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1、 人性化介面設計-觸控面板的發展概況 柯坤昇1 茂順2 紀欽豪3吳漢斌4 123高雄應用科技大學電子工程系(高雄市三民區建工 415 號) 12096305108cc.kuas.edu.tw 2msleecc.kusa.edu.tw 32095320105cc.kusa.edu.tw 4威盛電子(高雄市楠梓加工區西五街 10 號 7 ) 4B.tw 摘要摘要 觸 控 面 板 技 術 提 供 一 套 人 性 化 的 介 面 ， 使 一 般 人 操 作 電 腦 或 電 子 產 品 可 以 變得直接、簡單、 生動、有趣。前開始，銀 ATM、 站 自 動 售 票機、多功能資訊服務機、KTV 的 卡 O
2、K 點唱機以及大人 與 小 孩 為 之瘋狂 Nintendo 的 NDS 掌上型遊戲機等，均續採用觸控面 板 ， 此 時 此 刻 ， 觸 控 面 板 正 漸 漸 成 為 人 生 活 的 一 部 分 ， 觸 控 面 板 依 操 作 原 與 製 作 技 術 可 分 為 ： 電 阻 式 、 電 容 式 、 音 波 式 、 光 學 式 以 及 電 磁 式 技 術 。 本 研 究 針 對 觸 控 面 板 的 分 、 市 場 概 況 、 國 內 廠 商 發 展 之 建 議 作 探 討 ， 並 從研究中發現自從 iPhone 引發觸控面板革命後，消費性電子重 心 已 由 單 點 式 的 電 阻 式 製 程
3、， 轉 至 多 點 式 的 電 容 式 製 程 ， 去 除 以 往 產 品 刮 損 及 破 的危險，觸控面板模組因為牽涉到 ITO（導電）薄膜製程，技 術 門 檻 高 ， 下 游 廠 商 對 薄 膜 耐 用 及 防 刮 要 求 很 高 ， 導 致 及 生 產 品 質 定 ， 是 需 要 去 克 服 的 問 題 。 未 高 潤 觸 控 面 板 關 鍵 在 於 能 滿 足 特 定 功 能 需求及差化，市場導向會 以 客 製 化 為 主，如 內 嵌 式 觸 控 面 板 、 IT-Board(互動式觸控面板)、可 撓式觸控面板這些未發展重點產品具 有 高 客 製 化 特 性 ， 因 此 客 戶 願 意
4、 以 較 高 成 本 換 取 穩 定 性 ， 觸 控 面 板 廠 商 也 相 對 獲 得 較 高 潤 ， 而 市 場 也 會 以 人 性 化 、 且 於 操 作 的 電 子 產 品 設 計 貼 近人心，觸控技術作為人機介面將是趨勢潮。 關 鍵 字 ： 觸控面板(touch panel)、電容式 1.緒 緒 觸 控 面板（Touch Panel/Screen）起源於 1970 代美國軍方為軍事用 途 而 發 展 ，1980 代移轉給民間使用，進而發展為各式用途。現階段由 於 無 線 網 興起，過去傳統輸入裝置如鍵盤（Keyboard） 、鼠（Mouse） 、 軌 跡 球 （ Trackball）
5、 、 軌 跡 點 （ Track Point） 等 產 品 ， 已 經 無 法 符 合 市 場 需 求 ， 而 觸控面板因具備簡單 操作、容使用的特性，1999 開始被廣 泛 應 用 在 各 項 消 費 性 電 子 終 端 產 品 上 ， 由 過 去 配 角 的 身 分 ， 一 躍 成 為 關 鍵 組 件 之一，甚至將朝向整合性產業方向發展，因此備受各界期待。 現 今 之 觸 控 式 顯 示 面 板 主 要 是 包 含 三 項 元 件 ： (1)顯示面板，(2)觸控 輸 入 介 面 ， (3)含 微 處 器 等 之 電 控 制 板 ， 分 別 為 獨 模 組 ， 當 輸 入 介 面 依 據 使
6、 用 者 碰 觸 位 置 ， 將 指 訊 號 傳 予 微 處 器 解 譯 後 ， 系 統 再 予 以 定 義 位 置 點 。 使 得 觸 控 式 顯 示 面 板 應 用 僅 帶 動 資 訊 與 消 費 性 產 品 的 興 起 ， 同 時 也需要顛覆傳統的設計。 選 用 觸控式系統的目的很 多，如公共服務機台可能因使用頻繁， 讓 機 械 按 鍵損耗過快，提高設 備維護成本負擔，改採觸控式系統，除1兼 具 耐 用 性，另一方面低整體成 本。觸 控 式 系 統 另 有 設 計 彈 性 優 勢 ， 過 去 傳 統鍵盤單鍵僅有單一功 能，但 有 觸 控 式 螢 幕，只 要 換 換 顯 示 畫 面 ， 操
7、 作 功 能 就可多樣化呈現。因為可以配合同的需要改變操作的內容， 因 此 觸 控 式系統即在有限的空間中，也能發揮多種用途！而這也是觸 控 式 螢 幕 比起機械式按鍵具優勢的條件之一；此外，它還可以提高使 用 者 經 驗 ，操作比機械按鍵直覺、簡。 觸 控 螢 幕 可 依 其 偵 測 觸 控 點 的 物 原 ， 分 為 三 種 ： 電 阻 式 螢 幕 ， 用 手 指 或 其 他 觸 頭 輕 按 就 會 產 生 電 壓 ； 電 容 式 螢 幕 ， 手 指 會 吸 取 微 小 的 電 （ 常用於筆記型電腦的觸 控板） 。至於第三種光學式螢幕，則是用聲 波 或 紅 外 線 覆 蓋 整 個 表 面
8、， 而 手 指 或 觸 頭 會 阻 斷 這 些 駐 波 圖 樣 。 電 阻 式 螢 幕 是 史 最 久 、 用 途 最 廣 ， 也 是 價 格 最 低 的 一 種 ， 而 且 任 何 觸 頭 （ 無 手 指 或 筆 尖 ） 可 以 使 用 。 電 容 式 螢 幕 必 須 使 用 手 指 ， 或 是 接 有 地 線 的 觸 頭 ， 以 傳 導 電 。 電 磁 感 應 式 螢 幕 則 是 最 新 且 最 昂 貴 的 型 。 音 波 式 螢 幕 必 須 用 手 指 或 軟 式 觸 頭 （ 如 鉛 筆 上 的 橡 皮 擦 ） 輕 觸 ， 以 吸 收 表 面 能 ；光學式觸控螢幕則可使用任何觸頭。 未
9、一 旦 技 術 成 熟 ， 配 合 周 邊 應 用 ， 將 大 幅 改 變 人 的 生 活 ， 電 腦 操 作 、 電 玩遊戲、各設計、3D 應用、醫，會有突破性的新體驗。 2.文獻探討 2.文獻探討 因 應 同 的 需 求 ， 各 種 相 的 觸 控 面 板 技 術 也 續 的 被 開 發 出 ， 從 最 早 的 電 阻 式 ， 一 直 到 目 前 成 為 主 技 術 的 電 容 式 ， 甚 至 於 強 調 敏 感 的 光 學 式 或 者 表 面 聲 波 、 電 磁 式 等 等 ， 已 經 研 發 出 五 種 觸 控 面 板 的 生 產 技 術 ， 滿 足 各 種 應 用 的 需 求 ， 電
10、 阻 式 及 電 容 式 大 技 術 仍 是 目 前 最 被 看 好 的 技 術 ， 其 中 又 因 技 術 門 檻 較 低 材 成 本 等 因 素 ， 電 阻 式 為 市 場 主 占 所 有觸控面板 60%，而電 容式就是 iPhone 所使用的技術，敏感 高 及 操 作 人性化，其他技術幾 乎很難追得上。 2.1 觸 控 面 板 的 種 觸 控 面 板 的 種 觸 控 面 板 依 動 作 原 可 分 為 電 阻 式 、 電 容 式 、 音 波 式 、 光 學 式 以 及 電 磁 感 應 式。以下分別介紹其 原及特性: 1.電 阻 式 觸 控面板 電 阻 式 觸 控 螢 幕 可 以 是 目
11、前 使 用 最 多 的 一 個 技 術 ， 電 阻 式 的 驅 動 原 是 用電壓的方式找 座標軸，由圖一可以看出，X 軸 和 Y 軸 各 由 一 對 05V 的 電 壓 驅 動，當 電 阻 式 觸 控 螢 幕 被 Touch 到的時候，由於 迴 被 導 通 ， 而 會 產 生 電 壓 ， 而 控 制 器 則 會 算 出 電 壓 所 佔 的 比 然 後 進 一 步算出座標軸。從電阻式的結構面講 ，通常電阻式上層是以 ITO Coating 的 PET 當材，下層則是以 ITO Coating 的 PET 或是玻璃 當 材 ，平常沒使用的時候 上下層是以絕緣體 Spacer Dot 撐開， 要
12、然 就 會產生 Constant Touch（ 游 標 固 定 每 一 點 ）的 問 題，電 阻 式 觸 控 面 板 如 圖 一所示。 2 .電 容 式 觸控面板 電 容 式 觸 控 面 板 是 用 透 明 電 極 與 人 體 之 間 的 靜 電 結 合 所 產 生 之 電 容 變 化 ， 從 觸 控 位 置 所 產 生 之 誘 導 電 檢 測 其 座 標 。 其 感 應 原 是 以 電 壓 作 用 在 螢 幕 感 應 區 的 四 個 角 並 形 成 一 固 定 電 場 ， 當 手 指 碰 觸 螢 幕 時 ， 可 電 場 引 發 電 ， 藉 由 控 制 器 測 定 ， 依 電 距 四 個 角
13、比 的 同 ， 即 可 計算出接觸位置。 電 容 式觸控面板，跟電阻式比較，電容式的架構比較簡單，基本上 是 以 ITO 玻璃為主體，在 ITO 玻璃的四角放電，在表面形成一個均勻的2電 場 ， 當 可以導電的物體， 如像是人的手指，吸走一點微的電， 後 面 的 控 制器則會算出電被 吸走的比而算出 X 軸和 Y 軸，如圖二所 示 。 3.光 學 式 觸 控面板 光 學 式 觸 控 面 板 的 工 作 方 式 是 由 四 周 圍 的 紅 外 線 發 射 器 和 接 收 器 所 組 成 的 ， 用光源接收、遮斷 原，在面板內佈滿光源，並由 X 軸和 Y 軸 所 產 生 的 紅 外 線 形 成 矩
14、 陣 式 排 ， 當 光 線 遭 遮 斷 時 ， 經 由 接 收 器 所 接 收 的 資 訊 ，即可定位出 X 軸和 Y 軸，如圖三所示。 4.音 波 式 觸控面板 音 波 式 觸 控 面 板 是 由 傳 送 轉 能 器 、 接 收 轉 能 器 、 反 射 板 及 控 制 器 所 組 成 。 感 應 動 作 方 式 是 先 由 控 制 器 傳 送 出 電 子 訊 號 到 傳 送 轉 能 器 ， 經 由 傳 送 轉 能 器 轉 換 成 超 音 波 送 達 反 射 板 陣 ， 在 對 角 的 反 射 板 接 收 到 超 音 波 之 後 ， 收 集 音 波 後 再 送 到 接 收 轉 能 器 轉 換
15、 成 電 子 信 號 ， 接 著 傳 到 控 制 器 儲 存 正 常 態 的 信 號 資 訊 。 當 使 用 觸 控 面 板 時 ， 接 觸 物 會 吸 收 超 音 波 造 成 衰 減 ， 此 時 接 收 到 的 信 號 已 與 未 使 用 時 同 ， 經 由 控 制 器 比 對 使 用 前 後 的 衰 減並計算後得出確位置。 電 容 式 觸 控 面 板 有 受 雜 訊 和 靜 電 干 擾 的 特 性 ， 且 雖 然 表 面 硬 化 處 達 到 7H(hardness)，可 是 SiO2 為隔絕掉 ITO 的 表 面 電 ，所 以 會 鍍 的 非 常 薄，當施加在電容式的 外過大時，依然會有傷到 ITO 的可能而 造 成 故 障 ， 所 以 發 展 出 音 波 式 觸 控 面 板 。 音 波 式 觸 控 面 板 表 面 上 完 全 由 玻 璃 組 成 ， 三 個 角 由 超 音 波 發 射 和 接 收 器 在 中 間 區 域 形 成 一 個 均 勻 的 聲 波 場 ， 用 聲 波 碰 到 軟 性 介 質 會 被 吸 收 掉 能 的 特 型 做 觸 控 定
