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突破成本/雜訊干擾問題 大尺寸觸控技術擴張PC版圖

2013-04-29
大尺寸觸控面板可望日益普及。在觸控面板、模組與控制IC業者,以及Wintel戮力發展,觸控技術已開始跨越成本與雜訊干擾門檻,進軍中大尺寸個人電腦應用市場,並可望成為13吋以上個人電腦的標準配備。
觸控技術應用範疇正大舉拓展至個人電腦(PC)。有鑑於觸控技術已成為消費者直覺的人機操作介面,因此智慧型手機、平板裝置大量內建觸控螢幕後,個人電腦也開始導入。

不過,現階段電容式觸控技術在中大尺寸仍有成本高昂、面板良率不佳等問題,所幸在觸控晶片等廠商的努力下,電容式觸控技術已可突破10寸以上中大尺寸的技術瓶頸。

根據NPD DisplaySearch統計預估,2013年筆記型電腦、Netbook的總出貨量約達兩億台,其中具備觸控功能的機種約占12%;一體成型(All in One, AIO)電腦出貨量則可望達到一千七百萬台,有17%內建觸控螢幕。相較於智慧型手機的77%與平板裝置的100%觸控螢幕比重,個人電腦配備觸控功能的比例仍相當低。

螢幕尺寸大 PC導入觸控面板挑戰多

圖1 NPD DisplaySearch研究總監謝忠利指出,ITO因阻抗較高與易碎等問題,因此不適用於12吋以上的觸控面板。
NPD DisplaySearch研究總監謝忠利(圖1)解釋,在智慧型手機與平板裝置製造商的大舉採用,以及Windows 8及Android作業系統的推助下,預期2013年電容式觸控面板的出貨量年增率可達27%。不過,個人電腦的貢獻仍低,原因在於即使微軟(Microsoft)Windows 8將消費者對觸控螢幕的使用需求整合於作業系統內,但個人電腦螢幕多在13吋以上,而目前電容式觸控技術在大尺寸市場仍有挑戰待解。因此相關觸控業者須推出價格更親民的、支援多點觸控的大尺寸螢幕產品,才可吸引更多電腦系統業者與消費者的青睞。

事實上,要進一步降低觸控式個人電腦的售價,微軟Windows 8將扮演關鍵角色。由於微軟欲帶給消費者最佳的觸控使用體驗,因此先前Windows 8作業系統對觸控技術的要求相當高,如預留2公分的螢幕邊框,導致13吋的觸控螢幕,實際上須採用14吋的面板與機構;另外,微軟亦要求觸控面板須支援十點觸控功能,若以20吋觸控面板為例,支援十點觸控的投射電容式觸控面板成本將高達100~150美元。微軟種種針對觸控技術的要求,讓內建觸控螢幕的筆記型電腦或AIO價格居高不下,不僅消費者不埋單,電腦系統大廠也對研發支援觸控螢幕的機種興趣缺缺。

有鑑於此,2013年微軟不但宣布調降Windows 8作業系統的授權金,也放寬對觸控技術的要求。如觸控感測器毋須增加R角的設計,將可降低大尺寸觸控面板的成本。謝忠利認為,微軟此舉將有助內建觸控功能的個人電腦及變形筆電進一步降低售價,以吸引消費者換機,並可培養使用者對個人電腦觸控螢幕的使用習慣,讓觸控技術大舉進駐個人電腦市場。

NPD DisplaySearch預測,2014年配備觸控螢幕的14~15吋AIO將占總體出貨量75%;2015年將有40%的筆記型電腦導入觸控螢幕。謝忠利強調,13吋以上、支援觸控的變形筆電已被Wintel陣營視為個人電腦突破出貨量持續下滑困境的唯一王牌,因此無論是英特爾(Intel)或微軟皆陸續提出新的策略,藉以刺激變形筆記型電腦、超輕薄筆電(Ultrabook)的銷售量。

其中,英特爾即以1,000萬美元轉投資FlatFrog,加速實現11~36吋電容式觸控面板應用。目前,FlatFrog已與戴樂格(Dialog)合作推出新的SmartWave多點觸控感應晶片,可為觸控面板業者帶來更低成本、設計架構更簡易的優勢,進而讓觸控式Ultrabook售價更親民。

兼具成本與效能優勢 PSD觸控技術崛起

由於13吋以上筆記型電腦或AIO電腦的投射式電容觸控面板良率不佳,導致成本相當可觀;而其他可用於大尺寸面板的表面聲波、類比電阻式與影像掃描等觸控技術,皆有增加面板厚度、不支援多點觸控等問題(圖2)。有鑑於此,FlatFrog與Dialog合作,研發利用紅外線偵測的多點觸控積體電路(Multi-touch Integrated Circuit, MTIC),將可協助大尺寸觸控面板業者有效解決上述問題,並滿足Ultrabook薄型化外型設計需求。

資料來源:Dialog(03/2013)
圖2 針對Windows 8對觸控技術要求,各類觸控技術優劣比較。

圖3 Dialog全球企業發展策略副總裁Mark Tyndall表示,MTIC可讓筆記型電腦實現更自然的無邊框觸控螢幕設計。
Dialog全球企業發展策略副總裁Mark Tyndall(圖3)表示,利用FlatFrog專利平面散射偵測(Planar Scatter Detection, PSD)技術開發的MTIC,可讓觸控面板製造商利用價格較低廉的紅外線,即可打造具備多點觸控能力的觸控面板,且由於毋須導入氧化銦錫(ITO)層,以及較強的背光驅動電源,因此成本可較電容式觸控技術低40%,還可進一步節省功耗。

MTIC並結合支援各種玻璃或塑膠觸控面板顯示器的SmartWave技術,加上FlatFrog PSD偵測觸控面板內紅外線變化的專利,因而可同時偵測高達四十種不同的觸控感應。Tyndall解釋,當使用者觸碰面板表面時,分散的光線將會被多重紅外線接收器偵測到,訊號再由MTIC接收、放大和過濾後再轉換成數位訊號。接著透過以安謀國際(ARM)Cortex-M0微控制器(MCU)核心為基礎的整合式偵測器引擎,將資料訊號進階處理,做為觸控晶片的參考值。

此外,一顆MTIC可直接驅動多達十二對紅外線發光二極體(LED)/發射器,透過紅外線,MTIC讓觸控面板系統可偵測並追蹤感應手套、觸控筆及其他物件的多點觸控、手勢和施力,無需高成本就能提供如同電容觸控技術所展現的自然觸控感受,並可滿足微軟Windows 8作業系統針對觸控功能如無死角與低功耗等要求。目前MTIC已通過微軟Windows 8的認證。

事實上,英特爾為強化Ultrabook供應鏈各元件技術,打造最佳的產品,已透過英特爾投資(Intel Capital)成立3億美元的Ulrtabook基金,而MTIC即為該基金的成果之一,因此MTIC特別專為11~36吋筆記型電腦、Ultrabook、AIO電腦和顯示器所設計,該晶片也與微軟Windows 8和英特爾Ultrabook對觸控功能的要求完全相容。

Tyndall強調,採用紅外線感測技術的MTIC並非要與目前的電容式觸控技術競爭,而是共存。亦即未來11吋以上觸控面板將採用MTIC;而5?7吋觸控面板將以電容式觸控技術為主流,預計2014年春季,即可看到內建MTIC的觸控Ultrabook問世,Dialog也預期在2年內拿下大尺寸觸控技術市場40%市占率。

解決大尺寸觸控面板成本與效能問題後,觸控面板製造商還須面臨筆記型電腦、Ultrabook螢幕或其他部件產生的雜訊干擾,以及目前主流的投射電容式觸控技術,若面板表面有水滴或水氣,會影響觸控品質的問題,所幸在觸控IC業者的努力下,上述問題已可獲得解決。

高峰值電壓相助 觸控IC防堵雜訊干擾

圖4 賽普拉斯資深產品行銷工程師暨TrueTouch產品經理Jeff Erickson指出,透過高電壓,觸控IC可有效防堵雜訊干擾。
賽普拉斯(Cypress)資深產品行銷工程師暨TrueTouch產品經理Jeff Erickson(圖4)表示,不僅筆記型電腦,智慧型手機的螢幕也會產生雜訊,進而影響觸控的效果;甚至裝置充電時也會發出雜訊,讓觸控螢幕產生延遲與誤觸,因此觸控IC須具備抗雜訊干擾的能力,才能提供消費者最佳的觸控功能使用體驗。

事實上,觸控IC峰值電壓(Vpp)越高,即可透過高電壓消除並覆蓋充電器、顯示器螢幕的雜訊,大幅提升抗雜訊干擾的能力。

看準智慧型手機、平板裝置,以及筆記型電腦、AIO電腦觸控螢幕製造商,對抗雜訊干擾能力的需求日益攀升,賽普拉斯繼推出峰值電壓達20伏特,並具備防水能力的第四代TrueTouch觸控晶片後,再度發布峰值電壓達40伏特的第五代產品,協助觸控螢幕製造商解決雜訊干擾的技術挑戰。

Erickson指出,除具高峰值電壓外,第五代TrueTouch觸控晶片亦導入單通道間相互掃描(Single-pass Correlated Scanning)技術,可掃描觸控面板上所有的通道狀況,可讓製造商一窺雜訊全貌,並透過跳頻功能避開雜訊干擾。因此,賽普拉斯第五代觸控IC的抗雜訊能力較第四代產品大幅提升,防水效果也較第四代高出兩倍。

另一方面,賽普拉斯第五代TrueTouch觸控晶片採用全新的類比前端設計,因此能以10伏特電壓驅動觸控螢幕,該元件並採用窄頻的高頻訊號,支援單次掃描與進階硬體數位訊號處理器(DSP)濾波功能。

Erickson強調,新產品的高整合度,不僅能簡化整體設計,降低觸控螢幕的成本,也可刺激行動裝置製造商在產品中導入觸控功能的意願。

目前新一代產品可支援至11吋觸控螢幕,未來賽普拉斯也將把高峰值電壓與單通道相互掃描技術運用於支援13~15吋觸控螢幕的TrueTouch G4_L觸控IC產品系列中,提高大尺寸觸控面板抗雜訊干擾能力,以滿足Ultrabook與Windows 8對大尺寸觸控螢幕的需求。

根據英特爾的計畫,未來Ultrabook將持續朝向更輕薄設的方向邁進,達到厚度小於21毫米(mm)Ultraslim的目標,屆時對於超薄觸控面板的需求將更殷切。

根據Arete Research統計,2014年,Ultraslim個人電腦的銷售量可望達到七千三百萬台(圖5),至2016年將達一億七千萬台,將為中大尺寸觸控面板帶來龐大的商機。因此觸控晶片開發商也已進行下一代產品的研發,期可滿足市場的發展腳步。

圖5 2012~2016年Ultraslim個人電腦出貨量預估

由上述可見,微軟與英特爾為讓觸控技術在中大尺寸個人電腦成為必備功能,刺激筆記型電腦、AIO電腦銷售量,紛紛使出渾身解數,而觸控IC業者亦不負眾望,推出適用於中大尺寸觸控面板的新產品,解決技術與成本的問題。未來,觸控技術將可望順利挺進中大尺寸應用市場,並逐漸提高滲透率。

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