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電子書為何選擇電磁式觸控技術
打開觸控新體驗

【作者: 陳威州】   2010年09月23日 星期四

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所謂控制的應用,進行的是簡單的控制操作,如點擊、翻頁、旋轉或拖曳等等。若要達到對文件進行一連串的輸入,則必須仰賴額外的輸入介面,如實體鍵盤、螢幕鍵盤,或者由筆來達成書寫的應用。


手寫觸控使應用延伸至書寫及繪圖

對於書寫的應用,一支額外的筆則是必需的。傳統的電阻式,採用一尖筆(Stylus),其實就可以達到書寫的目的。但是,一般在書寫的應用情境或者是書寫面比較大時,如書寫面大於5吋,我們的手掌很容易會接觸到書寫面。因此,當筆與手掌一起接觸到書寫面時,如何區別筆的位置,而排除手掌的影響則是一個很重要的技術。此排除手掌所造成的影響稱為手掌干擾排除(Palm Rejection)。傳統的控制技術,不容易達成。但如果是採用一支額外且特殊的筆,此問題就很容易解決。所以,可用來書寫的筆式觸控技術,必須能克服手掌的干擾。此技術有電磁式(Electro-Magnetic)、超聲波式(Ultrasonic Wave)、紅外線圖案辨別式(Infrared Ray Pattern Recognition)、適合於薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD)的內嵌光學式(Embedded Optical)或者是適合搭配投影機的紅外線影像辨別式(Infrared Vision Recognition)。


而進一步提昇到繪圖的應用,則除了克服手掌的干擾外,還必須提供壓力的感應。也就是說,當手對筆施予不同的壓力時,必須能夠偵測出來,透過軟體轉為線條的粗細。甚至搭配繪圖軟體中的噴槍,還必須能夠分辨出筆的不同傾斜角度。因此,能夠用來做為繪圖應用的技術,目前只有電磁式。也因此過去電磁式主要應用於繪圖,即繪圖板(Digitizer)或繪圖螢冪等產品。【表一】說明針對不同的應用其所對應的觸控技術。


滿足電子書觸控需求

因此,將電磁式的手寫觸控技術應用於電子書這種電子紙(Electronic Paper Display,EPD)顯示器,其技術其實是很足夠的。若比起其他的觸控技術而言,可以說是目前最佳的觸控解決方案。主要原因是電子紙顯示器,採用自然光源做為閱讀的光源,任何施加於顯示器上的觸控感應板(Sensor Board),皆會造成其光學特性變差。雖然,可以透過其他鍍膜的手法使其光學特性不致於差異太大,但相對的成本就會增加很多。而電磁式的手寫觸控技術其觸控感應板與其他觸控感應板放置於顯示器的前面不同,而是放置於顯示器的後面。所以,電子書所採用的電子紙顯示器的光學特性不受此外加電磁式手寫觸控技術影響。此外由於一般的閱讀習慣,會使用筆來做註解,或者為使電子書提昇其附加價值,除了閱讀之外,尚可做為筆記本。因此,目前高階的電子書應用皆採用電磁式做為其手寫觸控技術,主要還是此技術不影響電子書的光學特性,又可增加書寫的應用。



《圖一 電磁式與其他觸控感應技術之觸控感應板放置位置比較圖。》
《圖一 電磁式與其他觸控感應技術之觸控感應板放置位置比較圖。》

至於成本方面的考量,由於需要一支額外的特殊筆,因此其成本相對於電阻式或電容式觸控技術則較高。但是隨著尺寸的增加,筆的成本分攤於每吋則降低。大約在8~10吋左右,電磁式單位尺寸的成本與電阻式或電容式相當。而尺寸再增加,電磁式單位尺寸的成本將會比電阻式或電容式的成本還低。因此,就目前電子紙顯示器,其尺寸為6~9.7吋,其成本與電阻式或電容式相較具有競爭優勢。所以,整合成本、功能及特性的考量,目前具有書寫或繪圖功能的電子書,皆採用電磁式的技術。


電子書觸控功能之製程考量

電磁式手寫觸控技術在硬體方面,主要包含三部份,一就是前面所提到的觸控感應板,二為系統控制板,三就是特殊的電磁筆。觸控感應板是一個製作於任何基板上的二維封閉導體迴路,用於感應時變磁場造成的電流變化。系統控制板將電流變化的訊號經由處理後,轉成座標及壓力值,透過介面傳給應用端的作業系統。目前就電子書的應用而言,可採用的介面有UART、SPI及I2C。特殊的電磁筆則用於產生時變的磁場。當電磁筆由於作用於其上的壓力不同時,促使電磁筆內的電感改變或者是電容改變,而造成時變磁場的頻率跟著改變,因而觸控感應板所偵測到的電流頻率會隨著作用於其上的壓力不同而改變,即達到壓力偵測的目的。


就製造上而言,必須將觸控感應板整合至電子書內。電磁式相較於電阻式或電容式也是較簡單的。過去,對於電磁式技術熟悉的人較少,以為電磁式整合液晶顯示器有製程的問題,造成其成本昂貴,因而應用受限。其實,主要是書寫的應用市場尚未盛行,是量少的利基市場,無法達到良好的上、下游整合,以致於必須付出較昂貴的成本。過去,電磁式手寫液晶顯示器的應用主要是繪圖市場及教育市場。其製作方式為,從液晶顯示器面板廠買回面板,將面板的背蓋拆除,放置觸控感應板於背光板下方,再以重新設計製作的背蓋將面板組合起來,即成為具有電磁式的液晶顯示器面板。【圖二】為電磁式觸控感應板整合液晶顯示器面板的前後概念圖。



《圖二 電磁式觸控感應板整合液晶顯示器面板的前後概念圖。》
《圖二 電磁式觸控感應板整合液晶顯示器面板的前後概念圖。》

從製作過程中,可發現重複的成本浪費,在於必須重新製作新的背蓋,拆掉面板原有的背蓋,再由新的背蓋組成面板。若與面板廠有良好的整合,在設計面板背蓋時,即加入觸控感應板尺寸與厚度的考量。而在組裝面板時,即與觸控感應板一起組裝。則此額外的重複成本浪費,全部都可以避免。因此在未來,若書寫或繪圖的應用在市場上逐漸起來,透過與面板的良好整合,將會使得製作成本大幅降低。


而就現有電子書的電子紙顯示器而言,與上述的液晶顯示器相比,在製造上相對地就簡單多了。目前的電子紙顯示器,僅由上、下基板相貼合,無額外的背蓋或邊框。要整合電磁式的觸控感應板,只要將電磁式的觸控感應板與下基板做簡單的定位與貼合即可。明確地說,並無任何製造上的製程問題。也因此,目前具有書寫及繪圖的電子書可以很輕易地與電磁式的手寫觸控技術做整合。


電磁式技術未來方向

雖然說沒有任何製程上的問題,但在技術上還有幾個方向需持續改進。輕、薄、短、小及環保省能源,是可攜式產品所需共同努力的目標。因此,對於整合電磁式電子書的應用產品同樣以此為目標,可歸納出三個持續努力的方向,一是省電,二是狹額緣,三是整合型的積體電路。


就電磁式手寫觸控而言,秏電與報點的速率(Report Rate)有關,而搭配適當的睡眠機制,更能有效地達到省電的目的。狹額緣(Narrow Frame)則指觸控感應板的尺寸儘可能與電子紙顯示器的尺寸相同。減少超出電子紙顯示器的尺寸,以使得電子書的整體尺寸達到最小。整合型的積體電路則將系統控制板的電子元件,以整合的積體電路來取代,並可進一步整合於電子紙的顯示控制系統,降低整體系統控制板的大小,達到輕、薄、短、小的目的。


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