全球各大厂商最先进触控技术及供应链盘点
扫描二维码
随时随地手机看文章
摘要： 根据DisplaySearch公司的调查报告，全球触控式平板电脑的出货量预计可在2011年达到6，000万台，并在2016年时突破2.6亿台的规模。市调公司IHS iSuppli并预测，目前全球已经有超过4亿部的触控手机，预计在今年可创造出突破100亿美元的整体市场产值。
关键字： 触控屏幕， 智能手机， 平板电脑， 控制器
原始设备制造商(OEM)正竞相赶搭新一波触控屏幕的发展浪潮，希望尽快建构出生态系统。然而，这个生态系统也很可能随着LCD制造商决定在其显示器中搭载触控屏幕而瞬间瓦解。
触控屏幕早在使用阴极射线管(CRT)屏幕的时代就已经存在了，但这种技术当时并未真正流行于消费市场中，一直到移动电话制造商应用该技术来解决小型按钮造成的不便问题。而今，搭载触控屏幕的智能手机和平板电脑共同建构了一个发展极其快速的电子市场。
根据DisplaySearch公司的调查报告，全球触控式平板电脑的出货量预计可在2011年达到6，000万台，并在2016年时突破2.6亿台的规模。市调公司IHS iSuppli并预测，目前全球已经有超过4亿部的触控手机，预计在今年可创造出突破100亿美元的整体市场产值。
“触控屏幕已经存在很长一段时间了，但过去多半只普及于商业和工业环境中，例如餐饮服务、机场导览系统以及工业键盘，”IHS iSuppli公司显示器研究总监Rhoda Alexander说。“对于消费者而言，真正的过渡期是...在苹果公司进军智能手机及接踵而至的平板电脑之际。在那之前，消费性触控屏幕由于必须执行标准化的操作系统，而一直无法顺利运作。而今，随着开发脚步转移到智能手机和平板电脑后，像iOS之类的操作系统中已能实现十分友善地触控用户介面。”
谷歌公司的Android操作系统——苹果iOS的第一个主要的竞争对手——在一开始导入时并不支持多点触控，但新一代技术结合了一系列多点触控手势辨识功能，特别是旋转、推拉与裁切等成为Android系统的独特功能。所有的这些功能可在任何Android智能手机或触控式平板电脑上实现一样的操作程序。此外，BlackBerry平板电脑和Windows手机的操作系统也同样可实现这些类似的触控功能。
“手机制造商们曾经列出一长串阻碍采纳触控屏幕的理由，但在苹果推出iPhone后，所有的这些障碍忽然之间似乎都不成问题了，”Synaptics公司技术策略师Andrew Hsu表示。
Synaptics一开始致力于宣传触控键盘具有可替代PC鼠标的优点，后来重新自我定位成为一家专为手机产品开发触控屏幕控制器的供应商。该公司已取得了几家重要的设计订单，其中包括谷歌的Nexus One智能手机。
只有少数几种逆向发展趋势威胁到触控产业。其中最主要的是能够提供类似用户体验而无需昂贵触控屏幕硬件的竞争技术，例如微软Kinect游戏介面所实现的3D手势辨识，它使用了相机和图形辨识，但不必使用一般手持传感器所需的传感器。
另一种类似Kinect的3D手势辨识采用微软收购Canesta公司所取得的红外线测距仪技术，该公司现正针对Windows手机和平板电脑进一步开发该技术的缩小版本。如今，配备触控功能新版Windows操作系统现已用于各种装置尺寸中──从该公司自有的40吋Surface到授权而来的触控平板电脑与智能手机──微软可望重新定义新触控领域。
与此同时，所有的LCD制造商正重新装配其制造产线，以便将触控屏幕传感器直接整合于其显示器产品中，此举将使OEM们不必再额外附加其它元件。例如，三星和诺基亚已分别为其Galaxy S和N8智能手机在OLED显示器中整合了触控屏幕。
整合触控屏幕传感器的替代性材料也浮出水面，包括Cambrios Technologies的ClearOhm透明导体使用银纳米线;C3Nano的碳纳米管薄膜;3M公司的铜缆网格薄膜;重新改变用途的PEDOT有机导电高分子聚合物;以及来自各供应商的外延石墨烯薄膜。由于目前触控传感器所用的锡化铟(ITO)已越来越稀少，因而采用各种替代性材料的目标在于能大量削减触控传感器的成本。
触控屏幕是由直接连接到控制器芯片的透明传感器层组成，并以三明治的夹层方式嵌入顶部的玻璃层与底部的显示器之中
电阻式触控屏幕(左)与电容式触控屏幕(右(的典型层叠
供应链
触控屏幕市场的吸引力在短短几年内就集结了一个成熟的全球供应链，涵盖制造透明传感器的台湾和日本制造厂;以改变电阻或电容的方式应用于手指触控的美国和欧洲控制器芯片制造商;以及添加透明上盖、层压透明薄膜，并整合电子产品的模组制造商和系统整合商。
传统的电阻式触控技术在可加以变形的不同层上使用两个导电聚合物，因而不管用手指或触控笔接触上层皆可顺利操作。ADI、德州仪器、意法半导体和其它混合信号芯片制造商所提供的现成电阻式控制器更为简化且非常准确，但通常无法辨识多点触控。业界已经为电阻式触控发展出几种不同的架构，针对不同的应用采用不同数量的接线(如四线或八线)可使任务更简化或更准确。[!--empirenews.page--]
“触控技术相当的多样化，针对不同应用发展出许多专用方法;但一般来说，电阻式触控是较传统的技术，而投射式电容最近已成为业界的主导技术，”DisplaySearch公司新兴显示技术副总裁Jenny Colegrove说。
投射式电容触控开始称霸于高端移动设备中。然而，智能家电和安全键盘并非真正必须要用到电容式触控，同时对于某些应用来说，即使是电阻式触控技术也已经够用了。因此，“电阻式触控仍然相当普及，因为这一技术较为成熟且价格较低，而投射式电容在大尺寸屏幕中仍存在良率和层压制程等问题，”IHS iSuppli公司的Alexander指出。“只要仍存在多种屏幕尺寸、应用环境、价位以及使用这些设备的情况下，业界就有必要提供各种不同的触控技术。”
投射式电容技术以一个讯号驱动透明电容层板，然后再以模拟数据转换器(ADC)测量相邻层板的变化。电容式传感器通常以菱形图案分别排列在玻璃两侧或同一侧。一支智能手机通常要用到几百个电容传感器，而平板电脑所需的数量更高10倍以上多，从而使智能控制器芯片可在一定分辨率的情况下辨识任意数量的触控操作，即使是的孩子的手指也能侦测到。包括Cypress和IDT等几家控制器制造商已为此提出了不需跳线的专用技术模式。
多点触控手势功能一开始可实现两指缩放、三指滚动以及四指拨移，而今由于多点触控功能更多变化而扩展至实现更细致的屏幕物件操控应用，多点触控功能也变得更具自由度。高品质的透明传感器模式可支持智能手势辨识，这一智能化的实现来自于可防止多指抖动以及决定手指讯号的控制器演算法。触控屏幕控制器传送讯息给应用处理器，从而辨识出各种复杂程度不同的手势，例如以手指轻点表示选择、上下推移表示滚动，以及两指缩放物件大小等功能。
区域市场
台湾与日本是目前全球最主要的高端投射式电容触控屏幕制造基地。台湾的胜华科技(Wintek)和宸鸿(TPK Touch Systems)两家公司(都是苹果的供应商)，以及快速成长中的洋华光电(Young Fast)和介面光电(J-touch)就占掉全球大部份的触控面板出货量。日本供应商郡是(Gunze)、铃寅(Suzutora)和DMC(位于大阪，但与美国德州奥斯汀Touch International结盟)正迅速提升其制造业务的竞争力，以便能与全球三十多家触控屏幕制造商较劲。中国制造商至今尚未开发出高端的电容式多点触控技术，因为这种触控屏幕很难用触控笔来书写，因而仍持续制造较能有效辨识中文字体的电阻式触控屏幕。
在触控屏幕控制器芯片供应商方面，爱特梅尔(Atmel)为摩托罗拉的Xoom、三星的Galaxy Tab以及其他基于Android的平板电脑与智能手机供货;赛普拉斯半导体(Cypress)提供RIM的BlackBerry PlayBook与Barnes & Noble的Nook平板电脑，以及包括HTC等公司的几十款智能手机;Synaptics则供应IDEOS S7Slim超薄平板电脑以及其他多款Android和Windows手机所需。同时，包括iPad 2以及许多iOS装置中都可看到采用博通(Broadcom)公司的触控控制器;而根据Chipworks公司表示，德州仪器的触控屏幕控制器已用于所有的iPhone型号中，包括iPhone 4。
爱特梅尔公司可说是勇居触控屏幕控制器设计订单的宝座，除了Xoom和Galaxy Tab以外，该公司同时也拿下了LG的G-Slate、宏基的Iconia、华硕的Trasformer、戴尔的Streak以及几乎所有其他基于Android平台的平板电脑订单，再加上全球前10大顶级智能手机中，该公司就取得了其中8款的订单，从HTC的4G Evo到摩托罗拉的Droid等均包括在内。
“爱特梅尔具有竞争对手难以匹敌的最快反应时间──每秒300次vs每秒70次──这意味着该公司的产品够更准确地侦测到手势，”爱特梅尔公司产品营销经理Sherif Hanna说，“此外，我们还有8至12毫秒的超快首次接触延迟，比起竞争对手的产品更快两倍。”
爱特梅尔公司目前的主要竞争对手是赛普拉斯和Synaptics公司，但由于几乎所有具备混合信号能力的其他半导体制造商都想朝向这个相同的方向发展，使得这一触控屏幕市场即将变得更为拥挤。意法半导体在去年秋天为其S-Touch产线增加投射式电容控制器芯片生产，预计今夏可开始出货。IDT今年发布专有的PureTouch技术，采用单层传感器的方式以取代目前必须使用昂贵ITO的双层传感器，可望降低电容式触控屏幕的成本。同样地，赛普拉斯也以其TrueTouch技术致力于开发单层传感器解决方案。
为NextWindow公司光学触控屏幕供应微控制器的芯科实验室(Silicon Labs)则利用该公司在自电容(self-capacitance)方面的专精技术，紧锣密鼓地为投射式电容触控屏幕开发新款微控制器。
“现在我们的控制器可测量与接地有关的电容层板，从而辨识出单一按钮上的自电容，”美商芯科实验室人机介面产品总监Steve Gerber表示。“然而，对于投射式电容触控屏幕而言，我们必须测量两个元素之间的交互电容值，对我们来说，这意味着必须设计出一款专用的ADC周边，而且类似于在我们8051微控制器已有的自电容模组。”该公司目前正出样具有整合投射式电容触控屏幕控制器的8051元件。
飞思卡尔(Freescale)的许多微控制器产品中还内建表面声波电容触控键盘模组，包括该公司最新的ARM-based Kinetis MCU产品线，以及基于其S08、ColdFire+和iMX处理器的电阻式触控屏幕解决方案。飞思卡尔尚未发布关于投射式电容控制器，但可能从2012年先在其微控制器周边模组开始供货。
ADI为低成本电阻触控屏幕提供了一系列控制器芯片，使其触控控制器得以普及于各种应用中，包括从POS系统到智能手机。ADI公司在电容式触控方面拥有高精确的电容-数字转换器(CDC)专有技术，适于接近感测应用。如同飞思卡尔和芯科实验室公司一样，ADI公司也尚未宣布进入投射式电容触控控制器市场，但该公司在杂讯管理与高性能的CDC等专精技术预示不久将会发布有关投射式电容触控控制器的计划，最可能的时程就是在2012年。
在电容式触控屏幕中，行间的讯号密集程度代表可改变电容的触控位置
超越电容技术之外
至于未来，包括从声学波形到近场成像等约有十几种竞争的触控技术，都期许能进一步扩展投射电容触控至具有特殊输入需求的其它各种应用领域，例如那些必须穿戴手套的医疗从业人员。承诺提供多种触控屏幕以满足多元垂直市场需求的厂商包括泰科电子(Tyco Electronics)的易触控系统(Elo Touchsystems)事业部以及3M公司。[!--empirenews.page--]
其中最被看好的替代技术是光学触控技术，它不需要采用玻璃或ITO，即能以超低功率红外线LED和光学侦测器实现手势精确定位。例如，NextWindow为惠普公司TouchSmart PC的屏幕边框提供了触控输入功能。同样地，TI与斯德哥尔摩的Neonode公司合作，将具触控功能的光学边框尺寸缩小到1mm高，以利于移动装置的触控屏幕应用。
红外线LED可在整个屏幕边框镶嵌中载入光电侦测器，从而在整个触控屏幕上传送光线波束
TI在十年前收购Burr-Brown公司后，一直致力于经营触控屏幕控制器业务。最近，TI发布其内建支持电阻式触控功能与表面电容触控板的MSP-430超低功耗微控制器特殊型号。现在，TI并与Neonode公司合作，共同进军光学触控屏幕领域。
“Neonode的光学触控屏幕建置几乎可说是混合了现有的电阻和电容式触控屏幕解决方案，”TI触控产品组合团队负责人Adrian Valenzuela说，这款解决方案“看来具有电容式触控的外形与反应──只需轻触即可，手势也更容易辨识──但它更具有成本效益，就像现有的电阻式显示器一样。”
Neonode公司去年从Sony Reader取得其zForce专利光学触控技术的首张设计订单。今年五月，东京Kobo公司也选择采用zForce于其eReader电子书阅读器产品中。
“我们的技术特别适合电子阅读器，因为zForce在用户触控操作之间只消耗几微安培的功耗，”Neonode公司CEO Thomas Eriksson说。“在侦测到手指触控作业时，它所使用的功耗较电阻式触控或电容式触控屏幕更低。此外，由于eForce不会在屏幕上造成重叠，不至于减弱EInk和高通(Qualcomm)制造的电子阅读器所反射出来的光线。”
中国电子阅读器制造商汉王(Hanvon)最近宣布已可供应其自有的电磁谐振触控屏幕。汉王公司表，选择其双触控ERT技术的OEM们只需在其电路板上整合天线传感器，即可为手写中文输入应用实现电阻式触控技术的精确度，同时保有通常仅见于投射式电容触控的多点触控性能。
下载文档
