專家視點： 觸控技術的發(fā)展動力及趨勢

引言

人機界面產(chǎn)業(yè)在長期的蘊釀之中，由蘋果計算機(Apple)之iPhone手機正式嗚鑼揭開序幕、粉墨登場、全場驚訝連連、漣渏波動，久久不能平息，演出者與觀眾之間眉來眼去，秋波迭送，似乎兩廂情愿，深情日款，大有一時天雷勾動地火，一發(fā)不可收拾之勢。

觸控技術在與藍天為幕，昭日引導，響亮的前進曲之氛圍中，引發(fā)廣泛之回響，確實為近年來產(chǎn)業(yè)界罕見的現(xiàn)象，因為：

(1)新人機界面引進之新產(chǎn)品概念在一片了無新意之3C產(chǎn)品中活化了生機。

(2)模塊化設計概念下，日漸褪色之系統(tǒng)整合創(chuàng)意的末梢神經(jīng)突然恢復知覺，讓系統(tǒng)設計者在模塊組合經(jīng)驗活化創(chuàng)意，開始擦脂抹粉。

(3)新技術之引進連動出整個上下游產(chǎn)業(yè)鏈重新組合換位，俱認機不可失，期待美人青睞！

(4)應用層面無遠弗屆，NB、手機、PDA，掌上型游戲機、MP3音樂播機，導航系統(tǒng)、ATM提款機等皆受全面之沖擊，宛如巨星臨降，萬人空巷。

以下將就主要觸技術做介紹比較及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)況做簡介，并針對目前最夯之多指應用所需之技術、專利、整合、應用等做更深入之討論。

一、主要觸控技術簡介

目前市面上觸控技術主要如下幾種，分河飲水，各立門庭：

(1)電阻式：藉由壓力接通在上下二層電阻網(wǎng)絡，由電阻分布以決定壓力點之位置。目前市面上有四線、五線、六線、七線、八線式各種組合，各類均有其優(yōu)缺點，但以四線及五線最為普及。電阻式技術原理簡單，門檻低，上下游整合完整，但無法進行多手指偵測，且反應較不靈敏，壽命較短為其主要缺點，目前手寫式手機屏幕多為此類。下表比較各式電阻式之不同，如表(一)。

表(一)、電阻式觸控面板技術比較

資料來源：IEK

(2)表面電容式(Surface Capacitive)：原理類似電阻式，但使用電容值而非電阻值為計算量以決定觸摸位置。主要應用在中大尺寸上的應用，但如同電阻式，雖為感應式較電阻式靈敏，技術門檻低，且無法進行多手指偵測。

(3)表面聲波式(Surface Acoustic Wave, SAW)：利用聲波發(fā)放器傳送至平面玻璃，造成均勻分布之表面聲波，當表面波手指或軟性界面觸碰，即產(chǎn)生聲波遮斷以藉此計算觸碰位置。惟其成本高，上下游整合不易，且無法做多點偵測，是其較大之限制。

(4)振波感應式(Dispersive Signal Technology)：為3M發(fā)明，主要原理在強化玻璃基座上利用觸摸，使玻璃內(nèi)部之振動波傳導至其四個角落之感應及控制器以決定觸摸位置。其優(yōu)點為不受表面臟污與刮損影響，且可適用于大尺寸(32吋以上)，缺點是無法多點觸控，價格高，產(chǎn)業(yè)上下游整合不完整。

(5)紅外線式：原理是以紅外線的發(fā)射與接收構(gòu)成X、Y之矩陣，當紅外線波在特定位置被接觸物阻隔即可計算出接觸物(如手指)之位置，主要應用大尺寸應用及多點觸控，但功耗高、分辨率差，機構(gòu)需架高做為紅外線的信道。

(6)投射電容式：投射式電容與表面式不同，主要在于表面使用上下兩電極做為電容，而投射式則將上下電極細分成矩陣式分布以畫出X軸、Y軸交叉分布做為電容矩陣，當手指觸碰時透用X、Y軸之掃描即可偵測在觸碰位置電容變化，進而計算手指之所在。蘋果計算機 (Apple) 之i Phone即以此技術為基礎，其技術門檻高但后市可期。

(7)電磁式：主要是透過一個特殊的電磁筆與感應面板做觸控而去計算電磁筆在感應面板上之軌跡，因其需用特殊之電磁筆及無法做多點，某些特殊機種外，無其它應用產(chǎn)生，某些應用嘗試使用電磁與電容或與電阻結(jié)合，但成本極高，恐也非長期可靠。

除上述之技術外，尚有其它方法引入觸控領域，如微軟的光學成像式 (Microsoft Surface) 造價昂貴，反應速度慢，可用度不高，另外友達、TM D、夏普之內(nèi)嵌光 (In-Cell design) 檢器技術更為復雜，價格仍難被終端廠商所接受，其期初面板之良率，恐也是另一難題，故亦都不在本文討論范圍之內(nèi)，表二比較各式的優(yōu)缺點，各式觸控面板之主要應用則整理于表三。

表(二)主要針對各式面板特性做基本之比較：

表(三)、觸控面板主要應用：

由表(二)及表(三)基本上就觸控面板可得結(jié)論如下：

(1)中大尺寸仍以電阻式面板為主，主要是其成本較低但功能有限，若需較多功能，則紅外線與電磁式將為主流。

(2)小尺寸或可攜式產(chǎn)品初期仍會以電阻式為主，但由于i Phone之風潮，投射電容式面板之比重將持續(xù)增加，甚至全面取代。

(3)復合面板(電阻式＋電容式，或電阻式＋電磁式，或電磁式＋電容式)將成為各家商研發(fā)之主要方向。(如N-Trig開發(fā)，電磁式與電容式組合，WACOM的電磁式＋電阻式，但貴。)

(4)除多手指偵測外，手寫或筆寫或手筆并進亦將是未來主要之研發(fā)重點。

二、觸控產(chǎn)業(yè)的主要關鍵

觸控產(chǎn)業(yè)其實行之有年，無聲無息直到蘋果計算機 (Apple) i Phone的多手指應用方才引爆，平地一聲雷，因此集三千寵愛于一身，尤其是投射電式面板。其它面板技術只在突破以既有之基礎實施多手指應用。而投射電容觸控技術本也非新技術(原筆記型計算機之觸控板鼠標即是)，以下將討論投射電容式面板在應用卻也面臨一些關鍵問題：

(1)透光感應表面的技術。

可透光感應面基本上是上下二層電極矩陣形成，中間以絕緣層隔開以形成電容，結(jié)構(gòu)甚為簡單。觸控面板基本上是由輕薄透明之感應面與一控制IC以及IC內(nèi)部相對應之軟件 (Software)及韌體(Firmware)組合而成。導電電極而濺鍍或蒸鍍透明導電材料(目前都為ITO，氧化銦錫)于透明基材上，一般為玻璃或PET薄膜以Film/Film、Film/Glass或Glass/Glass三種結(jié)構(gòu)上下貼合而成。感應面的主要規(guī)格為透光率與耐久性，玻璃上之濺鍍或蒸鍍，原為面板廠所熟知，因此傳統(tǒng)中小尺寸面板廠也積極投此一領域，然玻璃厚、重、貴且易碎，顯然并非長期飯票。因此電阻式觸控面板業(yè)便挾其在光學PET溥膜的經(jīng)驗挺進。

(2)控制IC之來源。

不同于電阻式面板，原理簡單、門檻低，其感應控制電路無需獨立控制IC，而多由系統(tǒng)上之主控CPU以軟件處理，投射電容式目前尚無法由系統(tǒng)上的主IC處理而須獨立IC處理，因此也吸引國內(nèi)外多家IC設計公司相繼投入，如美商新思(Synaptics)、塞普拉斯 (Cypress) 及臺灣升達 (Sentelic)、義隆 (Elantek) 等等。但投射電容式觸控IC因其門檻相當高，若非具相當研發(fā)實力恐難完成。其主要技術門檻在 (a)系統(tǒng)噪聲之處理 (b)手指上之汗、油、膏、污之克服 (c) Cover lens或機構(gòu)保護面之厚度使感應靈敏度之降低 (d)人體體質(zhì)不同造成系統(tǒng)穩(wěn)定度降低 (e)在小尺寸應用上手指分辨率低使光標分辨率不易提升，往往使Demo容易，量產(chǎn)困難，若無長期經(jīng)驗之累積是無法克服量產(chǎn)之穩(wěn)定問題。目前只有美商新思(Synaptics)與臺灣升達(Sentelic) 在此方面有長期之基礎，其它廠商恐將需渡過一段學習曲線。

(3)系統(tǒng)整合的關鍵。

投射電容式本身最大之障礙在于系統(tǒng)整合與應用時的狀況，畢竟面板終究得安裝在屏幕面板，其噪聲與系統(tǒng)其它電路所產(chǎn)生之噪聲極易對觸控產(chǎn)生干擾，造成定位不準，若只是手勢之應用或許可行，若未來手寫與指針之應用、控制IC便是關鍵，第二：因系統(tǒng)機構(gòu)的設計致使Cover lens變厚，原則上問題將益形嚴重。另外，模塊廠是否需含客制化Cover lens亦是產(chǎn)業(yè)供應鏈的一大挑戰(zhàn)。最后，當面板整合到LCD屏幕面板上之貼合，亦將考驗制程的能力，因為目前面板貼合良率本身也只有80%~85%而已，另一段的貼合勢必將使良率再低，而且尺寸愈大、貼合愈難。

(4)產(chǎn)業(yè)上下游整合模式。

表(四)舉例粗分之觸控面板產(chǎn)業(yè)鏈，上游其原本都掌握在日本業(yè)者身上，中游材料加工則在日本與臺灣，下游面板之貼合、壓合、測試，則在臺灣，少部份在大陸完成，由于投射電容式面板于面板加工制造，系全新領域，多數(shù)仍在摸索與試車階段，良率之提升仍有一段路途。而面對全新投射電容式面板，目前之面板廠均無整合、測試與系統(tǒng)支持之經(jīng)驗，此段仍必須由IC設計廠來執(zhí)行，而IC廠本身有無整合前段制程之能力仍待考驗，屆時勢必率動整個上下游產(chǎn)業(yè)鏈之定位與重組，約在2009年Q2后將更為明朗。

表(四)、觸控面板產(chǎn)業(yè)鏈

資料來源：拓墣產(chǎn)業(yè)研究所、升達科技整理

表(五)、全球觸控面板主要廠商

資料來源：拓墣產(chǎn)業(yè)研究所、升達科技整理

(5)專利保護壁壘

十多年來在觸控面板的發(fā)展，各家在專利上的布局已使這個產(chǎn)業(yè)地雷布滿各式觸控面板，當然其原創(chuàng)者皆會有所保護。單就投射電容式面板相關之專利即有100多種。后繼者幾乎完全沒有插手的空間，目前在投射電容面板主要掌握在美國Synaptics（新思）、蘋果計算機（Apple）及臺灣升達（Sentelic）科技手上，此三家之專利布局綿密，幾乎涵蓋現(xiàn)在與未來發(fā)展所需的技術。下表反應了目前可查到之專利數(shù)量。

表六、觸摸屏相關專利統(tǒng)計

(不含申請中之專利)

舉個簡單例子，觸控板上要單擊／雙擊、要多手指偵側(cè)、要在板子上做滑動的動作，對不起這些都已有專利，多手指偵測后要做其它翻頁動作，那更是蘋果計算機（Apple）的專利，其它更底層技術性的便不在話下了。目前投射電容式尚未有多家及大量產(chǎn)品投入，可見未來之不久，一定刀光四射、狼唣不止。系統(tǒng)設計者必須凌波微步、左躲、右閃！

三、多手指偵測應用以及系統(tǒng)整合

丑媳婦終究是要見公婆，技術終歸要上臺面，入應用。自從i Phone多手指應用之后，此項功能已成觸控面板之主要功能，當然手寫、筆寫、單擊、雙擊、卷動等傳統(tǒng)之功能，更不在話下，因此針對各不同應用所需之技術趨勢也便可想而知，成本則是另一重要考量，已不再贅言。就多指之應用而言，可想而知，只有投射電容式與紅外線式，可做多指偵測并分占中小尺寸與大尺寸之市埸。有了多指偵測后，其它單擊、雙擊、卷動、手寫、筆寫等也只是軟件或韌體之應用而已。各式各樣的屏幕上之變化也大都可由軟件或韌體程序完成，因此基本問題便可帶出：何種系統(tǒng)的架構(gòu)整合最易、效率最好、成本最低、壁壘最少？以上考慮是系統(tǒng)業(yè)者最需深思之課題，因此我們可清楚地推論其最終之輪廓：

(1)是塑料而不是玻璃。

雖塑料（壓克力，光學膠，PET Film）的光學特性與耐刮耐久性不如玻璃，且常需低溫制程，但玻璃厚、重、加工難、制程貴、不耐摔，在長期成本壓力之下，塑料仍是首選，尤其是PET Film（PET光學薄膜），因可導入Roll-to-Roll制程，故相當看好，其光學特性也在可接受范圍，且傳統(tǒng)電阻式觸控面板廠亦有長期的經(jīng)驗，上下游整合完整，最終相信應是PET光學薄膜Film on Film的結(jié)構(gòu)。

(2)手勢辨識在控制IC，不在系統(tǒng)端。

一般是將手指的坐標傳到系統(tǒng)，再由系統(tǒng)藉軟件程序辨識手勢，雖屬可行但反應速度較慢，尤其是多指觸控或手輸入時更為明顯，而當X、Y軸之訊號受外部雜干擾時，坐標的信息將更不可靠，造成手勢辨識的困難，使得更復雜之手勢無法支持，像i Phone也只有滑動與Zoom-in/Zoom out之動作而已。另外以目前之掃描方式（紅外線或投射電容式或有建置X、Y軸掃描者），為了降低掃描線的數(shù)目都采所謂Load Grounded的做法，此一做法會造成不同之二手指坐標，而只有一個相同坐標，系統(tǒng)亦不可辨識。而IC內(nèi)可用其它額外訊號輔助判斷，此額外訊號通常因算法不同而形成各家不同整合之困難。

(3)軟硬兼施而不是吃軟不吃硬。

由于投射電容式面板門檻高，因此很難以純軟件/韌體的方法直接解決，更非一般低階8bit MCU可有效解決，尤其需平行處理不同復雜訊號時，硬件方案與軟件方案需做適切的分割搭配，方能降低高速CPU的耗能。這也是目前一般面板整合者相信用軟件即可解決迷思。

(4)善事必先利其器（客制化、開發(fā)之軟/硬件開發(fā)工具）。

終端系統(tǒng)整合工程師，一般并非都熟稔面板特性而為了應付多方使用情境的客制化需求，控制IC提供者是否提供一套，完整方便的軟／硬開發(fā)工具，是系統(tǒng)整合者決定其解決方案的開發(fā)時程與品穩(wěn)定度的重要關鍵。

四、結(jié)論

就以上之討論，在整個觸控技術在現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)鏈，約可做成如下幾點結(jié)論：

(1) 目前觸控面板仍以小尺寸之應用主（尤其是多指觸控）而投射電容式面板勢將成為主流而逐漸取代電阻式方案。

(2) Demo不等于量產(chǎn)，目前多指應用之解決方案，Demo者多但可量產(chǎn)者少，其間仍有相當大的距離。

(3) 控制IC廠商本身的研發(fā)能量決定未來/電子/產(chǎn)品使用情境的發(fā)展。

(4) 選擇適當面板技術是系統(tǒng)廠商最重要量。

(5)與控制IC廠商的合作關系攸關觸控面板廠商之生存。

(6)雖困難度高，但垂直整合勢在必行。

總結(jié)觸控面板技術，就多指觸控其技術成本及普遍應用性來看，目前以投射電容式為發(fā)展主流，但仍有諸多的障礙需克服解決，以上提供給觸控產(chǎn)業(yè)界朋友做一些參考。