浅谈如何利用廉价的铜布线实现大尺寸触摸面板

　　如今，触摸面板是平板终端和智能手机不可或缺的输入装置。随着2012年秋季“Windows 8”的亮相，触摸面板还开始用作个人电脑的用户界面（UI）。在日本的购物中心等，层指南和Table PC等出现了采用30英寸以上大型触摸面板显示器的趋势。这个领域被称作数字标牌，市场在不断扩大之中。触摸面板的用途日益扩大，预计带触摸面板的显示器在日本的市场规模2015年前后将超过2万亿日元。

　　不过，大型触摸面板在成本和性能方面存在技术课题。触摸面板研究所通过在PET薄膜基板上形成铜布线，开发出了10英寸以上的产品也能充分发挥性能的透明导电性薄膜“SpiderNet”，并已经从2011年12月开始供货。本文将对开发的背景和开发品的特点及特性加以介绍。

　　10英寸以下的产品中ITO占主流

　　现在，智能手机和平板终端等使用的10英寸以下的触摸面板主要是静电容量式，触摸面板部采用作为独立的外置部件提供的“分立型”（图1）。这种触摸面板主要分为在传感器基板上使用ITO玻璃基板的类型和使用ITO薄膜基板的类型。“iPhone”等使用ITO玻璃基板，“iPad mini”使用ITO薄膜基板，市场目前分为树脂膜和玻璃两大领域。

　　图1：基于触摸面板截面构造的分类

　　目前以（a）分立型为主流，不过面向新一代产品，（b）玻璃盖板一体型和（d）In-cell型的开发也日趋活跃。

　　面向新一代产品，目前的开发趋势包括在覆盖产品机壳表面的玻璃盖板上配备触摸面板功能的“OGS（One Glass Solution）型”（也称为玻璃盖板一体型），以及在显示部嵌入触摸面板功能的“In-cell型”。OGS型方面，在整张化学强化玻璃盖板上形成 ITO层，然后切割成单张的方式最有希望量产，但强化玻璃的切割方法及其成品率还存在问题。为解决该问题，实现轻量化并降低成本，“OPS（One Plastic Solution）型”受到了关注。也就是用树脂保护膜取代玻璃盖板的动向，后面将要提到的高耐热树脂膜就是候补之一。

　　In-cell型方面，“索尼的产品”将彩色滤光片基板上的防静电ITO层用到了传感器电极上，而美国苹果公司为“iPhone5”采用了在TFT基板上形成X和Y两个传感器电极的自主方式。两种方式均在触摸面板和液晶面板中共用驱动电路，所以需要同步触摸面板和液晶面板的驱动。因此，随着产品尺寸的增大，显示写入时间的比率增加，出现了难以确保触摸检测时间的课题。

　　尺寸增大，响应性降低

　　除了这些课题外，画面尺寸扩大到10英寸以上后，材料方面也会出现课题。一是，目前的ITO传感器电极的电阻变得过大，另一个是，电极数增加，边框布线部分的面积增大。

　　静电容量式触摸面板为实现多点触控，达到一定程度的位置精度，需要将传感器电极的间隔由现在的6mm缩小至4～5mm左右。要想满足 Windows 8的性能参数，需要5mm以下的线距。画面尺寸一扩大，传感器电极的数量必然会增加。比如20英寸画面的Windows 8性能参数，X传感器电极和Y传感器电极合计需要150条，布线也需要150条。为了尽量缩窄设置布线的边框部，需要将布线的线宽/线距缩减至30μm /30μm左右，而且要尽量降低电阻值。

　　另外，作为静电容量式触摸面板透明导电膜所需特性的基础要素，可以将传感器电极端子间的电阻降至10k～15kΩ以下。这是供货传感器驱动IC的半导体厂商的要求。

　　下面以图2所示的棱形图案的传感器电极为例介绍一下这一要求的背景。该电路由电阻（R）和容量（C）两部分构成，电路的时间常数（信号上升时间）τ以τ＝R×C来表示。手指触摸时的信号变化也根据该时间常数动作，因此为了在信号检测的容许时间（μs程度）内检测出信号，需要 R＝10k～15kΩ以下。图2的棱形图案中，传感器电极端子间的电阻值为10kΩ时，可获得面板尺寸与所需ITO膜薄膜电阻值的关系。

　　图2：触摸面板的尺寸及所需ITO膜的薄膜电阻值

　　广泛应用的ITO膜的薄膜电阻值为140Ω/□，不适合要求电阻值在100Ω/□以下的10英寸以上触摸面板。

　　从该计算结果可以发现，10英寸用触摸面板需要将ITO的薄膜电阻值抑制在100Ω/□左右，40英寸用大型触摸面板需要20Ω/□的 ITO膜。当然了，最终结果因传感器的图案形状而异，不过这种关系是相同的。在市售的ITO/PET薄膜中，日东电工的140Ω/□产品是使用最广泛的材料，100Ω/□产品尚处于样品供货阶段。10英寸左右的触摸面板也利用ITO和PET薄膜制作，不过是通过在长边传感器电极的两端取出布线电极来应对。

　　而ITO玻璃在ITO成膜时可将玻璃基板加热至近300℃，因此能比薄膜基板降低电阻，可获得约20Ω/□左右的透明导电膜。不过，为降低电阻，需要增加ITO层的膜厚。所以，ITO特有的淡黄色很刺眼，形成图案时露底＊现象比较明显。即使是能以稍薄的膜厚利用的电阻，由于ITO层会产生干扰，从而导致透射率降低，因此也不能使用。而玻璃基板较重，容易破损，大型化时不容易处理。也就是说，大型触摸面板适合使用薄膜基板。

　　＊露底＝裸眼可以看到材质的变化。