檢視電子產品觸控按鍵、觸控螢幕設計方案

筆記型電腦所使用的Touch Pad設計，也是採行電容式觸控方案。Synaptics

檢視現有行動裝置，在產品設計上已經開始大量使用觸控設計取代傳統實體按鍵，而加上iOS Device帶起螢幕觸控風潮，幾乎只要是行動電話、平板電腦，甚至是Portable Media Player，都興起在螢幕整合觸控人機介面的設計方案，透過整合觸控設計改善操作便利性，已經成為一股設計潮流...

早期電子產品若功能較複雜，可能必須設置大量機械按鍵、功能撥桿，甚至控制滑塊等設計形式，而這些透過開關、可變電阻或光感應控制器組建的人機介面，畢竟是以機械型態建構，當使用時間增加可能會有受潮、零件劣化問題，不只大量按鍵、開關、滑塊造成用戶學習曲線顯得較長，亦較不人性化，過多機械開關設計也會讓產品防水性、耐候性表現差。

利用觸控設計 提升產品價值

而在技術持續改善下，「觸控」型態人機操作介面，已經具備低成本、高穩定度效益。例如，越來越多電子設備的實體按鍵紛紛改換成觸控設計，簡省大量機械開關；同時，在iPhone採觸控螢幕設計的行動電話，甚至後續推出的iPad平板電腦，皆已大量應用螢幕觸控方案建構產品的人機互動應用，iPhone、iPad甚至全機僅有電源、音量、Hold與Home等實體按鍵，按鍵設計約95%均以觸控機制搭配手勢指令一一取代。

先看看現有的按鍵觸控解決方案應用環境。傳統電子設備使用的電子開關，會有按鍵彈跳、雜訊與機械設計容易老化問題，造成設備若保存不當，這些控制開關就容易出現問題；且過多的機械料件也使得零件物料趨於複雜、影響成本。新的觸控方案把相關按鍵一一使用訂製型的觸控板解決，對於產線組裝來說，僅需處理數塊控制板安裝，就能把單機的相關按鍵組裝完成。

觸控按鍵逐步取代實體按鍵

而這類觸控式按鍵模組，通常都為針對特定型號產品的客製化零件，採行電容式觸控方案；而使用電容式觸控模組來取代實體按鍵，仍必須搭配一觸控訊號處理IC，用以辨識觸控指令、排除環境雜訊，通常這類按鍵模組會採行一高耐磨塑料表面，由於是採使用者的指尖電容感測判斷觸點，觸控板與相關電路幾乎可以被觸控面的塑料所覆蓋，可以達到極佳的防水與抗候表現，對於按鍵的可信賴度更高。

加上觸控IC預處理觸點信號的分析與辨識，也可以讓整個產品的I/O開關設計更為精簡，容易進行開發除錯，同時可將人機介面與相關設計切割更便於管理。此外，採取觸控整合的人機介面設計方案，同時可為產品的價值加分，因為用戶可用更酷炫的觸控處理一般應用設定，相較傳統大量按鍵的設計方案，更顯得終端產品的設計感與價值感。

電容式觸控方案應用層面廣 提升精度為實用關鍵

實際上，電容式觸控方案並不是新技術，尤其在各應用領域已使用多年，設計方案散見於各種電子設備中。例如，筆記型電腦中取代滑鼠指向裝置的Touch Pad，就是採行電容式觸控方案的設計。

典型電容式觸控傳感器設計方案，必須在觸按表面增加一覆蓋層，先前也提到，此在取代實體按鍵設計方案的觸控模組方案中，會以一耐磨塑料材質覆蓋在感應元器件之上，但此覆蓋層必須低於3mm以下才會有較佳的感應效果。

但若是針對觸控螢幕的設計方案，因為觸控螢幕本身還具備顯示呈現功能，原先LCD屏該有的材料結構已具備一定厚度，對於整合觸控設計方案，很容易就超出可以清晰辨識觸點的材料厚度臨界點。而當覆蓋層與指尖觸點距離增加，也代表著觸控IC蒐集來的觸屏表面的觸點資訊極為微弱，加上電容式觸點偵測定位亦容易受環境的靜電影響，都增加觸控IC的設計難度。

不只是IT、3C類型產品大量導入觸控設計方案，對於家電產業，也增加觸控設計方案來提升產品質感與設計感，因為觸控設計方案在按鍵面趨於平整，對於家電經常壓按容易故障的開關設計，改採觸控設計方案應可更具效益。

但一般這類白色家電，常常為了產品的設計美觀，會使用強化玻璃加強整體設計感，而強化玻璃動輒超過3mm厚度，形成觸點偵測、排除環境雜訊的IC信號處理難度；另方面，或為了強化產品強度，使用較厚實的塑料料件，也會影響手指指尖觸點感測精度的設計難度。

家電導入觸控方案 需克服介質厚度問題

電容觸控設計方案的另一優勢是，電容觸控進行感測表面電容的物理特性，並不受接觸面介質的影響，只要接觸面非金屬材質，使用玻璃、塑料並不會有太大影響，對於終端產品的材質選擇更加多元。但介質厚度若增加，則會導致可感測的表面電容反應將趨於微弱，觸控感測IC必須強化觸點感測的靈敏度，加速感測點追蹤、定位速度。

取代實體按鍵的電容觸控方案，已經趨於成熟，在3C、IT與白色家電均相當常見，而更新穎的設計方案，是將觸控設計朝向整合顯示螢幕與多觸點開發方案，尤其是Apple的iOS Device產品的核心設計理念，即以顯示觸屏解決大量產品操作的按鍵需求，目前已經在市場成功創造一股觸控產品風潮，而觸控設計方案除使產品更顯得簡潔、美觀外，對於產品的實用、耐用度都有一定程度的提升。

顯示屏整合電容觸控 模組設計持續朝薄化進展

顯示屏整合觸控設計也並非易事，因為顯示屏視顯示技術差異，在顯屏結構有不同的厚度限制，而顯屏表面用以保護的強化玻璃，本身的厚度也會影響觸點感應訊息強度，造成早期相關解決方案成本相對較高，且多限於中？小尺寸應用較多。在iOS Device大量採用G/G玻璃式(G-Type)電容感測方案後，雖然玻璃式設計成本較高、厚度較厚，但觸屏的透光性較佳，整合手機、平板電腦應用不影響視覺體驗，讓產品的可用性大幅提升。

顯示屏整合電容觸控設計方案另有G/F/F薄膜式(F-Type)電容設計，雖然薄膜式設計方案將觸控感測區改用網版印刷，較G/G方案需使用黃光製程的成本更低，且成品的模組重量也更大幅降低，卻因為使用PET搭配觸控功能影響其透光率，加上在市場競爭下Apple iOS Device產品大受歡迎，讓顯示屏整合觸控方案已趨向於朝G/G玻璃式設計方案靠攏。

然而G/G方案結構較複雜，造成顯示屏模組厚度較難進一步薄化設計，在3C、IT產品持續朝輕薄趨勢演進時，顯示屏反而成為需積極改良的重要零組件。

目前新一代顯示屏觸控設計方案，在積極薄化設計方面的趨勢，為朝向on-cell與in-cell設計內嵌式觸控方案進行改良，on-cell為將ITO層與彩色濾光片整合，直接置於保護玻璃之下，較現行G/G玻璃貼合方案少了一片玻璃厚度！

至於in-cell設計方案，則把ITO層與TFT整合，雖然整合方案與on-cell概念不同，但同樣也減省了一片玻璃厚度，技術方案的優勢兩方勢均力敵。