PEDOT(聚3,4-乙烯二氧噻吩)替代基于ITO(氧化铟锡)的设计,正越来越多地引起大家的注意。

多功能电容式触摸按键具有现代流线型的外观,在消费电子、家用电器、汽车及工业应用中,成为了过时的机械开关和旋钮控制的首选替代方案。随着电容式传感的市场和应用不断增加,经济的高性能电容式开关解决方案取得了激动人心的进展。

电容式传感技术使用电场来检测进入到开关场的导电物体。一旦手指触摸,开关即可识别出电容上的变化,说明出现了致动作用。触摸屏在印刷电路板(PCB)、聚酰亚胺电路或聚酯电路上制造而成,与平面或弯曲表面发生直接接触。在项目的开始阶段,最好就解决掉确定最佳基板和技术组合的问题。每种方案都具有独特的优势和工作限制,并且采用的材料和工艺也各不相同。

鉴于基于触摸的应用已经大规模普及开来,构建在ITO基础上的各种技术由于存在固有的不足之处(易碎、柔性差、反光高,并且制成图案的成本高昂),已经推动了对代用材料的探索——这类材料可在降低总应用成本的前提下,提供可接受的光学净度、电阻率,并且便于加工。在这些代用材料中,导电聚合物越来越受到欢迎,可以作为基于ITO的设计的替代材料。PEDOT作为电容式开关设计中一种最具潜力的材料正在浮现出来。它是一种具有导电性质的透明有机聚合物,已经证明可以通过经济而又可接受的方式作为ITO透明膜的替代技术,适合各种与日俱增的应用使用。

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图1:使用PEDOT的开关薄膜。

加成法与减成法对比

生产基于铜和ITO的触摸显示屏的成本要高于基于PEDOT的触摸按键,其原因是相应技术的材料和制造工艺存在内在差异。PEDOT是一种加成工艺,而其他技术则属于减成工艺,需要蚀刻掉不需要的材料。任何减成工艺一开始都需要使用更多的材料,需要蚀刻剂,会产生浪费,并增加了对未用材料回收的额外步骤。

相反,PEDOT首先使用廉价的聚酯薄膜,只在电容式开关控制所需位置添加印刷油墨电路。这样一来,就获得了成本更易承受、环保而又高效的制造工艺,用于触摸感应按键和开关组件的开发工作。

PEDOT的性质

PEDOT具有两种独特的性质——透明性与导电性,这使其与其他聚合物区分开来。透明聚酯薄膜上印刷的PEDOT可以建立起导电图案,替代非金属平面上的电容按键。这样就实现了电容式开关组件与全屏触摸技术的差异化——后者例如智能手机,其整个平面表面都具有导电性。

对于焊接元件来说,传统上都必须使用PCB或铜电路。在使用聚酯基板时,由于存在融化的风险,因此高温焊接并不总是可行的。低温焊接工艺现在使在基于PEDOT的聚酯基板上直接整合芯片和其他小间距微型电子元件成为了可能。固定的导电表面使磨损几乎不可能发生。

PEDOT材料仅推荐用于聚酯基板的透明区域。另一种加成工艺,即银墨,可以用在需要更高电气性能的区域。固化的PEDOT聚合物有轻微的蓝灰色调——由于会变色,因此不适合高分辨率的应用使用。然而,对于采用固定背光按键的几乎任何低分辨率的应用来说,聚合物都可作为一种理想选项。

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图2:使用PEDOT的开关面板。

背光触摸屏

对于电容式开关的美观效果和功能性来说,背光发挥着重要的作用。低成本高效率的LED发热极少,适合大多数的电容式开关设计使用。背光显示屏观看时的锐度更高,可以提高产品的视觉吸引力。透明的PEDOT电路处于空白状态,为设计团队提供了最高的自由度,通过各种方式来定制光导功能,而在相同的空间内使用标准的机械开关是不可能做到这一点的。

无论是在乘用车的触摸屏还是在工业机器的控制面板上操作按键时,最终用户都希望获得直观的触摸按键提示、设置与控制。通过战略性部署,照明可以产生最大的影响力,同时将注意力吸引到关键功能上,并在每个步骤中藉由多色灯或对比照明强度,通过视觉识别可用选项来引导用户。

正反馈

消费者希望汽车、洗碗机、健身设备和恒温器等都能更像其智能手机一样工作。在寻求增值功能方面,他们会力图购买“物有所值”的产品。反应迟钝或者毫无反应的触摸屏开关不可能成功——这样的产品会为制造商及其客户带来挫折感。

PEDOT通过使用较厚的材料改善传感能力,能够增强电路及表面电容传感信号的完整性与鲁棒性。OEM客户的反馈表明,一些最终用户报告说在使用具有PEDOT电容式开关组件的设备控制功能后,触摸屏的灵敏度和响应性都有了很大改善。

PEDOT具有极高的柔性以及良好的粘附性,可以延长寿命及使用周期数。低温加工工艺便于应用,可降低总生产成本。从设计观点来看,PEDOT是一种通用工具,具有众多优势:

•	单个电容式开关即可取代多个机械按钮。
•	触摸控制模式便于配置和定制。
•	平滑的触摸屏设计具有美学吸引力。
•	满足汽车行业的严格要求。
•	对OEM来说,以较低的价格为最终用户增强了功能和交互性。

PEDOT技术提供的透明度约为ITO的90%至95%,整体性能稍低。然而,在众多的触摸按键应用中,成本的节省和其他有用的属性可以使其脱颖而出。ITO的成本较高、更加易碎,不允许太多弯曲,否则就会导致损坏,而PEDOT则具有很好的柔性,在用户接口设计上更加具有多功能性。与传统的机械开关和PCB电容式开关相比,这一技术具有许多的优势。

将易用的控制功能和图标整合到基于PEDOT的开关当中,其可能性几乎不受限制。并且,所有的PEDOT电路都可采取定制设计,从而满足应用的规格要求。

《EDN电子技术设计》2018年4月刊版权所有,原文标题《有机聚合物在电容式触摸按键上相对于ITO的优势》,转载请注明来源及链接。