蘋果(Apple)iPhone和iPad革新行動用戶的體驗，推動觸控技術在廣泛的消費產品中的應用。現在，觸控功能已應用到行動電話以外的各種外形尺寸的產品中。
隨著微軟(Microsoft)在2012年年底推出Windows 8，可預期有眾多的新產品和現有產品將使用觸控技術，包括超輕薄筆電(Ultrabook)、平板裝置(Tablet Device)、筆記型電腦和個人電腦，將進一步影響人們互動、工作、遊戲及獲取資訊的方式。
作業系統支援 多點觸控普及度攀升
透過Android和蘋果iOS作業系統，使用者已發現多點觸控介面的強大能力。在多點觸控介面中，顯示子系統可檢測其表面上一根以上手指的存在，這樣不僅可以透過點擊和實際按鍵按壓來控制使用者介面，還可以透過手勢來進行控制。
Windows 8和Android作業系統都做好準備，藉著實現全新的消費產品應用來擴展多點觸控介面的能力。對於這些新應用，設備製造商面對提升顯示品質的壓力，必須從頂部去除反光和吸收層，以及轉用主動陣列有機發光二極體(AMOLED)等技術，這對被用於解析許多觸控活動的感測器產生影響，而這些觸控活動需要觸控介面的支援。
所有這些趨勢所帶來的結果是強調電容式觸控螢幕解決方案。在過去，電阻式觸控式螢幕因為製造成本相對便宜且支援以手寫筆為基礎的輸入而愛歡迎，尤其手寫輸入對以亞洲文字為主的應用非常有用。然而，電阻式觸控技術不易支援多點觸控介面。
電阻式觸控螢幕由彈性頂部觸點矩陣圖層組成，透過隔離片與相匹配的下方導電層分開。當手指或手寫筆把這兩層壓在一起時，便形成了接觸並被電氣感測器所記錄。在多層間的內部反射導致在陽光下所產生的顯示能見度不良，以及較低的整體亮度和色彩飽和度。由於觸控式螢幕依賴於由連接矩陣生成的電氣接觸，所以不能可靠地檢測多於一個單點的觸控活動。
另一方面，投射式電容感測器技術已實現多點觸控介面。這項技術現正逐漸除去中間層，因為中間層會降低亮度和色彩飽和度並增加物理厚度和重量。
投射式電容最受市場青睞
投射式電容觸控螢幕面世之初便迅速贏得用戶的支持，是因為其提供實在的「光滑」表面，既美觀又吸引人。當輕柔的導電物體如一根手指接近或觸碰螢幕表面時，該技術透過測量電容中的微小變化來工作(能夠控制一個電荷)。然而，在實際使用中有很大的相異之處會大大影響性能。在電容與數位轉換(Capacitive-to-digital Conversion, CDC)技術中進行選擇，以及彙集電荷的電極空間排列，會決定設備能夠達到的整體性能和功能。
在測量觸控式螢幕中的電容變化上，設備製造商面對兩種基本選擇：自電容和互電容。大多數早期電容式觸控螢幕都依賴於自電容，測量整行或整列電極的電容變化。此方法對於單點觸控或簡單的兩點觸控互動來說是合適的。然而，如果用戶將兩根手指放在表面上，解碼器就無法清楚地確定哪個水平位置與哪個垂直讀數匹配。在編譯觸控點時，會導致位置「重影」，降低準確度和性能。
互電容觸控式螢幕使用按正交矩陣排列的發送和接收電極，允許它們測量行和列電極的交叉點。採用此方法，把每次觸控作為一個特定的水平和垂直座標對進行檢測。
事實上，基本的CDC技術也會影響性能。在電荷捕獲過程，接收行保持在零電位上，只有在特定的水平發射器和垂直接收器電極間被用戶觸控到的電荷會被傳輸。此外也可使用其他技術，但互電容技術的關鍵優勢是對雜訊和寄生效應的抗擾性，這種抗擾性帶來額外的系統設計靈活性。
實現更高解析度 電極密度提升勢在必行
在電容式感測器設計中，電極間距是另一個因素。觸控式螢幕上的電極密度越高，觸控式螢幕的解析度也越高，使之更易於檢測來自不同手指的觸控。不同的應用具有不同的解析度要求。但是現今的多點觸控應用，須編譯小尺度的觸控動作，例如縮放指尖，因而要求高解析度來獨特地識別幾個相鄰的觸控。
一般說來，觸控式螢幕要求行和列電極間距在約5毫米(mm)或以下，此大小源自典型的拇指和食指聚攏時指尖對指尖的距離。這使得設備能夠正確地追蹤指尖動作，支援手寫筆輸入，以及採用適當的韌體演算法，抑制誤觸。當電極間距處於3～5毫米之間，觸控式螢幕能夠支援細小筆尖的手寫筆輸入，即可提高電容式觸控螢幕的準確度進而擴大的應用範圍。
觸控控制器須具高整合度特性
為充分利用電容式觸控螢幕的感測器技術，設備製造商須要使用基本晶片和軟體技術來提供高準確度和靈活性。正如任何其他晶片設計一樣，整合微控制器(MCU)的觸控式螢幕驅動晶片應具有高整合度、最小占位面積，以及接近於零的功耗，同時具有支援範圍廣泛的感測器設計和實施方案的靈活性。任何驅動晶片將由其所達到的速度、功率和靈活性平衡來衡量。
對於使用者來說，回應時間(即設備花費多長時間記錄觸控並回應)是以觸控式螢幕為基礎的設備的最重要指標之一。對基本的觸控手勢如輕敲來說，設備應該在不到100毫秒(ms)的時間內記錄輸入並給使用者提供回饋。即使加入各種系統遲滯時間因素的考慮，都意味著觸控式螢幕需要在15毫秒內報告第一個合格觸控位置。確保驅動器可支援如此短的遲滯時間非常重要。
另一個影響用戶體驗(對於用戶來說可能並非如此明顯)的因素，就是訊噪比(SNR)，這裡指的是觸控式螢幕辨別真實觸控所引起的電容訊號與偶然雜訊所引起的電容訊號的能力。由於觸控事件引起的行對列耦合電容的變化很小，故很難將它們與系統雜訊進行區分。大尺寸觸控式螢幕在此方面尤其具有挑戰性，因為最顯著的雜訊發生器之一是液晶顯示器(LCD)本身，而這正是互電容觸控式螢幕感測器證明其價值的一個領域。
觸控式螢幕結構改變
今天，市場對4吋和5吋範圍內高畫質(HD)觸控式螢幕，及視網膜顯示幕(Retina Display)的需求持續增長。這一朝向更清晰、更精確的觸控式螢幕的發展趨勢，使得製造商對更小外形尺寸的需求不斷增加，而其次的要求是螢幕之下的複雜性，包括雜訊等問題。例如，對於更薄的觸控式螢幕的期望正在推動結構的改變(圖1)，如採用覆蓋層觸控(Touch-on-lens)技術。
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| 圖1 當前觸控式螢幕和新一代觸控式螢幕的層數對比。右側堆疊的Touch-on-lens的層數更少，降低厚度並提高顯示亮度。 |
覆蓋層觸控技術是一種單層塗層，在整合於LCD中的一塊玻璃上，而不是在安裝於LCD模組上的一塊玻璃面板上提供x和y矩陣。此結構的一個替代方案就是外掛式(On-cell)感測器結構，將觸控式螢幕感測器整合在LCD內的彩色濾光片上。
由於這些設計把電容式感測器放置在LCD電子產品附近，因而雜訊成為非常大的問題。雖然建基於AMOLED顯示幕比LCD顯示幕安靜，但這種新的發展趨勢也呈現出雜訊較高的風險，因為觸控介面電子產品是如此靠近主動驅動顯示電路，尤其任何電氣遮罩都會增加內部反射，並損失由AMOLED顯示器提供的高色彩飽和度。若驅動器未針對減少雜訊影響而進行設計，則雜訊會破壞來自觸控式螢幕驅動器的讀取值。
所幸，技術創新可以支援具有更高解析度的較小觸控式螢幕。例如，業者推出新的maXTouch S系列觸控式螢幕控制器，採用新一代雜訊消除技術，可以支援採用無遮罩的覆蓋層觸控和外掛式感測器設計的更小外形尺寸顯示幕。更重要的是，雜訊消除技術甚至能夠控制來自低成本充電器的雜訊，使用任何充電器均可實現完美的觸控性能。利用這些新的電容式觸控技術，具有觸控功能之行動設備的製造商便能夠輕易滿足市場需求和消費者期望。
隨著市場轉向更小的外形尺寸和更高的顯示解析度，使得新的技術挑戰出現，包括雜訊更高的薄型顯示幕增加系統複雜性。觸控IC供應商提供可解決這些系統複雜性問題的新型電容式觸控技術，幫助設計工程師創造新產品，滿足新的市場需求。
(本文作者為愛特梅爾產品行銷總監)