触控技术的发展动力及趋势

时间：2009-01-17 21:16:01

关键字： BSP 触控面板电阻式控制IC

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[导读] 人机界面产业在长期的蕴酿之中，由苹果计算机(Apple)之iPhone手机正式呜锣揭开序幕、粉墨登场、全场惊讶连连、涟渏波动，久久不能平息，演出者与观众之间眉来眼去，秋波迭送，似乎两厢情愿，深情日款，大有一时

人机界面产业在长期的蕴酿之中，由苹果计算机(Apple)之iPhone手机正式呜锣揭开序幕、粉墨登场、全场惊讶连连、涟渏波动，久久不能平息，演出者与观众之间眉来眼去，秋波迭送，似乎两厢情愿，深情日款，大有一时天雷勾动地火，一发不可收拾之势。

触控技术在与蓝天为幕，昭日引导，响亮的前进曲之氛围中，引发广泛之回响，确实为近年来产业界罕见的现象，因为：

(1)新人机界面引进之新产品概念在一片了无新意之3C产品中活化了生机。

(2)模块化设计概念下，日渐褪色之系统整合创意的末梢神经突然恢复知觉，让系统设计者在模块组合经验活化创意，开始擦脂抹粉。

(3)新技术之引进连动出整个上下游产业链重新组合换位，俱认机不可失，期待美人青睐！

(4)应用层面无远弗届，NB、手机、PDA，掌上型游戏机、MP3音乐播机，导航系统、ATM提款机等皆受全面之冲击，宛如巨星临降，万人空巷。

以下将就主要触技术做介绍比较及产业现况做简介，并针对目前最夯之多指应用所需之技术、专利、整合、应用等做更深入之讨论。

一、主要触控技术简介

目前市面上触控技术主要如下几种，分河饮水，各立门庭：

(1)电阻式：藉由压力接通在上下二层电阻网络，由电阻分布以决定压力点之位置。目前市面上有四线、五线、六线、七线、八线式各种组合，各类均有其优缺点，但以四线及五线最为普及。电阻式技术原理简单，门槛低，上下游整合完整，但无法进行多手指侦测，且反应较不灵敏，寿命较短为其主要缺点，目前手写式手机屏幕多为此类。下表比较各式电阻式之不同，如表(一)。

表(一)、电阻式触控面板技术比较

表(三)、触控面板主要应用：

由表(二)及表(三)基本上就触控面板可得结论如下：

(1)中大尺寸仍以电阻式面板为主，主要是其成本较低但功能有限，若需较多功能，则红外线与电磁式将为主流。

(2)小尺寸或可携式产品初期仍会以电阻式为主，但由于i Phone之风潮，投射电容式面板之比重将持续增加，甚至全面取代。

(3)复合面板(电阻式＋电容式，或电阻式＋电磁式，或电磁式＋电容式)将成为各家商研发之主要方向。(如N-Trig开发，电磁式与电容式组合，WACOM的电磁式＋电阻式，但贵。)

(4)除多手指侦测外，手写或笔写或手笔并进亦将是未来主要之研发重点。2[/!--empirenews.page--]

二、触控产业的主要关键

触控产业其实行之有年，无声无息直到苹果计算机 (Apple) i Phone的多手指应用方才引爆，平地一声雷，因此集三千宠爱于一身，尤其是投射电式面板。其它面板技术只在突破以既有之基础实施多手指应用。而投射电容触控技术本也非新技术(原笔记型计算机之触控板鼠标即是)，以下将讨论投射电容式面板在应用却也面临一些关键问题：

(1)透光感应表面的技术。

可透光感应面基本上是上下二层电极矩阵形成，中间以绝缘层隔开以形成电容，结构甚为简单。触控面板基本上是由轻薄透明之感应面与一控制IC以及IC内部相对应之软件 (Software)及韧体(Firmware)组合而成。导电电极而溅镀或蒸镀透明导电材料(目前都为ITO，氧化铟锡)于透明基材上，一般为玻璃或PET薄膜以Film/Film、Film/Glass或Glass/Glass三种结构上下贴合而成。感应面的主要规格为透光率与耐久性，玻璃上之溅镀或蒸镀，原为面板厂所熟知，因此传统中小尺寸面板厂也积极投此一领域，然玻璃厚、重、贵且易碎，显然并非长期饭票。因此电阻式触控面板业便挟其在光学PET溥膜的经验挺进。

(2)控制IC之来源。

不同于电阻式面板，原理简单、门槛低，其感应控制电路无需独立控制IC，而多由系统上之主控CPU以软件处理，投射电容式目前尚无法由系统上的主IC处理而须独立IC处理，因此也吸引国内外多家IC设计公司相继投入，如美商新思(Synaptics)、塞普拉斯 (Cypress) 及台湾升达 (Sentelic)、义隆 (Elantek) 等等。但投射电容式触控IC因其门槛相当高，若非具相当研发实力恐难完成。其主要技术门槛在 (a)系统噪声之处理 (b)手指上之汗、油、膏、污之克服 (c) Cover lens或机构保护面之厚度使感应灵敏度之降低 (d)人体体质不同造成系统稳定度降低 (e)在小尺寸应用上手指分辨率低使光标分辨率不易提升，往往使Demo容易，量产困难，若无长期经验之累积是无法克服量产之稳定问题。目前只有美商新思(Synaptics)与台湾升达(Sentelic) 在此方面有长期之基础，其它厂商恐将需渡过一段学习曲线。

(3)系统整合的关键。

投射电容式本身最大之障碍在于系统整合与应用时的状况，毕竟面板终究得安装在屏幕面板，其噪声与系统其它电路所产生之噪声极易对触控产生干扰，造成定位不准，若只是手势之应用或许可行，若未来手写与指针之应用、控制IC便是关键，第二：因系统机构的设计致使Cover lens变厚，原则上问题将益形严重。另外，模块厂是否需含客制化Cover lens亦是产业供应链的一大挑战。最后，当面板整合到LCD屏幕面板上之贴合，亦将考验制程的能力，因为目前面板贴合良率本身也只有80%~85%而已，另一段的贴合势必将使良率再低，而且尺寸愈大、贴合愈难。

(4)产业上下游整合模式。

表(四)举例粗分之触控面板产业链，上游其原本都掌握在日本业者身上，中游材料加工则在日本与台湾，下游面板之贴合、压合、测试，则在台湾，少部份在大陆完成，由于投射电容式面板于面板加工制造，系全新领域，多数仍在摸索与试车阶段，良率之提升仍有一段路途。而面对全新投射电容式面板，目前之面板厂均无整合、测试与系统支持之经验，此段仍必须由IC设计厂来执行，而IC厂本身有无整合前段制程之能力仍待考验，届时势必率动整个上下游产业链之定位与重组，约在2009年Q2后将更为明朗。

表(四)、触控面板产业链

资料来源：拓墣产业研究所、升达科技整理

表(五)、全球触控面板主要厂商

资料来源：拓墣产业研究所、升达科技整理

(5)专利保护壁垒

十多年来在触控面板的发展，各家在专利上的布局已使这个产业地雷布满各式触控面板，当然其原创者皆会有所保护。单就投射电容式面板相关之专利即有100多种。后继者几乎完全没有插手的空间，目前在投射电容面板主要掌握在美国Synaptics（新思）、苹果计算机（Apple）及台湾升达（Sentelic）科技手上，此三家之专利布局绵密，几乎涵盖现在与未来发展所需的技术。下表反应了目前可查到之专利数量。

表六、触摸屏相关专利统计

(不含申请中之专利)

举个简单例子，触控板上要单击／双击、要多手指侦侧、要在板子上做滑动的动作，对不起这些都已有专利，多手指侦测后要做其它翻页动作，那更是苹果计算机（Apple）的专利，其它更底层技术性的便不在话下了。目前投射电容式尚未有多家及大量产品投入，可见未来之不久，一定刀光四射、狼唣不止。系统设计者必须凌波微步、左躲、右闪！3[/!--empirenews.page--]

三、多手指侦测应用以及系统整合

丑媳妇终究是要见公婆，技术终归要上台面，入应用。自从i Phone多手指应用之后，此项功能已成触控面板之主要功能，当然手写、笔写、单击、双击、卷动等传统之功能，更不在话下，因此针对各不同应用所需之技术趋势也便可想而知，成本则是另一重要考量，已不再赘言。就多指之应用而言，可想而知，只有投射电容式与红外线式，可做多指侦测并分占中小尺寸与大尺寸之市埸。有了多指侦测后，其它单击、双击、卷动、手写、笔写等也只是软件或韌体之应用而已。各式各样的屏幕上之变化也大都可由软件或韌体程序完成，因此基本问题便可带出：何种系统的架构整合最易、效率最好、成本最低、壁垒最少？以上考虑是系统业者最需深思之课题，因此我们可清楚地推论其最终之轮廓：

(1)是塑料而不是玻璃。

虽塑料（压克力，光学胶，PET Film）的光学特性与耐刮耐久性不如玻璃，且常需低温制程，但玻璃厚、重、加工难、制程贵、不耐摔，在长期成本压力之下，塑料仍是首选，尤其是PET Film（PET光学薄膜），因可导入Roll-to-Roll制程，故相当看好，其光学特性也在可接受范围，且传统电阻式触控面板厂亦有长期的经验，上下游整合完整，最终相信应是PET光学薄膜Film on Film的结构。

(2)手势辨识在控制IC，不在系统端。

一般是将手指的坐标传到系统，再由系统藉软件程序辨识手势，虽属可行但反应速度较慢，尤其是多指触控或手输入时更为明显，而当X、Y轴之讯号受外部杂干扰时，坐标的信息将更不可靠，造成手势辨识的困难，使得更复杂之手势无法支持，像i Phone也只有滑动与Zoom-in/Zoom out之动作而已。另外以目前之扫描方式（红外线或投射电容式或有建置X、Y轴扫描者），为了降低扫描线的数目都采所谓Load Grounded的做法，此一做法会造成不同之二手指坐标，而只有一个相同坐标，系统亦不可辨识。而IC内可用其它额外讯号辅助判断，此额外讯号通常因算法不同而形成各家不同整合之困难。

(3)软硬兼施而不是吃软不吃硬。

由于投射电容式面板门槛高，因此很难以纯软件/韌体的方法直接解决，更非一般低阶8bit MCU可有效解决，尤其需平行处理不同复杂讯号时，硬件方案与软件方案需做适切的分割搭配，方能降低高速CPU的耗能。这也是目前一般面板整合者相信用软件即可解决迷思。

(4)善事必先利其器（客制化、开发之软/硬件开发工具）。

终端系统整合工程师，一般并非都熟稔面板特性而为了应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，完整方便的软／硬开发工具，是系统整合者决定其解决方案的开发时程与品稳定度的重要关键。

四、结论

就以上之讨论，在整个触控技术在现在产业链，约可做成如下几点结论：

(1) 目前触控面板仍以小尺寸之应用主（尤其是多指触控）而投射电容式面板势将成为主流而逐渐取代电阻式方案。

(2) Demo不等于量产，目前多指应用之解决方案，Demo者多但可量产者少，其间仍有相当大的距离。

(3) 控制IC厂商本身的研发能量决定未来/电子/产品使用情境的发展。

(4) 选择适当面板技术是系统厂商最重要量。

(5)与控制IC厂商的合作关系攸关触控面板厂商之生存。

(6)虽困难度高，但垂直整合势在必行。