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电容式触控面板IC与光学技术的发展

2015/1/19 9:20:26来源:本站原创 【字体:

导 读:触控科技的萌芽虽可追溯至1970年代,但直到近几年,它才真正崭露头角。触控技术得以商品化,除了得益于平面显示器的普及、操作系统纳入人机接口应用、材料与生产制造技术上的突破外,最重要的还包括了苹果(Apple)的iPhone营销策略。
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触控科技的萌芽虽可追溯至1970年代,但直到近几年,它才真正崭露头角。触控技术得以商品化,除了得益于平面显示器的普及、操作系统纳入人机接口应用、材料与生产制造技术上的突破外,最重要的还包括了苹果(Apple)的iPhone营销策略。

  根据近期美国一份市调显示,45岁以下的青壮年中,有超过95%的人视触控为最方便的人机接口设计,80%以上的受访者认为其价值主要在于触控应用在使用上的直觉性与便利性。若是细心观察生活中人机界面的变化,必然不难发现触控应用已迅速蔓延。近期DisplaySearch更预测2009年将是便携式消费电子产品大量应用触控技术急速增长的一年。

  尽管目前成熟或发展中的触控技术多达20多种,但是成功导入应用并已量产的仅7~8种,包括电阻式、表面电容式(SurfaceCapacitiveTouchPanel,SCT)、投射电容式(ProjectedCapacitiveTouchPanel,PCT)、红外线式、声波式、光学式、电磁感应式与数字式等。其中电阻式因为结构简单且成本具有优势,长期享有最高市占率,SCT则因过去受限于专利限制,加上成本较高(制程技术与光学处理部份尤甚),其市占率始终不及电阻式。近年来由于专利限制过期与光学技术的进步,在在为SCT普及率带来新的契机;PCT由于其设计原理可实现多点触控的应用,集众所瞩目于一身,各界预期将增长最快,触控相关产业也均投入研发生产此一产品。

虽然触控接口的使用特性在选定特定触控技术时即已确定;如电阻式的结构,光学与耐受性不如电容式,为了解决这些困难,因而在材料上及结构上寻找出路,如现行的ITOPET材料,导电多分子(ConductivePolymer)与纳米碳管(NanoCarbonTube);为提高强光环境下面板的可读性,电阻式衍生出不同结构的线性极化与圆形极化选择。然而这些方案均基于一个基本假设:即在电阻式上寻求解决远较在他种技术上更符合经济效益。事实上真的如此吗?当市场对PCT普及期待日益殷切之时,拥有制造传感器(Sensor)也具有电子技术与信号处理知识的厂商,将重新定位SCT、PCT与电阻式之间的竞争关系。

来自IC的挑战

  显而易见,SCT或PCT技术在耐受性、光学上的优势是电阻式无可比拟的,其之所以无法普及的原因在于:1.现行IC控制器或芯片价格居高不下,或受主要供应来源长期垄断;2.生产制造的专有知识;3.光学处理制程多采外包,因而提高了生产成本;4.传统上面板制造与IC供应端长期缺乏技术层面交流的能力,造成触控整体效能上达到‘最佳化’的障碍,此一困境在PCT的发展中尤其显著。

  基本上,PCT的初期发展被应用在触控板时是属于非透明式的触控面板,IC供货商如Quantum、Cypress、Synaptics、Alps、Broadcom及义隆电为主要的技术与IC来源。PCT是于一层或多层表面上,以ITO排列组成许多感测单体(Sensingelement)。由于其具有X,Y,Z轴上感测能力,因此表层上可用玻璃或coverlens来加强其表面耐用性。然而,当面板尺寸增大时,感测单体的数量相对增多,此时除面板出线数增加外,内阻值增大等不利因素均为现行IC仅能服务小尺寸PCT的主因。

  因此,当面板制造商缺乏‘跨领域’知识时,从技术到价格将由IC供应端来主导,即使是面板制造商能提供质量稳定、高信号噪声比(S/N)值的面板,在受到IC供应端希望以既有产品来配合所有面板的前题下,整体解决方案的最佳化终究不可得。此种不对称的产业现况,无助于触控市场或产品的进化。

突破光学限制

  iPhone给消费者的印象,除了多点触控之外,即是光学上的优质表现。事实上高透光率、低反射率或表面处理即为电容式产品胜出电阻式最大的优势。目前电阻式的透光率通常在80±2%(film/glass),使用特殊材料也仅能达到87±2%。电容式的光学处理直接作用在玻璃原材上;实务上显示,穿透率的改善可由87%上升至98%;反射率则由11%降低至1.8%(图1及图2);表面硬度、防污、防菌及抗指纹也可经由电容式生产制程一并达成,不仅增加产品价值同时也降低成本。利用电容式光学优势加上结构上的调整,这种解决强光环境下面板可读性的做法,必然较电阻式圆形偏光应用更为有效。

  电阻式长期以来享有触控面板最大的市占率,其原因并非由于电阻式的功能优于它者,而是电容式普及化的障碍并未移除。就技术层面来看,电阻式显然无须具备电子与信号处理的背景知识;然而,电容式却大相径庭,其成功应用不仅需要传感器制造端了解如何制造出光学与结构上优质的面板,更要能在电子信号上提供稳定均匀与高质量信号,IC处理才能依其优势架构出不同的信号处理逻辑程序,以有效发挥电容式触控面板的整体效能。

  换言之,拥有电子背景的面板制造商了解如何才能产出优质的面板,它代表知识实质增加到生产优势的过程,也区分出制造业中劳力密集与知识经济的基本差异。投射电容式触控面板今日所面临的绝非仅仅只是IC供应的问题而已,而是如何与上下游整合以创造面板制造、IC供应及消费者三赢的局面。


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