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CTimes焦點:剖析多點觸控專利戰局(四)
蘋果7,663,607號專利:真實多點觸控的基礎型專利

【CTIMES 歐敏銓 報導】   2010年05月04日 星期二

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上文提到,採用投射電容式觸控技術來實現多點觸控功能,有兩種方式,一種是手勢辨識的追蹤與互動,採用軸交錯式感測架構就可以做到,而義隆的5,825,352號專利就是對此型式技術的描述。不過,還有一種方式,就是能夠找出多個真實觸控點的感測技術,蘋果在今年2月中取得的7,663,607號專利(簡稱607號專利),則是此類技術的基礎型專利。

投射電容式觸控技術因iPhone而成為眾所注目的技術,然而在一個4吋以下的手機面板上偵測出兩個以上觸控點的真實位置,老實說意義並不大,採用軸交錯式感測技術已經堪用。然而,當觸控面的尺寸大到10吋左右,真實多點觸控感測的重要性才開始顯現出來(例如可以玩兩人的互動遊戲)。蘋果的607號專利在iPad四月初上市前取得,正好用來保護iPad的觸控介面功能。面對義隆的觸控訴訟,蘋果也擁有了足以自清的有利證明。

且看一下此專利的內容簡述:“採用透明的電容式感測技術觸控面板,能夠偵測在觸控面板的平面上,不同位置但同時發生的多點觸控或接近觸控(near touches),並產生代表在此觸控面板平面上代表觸控位置的確切信號,因而能知道多個觸控點的位置。” (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,此專利的重點在於偵測出多個觸控點的確切位置,如圖一。

圖一 607號專利多點觸控感測示意圖

在此專利中詳述了利用投射電容式觸控技術達成真實多點觸控的兩種方法。一種是單層ITO的自感式(self capacitance)技術(業界稱之為獨立矩陣感測單元“Independent-matrix sense elements”技術);另一種則是採雙層ITO的互感式(mutual capacitance)技術(業界稱之為交錯矩陣感測單元“Intersection-matrix of row and column sense elements”技術。

自感式真實多點觸控技術

自感式真實多點觸控技術在玻璃基板上佈上一層ITO透明電極矩陣,其特點在於這些電極代表個別的觸控點,每個電極皆有一條感測線接到面板兩側的感測電路,只要手指接近或接觸,就會與接觸點附近的電極產生電容偶合,並透過感測電路偵測到確切的位置。

在此架構下,由於不需處理上文中鬼點(ghost point)的問題,原則上可感測出的觸控點並無上限,但在實際建置上的難度卻相當地高。由於此架構下的每個感測單元都需與控制器相連,因此解析度的要求愈高,佈線就愈複雜;它需要採用多腳位、高運算能力的控制器/處理器來處理複雜的矩陣感測資料,也需要更大容量的RAM記憶體做為暫存區,此外,掃描的時間也會拉長。

不僅如此,此架構在面板的製程上仍有難解的議題:由於ITO導電層並不能穿孔,再將線路從外部連結到控制器,因此訊號線必然得與感測單位佈置在同一層的空間中,這就會擠壓到感測單元的可感觸面積,而縮小面積意味著靈敏度會下降;此外,鄰近的走線也容易造成電容洩露的問題。

圖二 607號專利中單層自感式架構圖

互感式真實多點觸控技術

互感式真實多點觸控技術由兩層相互隔離的水平(列)及垂直(欄)ITO導電層組成交錯的矩陣,其中一層為驅動線(driving lines),另一層為感測線(sensing lines),兩層的線路彼此垂直。在運作上會輪流驅動一條一條的驅動線,並量測與這條驅動線交錯的感測線是否有某一點發生電容偶合的現象。經過逐一的掃描,即可獲知確切的觸控點位置。

在製程上,交錯矩陣式能解決自電容式所面臨的複雜繞線問題,不過,要逐一掃描欄列的步驟,仍然是相當耗時的工作。由於每次的全面板掃描中,大部分的時間是花在非觸控區上,因此其實可透過更聰明的方法來加速掃描的工作,例如透過迴歸式(recursive)的作法,也就是一次只掃半區,若沒找到,再將另外半區對切一半來掃描,以逐漸逼近的方式來加速找到觸控點的位置。

圖三 607號專利中雙層互感式架構剖面圖(註:174 - 觸控面板;178及182 – 玻璃基板;177 – 感測線;180 – 驅動線)

圖四 雙層互感式觸控架構示意圖(資料來源:Howstuffworks.com)

結論

很顯然地,隨著觸控介面的普及,也讓觸控面板成為了殺手級應用技術。為了拓展或捍衛市場,觸控專利的攻防戰將會愈演愈烈。目前在中小尺寸多點觸控的專利佈局上,蘋果擁有的7,479,949與7,663,607號專利,分別涵蓋了應用面及硬體面的技術,讓自己處於進可攻、退可守的絕佳戰略位置。

蘋果的兩大專利涵蓋了觸控控制IC、觸控面板模組、使用者介面、作業系統及整機系統等所有層面,對產業的衝擊不可謂不大,問題只在於該公司想先向誰開刀?結果是HTC率先中槍(這也是種肯定!?)HTC雖然也掌握不少專利,但偏重機構方面而欠缺基礎型的專利,因此對上了蘋果的訟訴,結果並不樂觀。此外,義隆的5,825,352雖然有其重要性,但其內容與607號似無直接關聯,應很難在訴訟上嘗到甜頭。

因此,想運用投射電容式技術,又想迴避蘋果專利的手機、Tablet PC、Netbook/NB等廠商,恐怕得選擇手勢型的解決方案(此策略也可能遭遇義隆方面的控訴風險)。再不然只好另想辦法,尋求電阻式、光學式、內嵌式等其他的觸控方案出路了。

當然,取得專利授權本來就是市場經營上的正途,也是對專利開發者的尊重及該得的研發回饋。這也說明了專利研發的重要性,而且愈是基礎型的專利愈有殺傷力。

(作者為零組件雜誌編輯編監,聯絡方式:ou.owen@gmail.com )

相關活動:05/13-14 2010台北國際觸控技術開發論壇(本活動邀請12位掌握觸控介面及軟、硬體獨到技術的代表性專家,分享其技術特色與未來展望。)

關鍵字: 多點觸控專利  蘋果  義隆 
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