外挂式触摸屏在电子产品设计中的应用分析

　　摘要：本文所述的外挂式触摸屏，业内也称OUT-CELL触摸屏，与内嵌式触摸屏(也称ON-CELL或IN-CELL触摸屏)采用和显示屏整合的触控技术不同，这种外挂式触控技术，采用和显示屏完全独立的触控面板实现触摸功能。在车载，笔记本电脑，教育教学，智能会议，桌面娱乐，智慧城市等涉及到电子产品领域都有广泛的应用和发展。本文主要介绍了外挂式触摸屏的类型及特点，对其在电子产品设计中的应用提出相应的意见和建议，以便有关人士参考。

　　关键词： 外挂式触摸屏， OGS ，GFF，metal mesh，纳米银

　　随着现代智能科技技术的发展，智能化电子产品已经深入到人们日常生活的方方面面，特别是随着人们生活水平的日益提高，对所使用的电子产品不仅关注其各项应用功能，对其外观设计、输入便捷性、安全可靠性等各方面要求也越来越高。因此，各类外挂式触摸屏应运而生。而在不同的电子产品使用场景中，外挂式触摸屏的选择依据也不相同。

　　1、从产品结构来看，外挂式触摸屏的类型及特点

　　1.1 G+G触摸屏(Glass-Glass，盖板玻璃+触控传感器玻璃)

　　G+G触摸屏，是由一片保护盖板玻璃和一片触控传感器玻璃，通过光学贴合胶组合在一起制成的触摸屏，其特点是触控性能稳定可靠，抗干扰、抗冲击、抗跌落性能好。一般损坏后，只需要替换外表面的保护盖板玻璃即可，触控功能不受影响，易于维修更换。这种触摸屏结构是最早期的多点电容式触摸屏，也是全球领先的苹果iPhone手机最先采用的触控技术，曾经风靡一时。G+G触摸屏的缺点是两片玻璃的结构相对较重，使其在手持式电子产品中的轻薄化没有优势。

　　1.2 OGS触摸屏(One Glass Solution，一体化触控)

　　OGS触摸屏，是将触控线路制作在触摸屏的保护盖板的内侧(非人手触摸的一侧)，在一片玻璃上实现保护功能和触控功能的触摸屏产品。由于这种触摸屏结构与G+G触摸屏相比，少了一片玻璃，其显著的特点是轻薄化、高透过率及高灵敏度，其次节省了一层玻璃成本和一次贴合成本获得一定成本优势，也正是因为这些突出优势，使得OGS在问世之初，部分智能手机尝试选择了这种触摸屏技术。但也正是由于最外面的玻璃既是保护盖板又是触摸屏，这种触摸屏抗跌落性能较差，一但手机表面的玻璃破损，也将丧失触摸功能，维修性较差。因此，OGS并没有在智能手机上大规模应用，转而寻找其它适合的应用场景。比如，汽车中控，触控笔记本电脑，智能家居等领域。

　　1.3 G+F/G+FF触摸屏(Glass-Film/Glass-Film-Film，盖板玻璃+触控传感器薄膜)

　　G+F/G+FF触摸屏，是由一片保护盖板玻璃和一片或两片触控传感器薄膜，通过光学贴合胶组合在一起制成的触摸屏。与G+G触摸屏相比，其特点是用薄膜(业内以PET光学薄膜为主)替代玻璃作为触控传感器的载体，整个触摸屏厚度更薄，重量减轻，且薄膜本身为柔性材料，比玻璃更加耐摔耐跌落。鉴于以上优点，G+F/G+FF这类结构在智能手机上有过大规模应用。缺点是本身光学薄膜较玻璃基板的透过率低，整个触摸屏的通透性较差，但可以通过改善膜材透过率和镀上增透层一定程度上进行弥补。

　　2、从触控sensor使用材料来看，外挂式触摸屏的类型及加工特点

　　2.1 ITO作为导电材料 ( Indium Tin Oxide氧化铟锡)

　　ITO是一种N型的氧化物半导体材料，透光性和导电性，化学稳定性都非常优秀，常用于透明导电电极材料，在显示，触控，光电池等领域有广泛的应用。不论是电容触控sensor感应层还是更早的电阻式触摸屏都常用ITO作为电极材料。G+G，OGS， GF/GFF结构都可以用到并且已经发展成熟，但ITO导电率不及金属，限制了其在大尺寸方向的应用;同时，ITO本身为脆性材料，耐弯折和耐卷曲性能差。

　　2.2 metal-mesh作为导电材料 (金属网格)

　　金属导电性能好，但本身是不透明的，如果做的足够细就基本上不易被肉眼观察到，因此开发出一种网格结构的金属走线替代ITO实现触控感应， 线宽越小视觉上越接近透明，通常在5微米甚至更小。金属材料一般选择良导体如Cu，Ag等，但是因为金属材料本身还容易被氧化，还需要镀上一层保护层金属，如Ti， Mo，Ni等以及相关合金以提高抗氧化腐蚀耐性。由于Metal mesh的网格线目前主要采取黄光工艺蚀刻法制作，对加工设备精度要求非常高，但即使做到5微米这样细的线宽近距离观察还是比较容易看到莫尔干涉纹和网格印。

　　2.3 Nano-silver作为导电材料(纳米银)

　　纳米银早期主要用于医疗抗菌等领域，后来扩宽到印刷电路，相比ITO优点是同样的透过率条件下电阻更低，可适用于84寸以上的超大尺寸触控领域;同时，其耐弯折和卷曲性能明显要好，可以通过精密涂布方式大批量生产柔性的触控材料，未来在柔性触控电子产品领域发展潜力巨大。

　　3、外挂式触摸屏在电子产品中的应用策略分析

　　3.1 根据电子产品使用场景合理选择外挂式触摸屏方案

　　手持式的移动产品比如智能手机，需要考虑抗跌落，灵敏度高，抗电磁干扰等性能，除了广泛采用内嵌式触控技术外，一些采用外挂式触控技术的智能手机，目前也基本不采用OGS触摸屏，而是考虑G+F，G+FF等ITO工艺。在中尺寸的工控醫疗，触控笔记本电脑，智能家居等领域，理论上可以用OGS，G+F， G+G所有结构的触摸屏类型;教育教学，智慧城市，智能会议系统等超大尺寸的应用领域，触摸屏一般在84寸，甚至100寸以上，一般选择导电性相对更好的Metal mesh和纳米银工艺。

　　3.2根据电子产品本身使用功能定位合理选择外挂式触摸屏方案

　　从使用功能出发设计主要包括厚薄，触控灵敏度，透光性，抗跌落可靠性，易维修等方面考虑。比如汽车中控，主要考虑触控灵敏度和安全性能，可使用OGS，G+G触控结构传统ITO工艺。比如可穿戴类的电子手表，手环等，主要考虑轻薄性、便携性，可使用GF结构的纳米银工艺。比如未来可能普及的折叠屏智能手机，传统ITO工艺不适用，Metal mesh和纳米银工艺都具备规模化应用的潜力。

　　结束语：

　　外挂式触摸屏是触摸屏最早的形式，涵盖从小尺寸到大尺寸触控产品，其触控性能稳定，制造工艺成熟，抗电磁干扰性能好，在特定的电子产品应用场景中依然占据相当市场份额。特别是在大尺寸和超大尺寸触控领域，目前incell和oncell触控技术仍然在成本上无法赶超外挂式触摸屏，所以外挂式触摸屏仍然可以有持续发展空间。

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