2010 FPD投射式電容觸控面板市場趨勢與原理

及3D市場概況與快門式3D TV顯示技術

Agenda

•引言

•觸控面板市場趨勢及應用領域

•投射式電容觸控原理介紹

•3D市場概況及趨勢

•3D影像格式及顯示方法介紹

•快門式3D TV顯示技術與問題

•問題與討論

人.自然.機器與顯示元件及感測元件的角色關係

人類領域

自然領域 機器領域

人類的五種感官 人類的五種感官

感測元件

顯示元件

人機交換資訊的介面--顯示元件與輸入元件

頭腦(思考意志能力)

感覺器官(耳、目)

人

動作體( 發出聲音、肌肉動作 )

交談介面

顯示元件( 揚聲器、液晶顯示器、3d快門眼鏡 )

輸入元件( 鍵盤、

感測器、觸控螢幕 )

機器資訊轉換處理

(2D3D)

人類無法直接了解機器領域裡的情報, 透過顯示元件和輸入元件使人們能感覺來自機器本身的訊息或傳達外界情報給機器.

•引言

•觸控面板市場趨勢及應用領域

•投射式電容觸控原理介紹

•3D市場概況及趨勢

•3D影像格式及顯示方法介紹

•快門式3D TV顯示技術與問題

•問題與討論

擋不住的觸控商機

Source: 富士總研、 Displaysearch 、WEALTH INVEST WEEKLY.

無所不在的觸控浪潮

“Touch” inspires product and technology innovation.

觸控技術百家爭鳴

主要應用領域

Handsets

Computation

Consumer

White Goods

Industrial

Automotive

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•觸控面板市場趨勢及應用領域

•投射式電容觸控原理介紹

•3D市場概況及趨勢

•3D影像格式及顯示方法介紹

•快門式3D TV顯示技術與問題

•問題與討論

各式觸控面板比較

技術種類 電阻式 電容式 表面音波 紅外線 電磁感應

感應方式 偵測電壓 利用人體靜電感應電容變化

偵測聲波 光訊號遮斷 電磁感應

價格 便宜 較貴 貴 昂貴 貴

耐久性 佳 優 佳 普通 優

精確度 佳 佳 優 佳 佳

透光度 85~90% 90%以上 92%以上 100% 90%以上

觸控媒介 手指/觸控筆 手指

(不可戴手套)

手指/觸控筆 手指/觸控筆 專用電磁筆

面板特性 怕刮、怕火、透光度較低

耐刮、防污、防火、防靜電及灰塵、反應速度快、多點辨識

耐刮、防火 耐刮、防火、可靠性高、防水性及防污性較差

感應度高、體積大、組裝不易

尺寸 1~20 3~19 9~42 無限制 3~29

投射式電容觸控螢幕斷面結構

玻璃、塑膠等絕緣材料

ITO電極層、Sense Line

玻璃、塑膠等絕緣材料

PSA

ITO電極層、Drive Line

玻璃、塑膠等絕緣材料

ITO電極層、Sense Line

Insulation Layer

ITO電極層、Drive Line

ITO Sensor 圖案

雙層基板投射式電容觸控螢幕斷面結構

單層基板投射式電容觸控螢幕斷面結構

• 投射式電容式觸控面板的結構有許多種類,依觸控面板基板材料可區分為玻璃(Glass Type)與薄膜(Film Type) 兩大類.

• 以iPhone所使用的電容式觸控面板為例,它是一片四層複合玻璃屏,最外層是強化玻璃保護層,第二層及第三層玻璃的表面各塗上一層ITO,做為X-Y軸;最下層為防EMI的遮蔽層(或是沒有遮蔽層).

投射式電容觸控螢幕平面結構

•投射式電容觸控工作原理,是藉由感測帶有微量靜電的手指接近ITO透明電極時,會產生電容值的改變,經由TSD IC處理和運算後,轉換為有用座標資料,提供系統使用.

面板模型

• 上圖是經常被採用的 X-Y ITO感測器圖案,在每一個電容對之間會存在共生電容(CM),會在感測器表面產生電界,透過透明玻璃或塑膠薄膜等非導體投射到外側,使用者是直接觸碰玻璃而非觸碰感測器表面.

• ITO感測器圖案的設計是儘量讓手指與多個菱形重疊,重疊度愈高,信號強度就愈大,藉由菱形圖形偵測到的重疊觸碰,即可精確地確認單指或多指在螢幕上的位置.

Drive

Sense

感測原理

No-Touch Touch

控制IC會週期性地讀取面板每一個 X-Y ITO電極的狀態,它會先對某一Drive端口提供一脈衝電壓,再從對應Sense端口讀取一相應電壓,此電壓經過ADC電路轉換成一個數值後,提供給控制IC進行資料分析,其結果就能表達面板是否有發生手指觸碰動作,同時這結果也將提供給系統使用.

觸控模組系統及其工作流程

Raw data including noise Noise Filtering Gradient data

Data Analysis&

CoordinateCalculation( Firmware )

Touch Coordinate

CPUor

DSP

Coordinate Mapping

Normal( 000 )

X-invert( 001 )

手勢語言

Icon Base Scrolling

Scratchpad / character

Two Touch Multi-Touch

Single Touch Rotate Grow / Shrink

• 手勢語言的形式簡單且不易辨識錯誤,與生活經驗相關聯.

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•觸控面板市場趨勢及應用領域

•投射式電容觸控原理介紹

•3D市場概況及趨勢

•3D影像格式及顯示方法介紹

•快門式3D TV顯示技術與問題

•問題與討論

2010~2015家庭3D產品需求預估

Source: IMS Research, 2010-June

3D LCS需求預估(2009~2015/2020)

Source:日本富士總研2010-May

3D技術主要廠商

•引言

•觸控面板市場趨勢及應用領域

•投射式電容觸控原理介紹

•3D市場概況及趨勢

•3D影像格式及顯示方法介紹

•快門式3D TV顯示技術與問題

•問題與討論

3D常見名詞 (1)

• Frame Sequential(畫面交換顯示)畫面交換顯示的處理方式,有幾種不同方式:(1) 快速切換LCS眼鏡就可顯示3D影像,就如其字義,它是以Frame為單位進行切換,由於採用

Progressive影像,所以其提供全解析度(Full Resolution)的畫面,影像品質是最佳的. (2) 用IMAX Digital 3D Theater顯示影像時,使用偏光濾鏡進行左右切換,就能收看3D影像.(3) 3D電視播送系統是採用Side-by-Side的方式,由於Side-by-Side方式的左眼和右眼的影像

信號是採用水平1/2壓縮方式,畫質會變成Half HD,相對的,解析度會比Full HD差.

• Side-by-Side (左/右畫面格式)由RealD公司研發,它是將左右影像壓縮處理成Half HD的Squeeze影像格式,收錄在一個畫面,最後用播放器分別將左右影像換成Full HD影像播出的技術,畫質無法和Frame Sequential方式匹敵, 目前日本BSII已使用這種方式播送3D節目.

• Over-Under (上/下畫面格式)左眼和右眼的影像信號是採用垂直1/2壓縮方式,畫質會變成Half HD,相對的,解析度會比Full HD差.

• Line Interleaved (水平交錯格式)在液晶螢幕上黏貼一層「微偏光膜」,此「微偏光膜」係由上而下依顯示畫面的奇(Odd)、偶(Even)水平線(右、左水平線),各偏45度(右)與135度(左),再將3D影像以Line Interlaced 方式顯示,透過偏光眼鏡就可以將左、右眼影像隔離出來(偏光角度呈90度者會被遮沒),而觀賞到3D立體效果.

• Checker Board (棋盤式格式)其工作原理是將左、右影像分離出來,再以120Hz的Refresh Rate將此左、右影像交換顯示(Frame Sequential)方式投影到螢光幕上, 配合LCS眼鏡就可以觀賞到3D立體影像,左、右眼所看到的只有一半畫面的解析度.

3D常見名詞 (2)

• Blu-ray 3D由BDA(BD Association)所制定的,它使用 MVC(Multy-View-Coding)的壓縮方式,這種規格可歸類為H.264/MPEG4/AVC 的擴展規格,加入左眼影像並記錄左右影像的差別部份,資料量變為原來的1.5倍, 可以記錄1080P格式的影像,並且和原來2D播放器兼容.

• IMAX 3D TheaterIMAX並不是一般電影院播放的35釐米電影,它是用70釐米的底片橫向播出更高畫質的影像,是一種全新播放系統的電影院,是採用DLP Projector的IMAX Digital播放系統,在播放3D電影時,是利用兩台DLP 以Passive-Stereo方式播出.

• 3D Theater Passive-StereoPassive方式是同時播出呈現90度差異偏光狀態(具水平及垂直方向的振動)的左眼和右眼的影像,利用偏光濾鏡將影像分離分別送到觀眾左右眼的一種方式,這種方式能夠得到鮮明的色彩,IMAX 3D Theater基本上是採用這種方式.

• 3D TV Passive-Stereo (被動式)

透過偏光眼鏡就可以將左、右眼影像隔離出來(偏光角度呈90度者會被遮沒),而觀賞到3D立體效果, 由於3D影像以「水平交錯格式」顯示,所以垂直畫面畫質降一半 .

• 3D TV Active-Stereo (主動式)在顯示器上快速地播出左右影像,並配合使用能和影像同步的LCS眼鏡,收看左眼影像時,將右眼遮蔽, 收看右眼影像時將左眼遮蔽,就可清楚收看快速進行的3D影像,目前主流3D LCD-TV就是採用這種方法,為了實現這樣的操作,顯示器至少需要使用一般1/60的兩倍 Refresh Rate,而且還必須具備LCS眼鏡.

3D影像成像原理

Source: Sony

簡單來說,立體影像就是有景深,具第三度空間感的影像.

因為人類左右兩眼相距約6.5公分,有間距,在觀看物體時的視度有些微的差別,這樣會讓兩眼個別看到的影象便有些微的差異.而左眼與右眼影像的差異稱為視差,人類的大腦很巧妙地將兩眼的影像融合,產生出有空間感的立體視覺影象.

目前3D顯示技術多採用讓左右眼分別接收到有些微差異的影像的兩眼視差方式.

3D影像格式• Broadcast and delivery formats (H.264)

L R

Side-by-Side

L

ROver-Under

LR

Frame Sequential

•BSkyB •Cable Labs

•Direct TV•Blu-Ray DA

• Native panel formats

LR

Frame Sequential

LRLR

Line Interleaved

L R L R L R

LR LR LR

L R L R L R

LR LR LR

Checker Board

•Panasonic

•Sony

•Samsung

•Hyundai / Arisawa •DLP systems:

•Samsung

•Mitsubishi

Input of 3D formatter

HDMI 1.4a Optional format

Resolution

Video

Frequency

(Hz)

Frame packing

Top/bottom (half)

Side by side (half)

Side by side (full)

Line alternative

Frame alternative

1920x1080p

60

50No

(297Mhz) Yes Yes No(297Mhz)

No(297Mhz)

No(297Mhz)

30

25Yes Yes Yes Yes Yes Yes

24 Yes Yes Yes Yes Yes Yes

1280x720p

60

50Yes Yes Yes No No Yes

30

25Yes Yes Yes No No Yes

24 Yes Yes Yes No No Yes

(1) In red, the mandatory formats to be 3D compliant with HDMI 1.4a

(2) 目前Blu-ray 3D幾乎全數採用1080/24Hz frame packing的規格:原生畫面每秒左右眼各24個完整畫面,

總計每秒48個畫面

3D顯示技術比較

• 裸視3D技術仍須持續開發,現仍以立體眼鏡顯示為主流,快門式眼鏡成為主流機率高.• 目前主流3D TV都採用Full HD面板,採用視頻分時顯示技術,也就是”左右眼畫面輪替顯示”

的方式,配合快門式眼鏡”輪流遮蔽,打開左右眼”的動作,讓雙眼各自看到不同的1920x1080解析度畫面.

Class Sub-Class 視角 解析度 量度 硬體需求

眼鏡式3D

快門式眼鏡 2 沒改變 < 50% 120Hz以上顯示器,快門眼鏡, 訊號同步裝置

偏光式眼鏡(顯示器)

2 1/2 50% 微相位差膜顯示器,偏光眼鏡

偏光式眼鏡(投影螢幕)

2 沒改變 50% 2台投影機,特殊反射布,偏光眼鏡

彩色式眼鏡 2 1/2 顏色失真 彩色式眼鏡

裸眼式3D 光柵分光 2~N 1/N 1/N 光柵

柱狀透鏡分光

2~N 1/N > 1/N 柱狀透鏡

眼鏡式顯示技術 (1)

(1) 互補色分光技術

(2) 偏振分光技術 (投影螢幕)

利用互補色原理製作立體效果,把左右兩個視角拍攝的兩個影像,分別用紅色和綠色濾光片重疊到同一畫面上;觀看時,需要戴一片為紅色另一片為青色(或綠色)的眼鏡,使通過紅鏡片的眼睛只能看到紅色影像,通過青鏡片的眼睛只能看到青色影像,左右眼就會分別接收到略有差異的畫面,進而在大腦結合成立體影像.這種3D技術的缺點是只能看到灰階或單一色調的畫面.

利用不同的偏振光線的方向進行拍攝後,合成具有3d效果的畫面;觀看時,需要戴由水平及垂直偏光鏡片組成的偏光眼鏡,左右眼就會分別接收到不同偏振光線所組成的畫面,由於偏光角度容忍率較低,當頭部有歪斜時,偏光眼鏡便無法完全濾掉另一方向的光,容易造成左/右眼看到右/左眼的影像,有些使用者會因此感到不適.

眼鏡式顯示技術 (2)

(3) 視頻分時技術 利用時間差創造視差效果,由兩個不同角度拍攝的像(左像和右像),同時在視覺暫留時間內作用,就可以產生3d影像.視頻分時技術利用奇數場和偶數場分別編入左像和右像的圖像信號,構成一種分時式3d視頻圖像信號,以一定的速度輪流傳送左像和右像,顯示器也輪流顯示左右兩眼的圖像.觀看時,需要使用快門式液晶眼鏡,當左眼圖像出現時,左眼的液晶透光,右眼的液晶不透光;反之,當右眼圖像出現時,右眼的液晶透光,左眼的液晶不透光,便能使左右眼接收到不同影像.如此周而復始,以快於人類視覺暫態的速度交替顯示,左像和右像在腦海中結合後,便能在畫面上產生深度和立體感.此種技術最大的優點是解析度不會下降,也不會因移動位置而失去3d效果.

裸眼式顯示技術

(2) 柱狀透鏡分光技術

(1) 光柵分光技術 在顯示器前方加上一塊刻有大量平行,等寬,等距狹縫刻線的光柵,光柵是利用光的干涉和衍射原理使光發生色散(分解為光譜)的光學元件.當雙眼透過光柵去觀看光柵後面的立體畫面時,右眼只能接收光柵投射給右眼的畫素區,左眼只能接收光柵投射給左眼的畫素區,這些不同角度的圖像將組成立體畫面,產生立體效果.目前有多視角會造成解析度嚴重下降問題.

利用長條柱狀凸透鏡使光線分光,進而將左右眼的畫素對,分別頭射至左右眼,大腦便藉此產生立體感受.不過同樣有多視角會造成解析度下降問題,而且透鏡的製作精度以及其與顯示面板對位準度必須十分精確,困難度極高.

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•觸控面板市場趨勢及應用領域

•投射式電容觸控原理介紹

•3D市場概況及趨勢

•3D影像格式及顯示方法介紹

•快門式3D TV顯示技術與問題

•問題與討論

快門式3D TV顯示技術示意圖

Display Frame Rate > 120Hz--> Left 60Hz & Right 60Hz

快門式3D TV顯示畫面常見問題

• 串影(Crosstalk)問題使用掃瞄式背光或黑插入手法,降低串影,並提高面板驅動頻頻提高顯示器及眼鏡內建液晶快門的反應速度

• 眼鏡光衰問題提高面板的發光效率,改良發光控制

• 色彩鮮艷度不足問題 SHARP Quattron “4原色” (RGB+Y),加入黃光成份

• 眼鏡閃爍(Flicker)問題降低干擾

• 軟體不足問題 2D轉3D

主動式快門眼鏡三要素• LCS Lenses

- 明暗對比 (Contrast Ratio)- 反應速度 (Response Rate)- 透光率 (Transparency)- 觀看視野 (View)

• Electronics- 紅外線無線控制,高靈敏度的紅外線感應器,涵蓋的角度要大

(目前家用紅外線比Bluetooth、ZigBee RF無線控制較具成本優勢)- 避免電視紅外線遙控器的干擾- 電池壽命要長,非工作時候,LCS眼鏡必須要能自動斷電- 使用過程中,必須完全沒有「鬼影」(Ghosting) - 使用過程中,避免凹凸相反的「Pseudo Stereo」 現象- 使用過程中,避免「掉框」(Drop Frames)或無法工作

• Industrial Design- 符合人體工學-

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•快門式3D TV顯示技術與問題

•問題與討論

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