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Touch on Lens单层电容式触控设计要点

编辑:xiaqiaohui 2011-09-30 09:51 浏览 评论 2 赞    来源: 

  各式各样的降低成本的方法被提出,有使用塑料或压克力来取代玻璃,或使用薄膜取代玻璃,将原本双层的结构硬挤在单层结构里面等方法,到最后形成将Sensor做在保护玻璃上(Touch on Lens) 与做在LCD里面(In-Cell)的两种终级方法的对决。

  近年来在行动装置掀起的触控风潮,如大火燎原般的一发不可收拾,触控已成为生活的一部份,朝未来看去趋势更是无法抵挡,由小尺寸的手机,中尺寸的平板计算机,NB,到大尺寸的电视,家电等,都将为触控所渗透,触控产业的规模也就越来越大,根据DisplaySearch最新出版触控面板市场分析报告指出,2011年全球触控面板产值将达134亿美元,其中三分之二的触控面板使用在手机预计达8.68亿片,其余成长最快的就是平板超过7200万片,约有30~40亿美元的产值。

  降成本!Touch on Lens良率高

  试想看看134亿美元相当于3800亿台币,如果有人能想出降低成本50%的方法,就可以创造1900亿台币的利润,如果将成本降低80%,就可以创造3000亿台币的利润,而且每年都在成长,上述的利润相信看到的人很难不心动,当然业界也不例外,各式各样的降低成本的方法被提出,有使用塑料或压克力来取代玻璃,或使用薄膜取代玻璃,将原本双层的结构硬挤在单层结构里面等方法,到最后形成将Sensor做在保护玻璃上(Touch on Lens) 与做在LCD里面(In-Cell)的两种终级方法的对决,这两种方法在材料成本上几乎没有差别,但在生产成本与良率上却有很大的差异,而这些差异会形成胜负的关键。

  然而要做到单层电容式触控于保护玻璃上(Touch on Lens),有那些要求与考虑,以下是几个重点:

  单层电容式触控于保护玻璃上(Touch on Lens)的设计要点

  ●只用单层的保护玻璃就可以完成触控的功能。

  ●Sensor做在保护玻璃上。

  ●最好为真正的单层结构,不要有立体的跨桥结构。

  ●最少的制作程序

  ●最薄,最轻的结构

  ●最好的光学效果

  ●最低材料成本

  ●最低的生产设备成本投资

  ●最大的触控面板产出能力

  基本上立体的跨桥结构,是造成生产良率不佳的主因,会增加许多的生产制作程序与成本,在与LCD贴合时增加困难度,这些都是生产厂商心中的痛,当然某些技术高超的厂商也拥有相对的竞争优势,不过一旦技术瓶颈被克服将会造成触控面板生产快速进入成熟期,也由于技术门坎的降低,后来者大量的加入,形成一片红海竞争的局面。

  由于单层结构将制作程序减到最少,也让雷射蚀刻与印刷的技术可以被引入,有机会取代黄光制程,如此可以减少化学污染,节省水资源,符合环保的要求,不过厂商最乐见的还是生产设备成本的大幅降低,毕竟黄光制程的设备是相当昂贵,而雷射蚀刻与印刷的技术则相对低廉,且生产环境的要求也比黄光制程来的低,但是雷射蚀刻的弱点是产出能力不如黄光制程高,设备的耗损也必须仔细考虑,网版印刷的成本则决定于网版的堵塞所造成的损耗可否得到控制,总结的说单层的结构造就了制程的多样性,厂商的竞争能力也由单纯的设备投资,演化到复杂的生产组合,变得更有弹性。

  玻璃VS塑料 面板载体的选择

  要生产单层电容式触控面板有三个层面的问题要考虑,首先是载体的选择。也就是保护层的材质要选择玻璃或是塑料(压克力),玻璃的硬度,光学特性与触控灵敏度都比塑料好,然而,塑料却赢在好施工、不易破损、安全性高,就笔者的观点,玻璃适用于中小尺寸的面板如手机与平板计算机,而塑料适用于大尺寸,原因在安全性问题为优先考虑,而且塑料可以制作成薄膜直接贴到LCD上,贴合的成功率非常高,反之使用玻璃贴合的成功率大为降低,而且玻璃面积愈大,破裂的机率也愈高,单层结构下不论玻璃或塑料光学穿透率都可以到90%所以在光学的特性上差异不大,但是塑料为有机物质,分子数量较大,光线通过时会有绕射现象,会影响屏幕显示的分辨率,如iPhone 4使用400 dpi的分辨率使用塑料当触控面板时,屏幕显示分辨率看起来像200 dpi,会失去400 dpi的价值,不过大尺寸的显示面板不会采用高分辨率如400 dpi,较不受塑料材质光绕射的影响。

  性能大不同 Sensor图案选择学问大

  第二要考虑的因素为Sensor的图案。之前Apple所使用的双层互电容式触控面板,采用X,Y轴交错矩阵式结构,是目前最多人使用的方法,然后有人提出将双层结构挤压到单层结构的方法,也就是目前常见的菱形跨桥结构,为了降低成本,在中国大陆开始有人采用早期使用于自电容式触控按钮的技术,将三角形一维滑轨的结构排列成平面,成为单层电容式触控面板最早的版本,也有使用互电容式的改良方法,然而不论自电容式或互电容式,这两种方法虽然简单但是却有分辨率不足的缺点,同一条水平线不能同时两指以上的碰触,会造成无法识别,也无法使用于中大尺寸,目前最常使用于3.5寸含以下的触控面板,据有些业者表示此款单层电容式触控面板在低价的手机上使用量还真不少,也让台湾许多面板厂,触控IC设计公司,积极的投入这个市场。

  All Points的单层式触控技术早在2004年Apple提出的触控面板发明申请(US 7,663,607 B2) 时就以经提出此观念,但是申请的权利范围没有包含 All Points结构,以X,Y轴的结构为主体,其实早期的Keyboard结构许多也使用All Points的结构,All Points也是多点触控的最原始结构,因为每一Point都是独立的侦测点,所以 All Points的总点数就是多点触控总数的最大值,举例说明,如果由10行 X 10列 相当于100 Points所组成的触控面板,是可以允许100根手指同时触碰在各别的100 Point 上,现在大家所认知的多点触控,也就是Apple所用的X,Y轴式的矩阵型互电容式触控面板,其实是由All Points所演变而来,近年来推广All Points结构不遣余力非IDT的PureTouch不可,由于能生产出超低价位的触控面板,据说已有大陆的电子书生产厂商采用。

  至于超低的触控面板价格从何而来?不论IDT使用的方法或是之前单层的三角形Pattern都能有效的降低成本达40%以上,再结合将Sensor制作在保护玻璃 (Cover lens)上,成本可有效的降低60~70%,如此大的降低成本的方法为什么主流的产品没有使用,智能手机与平板计算机都没见到知名厂商采用,原因在于上述的两种方法都无法使用在中大尺寸的触控面板,三角形的图案拉的愈长,误差会愈大,分辨率就会愈差,而IDT的All Points的方法超过五寸时中心位置的点就无法走线出来,所以All Points的方式受限于走线的空间,要加大走线的空间,就必须增加触控的灵敏度与SNR比才有机会成功,所以愈小尺寸的触控面板使用上述两种方法的效果愈好,依此推理在低价位的小尺寸的触控装置应该有不少是使用这两种方法。

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