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探析大尺寸及多點觸控技術應用趨勢

    以目前中、大型觸控屏幕應用來說,在Apple陣營的桌上型電腦、筆記型電腦,仍未有大量導入觸控應用的設計方案,現在僅有iPhone、iPod Touch、iPad mini、iPad與部份iPod產品采用觸控屏幕人機界面設計方案,在Apple應用產品采行觸控人機界面仍以中、小型屏幕應用居多。

    另一方面,在非Apple陣營來說,幾乎目前主流的筆記型電腦、桌上型電腦已開始導入觸控人機界面,甚至部分超過20吋的桌上型電腦已具備觸控人機界面,觸控人機界面的應用風潮,已自中、小屏幕移動裝置的大量采用,逐漸擴散至筆記型電腦、桌上型電腦應用領域,甚至連電腦周邊生產業者也開始投入產制大尺寸的觸控屏幕產品。

    電阻式觸控發展早 大屏應用支持佳

    但對觸控人機界面產品來說,早期所使用的電阻式觸控感測技術,雖可在材料與技術成本方面具極佳優勢,也能因應小屏至中/大型屏幕的觸控技術整合需求,但實際上電阻式觸控在技術實際面上,仍有材料、結構與技術方面的先天限制,例如,觸控感測的薄膜結構會導致屏幕透光率受到影響、也會因為薄膜壓力感應的機械結構,使得使用壽命會因為大量觸按而大受影響,在頻繁使用型態的裝置上面很容易暴露技術上的應用缺陷。

    為了改善移動裝置的操作體驗,Apple轉而投入開發以電容觸控技術為基礎的觸控屏幕人機界面,利用G/G(Glass to Glass Structure)結構的電容式觸控屏幕方案發展iPhone產品,由于G/G觸控玻璃與液晶屏幕的整合結構,不會有如電阻式觸控薄膜大幅影響透光與顯示清晰度的應用限制,使得iPhone產品在市場獲得空前成功,也讓電容式觸控技術開始被相關技術業者重視,紛紛轉而投入更精進的電容式觸控技術。iPhone原以G/G觸屏設計為主 新品改用更薄化的in-cell觸控方案

    但早期電容式觸控技術方案,由于技術原理系經感測操作者手指的屏幕接觸影響整體感測層電氣狀態的微弱變化,進而透過觸控IC分析觸點位置,初期發展小型屏幕的觸控設計還算能應付產品開發需求,但若轉而投入超過中、小型屏幕的觸控機制整合,G/G結構的大屏幕保護玻璃貼合難度高,也會因為良率影響了終端產品的售價,影響中大型觸控屏幕初期導入電容式觸控技術方案的成本,而為了跟上這股觸控應用熱潮,大型屏幕的觸控人機界面需求,早期相關業者也嘗試利用如光學感應式、或聲波感應式觸控感測技術進行產品開發。

    也是因為Apple iPhone/iPad重新定義了觸控人機界面的使用經驗感受,令使用者對于觸控型的產品人機互動操作要求越來越高,象是移動裝置常見的多觸點觸控/觸點追蹤、高效率的人機界面觸點偵測與系統回應要求提升,導致即便光學感應式、聲波感應式觸控技術方案,在技術架構上觸點經由感測、回饋與分析的人機界面反饋過程,會因為技術方案將感測訊號多重轉換,導致系統整合回饋訊號的觸點資訊反饋時間過久,影響用戶在大型屏幕上的觸控體驗,加上非Apple產品的電腦設備大多搭載Windows作業系統,微軟在Vista視窗作業系統后才開始進行系統整合,在近期發布的Windows 8系統才對觸控人機界面有了較佳的整合度,也讓中/大型屏幕產品搭載觸控屏的設計需求增溫。

    大型屏幕以光學或聲波感測式觸控整合為佳

    以G/G電容式觸控方案來說,往大屏幕發展不只是在保護玻璃貼合的難度增加,也會因為G/G結構性的問題導致大尺寸設計在面板強度受到影響,即便G/G方案的厚度問題并不會影響到中/大型屏幕產品的設計要求,但實際上G/G觸控方案發展大型屏幕仍有其極限。

    而在電容式觸控技術方案正碰到發展大尺寸化的開發瓶頸,原先用在電子白板、公眾顯示器的觸控應用方案,也在部分品牌電腦上導入設計。例如,在超過20吋的一體式電腦(All-in-one)產品中,就有使用光學式觸控方案產品,而在更大尺寸的設計方案,則部分有使用聲波感測式觸控方案。不管是光學或是聲波感測式觸控設計方案,其追蹤觸點的精確度都有一定程度的誤差,也就是觸點準確度無法如電阻式或是電容式精確,另外在人機界面的觸按與界面反饋程序,耗時也較電阻或電容式觸控稍久,精確度與系統反饋速度受限下,在大屏應用的效益也因此受到影響。

    除準確度與系統反饋速度問題外,多數使用者在小型屏幕已熟悉的多點觸控使用習慣,在中/大屏觸控產品若采行光學或是聲波感應觸控,在多點觸控的應用支持方面也會因技術架構瓶頸,而無法獲得較佳的多點觸控體驗,但不可否認光學式與聲波感測式觸控技術方案,在因應大屏、超大屏幕應用時,可使用外掛輔助方式擴增屏幕觸控應用彈性的優勢,與輕易擴充觸控應用的便利性,是電阻式與電容式觸控技術方案所無法達到的技術條件。

    業者積極投入電容觸控方案開發 30吋以下有多樣方案選擇

    電容式觸控技術在發展中/大屏應用方面,最優先必要解決的即是G/G結構復雜問題,先前提過在中/大型觸屏設計方案中,觸屏模組的厚度優化并不是最必要考量的問題,反之是如何簡化保護玻璃、觸控感應玻璃的結構,同時又可達到強化中/大型屏幕的表面強度,才是相關設計方案必須考量的重點。

    以常見的觸控屏幕整合方案,常見的方式為在LCD或AMOLED面板前設置于前方屏幕上層進行運作,電阻式、電容式觸控解決方案大致均以此形式設計,以透明薄膜或是玻璃材質建構觸控感應層,讓屏幕具備顯示同時也能追蹤觸點座標。而電容式觸控屏幕若以10.1吋作為分界點,大于10.1吋的中大型屏幕來說,可以用in-cell與out-cell兩大技術方案來整合電容觸控屏幕。

    in-cell技術難度高仍以小屏應用為主 out-cell對應中/大尺寸具成本優勢

    以in-cell來說,可以因應大于10吋以上的觸屏設計,目前已有針對VA/IPS/TN等不同形式的LCD屏幕整合方案,以適用大型屏幕的in-cell搭配覆蓋玻璃的設計方案,可在大型顯示范圍的產品獲得極佳的畫面效果,同時也能保有屏幕的料件薄度,比較適合講求產品薄化設計的高端Ultrabook或是變形筆電產品。

    而在out-cell方案,以適用大型觸屏應用需求來說,在大于10吋的產品上以G/G、OGS(One glass solution)為佳,雖然不少10.1吋以下的觸控平板、觸控變形筆電也多采用GFF(Glass Film Film Structure)量產方案,但目前超過10.1吋也以G/G與OGS較具使用效益,尤其G/G、OGS在透光率表現極佳,在講究影像品質的大屏設計方案,但G/G在結構上仍有厚度上的先天限制,在講究輕薄型式的產品導入會略顯劣勢,反而是OGS在結構單純、整合便利的優勢下,目前量產導入的產品相當多,而薄化優勢也讓OGS觸屏技術在中/大尺寸應用更具附加效益。

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