各方勢力齊聚一堂　智慧型手機觸控商機引爆

在一片景氣低迷聲中表現依然亮眼的智慧型手機，已經成為行動通訊業者眼中的營收救世主。根據顧能(Gartner)最新的研究資料顯示，2009年第二季全球手機銷售總計二億八千六百一十萬支，較去年同期下跌6.1%，但智慧型手機銷售量卻突破四千萬支，較去年同期成長27%，是行動通訊市場增長最快的產品線。由於智慧型手機市場不僅規模龐大，其未來幾年的成長潛力也普遍受到各方看好，因而使其標準功能--多點觸控感應成為各家面板與半導體供應商的必爭之地。  

觸控市場潛力可觀　供應商紛紛搶進  

多點觸控螢幕近來的市場熱度，從觸控面板供應商洋華盤踞台股股王寶座長達數月之久，便可見一斑。在iPhone、Palm Pre、Blackberry Storm等明星級智慧型手機的聯手拉抬下，多點觸控螢幕不僅話題性十足，更是可以帶來實際營收的金雞母。  

因此，來自不同背景的各路零組件供應商，紛紛跨足此一市場。如以微控制器(MCU)產品線聞名的愛特梅爾(Atmel)、賽普拉斯(Cypress)，均已在小尺寸多點觸控螢幕市場上成為領導供應商；老牌人機介面解決方案供應商新思國際(Synaptics)亦在多點觸控螢幕市場上大有斬獲。  

而在台系廠商方面，諸如面板廠商友達、勝華等，亦透過加碼投資或成立子公司的方式，進軍觸控式螢幕市場，一干晶片設計公司如義隆、矽創等，亦分別從微控制器與液晶螢幕驅動晶片等既有市場，跨界搶食多點觸控商機大餅。此外，國內外新創公司中，更不乏因觸控市場前景看好而獲得創投業者大筆銀彈奧援的案例。  

在各路人馬搶進的情況下，觸控螢幕的實作架構從早期僅有電阻式架構的產品在市場上流通，迅速演變成今天百家爭鳴的局面。  

除了目前在智慧型手機應用市場上最主流的投射電容式架構外，部分韓系廠商力推的數位電阻式架構、以及矽創從法商Stantum授權發展而來的壓電式架構等，亦為值得注意的後起之秀。此外，亦有不少廠商提出光學式的架構，利用光學感應器來檢測手指觸碰事件。  

投射電容式架構功能日益精進  

圖1　賽普拉斯半導體產品行銷經理王一杭認為，在智慧型手機等小尺寸多點觸控市場上，雖然宣稱投入者多，但主要供應商其實都是老面孔。

就現況而言，投射電容式觸控感應為智慧型手機市場上的主流，同時也是目前唯一獲得主要手機製造商採納並導入量產的技術。賽普拉斯半導體產品行銷經理王一杭(圖1)便指出，目前在多點觸控方案市場上，雖然有許多層出不窮的新技術加入市場，把話題炒得沸沸揚揚，但實際上有產品出貨給一線手機製造商的供應商，也只有愛特梅爾、賽普拉斯與新思國際這三個老面孔。  

至於其他新興技術，王一杭認為，雖然從架構與原理上看來頗具發展潛力，但從其對應的解決方案多半仍處於工程樣品階段來看，這些新技術到底能不能商品化，還是個必須審慎觀察的議題。有些競爭架構確實針對以往的投射電容式觸控技術缺點做出改良，例如鬼影問題。  

但投射電容式觸控偵測技術本身也持續精進，除了老生常談的鬼影問題與抗干擾性能表現目前已經獲得長足改善外，近來包含賽普拉斯在內的幾家主要供應商，亦開始在其產品線上增加新的功能，如增加對觸控感應點數的支援數量，以及提升觸控感應精準度與靈敏度等。  

事實上，近來賽普拉斯與新思國際均不約而同地推出最高可支援十點觸控的解決方案，顯示即便在螢幕尺寸較小的可攜式應用上，多點感應能力仍為供應商之間彼此較勁的重點規格。  

圖2　愛特梅爾產品行銷經理Helen Barnes表示，除了提升感應點數之外，提升觸控靈敏度亦為投射式電容觸控技術致力的方向。

對此，王一杭認為，從硬體解決方案供應商的角度來看，在產品上實現十指觸控支援能力是必然的發展方向，因為終端產品製造商客戶總是希望能有更多揮灑創意的空間。但他也認為，十指觸控應是為可攜式裝置觸控解決方案的發展極限，畢竟技術發展還是要以符合應用需求為依歸。  

因此，對投射電容式觸控感應方案供應商而言，下一個產品發展的重點，將在於提升感應靈敏度，以支援更多感應功能。愛特梅爾產品行銷經理Helen Barnes(圖2)表示，甚至可以做到辨識手指與螢幕接觸面的輪廓變化，藉此推算出使用者是用力按壓螢幕或是輕觸螢幕。若觸控螢幕可以支援這樣的辨識能力，將有助於終端產品製造客戶開發出更直覺的人機介面。  

此外，提升感應靈敏度亦可實現觸控筆輸入支援功能。其實就技術原理來看，投射電容式觸控感應技術本應可感應塑膠觸控筆接觸，而毋須採用特殊的投射電容式觸控筆，但對於早期的投射電容式觸控解決方案而言，一般的觸控筆所引起的電荷轉移變化量過於微小，因此感測電路無法感應出電荷的變化，所以才會出現投射電容式多點觸控不支援一般觸控筆的說法。  

隨著感測晶片內建的類比數位轉換器位元數提升，以及訊噪比(SNR)性能改善，目前投射電容式多點觸控螢幕要支援一般筆式輸入，已不再是難以達成的理想。 Barnes指出，強調支援一般觸控筆並不是走回頭路的作法，而是在某些應用情境中，使用觸控筆還是比直接用手指輸入來得好用，例如有些軟體的設計並未考量到手指直接點選的需求，因而有圖示過小的問題。  

最明顯的例子之一就是手機螢幕上的虛擬鍵盤，如果沒有特別將手指操作的需求納入設計考量，用觸控筆輸入通常還是會比直接用手指點選來得快速準確。因此，設法在投射電容式多點觸控方案中支援觸控筆，仍有一定應用價值。  

壓電式多點觸控商品化在即  

雖然投射電容式觸控技術目前可說是在智慧型手機上實現多點觸控功能的唯一選擇，但龐大的市場規模所衍生的商業利益，將自然而然地吸引許多新技術或新架構的供應商投入角逐。其中，液晶顯示器(LCD)驅動晶片供應商矽創從法國Stantum授權而來的壓電式多點觸控感應技術，便是一頗具競爭力的新挑戰者。  

壓電式觸控感應技術所採用的感應架構，與目前市場上最具價格競爭力的傳統電阻式架構有部分相似之處，因此其成本可望比目前市場上主流的投射電容式多點觸控技術來得更為低廉。壓電式觸控結構的設計概念如圖3，基本上是一個由塑膠膜、發射層與接收層所組成的三明治架構。

圖3　壓電式觸控感應架構圖

壓電式觸控感應的動作原理亦相當單純，當沒有任何外力接觸到螢幕時，發射層與接收層之間的微小縫隙將導致整個迴路處於斷路狀態；當螢幕上出現手指、觸控筆或任何壓力來源時，發射層與接收層之間的縫隙將因為擠壓的關係而縮小，導致迴路接通。  

圖4　矽創液晶驅動設計二處處長孫偉業認為，成本將是壓電式架構挑戰電容式觸控霸主地位的最佳武器。

矽創液晶驅動設計二處處長孫偉業(圖4)指出，採用這種架構可以獲得的好處相當多，除了低成本之外，例如低功耗、不受外部磁場、電場、溫溼度等外界環境因素干擾的穩定性，以及支援真正的壓力感測能力，均為其主要特點。  

特別是在抗干擾性方面，由於液晶顯示器(LCD)面板本身就是一個會產生噪訊的零組件，因此對電容式觸控方案供應商而言，與面板供應商保持密切合作，以針對不同面板特性進行匹配調整，是目前所有電容式多點觸控供應商的基本工程投資，但若採用壓電式架構，基本上匹配設計的問題不大。  

此外，壓電式架構的發明者Stantum，並未將此一技術以獨家授權的方式提供給矽創，因此未來市場上有可能會出現多家提供同樣架構方案的晶片供應商。孫偉業認為，雖然對矽創而言，這意味著未來市場上可能會出現許多類似的競爭方案，但若從整體產業鏈的發展來看，供貨來源的多寡往往是促進市場蓬勃發展的關鍵之一。  

畢竟沒有任何一家系統廠願意完全受制於其上游供應商，且市場競爭有助於解決目前多點觸控晶片價格偏高的問題，讓市場放量成長。  

不過，由於壓電式架構跟電阻式架構一樣，均採用類似三明治的感應膜結構，因此在長期使用後，同樣會出現變形、耗損的情況。但孫偉業認為，以目前手機產品的生命週期來看，其實很少有使用者會遇到在換機之前就把觸控螢幕按壞的情況，這點從以往採用電阻式觸控技術的個人數位助理(PDA)流行期間，就已經獲得印證。因此，對感應膜機械強度與四線/五線式電阻方案類似的壓電式架構來說，使用壽命的問題其實並非關鍵。  

目前矽創的壓電式解決方案已經進入工程樣品階段，支援的螢幕尺寸最大可達10.1吋，預計在今年底之前就會有第一個客戶導入量產的專案。孫偉業很有信心地說，以矽創的解決方案架構，其成本至少可以比蘋果iPhone所使用的多點觸控方案低25%以上。此外，未來矽創不排除將會把LCD驅動晶片與壓電式觸控感應功能整合成單晶片，屆時壓電式方案的成本優勢將更被突顯。顯然，對壓電式觸控供應商而言，成本就是其挑戰市場主流的一大利器。  

綠能技術轉進多點觸控市場搶商機  

除了壓電式多點觸控技術外，從太陽能光電起家的劍揚亦利用其薄膜太陽能設計能量，研發出可直接整合在液晶顯示面板的薄膜電晶體(TFT)製程中的光感應器，實現內嵌式(In Cell)的光學多點觸控面板。  

內嵌式光學觸控的動作原理亦相當單純。內嵌在LCD面板內的光線感應器，其實就是一種微型太陽能電池。當這些感應器受到手指、觸控筆等外界物體的遮蔽，其所產生的電流就會出現強度變化。觸控感應器便是根據這些電流的變化資訊來判斷使用者的觸控動作。  

圖5　劍揚顯示器產品處處長黃乃傑強調，內嵌式設計雖然被業界公認為未來的趨勢，但初期將有許多不同的技術流派共存。

劍揚顯示器產品處處長黃乃傑(圖5)表示，如要擴大多點觸控螢幕的應用市場規模，成本一定是一大門檻。內嵌式多點觸控面板的發展前景之所以普遍受到各方看好，便是由於其可免去感應膜的成本。  

據了解，目前投射電容式感應薄膜的成本，約在每吋2～3美元之間；傳統電阻式感應薄膜的價格則約在每吋1～1.5美元左右。這薄薄的一層感應膜，其價格實在很難令系統製造商忘了它的存在，也難怪如宏碁等終端產品製造商均欲除之而後快了。  

但黃乃傑認為，利用內嵌式技術來取代對觸控薄膜的依賴，不一定能帶來撙節成本的好處。如果感應器的設計過度複雜，或是生產良率偏低，往往會使得觸控功能的實作成本比貼膜方案更加昂貴，而失去吸引力。  

日韓面板大廠均已投入內嵌光學式觸控研發數年，卻遲遲未能推出可量產的產品，其設計結構過於複雜，成為最大的致命傷。因此劍揚在發展內嵌光學式觸控架構時，最主要的考量點就是能否將光感應器設計得簡單可靠，讓面板製造商在進行薄膜電晶體製程時，可以很容易地將感應器與畫素開關電路整合在一起。這樣才能達到提升面板良率，降低多點觸控方案成本的目標。  

此外，黃乃傑也提醒，目前內嵌式多點觸控技術的流派眾多，許多原本採用貼膜式的觸控感應架構，也紛紛朝向內嵌式的方向發展。但這些從貼膜走向內嵌式的技術，仍須在螢幕內部的組件如彩色濾光片(CF)或氧化銦錫玻璃上多做幾道工序，才能具備觸控感應的功能。因此，這種做法雖然有助製造商省去採用額外感應膜的成本，但還是必須額外付出一些代價。  

展望未來，黃乃傑認為，各種多點觸控方案的成本競爭一定會日益白熱化。為了打造出最有競爭力的成本結構，除了在面板端走向內嵌式設計外，控制器晶片端的整合也是勢在必行的。  

特別是在迷你筆記型電腦、行動聯網裝置(MID)或智慧型手機等中小尺寸應用市場上，觸控晶片與LCD驅動晶片整合成單晶片，一定是必然發生的現象。因此，在劍揚的產品發展藍圖中，除了一方面推出能支援更大尺寸的觸控晶片外，也會在整合型的LCD驅動晶片上進行布局。  

內嵌式設計勢在必行　牽動多點觸控方案產業鏈面臨重整  

事實上，不僅劍揚看好內嵌式多點觸控技術的發展前景，包含愛特梅爾、賽普拉斯等目前市場上最主要的解決方案供應商，也認為內嵌式架構已經是不可擋的趨勢，預計在未來1年到1年半之內，就會變成業界主流。此一趨勢演變，將對產業鏈上下游的商業與合作關係造成重大影響。  

Barnes認為，隨著內嵌式設計在技術上日趨成熟，除了在技術方面將帶動投射式電容觸控晶片做出對應的修正外，目前面板業者、觸控膜供應商與觸控晶片供應商之間的三方合作，亦將簡化成面板廠與觸控晶片供應商直接往來的型態。  

從晶片供應商的角度來看，這個轉變將使得面板廠與晶片業者間的關係變得更為緊密。至於現有的感應膜廠商，則恐怕必須在產業鏈中尋找到新的價值定位。  

王一杭亦認為，內嵌式觸控螢幕的成熟，即便不至於造成觸控膜全面走入歷史的結果，但如果觸控膜供應商不進行多角化經營，或積極在新的應用領域尋找商機，其所面臨的考驗，恐將相當嚴峻。  

電子書或有可能成為許多感應膜製造商所尋找的新舞台。從近來索尼(Sony)與亞馬遜網路書店(Amazon)這兩家電子閱讀器的先驅製造商所做的產品線布局來看，未來電子閱讀器支援觸控筆輸入與手指觸控能力的趨勢已經成形。對於號稱「電子紙」的各種反射式顯示技術而言，如果要達成取代現有紙張的願景，除了顯示功能外，也必須具備讓使用者手寫記錄的能力，才能符合使用者的習慣(圖6)。

圖6　電子閱讀器支援手寫輸入與多點觸控的趨勢已隱然成型。

目前在電子紙驅動晶片端，如愛普生(Epson)等供應商亦已推出整合觸控感應功能的驅動晶片方案，但由於電子紙顯示技術與TFT-LCD有根本上的不同，因此短時間內仍將仰賴各種貼膜方案，來實現手寫輸入與觸控支援。  

愛普生電子零件事業群產品企劃一部經理殷之江表示，在LCD產業趨近成熟，甚至出現所謂液晶循環週期的情況下，面板供應商為了避免產業步上動態隨機存取記憶體(DRAM)產業的後塵，而紛紛試圖在面板上整合更多功能。  

以目前的市場需求狀況來看，中小尺寸LCD面板內建觸控感應功能，已經是LCD面板擺脫大宗物資產品定位的最主要契機，因此各大日韓廠商紛紛在此投入大量資源。  

但由於內嵌式架構有很高的技術門檻，因此短期內各家供應商都還在集中精力，以努力突破商品化障礙。至於其他顯示技術，即便是如電子紙這種話題性十足的新興產品，要看到內建觸控功能的解決方案問世，恐怕也得等到LCD內嵌式架構成熟後，才能看得到了。  

各路供應商跨界搶市場　後續效應值得觀察  

除了觸控面板從貼膜轉換為內嵌式，將徹底改變日後多點觸控產業供應鏈的風貌外，近來幾家晶片大廠紛紛推出具備觸控感應周邊功能的處理器或核心晶片方案，亦對目前市場上的供應鏈關係埋下變動的因子。  

事實上，以蘋果iPhone為例，其所以採用的多點觸控感應方案，實為由博通(Broadcom)的掃描系統、恩智浦(NXP)的微控制器再加上德州儀器(TI)的數位訊號處理器(DSP)三顆元件組合而成的方案(圖7)，而環顧這些公司所擁有的產品組合，亦完整包含觸控感應所需的種種元件。幾家主要微控制器供應商近來在多點觸控領域方面的布局亦日見完整。

圖7　被視為多點觸控性能標竿的蘋果iphone，其多點觸控系統乃是由各大廠方案組合成。這些核心晶片供應商何時加入戰局，也將影響未來的市場生態。

這些核心晶片的供應商之中，除德州儀器已於日前發表一款支援觸控介面的核心處理器之外，其他供應商目前仍處於按兵不動的狀態。但未來這些公司將端出怎樣的整合菜色，亦將左右多點觸控感應鏈的變化，值得密切關注。