供應商競相走出手機小框框　多點觸控技術架構百家爭鳴

在蘋果(Apple)與宏達電聯手掀起智慧型手機觸控浪潮後，隨著媒體的強力曝光與其他製造商紛紛跟進推出觸控手機之下，不少消費者已體會到多點觸控功能所能帶來的便利性。但要在其他行動運算裝置上複製手機的成功經驗，不能只是進行技術移植而已。軟體介面設計、觸控技術架構以及伴隨而來的成本問題等，均考驗著相關供應商的創新研發能力。

Windows 7為多點觸控普及奠定基礎  

圖1 台灣微軟事業開發經理楊迪華指出，儘管應用程式是多點觸控成功的關鍵，但若缺乏適當硬體與標準化開發平台，多點觸控技術也將淪為獨木難撐大局。

日前微軟(Microsoft)宣布，萬眾矚目的Windows 7即將在7月底提供製造商版本(Release to Manufacturing, RTM)，並於10月22日全球開賣。微軟難得的提早證實產品上市時機，除了向業界證實其決心外，也間接印證了多點觸控的商機，連軟體大廠都不願錯過。

台灣微軟事業開發經理楊迪華(圖1)表示，即將於10月22日上市的新版作業系統Windows 7，除了針對開機時間、使用壽命與安全性等議題多加著墨之外，由於看好多點觸控可以為使用者帶來的便利性及趣味，因而將多點觸控視為其人機介面(UI)一大特色，並大力推銷。

根據市調單位Display Search的報告指出，觸控市場一路看俏，將自2008年出貨四百八十萬片觸控面板，一舉暴增至2013年的十三餘億片，成長態勢可見一斑。

而微軟也從很早開始即投入多點觸控技術之發展，如2007年率先問世的觸控技術Surface，就是微軟測試大尺寸觸控市場水溫的顯例。而隨著各式中小尺寸裝置如手機、筆記型電腦與平板電腦的陸續演進，更堅定微軟導入觸控技術的決心。  

楊迪華強調，微軟重視的，不單單只是觸控技術而已，真正重要的是如何在作業系統上打造滿足使用者需求的人機介面。她舉例，尤其在網路瀏覽、多媒體編輯愈見普及的今日，若能善用多點觸控功能，將可提高使用者各式網路應用之體驗，同時也可刺激更多Web 2.0之互動應用。  

以微軟Windows 7中的觸控技術Windows Touch為例，便導入了手勢功能(圖2)，系統開發人員與使用者均可善用各種手勢，在應用中延伸出豐富且多元的變化。而Windows 7中內建的多種手勢，並特別以方便使用者網路瀏覽與多媒體編輯為主。

圖2　Windows Touch的手勢不但多元，而且可與協力廠商開發的應用程式搭配，創造出豐富的應用。

另外，針對手勢的發展，楊迪華說，微軟已開發出逾四十種手勢，但由於手勢「在精不在多」，為配合使用者的習慣，三至八種已經綽綽有餘，真正的關鍵將在於這類手勢是否為使用者容易記憶且便於操作。  

其實在前兩代的Windows XP平板電腦版中，就已經搭配觸控技術可使用的UI，但由於當時還處於市場早期階段，相關配套方案並未完全到位，因此未能形成風潮。而為搭配Windows Touch技術，新一代Windows 7不但放大各種圖示(Icon)、拉大圖示與圖示間的距離，也特別避免在邊邊角角的位置設計複雜的操作功能，以及在視覺、觸覺與聽覺上之回饋，都是微軟正視觸控應用的代表。  

楊迪華強調，儘管觸控技術正當紅，但應用程式開發人員若僅針對觸控技術本身加以鑽研，卻忽略了人機介面重視使用者體驗的真正含意，將會本末倒置。  

電容式觸控螢幕走向Netbook/MID　中尺寸裝置應用  

圖3　愛特梅爾產品行銷經理Helen Barnes認為，電容式觸控技術運用在各種行動運算裝置上，將面臨新的技術挑戰，但只要發揮巧思，尺寸並非無法攻克的障礙。

在作業系統的支援陸續到位下，如迷你筆電、行動聯網裝置(MID)等終端產品導入多點觸控技術的時機已經成熟，並帶動電容式多點觸控技術供應商戮力研發，推出適合更大尺寸應用的解決方案。  

愛特梅爾(Atmel)產品行銷經理Helen Barnes(圖3)便指出，使用者介面要能獲得用戶青睞，軟硬體的互相配合相當關鍵。以往在缺乏軟體應用設計的支援下，終端裝置就算在硬體上支援多點觸控功能，消費者也不見得能接受。iPhone之所以能在手機市場上掀起觸控風潮，其優秀的軟硬體設計整合能力功不可沒。如今在微軟的大力支援下，即將上市的Windows 7將有許多針對觸控應用情境設計的新功能。也由於軟體支援成熟，各種行動運算裝置導入多點觸控技術，才能帶給使用者真正的效益。  

因此，對硬體方案供應商而言，中尺寸多點觸控的市場需求已經確定存在，當務之急在於如何解決成本、感應精準度等技術上的挑戰，甚至因應中尺寸螢幕所可能帶來的新應用情境，加入許多以往不曾實作的功能。Barnes透露，從愛特梅爾的角度來看，中尺寸多點觸控所須具備的高通道數感應晶片設計，其實並非難以克服的挑戰。愛特梅爾目前的解決方案已可以支援超過兩百個感應點，未來更將推出可支援六百個感應點的單晶片方案，以滿足各種大小的觸控螢幕應用需求。  

而在業界最關心的成本問題方面，其實也已經有辦法克服，其祕訣就在於將螢幕上的感應點作適當的分散，使其能在兼顧觸控靈敏度的前提下撙節成本。事實上，如果以手指觸控的使用情境作為設計考量，只要感應晶片的靈敏度與精準度夠高，稍微放寬感應器節點的間隔，將不會影響其觸控性能表現。愛特梅爾在研討會現場還特別準備了一台內建其多點觸控解決方案的迷你筆記型電腦，並搭配RC版Windows 7作業系統，供與會學員實地操作體驗，以證明放寬感應器間距的設計方法是可行的(圖4)。

圖4　愛特梅爾現場展示的多點觸控迷你筆電，搭配Windows 7 RC版作業系統。

換言之，多點觸控感測方案的訊噪比(SNR)，將是一家電容式多點觸控晶片供應商能否成功進軍行動運算裝置市場的關鍵。Barnes認為，訊噪比與感應頻率將是未來觸控方案供應商在通道數之外的兩大競爭重點，因為這兩項規格除了決定其方案的感應精準度外，更是能否實現新功能的關鍵。這些新功能包括透過手指與螢幕接觸的面積大小變化，來判斷使用者是否刻意按壓螢幕，因為刻意按壓也可以是一種手勢，而且非常直覺。此外，根據手指與螢幕接觸面的形狀變化，精準的感應方案甚至可以推斷出使用者是否在做旋轉手指的動作，這又是一種新的手勢功能，可以讓終端裝置廠商藉此創造產品差異化。  

展望未來，觸控螢幕為了追求輕薄短小、高亮度與降低成本，從現行的貼膜式方案轉向內嵌式(In Cell)方案，將成大勢所趨。Barnes認為，在未來兩年內，市場上就會出現採用內嵌式觸控螢幕的終端產品，因此愛特梅爾已展開相關布局動作。而在各種內嵌式觸控感測技術中，愛特梅爾仍相信投射式電容技術是較為理想的選擇，因為可以使用內部或額外的電極來實現自電容式(Self Capcitive)感應。  

內嵌式觸控將成主流　商品化時程追逐賽開打  

圖5　劍揚顯示器產品處處長黃乃傑表示，內嵌式觸控面板的發展潛力廣為業界認同，但如何克服製造良率挑戰並導入量產，至今仍讓許多大廠頭痛不已。

但現為目前市場上少數已可小量生產內嵌式觸控面板業者的劍揚，卻不認為電容式內嵌觸控面板是最好的架構。劍揚顯示器產品處處長黃乃傑(圖5)指出，雖然現在觸控技術的發展潛力廣受各方看好，且業界幾乎一致認定內嵌式設計才是未來的主流，因而使得各種內嵌式架構紛紛出籠，試圖搶攻市場大餅。但在百家爭鳴期過後，觸控螢幕市場也會變成M型社會，供應商想存活，若非技術效能擁有壓倒性優勢，就是要在成本結構上最有競爭力。

在這個思考邏輯下，從薄膜太陽能光電起家的劍揚，在跨足內嵌式多點觸控市場時，首先考量到的重點就是成本。事實上，日韓面板大廠均已投入內嵌光學式觸控研發數年，但這些大公司之所以至今都還在商品化之路上走得跌跌撞撞，其設計結構過於複雜，就是最大的致命傷。

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(TFT)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。根據劍揚與台灣幾家面板廠在各種不同產線、不同玻璃基板上的試產驗證結果顯示，將劍揚的光感應器整合到面板的TFT電路上，對製程良率的衝擊微乎其微。

黃乃傑認為，能夠在不影響良率的前提下，將感應元件直接整合到TFT電路設計中，才是終極的低成本解決方案，也是目前日韓等面板大廠都在努力的方向。

有些內嵌式技術的架構，仍需要在螢幕內部的組件，如彩色濾光片或氧化銦錫玻璃上多做幾道工序，不若在TFT製程上一次完成所有的工作來得省時省力(表1)。

表1　各種內嵌式多點觸控技術比較

資料來源：劍揚

但黃乃傑也坦承，內嵌光學式架構就跟其他多點觸控技術一樣，有其先天上的限制。例如劍揚的解決方案雖可感應到絕大多數的光線變化事件，甚至可以用雷射筆做遠端觸控，但由於感光元件勢必要暴露在外界光線環境中，不像畫素開關電路可以用黑色遮罩屏蔽，因此感應器的電路老化速度會是潛在問題。此外，由於感光元制，例如感光元件直接暴露在外界光線下的材料老化問題，還有半導體製程中，同一塊基板上某些區塊所生產的元件特性優於其他區塊的甜蜜點(Sweet Spot)差異，都是觸控晶片廠商要設法補償克服的技術挑戰。但黃乃傑信心滿滿地表示，在感光元件壽命方面，根據劍揚的壓力測試數據顯示，其元件約可正常操作四億次感應，或5萬小時左右。  

以迷你筆記型電腦或一般桌上型顯示器應用而言，接近6年的使用壽命應已綽綽有餘。而在晶片設計端，劍揚也已掌握許多跟面板特性有關的參數，因此在2009年第三季搶得內嵌光學式面板量產的頭香，應不成問題。