隨著蘋果(Apple)iPad的出現以及大批與之競爭的平板裝置(Tablet Device)在2010年陸續發表，5～13吋的大尺寸觸控螢幕裝置市場已蓄勢待發。消費者已經熱烈地在討論平板電腦，然而準備在這些裝置上改變遊戲規則的應用才正要出現而已。對電腦和電子裝置製造商而言，這個新市場不僅是最新的消費熱潮，而且還充分代表著人們和資訊互動的方式、以及傳達這些資訊的電腦硬體，都已經發生了根本性的轉變。
國際研究暨顧問機構Gartner預測，大尺寸觸控螢幕裝置對個人電腦市場將有極大的影響，終究會超過使用相同螢幕尺寸、而且在好幾個市場中都位居電腦硬體主流的筆記型電腦。到2015年，產業分析師預期15歲以下消費者所購買的個人電腦(PC)半數以上將配備觸控螢幕，普及率從2009年的2%以下，上升至2015年超過50%。
Gartner預測教育領域會特別迅速地採用這些新技術，到2015年超過一半以上銷售給12年級以下的個人電腦都將有觸控螢幕。
個人電腦的爆炸性成長已經在裝置製造商之間引發了一連串行動，他們積極地將觸控螢幕技術導入大尺寸硬體上。然而，要從小螢幕及簡單的觸控功能應用轉移到新樣式產品、還要以雙手和手指作為和全尺寸電腦互動的工具，不一定是簡單的過渡。製造商須要重新思考消費者使用觸控螢幕的方式，並強化一套新穎且更為嚴格的必要條件。舉例來說，「多點觸控」功能主要是在5吋螢幕上的幾次手指觸控；如果是用12吋或40吋裝置會如何呢？或者是有多位使用者用雙手同時互動會怎樣呢？會有哪些廣受歡迎的新應用將出現在大尺寸觸控螢幕上？以及如何確保受到設備製造商的支持？
對裝置製造商而言，這些並非學術問題。雖然無法預測未來，不過卻可以先做好準備。以下將探討一些要建立成功的觸控螢幕所需的重要必備條件，以及如何改變這些條件來滿足大尺寸觸控螢幕及其應用。
以精準度取勝 互電容性能高
不論是大尺寸或小尺寸，任何觸控螢幕裝置的成功都在於設計時所採用的技術功能，其中最重要的是投射電容技術、感測器設計及驅動晶片。
今日的裝置全面性地採用電容式觸控螢幕，當物體(如手指)靠近或碰觸螢幕表面時，藉由測量電容(保持電荷的能力)內的微小變化來操作。然而，並非所有電容式觸控螢幕的製造都相同。電容/數位轉換(Capacitive to Digital Conversion, CDC)技術及用於電荷收集之電極結構的空間排列，對整體性能和裝置功能有重大的影響。
裝置製造商對觸控螢幕的安排和測量電容變化有兩個基本選擇：自電容和互電容。早期的電容觸控螢幕多為自電容，測量整行或整列電極的電容變化。這個方法對於單觸控點或有限的雙觸控點應用沒有問題，但是對更高階的應用就有嚴格的限制。若使用者同時觸壓兩個地方，會導致所擷取到的位置資訊不明確。該系統以兩個X和Y軸有效地偵測觸控點，但不知道是哪一個X軸和哪一個Y軸，導致被解釋的觸控點造會產生「鬼點」位置，降低準確度和性能表現。
另一個互電容觸控螢幕使用正交矩陣排列的發射和接收電極，因此能夠測量橫軸和縱軸電極交互位置點，利用這個方法，可以偵測出每個觸控點確切成對的(x,y)座標。舉例來說，如果出現兩個觸控點，互電容的檢測結果由(x1,y3)和(x2,y0)表示；但在自電容式系統中則由(x1,x2,y0,y3)表示(圖1)。
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| 圖1 互電容(左)與自電容(右)的比較 |
CDC技術的基礎方法也會影響性能表現。在電荷擷取過程中保持接收線路零電勢，而且只有在使用者觸控點上的發射電極x和接收電極y之間轉移電荷。雖然也有其他的技術存在，但是CDC的關鍵優勢在於它不受噪音和寄生效應的影響。這種免疫力可增加額外的系統設計靈活性。舉例來說，感測器IC能夠放置在緊鄰感測器的軟性電路板(FPC)上，或是遠端的主電路板上。
電極密度決定感測準確度
電極間距，在感測器設計上的關鍵參數指的是電極密度；或者更具體而言，就是觸控螢幕上的(x,y)節點，它在很大的程度上決定了觸控螢幕的解析度、準確度和手指分離程度。當然不一樣的應用就有不同的解析度要求，不過，今日的多點觸控應用必須能解讀精細程度的觸控動作，例如拉伸和擠壓的指尖；而有高解析度才能夠明辨出多個相鄰的觸控點。
一般而言，觸控螢幕需要的橫軸和縱軸電極間距約為5毫米以下(源於拇指和食指夾緊時所量得之指尖到指尖的距離)，裝置因此可適切地跟蹤指尖動作、支援手寫輸入並利用適當的韌體演算法杜絕誤觸。當電極間距在3～5毫米之間，觸控螢幕就可以支援指尖的手寫輸入，因而可大幅提高準確度，讓裝置能夠支援範圍更廣的應用。
觸控螢幕驅動晶片為系統核心
任何成功的觸控感測器系統核心都是基礎的晶片和軟體技術。當使用任何其他的晶片設計，觸控螢幕驅動晶片應具備高度整合性、最小的接腳、接近零功耗且具備靈活性，以支援大範圍的感測器設計與實作方案。任何的驅動晶片都可由速度、功率、可達到的靈活性等方面的平衡來測量。
以上所描述的考量可以應用到任何尺寸的觸控螢幕裝置上。然而若要轉移到大尺寸螢幕裝置的特殊考慮為何？製造商將會發現當代觸控螢幕技術重要之必備條件，即多點觸控支援、性能表現、靈活性和效率，在使用者選擇更大尺寸螢幕及更複雜的觸控應用時會顯得更加重要。
大螢幕觸控手勢更多元
蘋果的iPhone和其他當代裝置的使用者對現今的多點觸控手勢並不陌生，特別是兩根手指的擠壓或拉伸。然而，有更大的螢幕出現，就可能須要設想更複雜的多點觸控手勢。舉例來說，年輕學子使用的繪圖和音樂應用，就不僅和拇指的手勢有關，而是與十根手指的手勢都有關係；又或者是一個允許兩位或兩位以上使用者在同一個螢幕上競賽的新平板式遊戲機。不過對於大尺寸觸控電腦的發展，應用開發人員都希望有靈活度以充分利用新的觸控螢幕互動功能。裝置製造商並不想阻礙他們的發展、也不希望製造出無法支援下一個大受歡迎的觸控應用的裝置。
當大尺寸的觸控應用開始使用四點、五點和十點觸控時，很重要的是，不單是考慮新應用如何發揮這些功能，而且還要思考控制晶片要如何運用這個益加豐富的資訊來創造更美好的使用者經驗。舉例來說，在大尺寸裝置上追蹤螢幕邊緣附近的意外觸擊、並可將之歸類為「禁止」的能力，跟小尺寸相比，它們都重要太多了。
以行動電話的觸控螢幕為例，它必須有辦法知道使用者是正手持著電話、或是將電話放在臉頰旁，因此大尺寸系統必須考慮使用者如何手持或使用該裝置等不同方式；例如使用手寫筆時，手部邊緣停在螢幕上，或是在使用虛擬鍵盤時兩隻手掌停在螢幕上。只是辨識出並封鎖意外的觸擊是不夠的，即便碰到觸控點誤入主動工作區，裝置都必須能追蹤並繼續封鎖。若有越多的觸碰是控制器可不含糊地立刻解決、歸類和追蹤的，使用者的經驗就會更加直觀和準確。
六大要素決定高性能觸控螢幕
觸控螢幕的性能表現係是由以下六個元素來評斷：
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是指觸控螢幕報告使用者的手指或手寫筆在觸控螢幕上位置的準確度。一個精準的觸控螢幕報告觸控位置的準確度應該優於±1毫米。 |
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測量在螢幕上所畫的直線有多「直」。線性度跟良好的螢幕形式設計有關，準確度也應在±1毫米以內。 |
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描述在裝置辨識出為單點觸控前，使用者的兩根手指可以多靠近。 |
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測量讓裝置登入觸控並反應的時間為多久。對像輕觸這樣的基本觸控手勢，裝置應在100毫秒(ms)以內完成登入輸入並回應給使用者。若考慮不同的系統因素，即意味著觸控螢幕必須在15毫秒內報告第一個確認的觸碰位置。但手寫辨識的應用則需要更快的反應速度。 |
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是手指或手寫筆動作最小的可偵測量。有很多原因讓減小解析度之毫米級數變得很重要，最主要原因是為了用手寫筆進行手寫或繪圖等等的應用。 |
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指的是觸控螢幕消除實際觸控發生、以及來自偶發噪音的電容式訊號的能力。電容式觸控螢幕控制器可測量出行、列耦合電容上的極小變化，控制器的測量方法對於控制器的外部雜訊敏感性有著很大影響。大尺寸觸控螢幕在這部分特別具有挑戰性，其中一個最顯著的噪音產生源就是液晶顯示器(LCD)本身。 |
隨著觸控螢幕越來越大，並且支援更多同步觸控及更複雜的互動內容，在所有的項目中都達到最好的性能表現已變得更加重要。
大尺寸觸控螢幕樣樣精通
現今大部分的小尺寸觸控螢幕是設計來支援特定裝置，而且經常是為了特定的軟體和應用。但是正嶄露頭角的大尺寸觸控螢幕需要更多的花樣。舉例來說，使用手寫筆執行手寫輸入對如紙張一般大小的平板電腦而言是自然配件，但是要支援這項配件，觸控螢幕的解析度要比以指尖手勢用在5吋螢幕上的更高。
在行動裝置內，Windows作業系統硬體設備品質實驗室(Windows Hardware Quality Lab, WHQL)認證可能是隨之而來的一項考慮。對大尺寸裝置而言，功能就像個人電腦一樣(使用者期望能支援一般的電腦應用)，故WHQL認證是必要的。大尺寸觸控螢幕裝置也同時具有電子書閱讀器(E-reader)功能，還有影音裝置。想要完全地享受任何一項應用，10吋或更大的螢幕需要更高檔的視覺品質。
雖然和使用行動電話不一樣，平板電腦仍需要夠輕的重量且足以舒適地在各種位置和地點使用。那代表它們需要小且輕的電池，也就是說，要有絕佳功耗的高效率微控制器(MCU)。要在這項條件和更高準確度及反應時間之間取得平衡(畢竟，較大尺寸螢幕本身即代表更高解析度和更多節點要處理、而且處理能力也加倍地提高)是在設計有效的大尺寸觸控螢幕時的最大挑戰之一。
觸控/MCU技術能力兼備 maXTouch優勢明顯
愛特梅爾(Atmel)已在創新的小尺寸觸控螢幕裝置上領先市場。時至今日，愛特梅爾也將領導能力導向為針對10吋以上的大尺寸裝置提供三晶片及四晶片解決方案，可為任何大型的螢幕尺寸或解析度提供最佳化的價格和性能表現。
基於觸控系統和微控制器兩方面的專業知識，使maXTouch大尺寸觸控螢幕技術成為遙遙領先的技術。有些觸控螢幕的設計人員打算將5吋螢幕所用之相同的低功率處理技術轉移到大尺寸裝置上，結果卻得承受不良的效率和性能表現的後果。其他設計人員利用取得授權之較高功率外核來強化觸控螢幕，不過卻造成根本的無效率。愛特梅爾是唯一一家可以提供自有的32位元微控制器系統的公司，從根本上滿足大尺寸裝置的獨特需求，並且可和該公司的互電容觸控技術互相整合且充分發揮。
而對製造商而言，可獲得的效益如下：
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maXTouch技術比現今其他的觸控螢幕提供更強大的多點觸控功能，初期的解決方案可支援高達十六點觸控，而且未來在理論上可做到不限次數。在maXTouch架構中建立了追蹤並防止誤觸的能力，現在就能提供一個可支援十指、甚至更多點的觸控應用平台。 |
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| 圖2 maXTouch最佳化硬體與軟體解決方案 |
製造商面臨的最大挑戰之一是當轉移到大尺寸時，要如何不妨礙系統及影響性能表現的情況下容納所有的新資訊。
愛特梅爾的微控制器解決方案將整個電容式感測電路整合在晶片上，憑藉著這個高效率微控制器設計，避免掉入這個陷阱。
微控制器前端是一個客製的電容觸控引擎，可對原始感測數據執行數位訊號處理器(DSP)操作，只有在需要更多先進演算處理時才會喚醒中央處理器(CPU)(圖2)。由於大部分的時間系統都保持在低功率狀態，功耗非常低。 |
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愛特梅爾互電容技術的獨特實作、電荷轉換CDC及高效率的微控制器，讓maXTouch觸控螢幕在準確度、線性度、反應時間及訊噪比等方面都具優秀表現。該項技術也支援指甲的觸控，即便戴著手套也沒問題。 |
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沒人能預測什麼將會是定義大尺寸觸控螢幕應用的未來浪潮，這就是為什麼廠商建立了具擴充性、延展性的解決方案以容納各式各樣的要求。maXTouch是市場上唯一一個在完全可編程晶片中的系統內建可編程快閃記憶體的解決方案，內含微處理器和DSP功能，因此製造商不須要使用額外的接腳或電路就可以升級系統。 |
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由於具備較高的訊噪比及敏感度，maXTouch技術也支援手寫筆的操作。手寫筆是成本相當低的被動傳導物體，為使用者開啟各種精緻繪圖及書寫的經驗。 |
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maXTouch技術經WHQL認證，是首個獲得Windows 7硬體標籤認證的十點觸控技術解決方案。由於裝置製造商定位自己是支援新一代觸控螢幕解決方案與經驗的一方，故該公司相信maxTouch技術在真實世界中的Windows環境中已經歷經了廣泛的測試。 |
隨著相關業者從個人電腦為主要技術介面的產業轉向至智慧連接裝置、消費性裝置和通訊陣營，顯示大尺寸觸控螢幕的時代才正開始。隨著該項技術的演變，預期觸控螢幕將發現寬廣且不斷成長的應用領域，並且重新改造人機介面。為了替這個快速來到的未來做好準備，製造商需要新一代之先進、高度靈活性、性能表現優良的觸控螢幕技術。
這是一項艱鉅的任務，但是迎接挑戰是不可避免的。畢竟，以性能表現差的觸控螢幕打入市場，將嚴重阻礙使用者經驗，對此，業者將持續努力發揮大尺寸觸控螢幕及其應用的全部潛能。
(本文作者為愛特梅爾觸控技術市場總監)