主流触控屏幕技术方案与使用现况

2017-04-20 13:42:50 samway 16

  触控屏幕从早期KIOSK售票亭到ATM提款机的装载使用,到现在成为进阶AIO、平板电脑、智慧手机甚至是笔记型电脑都争相装载的人机介面设计,除传统电子式触屏仍有市场用量外,新颖的电容式触屏材料持续在透光、多点感测应用优化…

  触控屏幕应用,在早期仅在不适合使用键盘、滑鼠的应用场合,才会被设备开发者列为优选的人机介面方案,因为作为人机介面应用,触控屏幕有学习门槛低、操作直觉、搭配GUI设计可以提供更便捷的资讯服务,而在Apple在第一代iPhone导入电容式触控屏幕后,触控屏幕从中/小尺寸的智慧手机、MP3随身听、平板电脑全面搭载后,这波触控面板设计风潮也吹向平板电脑、AIO一体型电脑、变形笔电等产品,透过触控人机介面提升终端资讯产品的使用体验优化。

主流触控屏幕技术方案

  而触控屏幕依照原理差异,主要为分成电阻式、电容式、波动式(超音波、红外线)与内嵌式几类触控技术,不同的触控技术除在侦测、分析触点的原理差异外,因为技术层次不同、与市场需求用量差异,也导致不同触控技术在应用性能与实际导入料件成本差异,尤其是原本用量最大的电阻式触控技术因为技术原理限制现在已经成为中、低阶或特殊应用需求所使用的触控技术,反而是透光率表现较佳、触感体验直觉的电容式触控,因为手机大量使用导入,成为目前技术最多元、用量激增的触控技术方案。

  基本上触控萤幕依原理不同,分成电阻式、电容式、波动(声波、红外线)式等。电阻式触控萤幕为由二层透明薄膜制成,在透明膜内侧皆镀有氧化铟锡导电层、上/下层间以绝缘隔球隔开,最外层再加上抗候、防水的防刮板。而终端用户利用手指或尖物直接压按屏幕导致上层薄膜压按变形,导电层接触后产生的电阻值电压差就成为追踪萤幕触按点的依据。

  电阻式触屏用量受市场挤压 转向特规、进阶应用市场

  而电阻式触控屏幕为透过机械形式的压按产生触点追踪数据,即便导电层、薄膜与绝缘物采用更耐用的材料制作,但局部触按区的点击、触按次数过多,也会造成机械结构的疲劳老化,甚至导致材料变形造成触点追踪产生误动作、判断侦测触点数据失准误判。

  但机械结构也是电阻式触控屏幕的特殊强项,尤其在高耐候、高危或是不利操作的特殊场合,使用电阻式触控屏幕设计,可以让终端操作者仅需靠尖物或是手指(有无穿戴手套均可)压按就能判断触点,即便电阻式触控屏幕在支援多点触控、易机械疲劳等问题造成使用限制,但仍然是多数工业电脑、人机介面终端(HMI)、ATM自动柜员机、KIOSK户外售票亭的触屏使用首选,针对耐用材质与多感应层的多点触控支援应用并未中断开发与料件需求,只是相关需求转向单价成本更高、需求小量的特殊用途材料需求市场。

  Apple iPhone刺激市场电容触屏用量 相关触控技术发展能量高

  电容式触控可以说是近几年最热门的触控技术并不为过,基本上电容触控并不是新鲜的技术,但早期电容触控多应用于笔记型电脑触控板、电器触控面板等用途为多,而导入手机显示屏应用为Apple针对iPhone优化的电容触控应用,才造成电容触控技术市场需求大增,行动终端产品业者为了优化电容式触屏元件品质,也持续优化改善应用架构,使电容触控技术方案几乎成为中、小屏幕的触控导入首选。

  电容式触控屏幕,为运用多层材料组构而成,外层使用高硬度防刮、防指纹/油污的玻璃材质,中间设置导电基板,而表面电容为使用设置萤幕四周的电极放电于萤幕表面形成均匀、稳定的电场状态。所谓的「电容」则是泛指其追踪触点的机制为手指触按萤幕造成屏幕电场因电容值变化而产生改变,透过触控IC分析换算电流变化值,即可准确推估用户手指触按萤幕的位置。

  电容式触控使用体验佳 成为中/小屏幕触控整合首选

  由于电容触控技术在反馈触点追踪速度颇快、操作也较电阻式画面要用戳的相对轻松许多,加上玻璃触屏透光度高较不影响屏幕显示画质,不需触控笔直接透过指腹轻按就能完成触控操作因而大受欢迎,使用便利性颇高,而初期在导入设备以智慧手机为主,电容式触屏技术刚好搭上智慧手机市场需求暴增趋势,成为目前最炙手可热的触屏应用技术,在料件用量大基础下相关触控晶片、面板制造商也纷纷投入大量资源开发新技术,让电容触屏技术成本与效能大幅优化。

  早期电容式触屏多半供应小尺寸触控产品为主,因为电容式触控在屏幕面积增大时,表面电容的杂讯抑制就成为技术开发瓶颈,但因为电容式触控的市场用量够大、相关材料/控制晶片业者市场期待甚深,愿意投入更多资源进行新技术开发,在各种电容式触控优化方案加持下,目前电容式触控已经可以做到超过20寸的屏幕设计,不仅成功跨足中型屏幕制作门槛,也可能进一步抢进中/大型触屏屏幕设计市场。

  大型触屏以波动式触控技术为主 内嵌式触控需在成本持续优化

  对于大型与超大型触屏需求,目前市场主要以波动式触点侦测为主要触控技术,而波动式可以利用表面声波、红外线等技术方案,核心原理都相当近似。

  表面声波维在玻璃基板角落设置超音波发射器与接收器,透过感测接收端的讯号衰减程度换算出触点位置,但实际触点位置只能算是「接近」触点的座标,感测的座标精度误差会因为屏幕增大而相对加大。红外线触屏技术的原理是在屏幕X,Y向侧边设置红外线发射器与接收器,透过手按触屏阻断光线的接收信号状况,反推触点实际座标,但触点侦测解析度会因红外线收/发器的设置数量影响。

  波动式触屏较麻烦的是萤幕表面尽可能不要污损或沾附灰尘,会因此影响判读触点座标的精密度,另外在新颖的多触点追踪技术部分,震动式开发多触点侦测成本过高、实用价值低,这类应用技术大多仅使用在大型互动电子看版或是电子白板应用。

  而目前最夯的触控技术则为内嵌式设计,此种触控技术为将触点感测机制嵌入面板设计中,内嵌式可再分on-cell与in-cell两种,on-cell为将触控设计设置在彩色滤光片之上或下缘;in-cell为直接与LCD Cell结构整合,实践触控机制的原理要视整合方案而定,内嵌式设计优点相当多,如可使触屏物理结构简化、薄化,或是在透光度100%提供更优异的触屏功能,但触控内嵌化较大的问题在于成本较高、良率改善空间大,在高单价成本产品的整合效益较高。

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