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CTimes焦点:剖析多点触控专利战局(四)
苹果7,663,607号专利:真实多点触控的基础型专利

Rapport \u3011    2010年05月04日 星期二

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上文提到,采用投射电容式触控技术来实现多点触控功能,有两种方式,一种是手势辨识的追踪与互动,采用轴交错式感测架构就可以做到,而义隆的5,825,352号专利就是对此型式技术的描述。不过,还有一种方式,就是能够找出多个真实触控点的感测技术,苹果在今年2月中取得的7,663,607号专利(简称607号专利),则是此类技术的基础型专利。

投射电容式触控技术因iPhone而成为众所注目的技术,然而在一个4吋以下的手机面板上侦测出两个以上触控点的真实位置,老实说意义并不大,采用轴交错式感测技术已经堪用。然而,当触控面的尺寸大到10吋左右,真实多点触控感测的重要性才开始显现出来(例如可以玩两人的互动游戏)。苹果的607号专利在iPad四月初上市前取得,正好用来保护iPad的触控接口功能。面对义隆的触控诉讼,苹果也拥有了足以自清的有利证明。

且看一下此专利的内容简述:“采用透明的电容式感测技术触控面板,能够侦测在触控面板的平面上,不同位置但同时发生的多点触控或接近触控(near touches),并产生代表在此触控面板平面上代表触控位置的确切信号,因而能知道多个触控点的位置。” (A touch panel having a transparent capacitive sensing medium configured to detect multiple touches or near touches that occur at the same time and at distinct locations in the plane of the touch panel and to produce distinct signals representative of the location of the touches on the plane of the touch panel for each of the multiple touches is disclosed.)因此,此专利的重点在于侦测出多个触控点的确切位置,如图一。

图一 607号专利多点触控感测示意图

在此专利中详述了利用投射电容式触控技术达成真实多点触控的两种方法。一种是单层ITO的自感式(self capacitance)技术(业界称之为独立矩阵感测单元“Independent-matrix sense elements”技术);另一种则是采双层ITO的互感式(mutual capacitance)技术(业界称之为交错矩阵感测单元“Intersection-matrix of row and column sense elements”技术。

自感式真实多点触控技术

自感式真实多点触控技术在玻璃基板上布上一层ITO透明电极矩阵,其特点在于这些电极代表个别的触控点,每个电极皆有一条感测线接到面板两侧的感测电路,只要手指接近或接触,就会与接触点附近的电极产生电容偶合,并透过感测电路侦测到确切的位置。

在此架构下,由于不需处理上文中鬼点(ghost point)的问题,原则上可感测出的触控点并无上限,但在实际建置上的难度却相当地高。由于此架构下的每个感测单元都需与控制器相连,因此分辨率的要求愈高,布线就愈复杂;它需要采用多脚位、高运算能力的控制器/处理器来处理复杂的矩阵感测数据,也需要更大容量的RAM内存做为暂存区,此外,扫描的时间也会拉长。

不仅如此,此架构在面板的制程上仍有难解的议题:由于ITO导电层并不能穿孔,再将线路从外部链接到控制器,因此讯号线必然得与感测单位布置在同一层的空间中,这就会挤压到感测单元的可感触面积,而缩小面积意味着灵敏度会下降;此外,邻近的走线也容易造成电容泄露的问题。

图二 607号专利中单层自感式架构图

互感式真实多点触控技术

互感式真实多点触控技术由两层相互隔离的水平(列)及垂直(栏)ITO导电层组成交错的矩阵,其中一层为驱动线(driving lines),另一层为感测线(sensing lines),两层的线路彼此垂直。在运作上会轮流驱动一条一条的驱动线,并量测与这条驱动线交错的感测线是否有某一点发生电容偶合的现象。经过逐一的扫描,即可获知确切的触控点位置。

在制程上,交错矩阵式能解决自电容式所面临的复杂绕线问题,不过,要逐一扫描栏列的步骤,仍然是相当耗时的工作。由于每次的全面板扫描中,大部分的时间是花在非触控区上,因此其实可透过更聪明的方法来加速扫描的工作,例如透过回归式(recursive)的作法,也就是一次只扫半区,若没找到,再将另外半区对切一半来扫描,以逐渐逼近的方式来加速找到触控点的位置。

图三 607号专利中双层互感式架构剖面图(注:174 - 触控面板;178及182 – 玻璃基板;177 – 感测线;180 – 驱动线)

图四 双层互感式触控架构示意图(数据源:Howstuffworks.com)

结论

很显然地,随着触控接口的普及,也让触控面板成为了杀手级应用技术。为了拓展或捍卫市场,触控专利的攻防战将会愈演愈烈。目前在中小尺寸多点触控的专利布局上,苹果拥有的7,479,949与7,663,607号专利,分别涵盖了应用面及硬件面的技术,让自己处于进可攻、退可守的绝佳战略位置。

苹果的两大专利涵盖了触控控制IC、触控面板模块、用户接口、操作系统及整机系统等所有层面,对产业的冲击不可谓不大,问题只在于该公司想先向谁开刀?结果是HTC率先中枪(这也是种肯定!?)HTC虽然也掌握不少专利,但偏重机构方面而欠缺基础型的专利,因此对上了苹果的讼诉,结果并不乐观。此外,义隆的5,825,352虽然有其重要性,但其内容与607号似无直接关联,应很难在诉讼上尝到甜头。

因此,想运用投射电容式技术,又想回避苹果专利的手机、Tablet PC、Netbook/NB等厂商,恐怕得选择手势型的解决方案(此策略也可能遭遇义隆方面的控诉风险)。再不然只好另想办法,寻求电阻式、光学式、内嵌式等其他的触控方案出路了。

当然,取得专利授权本来就是市场经营上的正途,也是对专利开发者的尊重及该得的研发回馈。这也说明了专利研发的重要性,而且愈是基础型的专利愈有杀伤力。

(作者为零组件杂志编辑编监,联络方式:ou.owen@gmail.com )

相关活动:05/13-14 2010台北国际触控技术开发论坛(本活动邀请12位掌握触控接口及软、硬件独到技术的代表性专家,分享其技术特色与未来展望。)

關鍵字: 多點觸控專利  苹果  义隆 
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