图2:各式触控面板感测器叠层示意图
虽然图2未按比例显示,但可以很明显的看出保护玻璃对于触控感测器叠层的厚度影响最大。然而,减少保护玻璃的厚度存在两大风险,分别是耐用性和多点触控性能。有鑑于此,康宁利用熔融溢流下拉式技术,生产出宽度大于3公尺、厚度小于人类头髮直径且厚度公差极小的玻璃基板。目前,最薄的第三代Corning Gorilla Glass(GG3)产品仅有0.4毫米厚,而这种超薄玻璃与较常见且较厚的第三代Corning Gorilla Glass的热、化学、光学和物理属性完全相同。
此外,开发人员对这种超薄的Corning Gorilla Glass进行化学强化处理,使其达到0.8GPa以上的抗压应力和35微米以上的强化深度,同时也让消费者和原始设备製造商(OEM)看重康宁专有NDR技术和维持玻璃强度的属性。
Corning Gorilla Glass产品上述特性可减少刮伤,而且能够在玻璃表面受损后继续展现较高的维持强度。与0.7毫米厚的普通保护玻璃相比,这种更薄的Corning Gorilla Glass产品能够将触控感测器模组的厚度大幅减少43%,同时又不牺牲玻璃的机械可靠性。
表1显示测试0.4毫米厚第三代Corning Gorilla Glass抗磨损能力的不同方法。在表1中,玻璃表面被硬度计压头施加一定的负荷产生表面损伤。
随着负荷增加,玻璃会产生横向裂纹,此时所得的参数即玻璃损伤临界值。表1中即列出0.4毫米厚Corning Gorilla Glass和化学强化钠钙玻璃(SLG)的划痕和压痕损伤临界值。
虽然抗磨损能力对于Corning Gorilla Glass而言很重要,但实验证明,维持强度对于OEM和终端用户而言亦是不可或缺的。因此爱特梅尔与康宁根据美国材料试验协会(ASTM)标准C1499的第三种方法测试玻璃在受损后的维持强度,该测试使用硬度计压头或金刚砂刻意造成玻璃损伤,并依据C149标准对其施加双轴负荷,直到样本断裂为止。
表2整理了测试保护玻璃耐用性的指标,其中包括四点弯曲断裂模数。该表对比0.4毫米厚Corning Gorilla Glass和一些厚度更大的玻璃样本,含先前量产的玻璃产品。
如表2所示,0.4毫米厚第三代Corning Gorilla Glass优于厚度更大的化学强化钠钙玻璃,并与前代产品(GG2)相近,因此确认该产品的坚固耐用性。
除了机械强度之外,较薄的保护玻璃还存在一些电气性能问题,其中最常见的就是指尖传导效应,有时也被称为「鬼影效应」(图3)。该指尖传导效应大多发生在设备处于浮动电气状态,如用户已拔掉电源插头,将设备放在桌面上时。
图3:多点触控指尖传导效应
如图3,使用者在萤幕上触摸两个或更多触控点时,来自一条感测器线路的讯号脉冲便会通过用户手指传送少量电荷,并将电荷存放到另一电极上,而这些额外的电荷会产生Anti-Touch效应,这种效应可视为一个较强的反向触控讯号。使用者操作时,若存在Anti-Touch效应的某区域碰巧遇到一次真实的触控操作时,这些讯号将相互抵消,讯噪比(SNR)将大幅下降;如果虚假的反向触控讯号够强,将会导致触控检测失效。
对ITO GFF或GF2的触控面板而言,反向触控讯号的幅度会随保护玻璃变薄而不断升高,最终将导致SNR和多点触控性能大幅下降。
OGS单片式玻璃触控面板是以ITO做为感测材料,且与ITO GFF和其他ITO的薄膜感测器一样,易受多点触控指尖传导影响。虽然OGS製作工艺非常成熟,但它在大尺寸或曲面式面板应用时,仍会遇到提高ITO导电率或减少导电氧化物模数等许多挑战,因此OGS触控面板将仅限于对角线长度不超过13吋的平面模组设计。
相形之下,结合使用XSense金属网格感测器材料和Corning Gorilla Glass能够有效解决多点触控重传问题,同时又不牺牲耐用性、性能和设计灵活性。Corning Gorilla Glass较高的介电常数,外加Atmel XSense独特的感测器设计可大幅削弱指尖电荷传导导致的Anti-Touch效应。
上述属性结合实现此前触控面板不可能实现的SNR,此外XSense结合Corning Gorilla Glass的贴合技术,并不因工作环境温度而限制玻璃边框颜色选择,可超越碳黑色油墨的限制。由于XSense感测器的薄膜面电阻不受薄膜弯折度的影响,因此可轻鬆适用于曲率半径较小的弧形,或具有特殊曲度的玻璃表面。
金属网格触控感测器技术、薄膜基板、金属沉积技术,以及玻璃成分和成型技术的进步,让设计人员能够在不牺牲性能的情况下,大幅减少触控面板叠层的厚度。
触控模组不仅是设备与使用者的主要介面,通常还要以它为主来设计设备其馀部分。幸运的是,XSense和Corning Gorilla Glass可协助系统设计人员,满足市场对消费电子设备轻薄时尚的需求。第三代Corning Gorilla保护玻璃可兼具极高透光率和消费电子产业所要求的耐用性。
XSense是市场上唯一的单层50微米薄膜感测器,其发射端和接收端电路图桉位于该PET层的两侧,因此能够进一步减少感测器叠层的厚度。这种配置不仅大幅改善传输(TX)与接收(RX)电极的定位公差,若与0.7亳米的OGS相比,XSense与较薄的玻璃结合时,能将感测器叠层的厚度减少约32%。
由于XSense金属网格感测器技术拥有比ITO更一致的触控性能,因此可大幅减少导致Anti-Touch讯号的杂散电荷。即便XSense金属网格感测器与很薄的上盖保护玻璃配合使用,该产品的多点触控性能也不会受到指尖传导效应太大影响。
康宁和爱特梅尔透过新技术,正帮助工业设计人员将行动设备的设计美学推向新层次,这些产品最终将能协助设备製造商打造更便于携带、更加美观的产品,以吸引多变的消费者。