專家視點(diǎn)： 觸控技術(shù)的發(fā)展動(dòng)力及趨勢

引言

人機(jī)界面產(chǎn)業(yè)在長期的蘊(yùn)釀之中，由蘋果計(jì)算機(jī)(Apple)之iPhone手機(jī)正式嗚鑼揭開序幕、粉墨登場、全場驚訝連連、漣渏波動(dòng)，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(shí)天雷勾動(dòng)地火，一發(fā)不可收拾之勢。

觸控技術(shù)在與藍(lán)天為幕，昭日引導(dǎo)，響亮的前進(jìn)曲之氛圍中，引發(fā)廣泛之回響，確實(shí)為近年來產(chǎn)業(yè)界罕見的現(xiàn)象，因?yàn)椋?/P>

(1)新人機(jī)界面引進(jìn)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(jī)。

(2)模塊化設(shè)計(jì)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(fù)知覺，讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在模塊組合經(jīng)驗(yàn)活化創(chuàng)意，開始擦脂抹粉。

(3)新技術(shù)之引進(jìn)連動(dòng)出整個(gè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈重新組合換位，俱認(rèn)機(jī)不可失，期待美人青睞！

(4)應(yīng)用層面無遠(yuǎn)弗屆，NB、手機(jī)、PDA，掌上型游戲機(jī)、MP3音樂播機(jī)，導(dǎo)航系統(tǒng)、ATM提款機(jī)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(shù)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(yīng)用所需之技術(shù)、專利、整合、應(yīng)用等做更深入之討論。

一、主要觸控技術(shù)簡介

目前市面上觸控技術(shù)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(luò)，由電阻分布以決定壓力點(diǎn)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(diǎn)，但以四線及五線最為普及。電阻式技術(shù)原理簡單，門檻低，上下游整合完整，但無法進(jìn)行多手指偵測，且反應(yīng)較不靈敏，壽命較短為其主要缺點(diǎn)，目前手寫式手機(jī)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(shù)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(jì)算量以決定觸摸位置。主要應(yīng)用在中大尺寸上的應(yīng)用，但如同電阻式，雖為感應(yīng)式較電阻式靈敏，技術(shù)門檻低，且無法進(jìn)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(dāng)表面波手指或軟性界面觸碰，即產(chǎn)生聲波遮斷以藉此計(jì)算觸碰位置。惟其成本高，上下游整合不易，且無法做多點(diǎn)偵測，是其較大之限制。

(4)振波感應(yīng)式(Dispersive Signal Technology)：為3M發(fā)明，主要原理在強(qiáng)化玻璃基座上利用觸摸，使玻璃內(nèi)部之振動(dòng)波傳導(dǎo)至其四個(gè)角落之感應(yīng)及控制器以決定觸摸位置。其優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是無法多點(diǎn)觸控，價(jià)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(dāng)紅外線波在特定位置被接觸物阻隔即可計(jì)算出接觸物(如手指)之位置，主要應(yīng)用大尺寸應(yīng)用及多點(diǎn)觸控，但功耗高、分辨率差，機(jī)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(xì)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(dāng)手指觸碰時(shí)透用X、Y軸之掃描即可偵測在觸碰位置電容變化，進(jìn)而計(jì)算手指之所在。蘋果計(jì)算機(jī) (Apple) 之i Phone即以此技術(shù)為基礎(chǔ)，其技術(shù)門檻高但后市可期。

(7)電磁式：主要是透過一個(gè)特殊的電磁筆與感應(yīng)面板做觸控而去計(jì)算電磁筆在感應(yīng)面板上之軌跡，因其需用特殊之電磁筆及無法做多點(diǎn)，某些特殊機(jī)種外，無其它應(yīng)用產(chǎn)生，某些應(yīng)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(shù)外，尚有其它方法引入觸控領(lǐng)域，如微軟的光學(xué)成像式 (Microsoft Surface) 造價(jià)昂貴，反應(yīng)速度慢，可用度不高，另外友達(dá)、TM D、夏普之內(nèi)嵌光 (In-Cell design) 檢器技術(shù)更為復(fù)雜，價(jià)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(diǎn)，各式觸控面板之主要應(yīng)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(yīng)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(huì)以電阻式為主，但由于i Phone之風(fēng)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(fù)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(jìn)亦將是未來主要之研發(fā)重點(diǎn)。

二、觸控產(chǎn)業(yè)的主要關(guān)鍵

觸控產(chǎn)業(yè)其實(shí)行之有年，無聲無息直到蘋果計(jì)算機(jī) (Apple) i Phone的多手指應(yīng)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(shù)只在突破以既有之基礎(chǔ)實(shí)施多手指應(yīng)用。而投射電容觸控技術(shù)本也非新技術(shù)(原筆記型計(jì)算機(jī)之觸控板鼠標(biāo)即是)，以下將討論投射電容式面板在應(yīng)用卻也面臨一些關(guān)鍵問題：

(1)透光感應(yīng)表面的技術(shù)。

可透光感應(yīng)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(yīng)面與一控制IC以及IC內(nèi)部相對應(yīng)之軟件 (Software)及韌體(Firmware)組合而成。導(dǎo)電電極而濺鍍或蒸鍍透明導(dǎo)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(yīng)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(lǐng)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(xué)PET溥膜的經(jīng)驗(yàn)挺進(jìn)。

(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(yīng)控制電路無需獨(dú)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(dú)立IC處理，因此也吸引國內(nèi)外多家IC設(shè)計(jì)公司相繼投入，如美商新思(Synaptics)、塞普拉斯 (Cypress) 及臺灣升達(dá) (Sentelic)、義隆 (Elantek) 等等。但投射電容式觸控IC因其門檻相當(dāng)高，若非具相當(dāng)研發(fā)實(shí)力恐難完成。其主要技術(shù)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(jī)構(gòu)保護(hù)面之厚度使感應(yīng)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(yīng)用上手指分辨率低使光標(biāo)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(yàn)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(dá)(Sentelic) 在此方面有長期之基礎(chǔ)，其它廠商恐將需渡過一段學(xué)習(xí)曲線。

(3)系統(tǒng)整合的關(guān)鍵。

投射電容式本身最大之障礙在于系統(tǒng)整合與應(yīng)用時(shí)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(zhǔn)，若只是手勢之應(yīng)用或許可行，若未來手寫與指針之應(yīng)用、控制IC便是關(guān)鍵，第二：因系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)致使Cover lens變厚，原則上問題將益形嚴(yán)重。另外，模塊廠是否需含客制化Cover lens亦是產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的一大挑戰(zhàn)。最后，當(dāng)面板整合到LCD屏幕面板上之貼合，亦將考驗(yàn)制程的能力，因?yàn)槟壳懊姘遒N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(lǐng)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(yàn)，此段仍必須由IC設(shè)計(jì)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(yàn)，屆時(shí)勢必率動(dòng)整個(gè)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(dá)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(dá)科技整理

(5)專利保護(hù)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(gè)產(chǎn)業(yè)地雷布滿各式觸控面板，當(dāng)然其原創(chuàng)者皆會(huì)有所保護(hù)。單就投射電容式面板相關(guān)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(jì)算機(jī)（Apple）及臺灣升達(dá)（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(shù)。下表反應(yīng)了目前可查到之專利數(shù)量。

表六、觸摸屏相關(guān)專利統(tǒng)計(jì)

(不含申請中之專利)

舉個(gè)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(dòng)的動(dòng)作，對不起這些都已有專利，多手指偵測后要做其它翻頁動(dòng)作，那更是蘋果計(jì)算機(jī)（Apple）的專利，其它更底層技術(shù)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(shè)計(jì)者必須凌波微步、左躲、右閃！

三、多手指偵測應(yīng)用以及系統(tǒng)整合

丑媳婦終究是要見公婆，技術(shù)終歸要上臺面，入應(yīng)用。自從i Phone多手指應(yīng)用之后，此項(xiàng)功能已成觸控面板之主要功能，當(dāng)然手寫、筆寫、單擊、雙擊、卷動(dòng)等傳統(tǒng)之功能，更不在話下，因此針對各不同應(yīng)用所需之技術(shù)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(yīng)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(dòng)、手寫、筆寫等也只是軟件或韌體之應(yīng)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(xué)膠，PET Film）的光學(xué)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(xué)薄膜），因可導(dǎo)入Roll-to-Roll制程，故相當(dāng)看好，其光學(xué)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(yàn)，上下游整合完整，最終相信應(yīng)是PET光學(xué)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(biāo)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(yīng)速度較慢，尤其是多指觸控或手輸入時(shí)更為明顯，而當(dāng)X、Y軸之訊號受外部雜干擾時(shí)，坐標(biāo)的信息將更不可靠，造成手勢辨識的困難，使得更復(fù)雜之手勢無法支持，像i Phone也只有滑動(dòng)與Zoom-in/Zoom out之動(dòng)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(huì)造成不同之二手指坐標(biāo)，而只有一個(gè)相同坐標(biāo)，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(fù)雜訊號時(shí)，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(yīng)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(shí)程與品穩(wěn)定度的重要關(guān)鍵。

四、結(jié)論

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

(1) 目前觸控面板仍以小尺寸之應(yīng)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(yīng)用之解決方案，Demo者多但可量產(chǎn)者少，其間仍有相當(dāng)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(dāng)面板技術(shù)是系統(tǒng)廠商最重要量。

(5)與控制IC廠商的合作關(guān)系攸關(guān)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(shù)，就多指觸控其技術(shù)成本及普遍應(yīng)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。