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电子书为何选择电磁式触控技术
打开触控新体验

【作者: 陳威州】2010年09月23日 星期四

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所谓控制的应用,进行的是简单的控制操作,如点击、翻页、旋转或拖曳等等。若要达到对文件进行一连串的输入,则必须仰赖额外的输入接口,如实体键盘、屏幕键盘,或者由笔来达成书写的应用。


手写触控使应用延伸至书写及绘图

对于书写的应用,一支额外的笔则是必需的。传统的电阻式,采用一尖笔(Stylus),其实就可以达到书写的目的。但是,一般在书写的应用情境或者是书写面比较大时,如书写面大于5吋,我们的手掌很容易会接触到书写面。因此,当笔与手掌一起接触到书写面时,如何区别笔的位置,而排除手掌的影响则是一个很重要的技术。此排除手掌所造成的影响称为手掌干扰排除(Palm Rejection)。传统的控制技术,不容易达成。但如果是采用一支额外且特殊的笔,此问题就很容易解决。所以,可用来书写的笔式触控技术,必须能克服手掌的干扰。此技术有电磁式(Electro-Magnetic)、超声波式(Ultrasonic Wave)、红外线图案辨别式(Infrared Ray Pattern Recognition)、适合于薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)的内嵌光学式(Embedded Optical)或者是适合搭配投影机的红外线影像辨别式(Infrared Vision Recognition)。


而进一步提升到绘图的应用,则除了克服手掌的干扰外,还必须提供压力的感应。也就是说,当手对笔施予不同的压力时,必须能够侦测出来,透过软件转为线条的粗细。甚至搭配绘图软件中的喷枪,还必须能够分辨出笔的不同倾斜角度。因此,能够用来做为绘图应用的技术,目前只有电磁式。也因此过去电磁式主要应用于绘图,即绘图板(Digitizer)或绘图萤幂等产品。【表一】说明针对不同的应用其所对应的触控技术。


满足电子书触控需求

因此,将电磁式的手写触控技术应用于电子书这种电子纸(Electronic Paper Display,EPD)显示器,其技术其实是很足够的。若比起其他的触控技术而言,可以说是目前最佳的触控解决方案。主要原因是电子纸显示器,采用自然光源做为阅读的光源,任何施加于显示器上的触控感应板(Sensor Board),皆会造成其光学特性变差。虽然,可以透过其他镀膜的手法使其光学特性不致于差异太大,但相对的成本就会增加很多。而电磁式的手写触控技术其触控感应板与其他触控感应板放置于显示器的前面不同,而是放置于显示器的后面。所以,电子书所采用的电子纸显示器的光学特性不受此外加电磁式手写触控技术影响。此外由于一般的阅读习惯,会使用笔来做批注,或者为使电子书提升其附加价值,除了阅读之外,尚可做为笔记本。因此,目前高阶的电子书应用皆采用电磁式做为其手写触控技术,主要还是此技术不影响电子书的光学特性,又可增加书写的应用。



《图一 电磁式与其他触控感应技术之触控感应板放置位置比较图。》
《图一 电磁式与其他触控感应技术之触控感应板放置位置比较图。》

至于成本方面的考虑,由于需要一支额外的特殊笔,因此其成本相对于电阻式或电容式触控技术则较高。但是随着尺寸的增加,笔的成本分摊于每吋则降低。大约在8~10吋左右,电磁式单位尺寸的成本与电阻式或电容式相当。而尺寸再增加,电磁式单位尺寸的成本将会比电阻式或电容式的成本还低。因此,就目前电子纸显示器,其尺寸为6~9.7吋,其成本与电阻式或电容式相较具有竞争优势。所以,整合成本、功能及特性的考虑,目前具有书写或绘图功能的电子书,皆采用电磁式的技术。


电子书触控功能之制程考虑

电磁式手写触控技术在硬件方面,主要包含三部份,一就是前面所提到的触控感应板,二为系统控制板,三就是特殊的电磁笔。触控感应板是一个制作于任何基板上的二维封闭导体回路,用于感应时变磁场造成的电流变化。系统控制板将电流变化的讯号经由处理后,转成坐标及压力值,透过接口传给应用端的操作系统。目前就电子书的应用而言,可采用的接口有UART、SPI及I2C。特殊的电磁笔则用于产生时变的磁场。当电磁笔由于作用于其上的压力不同时,促使电磁笔内的电感改变或者是电容改变,而造成时变磁场的频率跟着改变,因而触控感应板所侦测到的电流频率会随著作用于其上的压力不同而改变,即达到压力侦测的目的。


就制造上而言,必须将触控感应板整合至电子书内。电磁式相较于电阻式或电容式也是较简单的。过去,对于电磁式技术熟悉的人较少,以为电磁式整合液晶显示器有制程的问题,造成其成本昂贵,因而应用受限。其实,主要是书写的应用市场尚未盛行,是量少的利基市场,无法达到良好的上、下游整合,以致于必须付出较昂贵的成本。过去,电磁式手写液晶显示器的应用主要是绘图市场及教育市场。其制作方式为,从液晶显示器面板厂买回面板,将面板的背盖拆除,放置触控感应板于背光板下方,再以重新设计制作的背盖将面板组合起来,即成为具有电磁式的液晶显示器面板。【图二】为电磁式触控感应板整合液晶显示器面板的前后概念图。



《图二 电磁式触控感应板整合液晶显示器面板的前后概念图。》
《图二 电磁式触控感应板整合液晶显示器面板的前后概念图。》

从制作过程中,可发现重复的成本浪费,在于必须重新制作新的背盖,拆掉面板原有的背盖,再由新的背盖组成面板。若与面板厂有良好的整合,在设计面板背盖时,即加入触控感应板尺寸与厚度的考虑。而在组装面板时,即与触控感应板一起组装。则此额外的重复成本浪费,全部都可以避免。因此在未来,若书写或绘图的应用在市场上逐渐起来,透过与面板的良好整合,将会使得制作成本大幅降低。


而就现有电子书的电子纸显示器而言,与上述的液晶显示器相比,在制造上相对地就简单多了。目前的电子纸显示器,仅由上、下基板相贴合,无额外的背盖或边框。要整合电磁式的触控感应板,只要将电磁式的触控感应板与下基板做简单的定位与贴合即可。明确地说,并无任何制造上的制程问题。也因此,目前具有书写及绘图的电子书可以很轻易地与电磁式的手写触控技术做整合。


电磁式技术未来方向

虽然说没有任何制程上的问题,但在技术上还有几个方向需持续改进。轻、薄、短、小及环保省能源,是可携式产品所需共同努力的目标。因此,对于整合电磁式电子书的应用产品同样以此为目标,可归纳出三个持续努力的方向,一是省电,二是狭额缘,三是整合型的集成电路。


就电磁式手写触控而言,秏电与报点的速率(Report Rate)有关,而搭配适当的睡眠机制,更能有效地达到省电的目的。狭额缘(Narrow Frame)则指触控感应板的尺寸尽可能与电子纸显示器的尺寸相同。减少超出电子纸显示器的尺寸,以使得电子书的整体尺寸达到最小。整合型的集成电路则将系统控制板的电子组件,以整合的集成电路来取代,并可进一步整合于电子纸的显示控制系统,降低整体系统控制板的大小,达到轻、薄、短、小的目的。


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