潜力无限：触摸面板应用将扩大到方方面面

不仅是智能手机和平板电脑，各个领域都在尽可能应用触摸面板，以使日常生活和工作更加便利。此前无法使用触摸面板的场合也在试图利用触摸面板实现直观操作。随着上述需求的高涨，旨在满足这种需求的新技术也接连亮相。通过采用电子笔输入、触觉、大型化等新技术，触摸面板市场将超出智能手机和平板电脑的范畴，扩大到方方面面。

触摸面板的利用已出现了扩大到方方面面的迹象（图1）。触摸面板目前主要用于智能手机和平板电脑，而今后，办公桌、店铺的交易柜台等此前想用也没法用的地方将能够使用触摸面板。

图1：触摸面板的应用范围将扩大

触摸面板此前主要作为信息浏览工具用于智能手机和平板电脑，不过随着技术的革新，今后还能广泛用于更多的用途。（智能手机和平板电脑的图片由美国苹果公司提供）

可以利用触摸面板的地方还远不止这些。仅凭原来的用途，触摸面板市场也会不断扩大，再加上新用途，市场将进一步扩展（图2）。通过可手写输入小字和图形的“电子笔记”，以及与仪表板一体化的曲面状车载显示器等，触摸面板在便携终端和汽车领域的应用将扩大。在此基础上，触摸面板又有了全新用途，例如，在办公室的桌子上安装显示器，可以提高谈判效率；还能用于安全用途，在平时不容易观察到的地方安上触摸面板，能及时发现非法入侵者等。

图2：触摸面板市场持续增长

轻松实现电子笔输入

触摸面板广泛应用于新用途的可能性之所以增大，是因为提高触摸面板易用性的电子笔输入技术和大型化技术等已经基本具备。如果能像用圆珠笔和铅笔在纸上书写那样，在显示器上轻松写字画图，那么智能手机和平板电脑将“由信息浏览工具进化成像笔记本一样的文具”。输入接口技术领域的专家、日本电气通信大学信息理工学部综合信息学科副教授梶本裕之如是说。在这方面起到决定性作用的是电子笔输入技术。此前也有电子笔输入技术，但需要在显示器背面追加被称为数字化仪的传感器，或者使用电磁感应式专用笔。

夏普解决了这个课题。该公司开发出了无需追加数字化仪，用普通手写笔和铅笔也能输入的触摸面板技术。手写笔不同于手指，笔尖非常细，即使接触到触摸面板，传感器电极间的容量变化也很小，因此难以检测到是否触摸。为解决该问题，夏普采用了新的驱动方式，放大了用于触摸检测的信号。

以前是通过一条一条依次驱动布线来读取信号，而此次采用了同时驱动多条布线来读取信号的并联驱动方式。这样就延长了每条布线的信号读取时间，输出增加，用直径1mm的细笔也能输入。如果采用该方式，即使画面尺寸扩大到70英寸，也能保持灵敏度。另外，还采用了识别噪声，仅放大信号的降噪技术（图3）。

图3：通过提高分辨率实现电子笔输入

夏普开发出了可用直径1mm的细笔尖输入的触摸面板技术。通过采用并联驱动方式取代原来的逐次驱动方式，实现了高S/N。

夏普于2013年3月开始量产采用该技术的触摸面板，预定在2014年2月于美国旧金山举行的国际会议“IEEE International Solid-State Circuits Conference（ISSCC）2014”上发表技术详情。

利用触觉和弯曲应用于汽车领域

通过提高易用性，触摸面板市场有望大幅扩大的另一个代表性用途是汽车。车载显示器市场今后无疑会继续增长，配备触摸面板的可能性也很高。车载导航仪等液晶显示器已开始配备触摸面板，但存在易用性的课题。主要有两大课题：（1）需要变换视线看着画面操作，因此很难在驾驶过程中操作；（2）形状为平面，设计性受限。

关于（1）变换视线的课题，除语音输入外，还出现了“视线输入”、“手势操作”、“带触觉的触摸传感器”等提案（图4）。“只靠语音输入难以理解‘想去地图上的这个地方’这样的含糊指示，所以与视线输入和手势操作组合使用才会有效”（庆应义塾大学研究生院媒体设计研究科教授稻见昌彦）。

图4：解决了必须盯着输入部分看，或没有操作感用不惯的课题。

设计了利用视线输入（a）和手势操作（b）的产品以及带触感的触摸板（c）。另外，与原来的触摸面板一样，可在显示器上重叠使用的触觉界面技术的开发也取得了进展（d）。（（a）由三菱电机拍摄，（b）由Neonode拍摄）

视线输入方面，在2013年11月举行的“第43届东京车展2013”上，三菱电机展示的驾驶支援系统就采用了视线输入。该系统用图像和语音通知驾驶员其看到的设施的信息。手势操作方面，瑞典Neonode公司开发出了可检测驾驶员沿着方向盘左右移动的手的技术。该公司在2013年10月举行的展会“InnovativeSweden2013”上，公开了模拟音频和空调操作的演示。这是通过在驾驶席的方向盘外周粘贴该公司的光学式传感器实现的。

带触觉的触摸传感器方面，德国大陆公司在“东京车展2013”上展示了无需看画面就能感受到滚动操作的触摸板。通过在触摸板表面设置横纹状凹凸，实现了上下触摸的感觉。

大陆公司开发的是与显示器分开设置的触摸板，而日本电气通信大学教授梶本的研发小组开发了可重叠在显示器上使用的触觉界面。研发组在显示器上粘贴配备大量电极的薄膜，通过在进行触摸的手指皮肤中通电实现了触觉。例如，触摸画面上吉他琴弦的位置，仅琴弦位置的电流流入手指的皮肤中，可实现宛若触摸琴弦般的感觉。

对平面触摸板设计受限的制约，出现了利用支持曲面的触摸面板技术加以解决的动向（图5）。此前触摸面板的传感器电极使用ITO（indiumtinoxide），但ITO电极如果弯曲，薄膜电阻值就会上升，从而导致传感器的灵敏度降低。于是，采用即使弯曲，薄膜电阻值也基本不会变化的新材料的触摸面板和薄膜传感器方案接连出现。比如铜网方式、银纳米线方式、碳纳米芽（CarbonNanobud，CNB）方式。

变更电极材料支持曲面用途

图5：通过ITO代替薄膜支持曲面

通过采用透明导电性薄膜代替ITO薄膜，可提高弯曲特性。（图（a）由触摸面板研究所提供，（b）由CambriosTechnologies和日本写真印刷提供，（c）由Canatu提供。）

铜网方式和银纳米线方式已经构筑了量产体制。关于CNB方式，芬兰Canatu公司计划在2014年内开始全面量产。铜网方式和银纳米线方式还能实现大型化必不可少的低电阻化。

　　大型化让用于办公桌成为可能

电子笔输入、无需盯着画面的操作以及支持曲面，这些技术将扩大在便携终端和汽车领域的市场，在此基础上，如果触摸面板实现大型化，还会形成全新的市场注1）。

注1）不过，即使触摸面板实现大型化，也不一定会配备到所有显示器上。东日本旅客铁道公司（JR东日本）企划交通媒体本部交通媒体开发局局长山本孝表示说：“车站的数字标牌以推送型单向通行广告为中心，因此目前很少需要配备触摸面板。”

办公室的桌子和店铺的交易柜台有望成为大型触摸面板比较有前景的市场。日本数字标牌联盟常务理事、数字媒体顾问江口靖二称：“在面对面接待客户的用途方面，只要价格合理，就一定会得到使用。”而面对面接待客户的场所非常多，比如银行、保险公司、房地产公司、通信运营商的店铺等。江口预测称：“随着宣传册和申请书无纸化的进展，触摸面板显示器的利用将快速扩大。”

ITO替代技术促进大型化

推动大型显示器嵌入触摸面板的，是智能手机使用的投影型静电容量式触摸面板大型化技术的进步。

大型触摸面板此前以光学式为中心。最近，40～50英寸的触摸面板开始用于自动售货机和数字标牌。例如，JR东日本WaterBusiness公司在车站设置的饮料自动售货机，以及ZenrinDatacom公司的子公司“WillSmart”开发的用于店铺和活动的数字标牌“巨型智能手机”等。今后，如果投影型静电容量式触摸面板能够正式投入使用，就可实现多点触控，图像的放大、缩小和滚动也能采用与智能手机相同的操作方法，因此用途有望扩大。

图6：为实现触摸面板的大型化，低电阻、低成本透明导电性薄膜的开发取得进展。

银纳米线方式和金属网方式作为电阻和成本都低于ITO方式的透明导电性薄膜，成为候选。

投影型静电容量式触摸面板的大型化技术之所以取得进展，主要是得益于低电阻、低成本透明导电性薄膜开发的进步。如上所述，此前触摸面板的传感器电极使用ITO，但ITO薄膜的薄膜电阻值高，尺寸一大，就难以检测触摸引起的传感器电极间的容量变化。因此，薄膜电阻值和制造成本都比较低的金属网方式和银纳米线方式成了取代ITO的候选（图6）。

铜网方式取得进展

电阻相对更低，而且支持70～80英寸级大屏幕的，是金属网方式。继日本触摸面板研究所、松下、大日本印刷之后，凸版印刷也于2013年11月宣布，将量产采用铜布线的金属网（铜网）式触摸面板。同年10月中旬，该公司开始向市场投放用于液晶一体型个人电脑的21.5英寸产品。其薄膜电阻值仅0.1～6Ω/□，还支持70英寸的大屏幕。通过把铜布线的宽度缩窄到3μm，以及在铜布线表面实施“黑化处理”等措施，解决了配备触摸面板时会看到铜布线的问题。

今后，采用铜网方式的触摸面板厂商将继续改善制造方法，以解决波纹和斑纹等影响美观的问题，并进一步推进薄型化和低成本化。具体而言，今后将把现在采用两张薄膜的构成改为一张。采用两张薄膜时，要粘合分别用于上部电极和下部电极的两张带铜布线图案的薄膜，但粘合时的位置偏差会导致波纹和斑纹。

而只采用一张薄膜的话，是在一张薄膜的两面形成铜薄膜，对两面统一曝光，同时形成分别用于上部电极和下部电极的布线图案。这种方法的特点是省去了粘合工序，能消除粘合时的位置偏差造成的波纹和斑纹。另外，还能削减薄膜数量，有助于触摸面板实现薄型化。而且，只需一道曝光工序，还能降低制造成本（图7）。

图7：铜网方式的性能提高

铜网方式透明导电性薄膜的薄型化、低成本化和视认性取得进步。

采用铜网方式的触摸面板厂商为实现单薄膜构成产品的量产，已在展开行动。例如，凸版印刷于2013年10月采用了双面统一曝光设备。另外，台湾介面光电（JTouch）公司于2013年11月宣布，开始量产采用一张薄膜的铜网方式触摸面板。包括按照屏幕尺寸进行切割在内，该公司以一条龙工序制造产品（图8）。已开始在台湾月产能5万m2的生产线上量产，计划2015年之前在台湾构筑月产25万m2的量产生产线，2016年之前在中国大陆构筑月产20万m2以上的量产生产线。

图8：在薄膜传感器上自动贴粘接薄膜的装置

FUK开发出了在卷状薄膜传感器上贴粘接薄膜（OCA），然后剪裁成适合智能手机和平板电脑尺寸的自动装置。介面光电公司采用了该装置。
银纳米线对准个人电脑用途

在大尺寸用途的新市场中，主要瞄准30英寸以下画面尺寸的，是采用银纳米线方式的企业。主要瞄准个人电脑用途。这是因为，如果画面尺寸在30英寸以下，薄膜电阻值比铜网高、达到30～90Ω/□的银纳米线也能应对（图9）注2）。

注2）市场调查公司预测，“大型触摸面板目前的用途为个人电脑”（矢野经济研究所日本TechnoSystemsResearch）。“商务用途的个人电脑无需触摸面板，但在消费类用途方面，触摸面板的利用有望扩大”（矢野经济研究所CMEO事业部部长相原光一、高级研究员兼经理船木知子）。

图9：瞄准液晶一体型和笔记本型个人电脑市场的CambriosTechnologies公司

供应银纳米线用油墨材料的CambriosTechnologies公司，力争获得可使用薄膜电阻值为30～90Ω/□的透明导电性薄膜的液晶一体型和笔记本型个人电脑市场。

据美国银纳米线油墨厂商CambriosTechnologies公司介绍，2013年初，LG电子投产了配备银纳米线方式23英寸触摸面板的液晶显示器和液晶一体型个人电脑。同年10月，联想发布了配备20英寸产品的液晶一体型个人电脑。Cambrios公司为提高触摸面板厂商的易用性，与日立化成公司合作，共同开发了具备银纳米线油墨层和感光层双层构造的转印型薄膜“TransparentConductiveTransferFilm（TCTF）”。日立化成已从2013年10月开始量产TCTF。只需把该薄膜转印到基板上，进行曝光和碱性显影，无需真空工艺即可制造触摸面板用传感器。

随着量产时机的成熟，周边材料的提案也相继出现。日产化学工业开发出了通过在银纳米线薄膜上进行涂布，可降低雾度的高折射率材料（图10）。其特点是，利用可进行涂布的高分子实现了1.79的高折射率。据说该材料可使薄膜电阻值为100Ω/□的银纳米线薄膜的雾度降至基本看不到的1以下。

图10：降低银纳米线的雾度

日产化学工业开发出了通过在银纳米线传感器电极上进行涂布，可改善视认性的涂布型高折射率材料。

护理领域也积极采用触摸输入

以上介绍了办公桌等与显示器组合使用的用途，但大型触摸面板的新市场不仅限于此。例如，还可用于开篇介绍的安全用途。另外，还能用于护理和看护（图11）。例如，通过设置在医院和护理设施的寝室及洗手间周围等旁人难以看到的地方，就可及时发现有人突然晕倒等异常情况。

图11：可检测盲人和晕倒的人

无需使用摄像头和高价传感器，通过电波板上的接触感识别是否有人和物。

NEC就针对这些用途，开发了薄膜状电波传感器。如果有人进入铺有该传感器薄膜的场所，或在此晕倒，就会立即被发现。NEC没有公布详情，只介绍说，电波板会一直发出微弱的电波，如果有人踩上去，电波会发生紊乱，通过捕捉紊乱情况进行检测（图12）。该传感器还能识别脚的形状和方向，因此能对带着导盲犬行走的人预先提供帮助，或者检测可疑人员逃跑的方向并进行追踪。

图12：利用电波板进行检测的原理

利用产生微弱电波的低价电波板，通过检测电波的紊乱来识别足迹。

作为以较低成本收集是否存在人和物的信息的方法，可以使用摄像头。不过，寝室和洗手间等注重私密性的场所很难设置摄像头。另外，较暗的场所也难以利用摄像头。而这类问题可以通过电波板解决。其价格2m2不到10万日元，比压力传感器低一位数以上。NEC计划在2014年度内使电波板实现实用化。