電磁誘導(dǎo)式等。這些都是因應(yīng)搭配當(dāng)時(shí)最被廣泛使用的電子管(LRT)顯示器，直到1978年日本研發(fā)成功透明導(dǎo)電薄膜材料(ITO)後，美國再度導(dǎo)入使用研發(fā)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(yùn)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(jiǎn)單的手指入力文字模方式為主流，應(yīng)用於銀行的提款機(jī)上。而現(xiàn)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(fā)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(jié)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(jiǎn)介

現(xiàn)今觸控面板的技術(shù)大致可分電阻式(FilmonGlass)、電容式、超音波式、光學(xué)(紅外線)式等。2000年全球觸控面板市佔(zhàn)率以電阻式最高，約佔(zhàn)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(jià)市場(chǎng)，如圖書館、車站等公共場(chǎng)所的資訊導(dǎo)覽系統(tǒng)、銀行自動(dòng)櫃員機(jī)等，優(yōu)點(diǎn)是防水、防刮、透光度高與適用溫度範(fàn)圍大等；缺點(diǎn)是製程步驟較多，且驅(qū)動(dòng)IC與電路複雜，因此在成本及技術(shù)進(jìn)展上不利應(yīng)用於中小尺寸產(chǎn)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(chǎn)廠商全球及臺(tái)灣PDA出貨量推估臺(tái)灣觸控面板需求量推估觸控技術(shù)比較電阻式電容式超音波式紅外線式防水性O(shè)KOKXX防油污性O(shè)KOKXX耐括性XOKOKOK防反光OKOKXX透光率80%98%90%90%作業(yè)系統(tǒng)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(jiǎn)介

電阻式:

其主要組成包括一片氧化銦錫導(dǎo)電玻璃ITOGlass，以及一片ITOFilm導(dǎo)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(shí)利用壓力使上下電極導(dǎo)通，經(jīng)由控制器測(cè)知面板電壓變化而計(jì)算出接觸點(diǎn)位置進(jìn)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(chǎng)，一旦有導(dǎo)電體接觸時(shí)，在接觸處產(chǎn)生壓降而計(jì)算出觸控點(diǎn)。電容式觸控面板最大要求為要與導(dǎo)電體接觸，如人之手指。優(yōu)點(diǎn)為產(chǎn)品較為強(qiáng)固，應(yīng)用場(chǎng)所則以戶外或公共場(chǎng)所較為適宜。

超音波式:

工作原理是在面板周圍有音波產(chǎn)生器，並在邊緣有音波之反射器，當(dāng)觸控到某一點(diǎn)時(shí)，靠波形改變計(jì)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(chǎng)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(dāng)有物體接觸時(shí)則會(huì)遮斷紅外燈，進(jìn)而知道接觸區(qū)域，優(yōu)點(diǎn)是顯示螢?zāi)磺巴耆珱]有任何遮蔽物，透光度絕佳，缺點(diǎn)是解析度無法達(dá)到任何上述技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

目前，市場(chǎng)上的產(chǎn)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(yōu)點(diǎn)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(jià)高為其缺點(diǎn)。電阻抗膜式面板，占市場(chǎng)比重五成左右，因?yàn)槠涑杀据^低，面板薄，預(yù)測(cè)將被廣泛應(yīng)用於筆記型電腦、PDA、網(wǎng)際網(wǎng)路終端及行動(dòng)電話上，市場(chǎng)占有率可突破六成。可知，電阻抗膜式面板，將成為市場(chǎng)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?jǐn)?shù)位式與類比式，類比式觸控面板技術(shù)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(shù)原理是當(dāng)手指或其他介質(zhì)接觸到螢?zāi)粫r(shí)，依據(jù)不同感應(yīng)方式，偵測(cè)電壓、電流、聲波或紅外線等，以此測(cè)出觸壓點(diǎn)的座標(biāo)位置。例如電阻式即為利用上、下電極間的電位差，計(jì)算施壓點(diǎn)位置；紅外線式則是當(dāng)手指觸壓面板時(shí)，因遮斷部分紅外線因而檢測(cè)出觸控點(diǎn)所在。此次課程內(nèi)容介紹將主要以電阻式中的4線類比式為主。

提供您一個(gè)簡(jiǎn)單辨認(rèn)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(qǐng)您先用塑膠筆頭輕壓螢?zāi)?，如果螢?zāi)挥蟹磻?yīng)，再同時(shí)用兩根筆頭分別輕壓螢?zāi)簧蟽牲c(diǎn)，此時(shí)游標(biāo)若移動(dòng)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(gè)接觸點(diǎn)）；假如游標(biāo)移到兩根筆頭之間，面板就是電阻式（兩個(gè)接觸點(diǎn)皆有影響力）。又假若這個(gè)裝置對(duì)塑膠筆頭毫無反應(yīng)，下一步請(qǐng)您用兩根手指分別輕壓螢?zāi)簧蟽牲c(diǎn)，此時(shí)若游標(biāo)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(biāo)移到兩根手指中間，那它就是電容式的觸控螢?zāi)?。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(shù)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(jiǎn)介電阻式觸控面(類比式)板動(dòng)作原理控制器將觸控面板所傳出之類比訊號(hào)計(jì)算後，將所得到的相對(duì)位置經(jīng)由CPU在LCD面板上的相對(duì)應(yīng)位置作出適當(dāng)?shù)膭?dòng)作反應(yīng)。

電阻式觸控面(數(shù)位式)板動(dòng)作原理數(shù)位式(或稱矩陣式)觸控面板的應(yīng)用時(shí)機(jī)，通常是用在控制方式單純而固定的場(chǎng)合。例如：工業(yè)自動(dòng)控制、低階PIM產(chǎn)品(股票機(jī)、翻譯機(jī)、簡(jiǎn)單型PDA)。與類比式不同的是，觸壓面板時(shí)，所得到的只是ON/OFF訊號(hào)，與類比式所強(qiáng)調(diào)的線性無關(guān)。所以在材質(zhì)及技術(shù)的要求層次較低。在製作時(shí)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(dǎo)線，使用者按下特定區(qū)塊使上下導(dǎo)通後，就會(huì)依據(jù)設(shè)定動(dòng)作在LCD上顯示。電阻式觸控面板主要規(guī)格環(huán)境:使用範(fàn)圍-5℃~+60℃/20%~90%RH儲(chǔ)存範(fàn)圍-20℃~+70℃/10%~90%RH類型類比/數(shù)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(dǎo)電膜厚175/188/254μm導(dǎo)電基版厚0.55mm/0.7mm1.1mm/1.8mm2.0mm/3.0mmFPC厚:25/38μm面板結(jié)構(gòu):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(fàn)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(shí)間10msec以下絕緣抵抗20MΩ以上(DC25V)迴路電阻X:300Ω~900ΩY:200Ω~800Ω光學(xué)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(chǔ)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(chǎn)品流程流程圖設(shè)計(jì)審查產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(cè)試包裝環(huán)測(cè)出貨設(shè)計(jì)審查業(yè)務(wù)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(nèi)並召開設(shè)計(jì)審查。與會(huì)單位及職責(zé)：業(yè)務(wù)－提出客戶的需求。設(shè)計(jì)－依需求選擇材料並分析客戶需求是否符合廠內(nèi)製程。採購－廠內(nèi)庫存量及是否為規(guī)格品須增購。生管－產(chǎn)線排程是否能符合出貨日。製造－人員調(diào)度。工程－確認(rèn)所需至工具已準(zhǔn)備完成。設(shè)計(jì)審查常見問題及注意事項(xiàng)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(yīng)商交期8.出貨日期產(chǎn)品設(shè)計(jì)

1.線路Layout及製作網(wǎng)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(wěn)定，並限制後製程中所有烘烤溫度及時(shí)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(dǎo)電物，而兩道印刷網(wǎng)板完全一樣的目的是防止其中一道印刷時(shí)產(chǎn)生的偏移或氣泡，造成導(dǎo)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?yàn)橄虏恳灿幸粚覦11，所以其主要用意是針對(duì)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(jié)合上下部，使其固定不會(huì)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(huì)與上部的U11黏著劑貼合。2.FPC設(shè)計(jì)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(chǎn)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(jìn)入無塵室之材質(zhì)。1.牛頓環(huán):不良現(xiàn)象:在光的照射下於TP表面呈現(xiàn)彩虹紋的環(huán)狀現(xiàn)象。不良原因:此現(xiàn)象為此產(chǎn)業(yè)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(chǎn)生的光暈現(xiàn)象。改善方式:(1)加大MDS直徑，增加印刷道數(shù)使Glass與Film距離加大，降低折射。(2)Try出最佳熱壓溫度及時(shí)間的參數(shù)。(3)變更上部FilmType。防牛頓環(huán)Film其穿透率較差且顏色較暗,需視客戶接受程度。不良現(xiàn)象概述及其改善原因2.誤動(dòng)作:不良現(xiàn)象:於未觸控區(qū)域產(chǎn)生做動(dòng)。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(dǎo)電物質(zhì)。改善方式:黏著劑-部分產(chǎn)品會(huì)因可視區(qū)域大而侷限了可Layout範(fàn)圍，造成印刷區(qū)域過小，故須於設(shè)計(jì)時(shí)考量膠的特性。漏印-MDS是以鋼板印刷其網(wǎng)目數(shù)較網(wǎng)版印刷小很多因此較易發(fā)生塞板現(xiàn)象,須增加洗板頻率。

異物侵入-此情形較少發(fā)