外掛式觸摸屏在電子產品設計中的應用分析

　　摘要：本文所述的外掛式觸摸屏，業內也稱OUT-CELL觸摸屏，與內嵌式觸摸屏(也稱ON-CELL或IN-CELL觸摸屏)采用和顯示屏整合的觸控技術不同，這種外掛式觸控技術，采用和顯示屏完全獨立的觸控面板實現觸摸功能。在車載，筆記本電腦，教育教學，智能會議，桌面娛樂，智慧城市等涉及到電子產品領域都有廣泛的應用和發展。本文主要介紹了外掛式觸摸屏的類型及特點，對其在電子產品設計中的應用提出相應的意見和建議，以便有關人士參考。

　　關鍵詞： 外掛式觸摸屏， OGS ，GFF，metal mesh，納米銀

　　隨著現代智能科技技術的發展，智能化電子產品已經深入到人們日常生活的方方面面，特別是隨著人們生活水平的日益提高，對所使用的電子產品不僅關注其各項應用功能，對其外觀設計、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運而生。而在不同的電子產品使用場景中，外掛式觸摸屏的選擇依據也不相同。

　　1、從產品結構來看，外掛式觸摸屏的類型及特點

　　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，是由一片保護蓋板玻璃和一片觸控傳感器玻璃，通過光學貼合膠組合在一起制成的觸摸屏，其特點是觸控性能穩定可靠，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。這種觸摸屏結構是最早期的多點電容式觸摸屏，也是全球領先的蘋果iPhone手機最先采用的觸控技術，曾經風靡一時。G+G觸摸屏的缺點是兩片玻璃的結構相對較重，使其在手持式電子產品中的輕薄化沒有優勢。

　　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蓋板的內側(非人手觸摸的一側)，在一片玻璃上實現保護功能和觸控功能的觸摸屏產品。由于這種觸摸屏結構與G+G觸摸屏相比，少了一片玻璃，其顯著的特點是輕薄化、高透過率及高靈敏度，其次節省了一層玻璃成本和一次貼合成本獲得一定成本優勢，也正是因為這些突出優勢，使得OGS在問世之初，部分智能手機嘗試選擇了這種觸摸屏技術。但也正是由于最外面的玻璃既是保護蓋板又是觸摸屏，這種觸摸屏抗跌落性能較差，一但手機表面的玻璃破損，也將喪失觸摸功能，維修性較差。因此，OGS并沒有在智能手機上大規模應用，轉而尋找其它適合的應用場景。比如，汽車中控，觸控筆記本電腦，智能家居等領域。

　　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，是由一片保護蓋板玻璃和一片或兩片觸控傳感器薄膜，通過光學貼合膠組合在一起制成的觸摸屏。與G+G觸摸屏相比，其特點是用薄膜(業內以PET光學薄膜為主)替代玻璃作為觸控傳感器的載體，整個觸摸屏厚度更薄，重量減輕，且薄膜本身為柔性材料，比玻璃更加耐摔耐跌落。鑒于以上優點，G+F/G+FF這類結構在智能手機上有過大規模應用。缺點是本身光學薄膜較玻璃基板的透過率低，整個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行彌補。

　　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

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

　　ITO是一種N型的氧化物半導體材料，透光性和導電性，化學穩定性都非常優秀，常用于透明導電電極材料，在顯示，觸控，光電池等領域有廣泛的應用。不論是電容觸控sensor感應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結構都可以用到并且已經發展成熟，但ITO導電率不及金屬，限制了其在大尺寸方向的應用;同時，ITO本身為脆性材料，耐彎折和耐卷曲性能差。

　　2.2 metal-mesh作為導電材料 (金屬網格)

　　金屬導電性能好，但本身是不透明的，如果做的足夠細就基本上不易被肉眼觀察到，因此開發出一種網格結構的金屬走線替代ITO實現觸控感應， 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體如Cu，Ag等，但是因為金屬材料本身還容易被氧化，還需要鍍上一層保護層金屬，如Ti， Mo，Ni等以及相關合金以提高抗氧化腐蝕耐性。由于Metal mesh的網格線目前主要采取黃光工藝蝕刻法制作，對加工設備精度要求非常高，但即使做到5微米這樣細的線寬近距離觀察還是比較容易看到莫爾干涉紋和網格印。

　　2.3 Nano-silver作為導電材料(納米銀)

　　納米銀早期主要用于醫療抗菌等領域，后來擴寬到印刷電路，相比ITO優點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域;同時，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柔性的觸控材料，未來在柔性觸控電子產品領域發展潛力巨大。

　　3、外掛式觸摸屏在電子產品中的應用策略分析

　　3.1 根據電子產品使用場景合理選擇外掛式觸摸屏方案

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

　　3.2根據電子產品本身使用功能定位合理選擇外掛式觸摸屏方案

　　從使用功能出發設計主要包括厚薄，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觸控結構傳統ITO工藝。比如可穿戴類的電子手表，手環等，主要考慮輕薄性、便攜性，可使用GF結構的納米銀工藝。比如未來可能普及的折疊屏智能手機，傳統ITO工藝不適用，Metal mesh和納米銀工藝都具備規模化應用的潛力。

　　結束語：

　　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品，其觸控性能穩定，制造工藝成熟，抗電磁干擾性能好，在特定的電子產品應用場景中依然占據相當市場份額。特別是在大尺寸和超大尺寸觸控領域，目前incell和oncell觸控技術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發展空間。

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