分析:表面电容式触摸技术为何能推动人机接口的新革命?

网友投稿 265 2022-11-06

分析:表面电容式触摸技术为何能推动人机接口的新革命?

从以上不难发现,目前以小尺寸为主流的消费性市场在触摸技术的选择上仅有电阻式与投射电容式两种,前者虽然成本低廉,但是不佳的光学表现与耐受性长期受到市场诟病;后者虽有多项优点,但真正能量产的供货商屈指可数,售价自然相当昂贵,以致仅见于少数高单价产品上。

目前小尺寸市场之所以很少使用SCT,主要是成本问题。SCT面板制造商长期欠缺关键的光学镀膜技术,必须委外加工,而SCT触摸IC则为少数技术厂商所控制,售价居高不下。此外,不像电阻屏可随意与电阻式IC搭配,SCT的屏与IC必须有绝佳的兼容性才能稳定地工作。前述种种因素使得SCT在小尺寸消费应用的售价与PCT相去不远,自然难以被客户群所采用。

然而,相较于电阻式技术,SCT可以大幅改善其缺陷;相较于PCT,SCT的技术更为成熟稳定,可以量产导入。因此我们可以合理地推论:当SCT的整体成本因为产业成员们的策略联盟和技术资源整合而大幅下降时,SCT将有机会成为小尺寸消费应用最佳的解决方案。

下文将简单介绍PCT与SCT之基本原理,并针对此两种技术之优缺点做一比较。

投射电容式触摸技术

图1中的橘色菱形图案形成了X轴方向的ITO导线(共有m条),而绿色菱形图案形成了Y轴方向的ITO导线(共有n条);PCT控制器会依次驱动这些导线来侦测是否有因为触碰而增加的电容量变化。

以架构最简单的RC振荡方案为例.我们将X轴中的X2导线的等效电路简化于图2,形成一个由n个Rp与n个Cp所组成的RC电路,其中的Rp与Cp分别代表等效的ITO分段内阻与PCT各节点(XY轴交会处)的固有电容值。当手指接近或接触到屏时,会在屏上增加一个电容量(Cf);对这个RC振荡电路而言,Cf的出现意味着振荡的周期变长而频率降低。借着计算手指触碰前后X2导线上的振荡周期与频率的改变,PCT控制器因而可辨别出触碰的位置,甚至还能分辨手指与屏的距离(即提供Z轴信息)。

表面电容式触摸技术

电容式触摸技术的市场现状

PCT工作原理并不复杂,因此要提供一个示范性的原型展示并不困难;然而,当工程师们试图将PCT Demo Set转换为量产计划,准备大量复制时,各种技术挑战便纷至沓来了。主要的挑战包括以下三个方面。

待侦测的信号微弱(做成粗宋) 易受环境影响而变得不稳定,导致触摸功能的灵敏度不一致,甚至可能有误动作产生。因触碰而产生的电容变化实际上极容易受温度与湿度影响,目前常用的对策是采用定时自动校准来克服此问题。另外,正使用的其他电器或产品本身其他功能(如手机的RF)都会对信号量测造成干扰。这部份就得从提高SNR下功夫,以软件或硬件的方式来达成;截至目前为止,IC设计业者在这方面仍有努力空间。

量产良率有待提升(做成粗宋) PCT技术先天具备多点触摸的优势,因此自iPhone问世以来,几乎所有的焦点都放在PCT上,触摸业界包括触摸屏厂商、IC设计公司与方案开发商均投入极大的资源进行开发;但直到今日,市场的PCT商品仍然不多,问题就在于整体生产良率仍然不高,使得成本居高不下所致。而造成良率不高的原因有:现有PCT控制器仍不够成熟,在不同应用环境下的自我调适能力仍不足,因此触摸菜单现不稳定,在此情况下只好对PCT 面板的特性 (如:面板之内阻值与电容值等)加以严格设限以减少变数;由于PCT控制器的能力限制,对PCT 面板特性一致性的严格要求往往是造成良率低落的主因。

专利问题(做成粗宋) 由于许多基本手势与多指触摸功能已被部份厂商申请专利并获得认可,造成PCT商品的多点优势在许多应用领域(特别是主力的手机市场)无法发挥!整体而言,PCT方案因其具备多点触摸的优势,未来必定会在市场上占有一席之地。但以目前现况看来,它仍然称不上是一个成熟的方案。

除了IC之外,SCT的触摸屏结构也较PCT更为简单,也更容易在硬件上克服噪声干扰的问题。另外,通过工艺改良与关键技术的突破,使SCT整体解决方案具有与电阻式匹敌的成本竞争优势。以万达光电自行开发的光学镀膜技术为例,可使触摸屏的光穿透率由87%上升至97%,反射率则由12%降为2%。更重要的是,将可使光学处理的良率控制在9成以上,并省去委外加工的步骤,提高技术自主性与产能,制造成本也可大幅降低。

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