自2011年以來，智慧手機和平板電腦的平均設備厚度每年約減少20%。雖然行動設備的實際尺寸和形狀各異，但輕、薄、時尚依然是其設計要旨。

　　半導體、電子封裝、記憶體容量、射頻(RF)通訊元件和顯示模組的技術進步，讓工業(yè)設計人員能大幅提高行動設備的功能密度。顯然地，結構材料的選擇，對于減少設備的厚度和重量至關重要，如今設計人員已將電池、液晶顯示模組(LCDM)和觸控面板模組(TPM)視為減少設備厚度和重量的關鍵。

　　目前設計人員正在利用鋰離子電池較高的能量密度，于不犧牲電池續(xù)航時間的前提下，輕鬆減少電池厚度;此外更薄的薄膜電晶體(TFT)玻璃基板也幫助減少現(xiàn)代液晶顯示模組的厚度。

　　有趣的是，觸控面板模組也能幫助工業(yè)設計人員減少玻璃基板的厚度。但是，人們對于更薄的保護玻璃基板耐用性，以及其與氧化銦錫(Indium Tin Oxide, ITO)或其他金屬氧化物等透光導體所製成的電容觸控感測器仍有疑慮。

　　而今，愛特梅爾(Atmel)新穎的軟性觸控電路設計及工藝，與康寧超薄化學強化玻璃技術的結合，能夠有效消除大眾對于新型超薄觸控面板模組的電氣/機械功能的擔憂。

　　本文將分別描述Atmel XSense薄膜式電容觸控感測器和0.4毫米厚Corning Gorilla Glass的主要產(chǎn)品屬性，以及上述產(chǎn)品對減少觸控式螢幕厚度與重量的影響。

　　現(xiàn)今觸控面板方桉面臨窄邊框設計挑戰(zhàn)

　　觸控式螢幕的外型尺寸在一定程度上是由觸控面板決定，因為電容觸控感測器的訊號走線占據(jù)大部分邊緣。當今電容觸控感測器所採用的主流技術之所以是ITO，原因是其透光率高。

　　但是，ITO有一個很大的缺點，其薄膜電阻很高，每單位面積電阻介于50?340歐姆(Ω)之間;也就是說，觸控感測器陣列中的電極擁有較高電阻，因此必須使用額外的感測訊號走線，才能確保達到令人滿意的性能。

　　雖然觸控模組上的保護玻璃主要用于提供實體使用者介面，不過同時也肩負隱藏這些寬感測訊號線的任務。例如，圖1中10.1吋平板電腦的顯示玻璃，其中近三分之一的保護玻璃表面被邊框區(qū)域占據(jù)。因此，系統(tǒng)設計人員必須放寬機構設計，才能容納更大的保護玻璃，即使設備并不需要這些多馀的空間。然而這些多馀的空間將增加設備的重量和成本，且未能帶給終端用戶任何效益。

　　圖1:ITO雙邊訊號走線示意圖

　　但如果開發(fā)人員能將10.1吋平板電腦各側的邊緣減少1公分，觸控表面的利用率就能從67%提高到80%以上。

　　同時，在玻璃厚度相同的情況下，觸控感測器重量也能減少近20%(假設玻璃厚度相同)，而且機構的尺寸和重量也將相應減少。

　　除了雙邊走線外，GFF感測器的訊號走線還採用網(wǎng)版印刷印製，間距通常限制在100微米(μm)，定位公差為300微米。

　　用于製作ITO薄膜感測器的網(wǎng)版印刷會形成較寬的走線和接續(xù)導線，加上需要雙邊走線設計及電極，這些因素將大大增加感測器邊緣寬度。

　　因此，在最常用的觸控感測器中，GFF ITO感測器的邊緣通常最寬。OGS製程由于具有規(guī)模經(jīng)濟優(yōu)勢，被業(yè)界視為製造價格適中的高性能觸控面板解決方桉。儘管如此，新興的上蓋保護玻璃設計元素和技術在易製造性和電氣設計領域仍對OGS電路構成挑戰(zhàn)。

　　值得注意的是，雖然OGS在玻璃基板上能支援細線路走線和窄間距，但這種電路依賴雙邊走線、較寬的接續(xù)導線和保護玻璃成型公差;即便走線間距可能更窄，但這些設計項目仍增加了OGS的邊緣總寬度。

　　此外，OGS製程可能會限制觸控面板邊緣的顏色選擇，乃因有機油墨在ITO濺鍍製程時會暴露于高溫之下，使顏色產(chǎn)生變化，所以OGS必須採用標準型的黑色油墨。

　　新型XSense電容觸控感測器則沒有上述限制，用戶採用XSense電容觸控感測器和Corning Gorilla超薄抗刮玻璃製作的觸控模組，可享有極佳的電氣性能和窄邊框特點，同時也擁有極高的機械設計靈活性，包括彩色邊框的選擇和曲面觸控面板設計。

　　滿足大螢幕/小尺寸需求　金屬網(wǎng)格觸控技術崛起

　　為了滿足市場對窄邊框觸控感測器的需求，市場上出現(xiàn)一些新技術，它們擁有較低的薄膜電阻和很小的定位公差，可減少邊緣處的感測器走線空間。新型XSense電容觸控感測器即具備上述特點。

　　XSense是一個銅製金屬網(wǎng)格，其薄膜面電阻小于10歐姆(Ω/sq)，遠遠小于其他觸控感測器材料，而較低的薄膜面電阻即使在較大的觸控感測器上也能支援單邊走線。因此與ITO相比，XSense可將所需走線數(shù)量減少一半，從而大幅縮減走線所占據(jù)的空間。

　　此外，XSense的走線間距要比一般ITO銀線窄30%，目前的間距為70微米(30微米的走線，40微米的間隙)，很快將會發(fā)展到40微米。

　　XSense的目標應用是窄邊框的工業(yè)設計，期能在LCD顯示區(qū)域和保護玻璃邊緣之間實現(xiàn)小于5毫米的邊框寬度，有了這樣的窄邊框設計，設計人員就能將更大的顯示器放入更小的機構中，以便最大程度利用螢幕顯示區(qū)域，并將周邊系統(tǒng)的尺寸/重量降至最低。

　　XSense細線路製作採用光刻式的沉積技術，走線與電極的製作同時進行，并能達到30微米寬的接續(xù)電極及更小的走線間距。憑藉更精準的製造技術和更好的電氣特性，XSense金屬網(wǎng)格觸控感測器技術有助于打造螢幕更大、尺寸更小的產(chǎn)品設計，同時又不犧牲觸控性能。

　　新型保護玻璃突破厚度/抗磨損性能瓶頸

　　觸控感測器疊層(圖2)由保護玻璃、50 ?100微米的聚合物薄膜、光學膠(OCA)(~25微米)和一個有圖桉的導電層(<<1微米)構成。

　　圖2:各式觸控面板感測器疊層示意圖

　　雖然圖2未按比例顯示，但可以很明顯的看出保護玻璃對于觸控感測器疊層的厚度影響最大。然而，減少保護玻璃的厚度存在兩大風險，分別是耐用性和多點觸控性能。有鑑于此，康寧利用熔融溢流下拉式技術，生產(chǎn)出寬度大于3公尺、厚度小于人類頭髮直徑且厚度公差極小的玻璃基板。目前，最薄的第三代Corning Gorilla Glass(GG3)產(chǎn)品僅有0.4毫米厚，而這種超薄玻璃與較常見且較厚的第三代Corning Gorilla Glass的熱、化學、光學和物理屬性完全相同。

　　此外，開發(fā)人員對這種超薄的Corning Gorilla Glass進行化學強化處理，使其達到0.8GPa以上的抗壓應力和35微米以上的強化深度，同時也讓消費者和原始設備製造商(OEM)看重康寧專有NDR技術和維持玻璃強度的屬性。

　　Corning Gorilla Glass產(chǎn)品上述特性可減少刮傷，而且能夠在玻璃表面受損后繼續(xù)展現(xiàn)較高的維持強度。與0.7毫米厚的普通保護玻璃相比，這種更薄的Corning Gorilla Glass產(chǎn)品能夠將觸控感測器模組的厚度大幅減少43%，同時又不犧牲玻璃的機械可靠性。

　　表1顯示測試0.4毫米厚第三代Corning Gorilla Glass抗磨損能力的不同方法。在表1中，玻璃表面被硬度計壓頭施加一定的負荷產(chǎn)生表面損傷。

　　隨著負荷增加，玻璃會產(chǎn)生橫向裂紋，此時所得的參數(shù)即玻璃損傷臨界值。表1中即列出0.4毫米厚Corning Gorilla Glass和化學強化鈉鈣玻璃(SLG)的劃痕和壓痕損傷臨界值。

　　雖然抗磨損能力對于Corning Gorilla Glass而言很重要，但實驗證明，維持強度對于OEM和終端用戶而言亦是不可或缺的。因此愛特梅爾與康寧根據(jù)美國材料試驗協(xié)會(ASTM)標準C1499的第三種方法測試玻璃在受損后的維持強度，該測試使用硬度計壓頭或金剛砂刻意造成玻璃損傷，并依據(jù)C149標準對其施加雙軸負荷，直到樣本斷裂為止。

　　表2整理了測試保護玻璃耐用性的指標，其中包括四點彎曲斷裂模數(shù)。該表對比0.4毫米厚Corning Gorilla Glass和一些厚度更大的玻璃樣本，含先前量產(chǎn)的玻璃產(chǎn)品。

　　如表2所示，0.4毫米厚第三代Corning Gorilla Glass優(yōu)于厚度更大的化學強化鈉鈣玻璃，并與前代產(chǎn)品(GG2)相近，因此確認該產(chǎn)品的堅固耐用性。

　　除了機械強度之外，較薄的保護玻璃還存在一些電氣性能問題，其中最常見的就是指尖傳導效應，有時也被稱為「鬼影效應」(圖3)。該指尖傳導效應大多發(fā)生在設備處于浮動電氣狀態(tài)，如用戶已拔掉電源插頭，將設備放在桌面上時。

　　圖3:多點觸控指尖傳導效應

　　如圖3，使用者在螢幕上觸摸兩個或更多觸控點時，來自一條感測器線路的訊號脈沖便會通過用戶手指傳送少量電荷，并將電荷存放到另一電極上，而這些額外的電荷會產(chǎn)生Anti-Touch效應，這種效應可視為一個較強的反向觸控訊號。使用者操作時，若存在Anti-Touch效應的某區(qū)域碰巧遇到一次真實的觸控操作時，這些訊號將相互抵消，訊噪比(SNR)將大幅下降;如果虛假的反向觸控訊號夠強，將會導致觸控檢測失效。

　　對ITO GFF或GF2的觸控面板而言，反向觸控訊號的幅度會隨保護玻璃變薄而不斷升高，最終將導致SNR和多點觸控性能大幅下降。

　　OGS單片式玻璃觸控面板是以ITO做為感測材料，且與ITO GFF和其他ITO的薄膜感測器一樣，易受多點觸控指尖傳導影響。雖然OGS製作工藝非常成熟，但它在大尺寸或曲面式面板應用時，仍會遇到提高ITO導電率或減少導電氧化物模數(shù)等許多挑戰(zhàn)，因此OGS觸控面板將僅限于對角線長度不超過13吋的平面模組設計。

　　相形之下，結合使用XSense金屬網(wǎng)格感測器材料和Corning Gorilla Glass能夠有效解決多點觸控重傳問題，同時又不犧牲耐用性、性能和設計靈活性。Corning Gorilla Glass較高的介電常數(shù)，外加Atmel XSense獨特的感測器設計可大幅削弱指尖電荷傳導導致的Anti-Touch效應。

　　上述屬性結合實現(xiàn)此前觸控面板不可能實現(xiàn)的SNR，此外XSense結合Corning Gorilla Glass的貼合技術，并不因工作環(huán)境溫度而限制玻璃邊框顏色選擇，可超越碳黑色油墨的限制。由于XSense感測器的薄膜面電阻不受薄膜彎折度的影響，因此可輕鬆適用于曲率半徑較小的弧形，或具有特殊曲度的玻璃表面。

　　金屬網(wǎng)格觸控感測器技術、薄膜基板、金屬沉積技術，以及玻璃成分和成型技術的進步，讓設計人員能夠在不犧牲性能的情況下，大幅減少觸控面板疊層的厚度。

　　觸控模組不僅是設備與使用者的主要介面，通常還要以它為主來設計設備其馀部分。幸運的是，XSense和Corning Gorilla Glass可協(xié)助系統(tǒng)設計人員，滿足市場對消費電子設備輕薄時尚的需求。第三代Corning Gorilla保護玻璃可兼具極高透光率和消費電子產(chǎn)業(yè)所要求的耐用性。

　　XSense是市場上唯一的單層50微米薄膜感測器，其發(fā)射端和接收端電路圖桉位于該PET層的兩側，因此能夠進一步減少感測器疊層的厚度。這種配置不僅大幅改善傳輸(TX)與接收(RX)電極的定位公差，若與0.7亳米的OGS相比，XSense與較薄的玻璃結合時，能將感測器疊層的厚度減少約32%。

　　由于XSense金屬網(wǎng)格感測器技術擁有比ITO更一致的觸控性能，因此可大幅減少導致Anti-Touch訊號的雜散電荷。即便XSense金屬網(wǎng)格感測器與很薄的上蓋保護玻璃配合使用，該產(chǎn)品的多點觸控性能也不會受到指尖傳導效應太大影響。

　　康寧和愛特梅爾透過新技術，正幫助工業(yè)設計人員將行動設備的設計美學推向新層次，這些產(chǎn)品最終將能協(xié)助設備製造商打造更便于攜帶、更加美觀的產(chǎn)品，以吸引多變的消費者。