打造最佳化人機介面　群雄競逐多點觸控商機

台灣發展觸控面板由來已久，受到蘋果(Apple)iPhone、iPad與微軟(Microsoft)Windows 7的激勵，市場極速發展，也成為台灣廠商發展的一大契機。根據DisplaySearch預估，到2015年時，全球觸控模組的營收將達90億美元，出貨量則可達十四億台，而多點觸控功能更挹注觸控面板的成長，面對龐大的市場商機，觸控控制IC與各式觸控面板技術，包括電阻式、投射式電容與光學式，皆紛紛搶進市場，並積極發展多點觸控功能。  

MCU搶攻多點觸控控制IC市場  

圖1　左起為新唐科技微控產品中心協理林任烈、新益資訊總經理胡師賢

觸控控制IC左右觸控面板的效能表現，新唐科技微控產品中心協理林任烈(圖1左)指出，電阻式觸控面板架構、技術較為簡單，因此整合微控制器(MCU)與觸控控制IC的系統單晶片(SoC)即可支援，但投射式電容觸控面板架構較為複雜，若須實現多點觸控功能，則系統單晶片在運算速度上將較為吃緊，因此廠商多以微控制器與外掛的觸控控制IC互相搭配。  

微控制器與觸控控制IC的運作方式為，控制IC收到觸控螢幕的訊號時，將訊號傳送至微控制器進行運算，得出手指位置後，再由控制IC反應至面板，呈現使用者所需的效果，林任烈表示，由於微控制器效能主導觸控面板的反應速度，一指操作時，8位元微控制器即可符合系統需求，不過在多點觸控時，兩指觸碰面板，系統會得到四個點的位置，如何得到最正確X、Y軸的值，以判斷手指位置，則需要32位元微控制器的運算效能才能做到。此外，消除雜訊、自動補足面板邊緣電容值等功能，也得倚賴32位元微控制器的運算速度。表1所示為8與32位元微控制器於多指觸控功能的比較，林任烈指出，一般取樣率的基準為50Hz，若少於50Hz，則表示執行多點觸控的效能較差。

專利問題影響廠商多指觸控發展空間  

實現多指觸控除了微控制器的效能須提升外，軟體演算法也相當重要，不過受限於義隆電子於多點觸控手勢辨識與軟體演算法已申請專利，因此廠商在開發相關軟體時應迴避義隆電子的專利限制，其中微軟即利用觸控面板通報座標的方式來規避義隆電子的專利。  

迴避多指觸控專利問題　Windows 7出奇招

義隆電子於兩指觸控申請的專利號碼為Elantech US 5,825,352，同樣鑽研觸控軟體的新益資訊總經理胡師賢(圖1右)說明此專利案的內容，他指出，義隆電子的專利在於如何判斷投射式電容觸控螢幕上，雙指動作與位置的判別方式，透過觸控面板電容變化值，以辨別手指的確切位置，如第一個最大電容值發生處為第一隻手指的位置，經過一個極小值的下一個電容極大值，則是第二隻手指的位置。由於蘋果iPhone也是採取類似的方式，因此義隆電子於2010年3月30日向美國國際貿易委員會(ITC)提出專利侵權控告。  

胡師賢表示，為避免觸犯義隆電子兩指觸控技術的專利權，微軟(Microsoft) Windows 7作業系統採用要求觸控面板控制IC回報手指座標，而不是觸控面板電容質變化的方式，Windows 7作業系統會根據回報的座標自行推算手勢，因此可有效閃避義隆電子專利問題。  

除了蘋果之外，先前義隆電子也以US 5,825,352專利對新思國際(Synaptics)提出侵權訴訟，最後在2008年底以兩家公司間的專利授權合約和解收場。義隆電子與蘋果間的專利訴訟端看美國國際貿易委員會收到此訴訟案件後的調查結果，事實上，義隆電子之前已於2009年4月7日在美國北加州聯邦地方法院以US 5,825,352專利對蘋果提起專利侵權訴訟。胡師賢表示，除了電容值變化會造成侵權的問題外，軟體演算法的部分更容易有侵權的問題，因此廠商開發電容式多點觸控技術時，須特別注意。  

提升電容式觸控面板良率 一片式製程出線  

DisplaySearch預估，2015年投射式電容模組將以年複合成長率23.3%的速度成長，並於全體觸控面板市場占有24.9%的市占率。由於多指觸控最初由投射式電容觸控面板上實現，而投射式電容觸控面板具備的壽命長、透光性佳、反應速度快、防刮與防塵等優點，更使其獲得各應用市場的青睞。不過，面對筆記型電腦與工業電腦對中大尺寸觸控面板的需求逐漸增加，因此電容式觸控面板如何從小尺寸往中大尺寸發展，良率則成為重要的關鍵。  

過去投射式電容觸控面板製程為整片玻璃基板陸續疊上氧化銦錫(ITO)、感測電路後，再進行玻璃強化與切割，最後再與表面覆蓋玻璃貼合，過程中易產生切割後的面板玻璃強化不均、黏貼覆蓋玻璃中產生氣泡等問題，因此良率一直無法提升。而富創得則採用相反的製程順序，先切割好所需的玻璃大小，再進行後續製程工作，成功提高投射式電容觸控面板的良率。

圖2　富創得董事長吳明發表示，為使投射式電容觸控面板具備邊框的效果，該公司利用打上不導電金屬氧化物的方式解決，並使邊框可呈現多種色彩。

富創得董事長吳明發(圖2)表示，除了製程的方式不同外，該公司更發展一片式解決方案，相較於傳統投射式電容觸控面板由兩層玻璃組成，隨觸控面板尺寸面積的擴大，整個觸控面板的重量與成本也將增加，且良率也會降低，而一片式觸控面板僅使用單片強化玻璃製作，並將玻璃厚度變薄，可滿足中大尺寸觸控螢幕輕薄短小的需求，成本與良率上也較傳統製程更有競爭力。  

另外，針對投射式電容觸控面板防眩光、低反射、抗指紋的附加性需求逐漸增長，富創得也自有一套解決之道，吳明發表示，針對上述要求，富創得在觸控面板結構中進行玻璃基板的AG與AR處理。舉例而言，傳統的低反射處理方式是在面板中置入上下偏光片，藉由偏光片吸收進入面板的光線，以降低反射率，但此作法1吋將增加3美元的成本，因此富創得透過鍍膜的方式，直接在觸控面板上鍍上AG與AR保護層，除了可解決反射率的問題，製程也較為簡易外，更可達到1吋僅0.3～0.5美元的低成本。  

由於富創得一片式解決方案與AG及AR保護層的技術，使目前富創得面板可達1吋1美元的目標，相較其他廠商21吋的觸控面板一片需90～120美元的成本，富創得僅需65美元，因此廣達21.6寸一體成型(All-in-one)電腦即採用富創得觸控面板，吳明發並舉中國移動OPhone觸控面板為例，OPhone由富士康代工，同樣的3.5吋觸控面板，由富創得製作則可減少3美元的成本，可見富創得於觸控面板的確具備相當大的技術與成本優勢。  

現今台灣廠商看重中國大陸低設廠與人力成本，因此紛紛西進，吳明發強調，事實上，台灣廠商於觸控面板技術領先全球，挾此技術優勢與既有的面板生產設備，於台灣本土製造觸控面板所需的成本反而較中國大陸設廠低，因此沒有必要往中國大陸設廠，目前富創得在中國大陸廠房的作業為在玻璃基板疊上ITO層，並切割完畢後，再將面板運回台灣後續處理，即可達到1吋1美元的成本目標，由此可見，在台灣完成大部分的面板製程，並不會增加更多成本。  

避開PCT戰場　AMR/光學感應式另闢蹊徑  

圖3　劍揚執行副總經理黃乃傑談到，相較於其他內嵌多點觸控廠商複雜的結構方案，劍揚更突顯出設計結構的簡單化。

在微軟Windows 7導入多點觸控激勵下，類比矩陣電阻式(AMR)與光學感應式觸控技術各有進展。為遠離iPhone與iPad引爆的投射電容式(PCT)戰場，光學感應式致力改善強光下無法辨識觸控的缺陷；AMR廠商則突破電阻式多點觸控局限於中小尺寸面板應用的技術瓶頸，期在觸控市場中脫穎而出。  

劍揚執行副總經理黃乃傑(圖3)表示，劍揚耗費多時研發的演算法，已達成在不同應用光線情境下，均不影響辨識觸控的性能。此外，光學感應式觸控技術無需特定觸控筆、毋須按壓螢幕即可實現觸控功能，加上未來任何尺寸的面板皆適用，除非對於觸控面板靈敏度有更高的要求，否則觸控控制IC數量不會隨著尺寸增加，因此最具成本競爭力。  

禾瑞亞業務處專案經理曾愷允(圖4)則認為，由於微軟Windows 7作業系統要求採用真實多點觸控(Real Multi-touch)技術，與表面聲波(SAW)和紅外線(IR)相比較，無鬼點(Ghost Point)、可支援多點觸控的AMR和PCT真實多點觸控技術較具優勢。

圖4　禾瑞亞業務處專案經理曾愷允指出，多媒體、照片編輯、3D繪圖、教育、遊戲、銷售點等應用將促使多點觸控市場需求增溫。

相較於國外控制IC大廠，產品提供的通道數少、不防水與不提供支援驅動軟體與韌體，曾愷允強調，禾瑞亞涵蓋參考設計的軟硬體完整方案可大幅縮短客戶開發時程。此外，有鑑於iPhone和iPad掀起的PCT多點觸控掀熱潮，2010年該公司也推出適用於AMR和PCT的觸控控制晶片。  

針對AMR難以擴展至中大尺寸的弊病，目前不少觸控控制IC業者已開發出可支援更大觸控面板尺寸的產品，如禾瑞亞推出可支援最高15.6吋的AMR觸控控制IC。此外，有別於傳統四線電阻式，AMR薄型化排線(Tails)可增加設計彈性與美觀，以及可透過Z軸達成粗細體字體要求。至於劍揚，除已將光學感應式方案送樣給筆記型電腦客戶外，未來亦計畫搶攻中小尺寸市場，因此將逐步規畫開發結合驅動IC的光學感應式方案。  

內嵌式多點觸控前景看俏
三大觸控技術搶地盤  

隨著個人電腦、筆記型電腦與一體成型電腦內建觸控螢幕的比重逐年攀升，再加上為實現多人互動遊戲、工作等功能，多點觸控螢幕朝更大尺寸發展的態勢顯著，遂引爆強調更輕薄、更低生產成本的內嵌式多點觸控技術需求增溫。  

劍揚21.5吋內嵌光學式多點觸控螢幕已於2009年上市，黃乃傑強調，內嵌光學式觸控技術極具成本競爭力，液晶面板在增加觸控感測器前後的價格相去不遠，惟要在更動光罩但不修改製程之下，將光學元件放入面板中，且不能減少開口率，影響面板良率，此將墊高內嵌光學式觸控螢幕的技術門檻。  

相較於其他觸控技術，內嵌光學式觸控技術兼具無需額外的薄膜/玻璃、無尺寸限制、低耗量電、鮮豔色彩螢幕、長壽命、獨特遙控控制、更低製造成本等優勢，黃乃傑指出，輕薄化多點觸控螢幕的趨勢，為加速多點觸控普及的關鍵之一，將為內嵌光學式多點觸控技術的機會點，此外，光學式觸控筆與其他觸控技術並駕齊驅；至於手寫輸入，準確率可達85%，可提供更佳的手寫輸入功能。  

內嵌式觸控面板為於標準薄膜電晶體液晶顯示器(TFT LCD)面板製造過程中，同時完成觸控元件製造的技術，其特色為毋須在顯示面板外，再貼合一層觸控感應層，可避免犧牲面板透光度，並可省卻材料和製作的人力與時間，同時可實現輕薄化面板。目前製造的方式多元化，如觸控感應元件可整合於電晶體中，或塗布於彩色濾光片(CF)，亦可採用多種觸控技術，如紅外線感應、電阻式、電容、光學等。  

有鑑於多點觸控前景可期，劍揚、東芝松下顯示器技術(TMD)、夏普(Sharp)、三星(Samsung)、友達、達虹、Planar等廠商無不對此市場趨之若鶩，積極開發光學式、電容式、電阻式等內嵌式多點觸控螢幕。  

由於內嵌式多點觸控製程與液晶面板息息相關，加上為掌握多點觸控關鍵技術，除了劍揚與Planar外，投入內嵌式多點觸控技術的幾乎清一色為面板廠商。黃乃傑提到，內嵌式多點觸控螢幕市場競爭激烈，每年國際消費性電子展(CES)均有廠商展出原型機，為能在眾多廠商中嶄露頭角，可靠度與量產良率至關重要，現今劍揚的光學式觸控技術已商品化，加上開口率已高達90～95%，高於電容式的90～92%，未來在內嵌式多點觸控市場深具潛力。