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揭秘電容式觸控屏內部設計,如何博得蘋果青睞?

發布時間:2014-01-30 責任編輯:sherryyu

【導讀】曾用過電阻觸控手機的朋友,肯定都記得用力劃過屏幕的感受,有的甚至用指甲不停“劃”動屏幕,這樣做可以在一定程度上提升觸控的效果。而如今的天下是電容觸控的,電容觸控以其架構簡單,觸控靈敏,成本不高,耐高溫,體積更輕薄以及不怕紫外線等優勢等快速的取代了電阻觸控,且獲得蘋果的偏愛。下面小編會詳細的為大家介紹為何蘋果那么的偏愛電容式觸控屏。

早在上世紀80年代,觸控技術就初現崢嶸,從只有高帥富才能玩得起的PDA,到如今幾乎人手一部的觸控手機,可以說觸控改變了近30年來人機交互的方式,從按鍵搖桿轉變為輕輕點擊,觸控也悄然從電阻過渡到了電容,如今電容觸控技術風頭正盛,電容屏的產值占整個觸控行業的80%左右,“電容”成為觸控技術的代表詞匯,不過“電容”并非是觸控技術的全部,為何蘋果等一線廠商獨愛這一種技術呢?

如果說僅僅為了實現觸控的效果,廠商的選擇還是很多的,目前主流的觸控技術包括電阻觸控技術,電容觸控技術,光學觸控技術,表面聲波觸控技術,以及電磁感應技術。這幾種技術采用不同原理,但是都實現了觸控的效果。其中光學和聲波、電磁觸控的研究開展的都比較早,但是由于技術限制,如今發展的并不好,只能算是非主流。電容崛起則是近5年的事情,當初蘋果第一代iPhone出現時,電阻觸控技術一統天下,所以電阻觸控和電容觸控是一種此消彼長的關系,也是我們今天主要談的兩種觸控技術。

紅外多點觸摸框

圖 紅外多點觸摸框

電阻觸控為何式微,我們稍后將會詳談。有意思的是電容觸控內部的斗爭也是非常的激烈,最開始的外掛模式如今受到了極大的挑戰,尤其是在手機領域,更加輕薄的電容觸控技術成為了主流,無論是OGS(單片觸控)還是In-Cell(內嵌觸控)觸控技術,都極大的縮減了觸控設備的厚度,挑戰了主流的外掛觸控技術,不過輕薄式觸控還處于發展的階段,雖然iPhone5s采用了In-Cell技術,但是上市時關于觸控的諸多爭議,也顯示出輕薄觸控還不完全成熟。

如果我們只把眼光鎖定在電容觸控的內斗中,仿佛看到了觸控行業的鳥語花香,新技術層出不窮,應用也是一片大好,其實觸控行業的競爭異常激烈,新進入的廠商太多,原本的觸控廠商需要面臨價格戰的壓力,上下游的不停整合,也使得原本是合作關系的上下游觸控廠商感到無奈,并且面板廠商也是開始殺入這個市場,將觸控市場變成了紅海,如何尋找新的利益增長點,成為了行業性的問題。

斗爭如此激烈,觸控廠商將目光投向了大屏觸控市場,2014年觸控筆記本,和觸控顯示器都是會出現一個不錯的整張態勢,其原因就在于觸控廠商已經不能滿足于手機等小屏幕設備的市場,開拓大屏觸控將是一個趨勢。

綜上所述,本文不僅僅是技術的解惑答疑,也是行業的透視分析,觸控風潮將會繼續,電容觸控一枝獨秀,未來又將走向何方呢?感興趣的朋友不妨一起來討論一下。
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式微:電阻終將成為歷史

曾經電阻觸控一統天下,從手機到汽車,從醫學到工業,電阻觸控可謂出盡了風頭,如今在電容觸控的壓力下,我們已經很難見到電阻觸控的產品了,電阻觸控究竟敗在哪里呢?

曾經使用過電阻觸控手機的朋友,肯定都還記得自己用力劃過屏幕的使用感受,有的朋友甚至用指甲不停“劃”動屏幕,這樣做可以在一定程度上提升觸控的效果,主要是因為電阻觸控是利用電壓實現觸控計算的,最常見的就是四線模式,屏幕上兩層透明金屬層工作時每層均增加5V恒定電壓:一個豎直方向,一個水平方向,總共需四根電纜,當物體按壓上去后,可以根據電壓反應算出觸控的位置。由于是采用按壓的原理,所以電阻觸控的優劣勢很好理解:

電阻屏的優勢:

1、屏幕不受灰塵、水汽和油污的影響,可以在較低或較高溫度的環境下使用。

2、電阻式觸控屏使用的是壓力感應,可以用任何物體來觸摸,即便是帶著手套也可以操作,并可以用來進行手寫識別。

電阻屏的劣勢:

1、電阻式觸控面板容易損壞,無法用到公用產品之上。

2、電阻式的最好準確率只能到98.5%,電容式面板則以電流驅動,準確率則可達到99%。

3、反應時間不夠短,很多應用無法使用(比如畫圖)。

電阻觸控示意圖

圖 電阻觸控示意圖

電阻觸控最大的劣勢就不靈敏的觸感,最終它敗給了電容觸控,但是更加“皮實”的優勢,也使得電阻觸控技術在工業以及汽車等領域,還具有一定的市場,但隨著電容觸控的不斷發展,這些僅有的和市場也在被逐步蠶食,比如汽車市場宣布2014年以后,將逐步換裝電容觸控屏幕,這對已經奄奄一息的電阻觸控市場來說,自然是個噩耗了。

強勢:電容觸控開枝散葉

電容觸控架構比較簡單,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電場,當可以導電的物體,例如像是人的手指,吸走一點微量的電流,后面的控制器則會算出電流被吸走的比例而算出X軸和Y軸,由于電流的敏感度要大大高于電壓,所以電容觸控的最大優勢就是感觸靈敏了。如今電容觸控開枝散葉,不僅應用在手機上,平板,筆記本,顯示器都是出現了電容觸控的產品,這自然和電容觸控的優勢分不開:

電容觸控原理示意圖

圖 電容觸控原理示意圖

電容屏優勢:

1、觸感靈敏,了解電容觸控感應電流的技術原理,就非常好明白了。

2、耐高溫,電容式在高溫的容忍度比電阻式還高20攝氏度,這樣更適合應用在較易發熱的設備之上,比如智能手機。

3、電阻屏的材料不能適合紫外線,不適合在戶外長期使用。電容式并不怕紫外線,加上高溫操作的優勢,更適合在戶外接受太陽的風吹日曬。

電容屏劣勢:

1、觸控限制多(戴手套不行,隔絕手指無法吸走電流)。

2、透光率不好,眩光問題一直解決不,雖然有廠商采用“半透半反”的方式來解決這個問題,但是效果依舊不完美。

綜合來說,電容觸控之所以可以完美取代電阻觸控,技術上優勢不能忽略,其觸控感覺更靈敏,對于注重體驗的人機交互來說,這個優勢足以說明一切。當然電容觸控成本也并不高,也是可以快速普及的關鍵之處,其他諸如耐高溫,體積更輕薄以及不怕紫外線等優勢,都算是錦上添花吧。
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內戰:電容觸控走向何方

電容觸控的確全面戰勝了電阻觸控,但是內部的分歧也是非常之多。上面我們按技術給觸控分過類,目前觸控行業還喜歡按觸控結構的不同,分為外掛式觸控和內嵌式觸控。外掛式觸摸屏又包括兩種產品形態,一是“玻璃式”,即“蓋板玻璃+感應層玻璃”;二是“薄膜式”,即“蓋板玻璃+上感應層薄膜+下感應層薄膜”,而內嵌式觸控其本質是為了解決觸控輕薄化的問題,筆者喜歡叫它們輕薄式觸控。

外掛式觸控結構種類非常的多,常見的有GFF(Glass-Film-Film)和GG(Glass-Glass)結構,這兩種觸控結構成本較低,可以大規模的生產,其中GG結構常見于中興和海信的手機,而GFF結構的支持者有華為和三星等大牌廠商,常見于它們的平板電腦產品之中。

GFF技術進化方向是GF,即將原來用于實現觸控感應的兩層薄膜減為一層。基于上感應層的設計位置不同,GF又衍生出兩種方案G1F和GF2,蘋果的iPadmini就是采用了GF2觸控技術;GG技術演進方向是TOL/OGS,也稱為“單片玻璃解決方案”,優點是技術成熟后,可以節省較多成本,大家熟悉的小米手機2就是OGS的代表作。不過GFF和GG的升級版本,仍舊沒有做到極限的輕薄,所以出現了代表了電容觸控的最新科技In-Cell和On-Cell結構。

iPhone5s使用的就是In-Cell技術,其是一種將觸控薄膜內置在液晶面板之內的技術,所以叫內嵌式觸控,其最大的優勢就是可以做到的極致的輕薄化,但是由于需要克服液晶面板本身對觸控薄膜的影響,所以良品率低,目前只有iPhone5s在力挺這種技術,其無疑是觸控技術未來的發展方向,但是道路也崎嶇。而On-Cell也是基于同樣理念出現的技術,只不過觸控薄膜的位置不同,三星的GalaxyS系列,都是采用On-Cell觸控技術的,再算上面提到的OGS,這三者是輕薄觸控的三大支柱,是目前電容觸控的主要研究方向。

行業:觸控產業或成紅海

由于近些年來觸控行業的蓬勃發展,進入這個市場的廠商越來越多,基本都是瞄準電容觸控這塊肥肉,雖然也有廠商涉及紅外觸控等領域,但都是泥牛入海,對整體的格局無太大的影響。而電容觸控領域,由于內嵌式觸控結構的技術攻關難度大,所以很多大一部分的廠商都是進入了外掛式觸控的領域,從而導致了外掛式觸控市場成為了一片紅海,價格戰越來越明顯,對于沒有規模優勢的小廠商來說,觸控市場已經不那么好混了。

而內嵌式電容觸控市場的情況也不樂觀,原本的觸控大廠雖然有技術優勢,但是由于終端產品的不斷降價,利潤率也是在下降,并且面板廠商的強勢介入,也讓純血統的觸控廠商感到頭疼。這些面板廠商積極研發內嵌式觸控技術,觸控和面板本就魚水難分,面板廠商爭奪觸控客戶非常的便捷,這讓原本面板廠和觸控廠的合作關系,變成了競爭的關系。

并且由于觸控市場的發展成熟,原本的諸侯割據,各自經營的市場格局正在瓦解,各種收購不斷出現,面板廠收購觸控廠,觸控廠收購上下游企業,可以說觸控行業的大洗牌是在所難免了。

綜上所述,觸控行業看似風生水起,其實競爭激烈,電容觸控一家獨大,但是從業者甚多,由于價格的競爭,原有的謀利渠道,正在變得堵塞。外掛式觸控更是重災區,各觸控廠商都是在拓展新的市場,而內嵌式觸控也面臨很多問題,技術攻關還不完美,使用內嵌式觸控的旗艦手機面臨小米手機等產品的強大挑戰,也不見得就能高枕無憂。

視點:大屏觸控變香餑餑

由于觸控市場競爭激烈,所以各大觸控廠商都是開始布局新的市場,小尺寸屏幕市場已經開發的七七八八,相信未來大屏觸控市場,將越來越受重視。由于電容觸控大尺寸成本太高,所以觸控筆記本和觸控顯示器將是觸控市場新增長點。但是規劃是規劃,大屏觸控市場也有自己的隱痛,Win8系統并沒有預期的熱度,大屏產品目前還無法說服過多用戶為觸控功能買單。

2013年推出的觸控筆記本并不少,但是都沒有大賣,關于觸控顯示器也是如此,目前已經有27英寸的十點電容觸控產品,其靈敏度幾乎和手機無差別,但是也是遭遇市場冷眼,有的產品搭載了安卓系統,也是遭到不少網友的詬病,其實這也正是觸控市場的尷尬,小屏競爭太激烈,大屏觸控成香餑餑,但是這個餑餑有點難啃,如何細化市場,成為每個從業者的難題。

全文總結:

到這里關于電容屏的話題也就告一個段落,其實談電容觸控,就幾乎是在談全部的觸控行。以電容屏為主導的觸控行業目前蓬勃發展,主要將精力放在輕薄電容的研發上,相信在很長的時間內,電容觸控都將是人機交互的主要方式,其它諸如語音,眼部動作等操控方式短時間內難以撼動電容觸控的地位,各大廠商的新產品無一例外,也是只能拜倒在電容觸控的石榴裙下。

觸控市場的變化也值得關注,紅海已現雛形,行業洗牌在所難免,各大觸控廠商都是在拓展新的市場,其中大屏觸控是個重要的盤子,但是其中也有很多無奈的味道,畢竟很多用戶都是不認可大屏觸控的價值。

最后我們來說說蘋果,也算是點題。蘋果作為電容觸控的最早推動者之一,是這種技術的最大受益者,自然不會輕易改弦更張,其采用了In-Cell觸控技術,已經是最為先進的電容觸控技術之一了,所以蘋果愛也好,不愛也好,電容觸控就在那里,不悲不喜。

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