大舉進駐高階智慧手機　壓力觸控感測應用商機興

蘋果(Apple)在2015年新推出的Apple Watch智慧手表及iPhone 6s產品中，率先引進可量測觸控力道的壓力觸控感測(Force Sensing)技術，刺激觸控晶片開發商大舉投入相關產品研發。市場研究機構IHS預估，壓力觸控感測模組出貨量可望由2015年近一億套大幅躍升至2016年的四億六千一百萬套，年增率高達317%，換言之，今年約每四支新推出的智慧型手機中，就會有一支配備此一功能(圖1)。

圖1 2015～2020年壓力觸控感測模組出貨量分析

Apple使用壓力觸控感測技術於Apple Watch智慧手表和iPhone 6s的3D觸控生產線，已帶動壓力觸控感測技術的成長，與行動裝置觸控面板的精進。其他手機品牌廠和晶片製造商現在已著手準備自己的壓力觸控感測解決方案，而由於這項技術目前價格仍高，因此主要將用於高階和中階的智慧型手機中。

圖2 市場研究機構IHS研究總監謝忠利表示，觸控IC製造商正快馬加鞭壓力觸控感測解決方案。

市場研究機構IHS研究總監謝忠利(圖2)表示，除了壓力觸控感測解決方案外，觸控控制器IC製造商亦大舉擴展製造內嵌式(In-cell)和on-cell觸控顯示方案，以進一步為智慧型手機使用者改善觸控介面效能。

觸控面板技術的不斷的演進也改變供應鏈和市場競爭態勢。觸控控制器IC製造商大多來自台灣和中國，這些業者合計在2015年上半年占資訊科技和消費電子產品市場超過45%的占有率。

根據近期IHS觸控使用者介面報告(Touch User Interface Report)指出，2015年In-cell和on-cell觸控面板在總體手機市場的出貨量將達40%，至2018年更將攀升至50%。智慧型手機觸控控制器IC製造商聚焦於發展新功能，以刺激成熟觸控面板市場的成長(圖3)。

圖3 iPhone 3D觸控壓力感測結構和未來結構

看好壓力觸控感測市場成長潛力，現階段，包括意法半導體(ST)、敦泰(FocalTech)、新思國際(Synaptics)、Hydis等觸控晶片商皆已具備壓力觸控感測方案，而思立微和匯頂科技(Goodix)等其他觸控晶片業者今年也預計會加入此一市場戰局。在愈來愈多觸控晶片商投入後，謝忠利預估，2016年壓力觸控感測技術在智慧型手機市場的搭載率可達攀升至24%左右。

壓力感測應用夯　ST觸控晶片全面支援

意法半導體大舉搶攻壓力觸控感測應用商機。在蘋果帶頭採用的刺激下，包括三星(Samsung)、索尼(Sony)、華為等智慧型手機品牌廠也預計在2016年推出的旗艦機種中加入壓力觸控感測功能。意法半導體為搶搭此一商機，已全面將FingerTip觸控晶片的韌體升級，讓單顆晶片可同時支援觸控和壓力觸控感測。

圖4 意法半導體大中華暨南亞區類比、微機電與感測元件技術行銷經理王嘉瑜表示，壓力觸控感測趨勢興起，預估2016年高階手機搭載該技術的比例可望達到八成。

意法半導體大中華暨南亞區類比、微機電與感測元件技術行銷經理王嘉瑜(圖4)表示，由於蘋果iPhone 6s的導入，使得壓力觸控感測技術備受市場關注；該公司自2015年下半年起已明顯感受到智慧型手機廠對相關解決方案的需求，其中，華為甚至已將壓力觸控感測列為旗艦機的必備功能，預估2016年高階手機搭載壓力觸控感測技術的比例將高達八成。

因應手機廠的熱烈需求，晶片商也紛紛開始布局壓力觸控感測技術。據了解，現有的解決方案大多只支援自電容(Self Capacitance)技術，且採用雙晶片設計，亦即在觸控晶片之外，再搭配一顆獨立的壓力觸控感測晶片，達到壓力觸控感測的效果；但這種雙晶片設計較為繁複，且容易因手機摔落等外在因素而影響感測精確度。

王嘉瑜指出，意法半導體FingerTip系列觸控晶片韌體已全面支援壓力觸控感測功能，換言之，手機廠僅需單顆晶片即可一次實現觸控與壓力觸控感測；不僅如此，該公司晶片還可同時支援自電容與互電容(Mutual Capacitive)技術，並能快速完成X軸、Y軸、Z軸的感測數據處理，以達到快速、準確判斷手指觸控的位置和力度，設計簡單，成本也相對較省。

據了解，電容式的壓力觸控感測主要是測量距離(Distance)的變化量，因此會產生一個獨立的壓力感測器(Force Sensor)，該感測器可以不同形式出現，若用氧化銦錫(ITO)薄膜替代方案，感測器可直接成為電擊片做感應。有鑑於此，壓力觸控感測的關鍵在於面板結構的建置，如何將堆疊做到堅固化為一大挑戰；再者，面板的厚度也會相對增加。

王嘉瑜提到，目前已有很多感測器廠商以透明導電膜(Transparent Conducting Film, TCF)作為開發感測器的材料，使用該材料才是壓力觸控感測最好的解決方案。她認為TCF本身透光的功能可真正做到薄膜(Thin Film)的效果，直接貼在顯示器上面也不會造成傳輸上的問題，但這需要另外一種技術才能達成。

除此之外，王嘉瑜也強調，FingerTip前端的類比數位轉換器(ADC)性能優越，可處理非常微弱的壓力感測訊號，因而能達到極佳的感測精準度。她更表示，意法半導體具有可以製造出曲面的觸控裝置的優勢，且具有量產經驗。

2016年CES大顯身手　Atmel祭出下一代電容式壓力觸控感測

事實上，除了ST開始搶攻壓力觸控感測市場外，愛特梅爾(Atmel)也不遑多讓在2016年國際消費電子展(CES)大展雄風，推出下一代電容式壓力觸控感測技術，出擊智慧型手機市場。

Atmel下一代壓力觸控感測技術maXTouch U系列，係針對最新一代智慧型手機所設計。Atmel的壓力觸控感測技術通過引入3D交互功能，使用戶可以基於其壓力觸控更為直觀地操控其設備，從而為maXTouch手機用戶帶來更為卓越的觸控體驗。借助這一全新技術，用戶只需用手指在手機螢幕上施加不同的壓力，即可預覽和縮放圖片、玩遊戲、編寫瀏覽文本，從而擁有更為智慧的使用體驗，令下一代智慧手機更加與眾不同。

Atmel觸控事業部副總裁Brian Daly表示，Atmel的壓力觸控感測技術開拓了一個全新的觸控領域，下一代智慧手機設備將很快採納這一全新技術。利用最新的創新解決方案，該公司將繼續引領觸控式螢幕市場的發展，並期待將最新的技術融入該公司客戶的產品之中，令其產品在市場中脫穎而出。

Atmel的壓力觸控感測技術可識別出使用者對手機螢幕施加的壓力大小，並做出相應的回應。例如，用戶在手機觸控式螢幕的玻璃板上施加不同的力，即可用手指啟動不同的命令，在螢幕上輕輕用力即可選擇一款遊戲應用，施加更大的力即可啟動遊戲。這個最新的技術將應用於多手指壓力觸控感測領域。

Atmel壓力觸控感測技術現在應用於Atmel最新一代的maXTouch U系列元件，該系列元件可滿足包括壓力啟動觸控式螢幕在內的下一代觸控式螢幕的所有要求。除此之外，maXTouch U系列元件還支援不同觸控式螢幕應用中的各種特性，包括1.0mm被動觸控筆、防水觸控筆、多手指手套觸控、懸停和超低功耗模式和可穿戴應用等。

觸控壓力感測擴大普及　新版Android支援是關鍵

在蘋果的帶動下，壓力觸控感測技術快速受到市場關注(圖5)，許多手機大廠已預計於2016年推出的旗艦機種中搭載這項技術，不過，研究機構認為，Google是否會於新版Android作業系統中原生支援，才是促成該技術擴大普及的主要關鍵。

圖5 蘋果iPhone 6S的導入，使得近來壓力觸控技術快速走紅。

謝忠利分析，2015年內建壓力觸控感測功能的智慧型手機約只占總體智慧手機市場不到一成的比例，其中蘋果iPhone 6s又占絕大多數，Android系統的智慧型手機則相對較少，其原因在於Android系統沒有原生支援壓力觸控感測，所以無論手機製造商或應用程式(APP)開發商皆必須花費很大的心力開發相關應用軟體，且這些應用軟體只能支援特定機種使用，例如華為在其Mate S智慧型手機上利用壓力觸控感測技術展示的物體秤重應用，即是藉由為該機種開發的專屬應用軟體所實現。

謝忠利認為，一旦新版Android作業系統原生支援壓力觸控感測技術，將可一掃硬體廠商和軟體開發業者對投入該技術的疑慮，進而促成壓力觸控感測應用遍地開花的局面。

也因此，Google在2016年5月的I/O大會上，是否宣布下一代Android作業系統支援壓力觸控感測技術，即為重要的觀察指標。

謝忠利表示，Android原生支援壓力觸控感測技術，可提供標準化的應用程式介面(API)和軟體開發套件(SDK)，從而吸引更多晶片和手機製造商投入該技術，而軟體開發商也能快速開發出壓力觸控感測的相關應用程式，強化Android智慧型手機生態系統對該技術的支援能力，並消弭市場對壓力觸控感測應用軟體貧乏的疑慮。

在Android智慧型手機生態系統建立起良好的壓力觸控感測應用環境後，下一步則須思考如何降低成本的問題。謝忠利透露，目前壓力觸控感測的實作成本比觸控感測還要貴上許多。以5吋的智慧型手機螢幕為例，含有壓力觸控感測功能與沒有含的觸控面板模組，價差大約相差8至10美元，因此該技術要再進一步普及，成本縮減將是另一重要關卡。

謝忠利指出，要降低壓力觸控感測的實作成本可從三個方向著手，第一是研發出新的材料技術，第二是從壓力觸控感測模組的設計結構著手，例如調整壓力觸控感測電極層的位置，最後則是藉由量產的經濟規模與市場競爭來達到。

據了解，觸控晶片商在壓力觸控感測技術的實作上扮演重要的角色，手機廠若要內建此一功能，多半會先與觸控晶片商接洽，而晶片商除提供晶片與韌體外，還會提供建議的壓力觸控感測電極圖案，以使兩者達到最佳的匹配效能。接著，觸控晶片商會和手機廠、感測電極貼合廠相互協調合作，完成壓力觸控感測功能(圖6)。

圖6 Apple壓力觸控感測、電容式觸控和觸覺回饋系統整合示意圖

顯而易見，壓力觸控感測已成為行動裝置品牌廠產品規格角力的焦點，並牽動觸控IC、顯示器和壓力觸控技術的革命；因此，相關供應鏈業者正火如荼研發新產品，準備在2016年大展身手，搶賺壓力觸控感測商機的第一桶金。