2.2.2 金属网格技术

金属网格电容式触控显示技术是将铜、银等导电金属或金属氧化物的丝线密布在PET等塑胶基材上，形成形状规则的网格，基于贴合的导电膜通过感应触摸实现信号传输功能，常应用于G/F/F、G/F、G/G等触控屏工艺结构中。金属网格面阻值非常容易达到100Ω/□以下，甚至小于50Ω/□，使得其触控感测性能优于传统的ITO触控线路，尤其适用于大尺寸产品。目前已有产品的薄膜电阻已做到0.1～0.5Ω，最大可支持84英寸的触摸面板。

1.触控技术

驱动电极Tx与接收电极Rx重叠的区域是无效区域，这个区域已经是电力线可以布设的最短距离，所以当用手指碰触时，影响不到这个区域的电力线，不会产生任何互电容变化。其次，重叠的区域越小则互电容越小，两层的距离越近，则互电容越大，调整这两个参数可以产生所需要的互电容值，互电容的大小反比于其容抗的大小，如果互电容的容抗变大，测量到的触控感应电流就会变小，因此要在可量测到的最佳触控感应电流条件下，让重叠面积越小越好。

要让手指触碰时产生较大的变化，就要让靠近接收电极Rx的非重叠区域越大越好，如此才会有更多的电力线溢出，穿透玻璃基材与外部的手指互动，当手指碰触时可以吸收到这些溢出的电力线，让电力线回不到接收电极Rx，造成互电容的减少，所以双层互电容结构的触控显示都保持较大面积的Tx与较小面积的Rx。

设计时需要合理分配互电容的大小与互电容改变量的大小。由于触控发生时互电容变小，变化最多也只能让互电容从现有值变到零，所以从哪个基本数值开始变化，这个数值就是所要的互电容值，这个值越大，才会有足够的变化空间。此外，还需要考虑到之后的读取电路是用何种方法来放大信号的，前面保留的空间越大，对读取的信号放大越不利，信号放大的好坏直接影响到触控的灵敏度，所以不同的触控电路所搭配的触控屏规格不一样，选对触控IC，触控屏的设计就会相对简单，弹性增大。

把Tx与Rx由ITO改成金属网格后，Tx和Rx的面积都变小，所以重叠的区域会很小，造成互电容变小、容抗变大，读取电路读到的感应电流变小，在电路背景噪声不变的状态下，信噪比会变得很差，且不重叠区域也会变小，所以没有太多的溢出电力线来让手指吸收，因此触控造成的互电容改变也会相应变小，如此会让信噪比更加恶化。虽然使用金属网格可以让电阻变小，让灵敏度稍微变好，但是好的范围非常有限，不足以抵消上述信噪比的恶化，所以使用互电容的金属网格技术，无论是作为LCD内部或外挂，成功的机会都不大，唯有搭配自电容的技术才有成功的可能。

金属网格面板的有效显示区图案最窄导通宽度大于1.2mm。要求导通节点最少4个，导通宽度一般在1.6mm左右。10英寸以上显示面板的有效显示区图案最窄导通宽度大于2mm。如图2-12所示，有效显示区的网格类型为菱形网格，网格角度为40°，线宽小于2.3μm，导通节点13个。如果PPI大于150，需要采用金属线上直接覆盖ITO图案的ITO+MM方案。

2.光学品质

品质要求越高的产品，必须使用越细的金属线与越少的感应面积，而越细的金属线会增加生产难度让成本上升，越少的感应面积则会考验触控IC的感测能力。保证低于5μm线宽的金属线幅不断裂，并解决金属的反射问题，以及解决银、铝或铜金属网格材料的氧化性问题。

金属网格如果线宽较大，肉眼就能看到布线，影像的观看性能下降。一般，如果布线宽度在5μm以下，肉眼就无法看到金属丝。但当金属线幅小于5μm时，触控屏厂的黄光显影设备不能对应，必须用LCD面板厂等级的黄光显影设备。如果将黄光显影制程换成印刷的方法来打印小于5μm的金属线，即使凹凸版印刷技术足够精良，金属网格良率也难以保证。此外，印刷过程中每个模板的可使用次数、清洗成本都会对金属网格触控屏的成本造成很大影响。使用卷对卷的生产设备则要保证在高转速的张力下，小于5μm的金属线不断裂。金属除了不透光的特性外还有高反射的特性，要解决金属反射的问题须在金属表面加上遮光材料或抗反射材料。通过把金属布线的宽度缩窄到3μm，以及在金属布线表面实施“黑化处理”，可以解决配备触摸面板时由于金属高反射导致布线视觉明显的问题。

图2-12 金属网格图案

金属网格最大的问题是摩尔纹干涉。Metal Mesh在与LCD液晶面板搭配时，会出现摩尔纹。以掺黑技术结合精细化的金属网格线路，加上触控线路图案依照所要搭配的不同LCD液晶面板去调整修改，可有效解决摩尔纹问题。在实际的设计过程中，利用网格随机化的设计，可进一步避免摩尔纹的产生。选定网络时的摩尔纹判定操作规范：30cm小距离观察，左右角度45°，上下角度30°；60cm大距离观察，左右角度45°，上下角度30°。如图2-13所示，采用超高双折射材料代替PET材料，可以抑制彩虹状斑纹。

图2-13 抑制彩虹状斑纹

金属的延展特性保证了其在多次弯曲或较大幅度弯折的状态下依旧能保持良好的导电特性，这使金属网格成为柔性显示触控线路的主要候选技术。同时，金属网格可挠曲的特性能让触控屏幕实现窄边框，甚至是无边框。ITO或其他金属线是浮在PET材料之上的，而Metal Mesh金属网格制程将金属材料包裹在塑料介质中（见图2-14），在弯曲的时不易断线，该技术目前已经在部分可穿戴手表中使用。目前的金属网格产品在弯折性能上可以达到R=3mm（内弯 & 外弯）、20万次弯折、1cycle/s弯折频率、电阻上升＜10%，不会有折伤或气泡等不良的现象。

图2-14 柔性金属网格触控屏

金属网格的加工工艺可分为四种：第一种工艺是直接以金属油墨加以网印；第二种工艺是先在PET薄膜上涂布整面金属，再通过黄光微影制程，洗去多余成分而产生网格；第三种工艺和第二种工艺类似，只是将其中的金属改成溴化银，利用化学手段将溴化银还原成银；第四种工艺是先在PET等基板上做出网格化图形，再以金属油墨填埋网格沟道，形成金属网格。上述加工工艺已经有大量的经验，但有多种原因导致金属网格失效，视觉上难以察觉，如金属油墨的团聚或颗粒不均匀导致的断线，如图2-15所示。因此，金属网格技术加工技术依然面临良率较低的问题，影响了其大规模产业化应用。Metal Mesh也可做多层结构复合，可以在PET材料上做两层、三层，甚至更多层，以节省PET材料的使用成本。采用两张薄膜时，要黏合分别用于上部电极和下部电极的两张金属网格布线图案的薄膜，黏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金属网格薄膜，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黏合工序，能消除黏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，而且只需要一道曝光工序，还能降低制造成本。

图2-15 金属油墨不均匀导致的金属网格断线失效