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

引言

人機界面產(chǎn)業(yè)在長(cháng)期的蘊釀之中，由蘋(píng)果計算機(Apple)之iPhone手機正式嗚鑼揭開(kāi)序幕、粉墨登場(chǎng)、全場(chǎng)驚訝連連、漣渏波動(dòng)，久久不能平息，演出者與觀(guān)眾之間眉來(lái)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)在與藍天為幕，昭日引導，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(lái)產(chǎn)業(yè)界罕見(jiàn)的現象，因為：

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

(2)模塊化設計概念下，日漸褪色之系統整合創(chuàng )意的末梢神經(jīng)突然恢復知覺(jué)，讓系統設計者在模塊組合經(jīng)驗活化創(chuàng )意，開(kāi)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，俱認機不可失，期待美人青睞！

(4)應用層面無(wú)遠弗屆，NB、手機、PDA，掌上型游戲機、MP3音樂(lè )播機，導航系統、ATM提款機等皆受全面之沖擊，宛如巨星臨降，萬(wàn)人空巷。

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

一、主要觸控技術(shù)簡(jiǎn)介

目前市面上觸控技術(shù)主要如下幾種，分河飲水，各立門(mén)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(xiàn)、五線(xiàn)、六線(xiàn)、七線(xiàn)、八線(xiàn)式各種組合，各類(lèi)均有其優(yōu)缺點(diǎn)，但以四線(xiàn)及五線(xiàn)最為普及。電阻式技術(shù)原理簡(jiǎn)單，門(mén)檻低，上下游整合完整，但無(wú)法進(jìn)行多手指偵測，且反應較不靈敏，壽命較短為其主要缺點(diǎn)，目前手寫(xiě)式手機屏幕多為此類(lèi)。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(lái)源：IEK

(2)表面電容式(Surface Capacitive)：原理類(lèi)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(shù)門(mén)檻低，且無(wú)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(wú)法做多點(diǎn)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，使玻璃內部之振動(dòng)波傳導至其四個(gè)角落之感應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(wú)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(xiàn)式：原理是以紅外線(xiàn)的發(fā)射與接收構成X、Y之矩陣，當紅外線(xiàn)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(diǎn)觸控，但功耗高、分辨率差，機構需架高做為紅外線(xiàn)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(huà)出X軸、Y軸交叉分布做為電容矩陣，當手指觸碰時(shí)透用X、Y軸之掃描即可偵測在觸碰位置電容變化，進(jìn)而計算手指之所在。蘋(píng)果計算機 (Apple) 之i Phone即以此技術(shù)為基礎，其技術(shù)門(mén)檻高但后市可期。

(7)電磁式：主要是透過(guò)一個(gè)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(wú)法做多點(diǎn)，某些特殊機種外，無(wú)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合，但成本極高，恐也非長(cháng)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，反應速度慢，可用度不高，另外友達、TM D、夏普之內嵌光 (In-Cell design) 檢器技術(shù)更為復雜，價(jià)格仍難被終端廠(chǎng)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，表二比較各式的優(yōu)缺點(diǎn)，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(xiàn)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(kāi)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(xiě)或筆寫(xiě)或手筆并進(jìn)亦將是未來(lái)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(wú)聲無(wú)息直到蘋(píng)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(ài)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實(shí)施多手指應用。而投射電容觸控技術(shù)本也非新技術(shù)(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(guān)鍵問(wèn)題：

(1)透光感應表面的技術(shù)。

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(kāi)以形成電容，結構甚為簡(jiǎn)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三種結構上下貼合而成。感應面的主要規格為透光率與耐久性，玻璃上之濺鍍或蒸鍍，原為面板廠(chǎng)所熟知，因此傳統中小尺寸面板廠(chǎng)也積極投此一領(lǐng)域，然玻璃厚、重、貴且易碎，顯然并非長(cháng)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)驗挺進(jìn)。

(2)控制IC之來(lái)源。

不同于電阻式面板，原理簡(jiǎn)單、門(mén)檻低，其感應控制電路無(wú)需獨立控制IC，而多由系統上之主控CPU以軟件處理，投射電容式目前尚無(wú)法由系統上的主IC處理而須獨立IC處理，因此也吸引國內外多家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(mén)檻相當高，若非具相當研發(fā)實(shí)力恐難完成。其主要技術(shù)門(mén)檻在 (a)系統噪聲之處理 (b)手指上之汗、油、膏、污之克服 (c) Cover lens或機構保護面之厚度使感應靈敏度之降低 (d)人體體質(zhì)不同造成系統穩定度降低 (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(wú)長(cháng)期經(jīng)驗之累積是無(wú)法克服量產(chǎn)之穩定問(wèn)題。目前只有美商新思(Synaptics)與臺灣升達(Sentelic) 在此方面有長(cháng)期之基礎，其它廠(chǎng)商恐將需渡過(guò)一段學(xué)習曲線(xiàn)。

(3)系統整合的關(guān)鍵。

投射電容式本身最大之障礙在于系統整合與應用時(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(lái)手寫(xiě)與指針之應用、控制IC便是關(guān)鍵，第二：因系統機構的設計致使Cover lens變厚，原則上問(wèn)題將益形嚴重。另外，模塊廠(chǎng)是否需含客制化Cover lens亦是產(chǎn)業(yè)供應鏈的一大挑戰。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(lǐng)域，多數仍在摸索與試車(chē)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(chǎng)均無(wú)整合、測試與系統支持之經(jīng)驗，此段仍必須由IC設計廠(chǎng)來(lái)執行，而IC廠(chǎng)本身有無(wú)整合前段制程之能力仍待考驗，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(lái)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(chǎng)商

資料來(lái)源：拓墣產(chǎn)業(yè)研究所、升達科技整理

(5)專(zhuān)利保護壁壘

十多年來(lái)在觸控面板的發(fā)展，各家在專(zhuān)利上的布局已使這個(gè)產(chǎn)業(yè)地雷布滿(mǎn)各式觸控面板，當然其原創(chuàng )者皆會(huì )有所保護。單就投射電容式面板相關(guān)之專(zhuān)利即有100多種。后繼者幾乎完全沒(méi)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(píng)果計算機（Apple）及臺灣升達（Sentelic）科技手上，此三家之專(zhuān)利布局綿密，幾乎涵蓋現在與未來(lái)發(fā)展所需的技術(shù)。下表反應了目前可查到之專(zhuān)利數量。

表六、觸摸屏相關(guān)專(zhuān)利統計

(不含申請中之專(zhuān)利)

舉個(gè)簡(jiǎn)單例子，觸控板上要單擊／雙擊、要多手指偵側、要在板子上做滑動(dòng)的動(dòng)作，對不起這些都已有專(zhuān)利，多手指偵測后要做其它翻頁(yè)動(dòng)作，那更是蘋(píng)果計算機（Apple）的專(zhuān)利，其它更底層技術(shù)性的便不在話(huà)下了。目前投射電容式尚未有多家及大量產(chǎn)品投入，可見(jiàn)未來(lái)之不久，一定刀光四射、狼唣不止。系統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整合

丑媳婦終究是要見(jiàn)公婆，技術(shù)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(xiě)、筆寫(xiě)、單擊、雙擊、卷動(dòng)等傳統之功能，更不在話(huà)下，因此針對各不同應用所需之技術(shù)趨勢也便可想而知，成本則是另一重要考量，已不再贅言。就多指之應用而言，可想而知，只有投射電容式與紅外線(xiàn)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(xiě)、筆寫(xiě)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(wèn)題便可帶出：何種系統的架構整合最易、效率最好、成本最低、壁壘最少？以上考慮是系統業(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(cháng)期成本壓力之下，塑料仍是首選，尤其是PET Film（PET光學(xué)薄膜），因可導入Roll-to-Roll制程，故相當看好，其光學(xué)特性也在可接受范圍，且傳統電阻式觸控面板廠(chǎng)亦有長(cháng)期的經(jīng)驗，上下游整合完整，最終相信應是PET光學(xué)薄膜Film on Film的結構。

(2)手勢辨識在控制IC，不在系統端。

一般是將手指的坐標傳到系統，再由系統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(shí)更為明顯，而當X、Y軸之訊號受外部雜干擾時(shí)，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(wú)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(xiàn)或投射電容式或有建置X、Y軸掃描者），為了降低掃描線(xiàn)的數目都采所謂Load Grounded的做法，此一做法會(huì )造成不同之二手指坐標，而只有一個(gè)相同坐標，系統亦不可辨識。而IC內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(mén)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(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(kāi)發(fā)之軟/硬件開(kāi)發(fā)工具）。

終端系統整合工程師，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(kāi)發(fā)工具，是系統整合者決定其解決方案的開(kāi)發(fā)時(shí)程與品穩定度的重要關(guān)鍵。

四、結論

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

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

(4) 選擇適當面板技術(shù)是系統廠(chǎng)商最重要量。

(5)與控制IC廠(chǎng)商的合作關(guān)系攸關(guān)觸控面板廠(chǎng)商之生存。

(6)雖困難度高，但垂直整合勢在必行。

總結觸控面板技術(shù)，就多指觸控其技術(shù)成本及普遍應用性來(lái)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。