多点触控设计要面面俱到

所有多点触控系统架构都需要感测元件、控制IC、后端装置驱动软体三大要件。首先是附着或内嵌于LCD萤幕的侦测装置、阵列或是薄膜等感测元件，藉由触控所产生的光、压力、声音​​或者电荷变化等物理讯号，透过控制器读取类比或数位物理讯号并以演算法进行位置解算，然后将前端触控座标点资料传送至PC、NB或是手机等后端以软体驱动。从触控IC角度来看，触控IC厂商在设计初始，便需要从触控面板厂商哪里得知尺寸大小，以便提供最适合的ITO电极channel数建议值，再让触控面板厂商规划触控感测元件，这些触控IC设计都要兼顾面板厂商的空间考量。此外，多点触控控制器也需要兼顾提高处理效能、降低功耗、增加记忆体容量等设计。多点触控的技术要求，是要能辨别并提供触控点之间的真实座标，而手势（Gesture）触控应用，触控IC则只需要辨别并提供2点相对位置即可。真正要能达到真实多点触控的关键，还是在于驱动软体和演算法。

《图一　NextWindow光学触控产业专家暨行销传教师Geoff Walker》

多点触控技术不断精益求精！

目前支援多点触控功能的触控技术包括利用镜头的Surface技术、以CMOS感测光遮断为主的光学式（Optical）、内嵌（In-cell）光学式触控技术、电容导体的投射电容式（Projective Capacitive；PCAP）、切割区块式电阻触控和数位感压电阻式（DMR）这几种触控技术。表面声波式（Surface Acoustic Wave）和LED感测的红外线（Infra-red）触控技术则只能支援两点手势应用。

投射电容日新月异支援触控笔

投射式电容触控技术便是藉由手指接近（近接而非按压）材质电极布线所产生的感应电容，利用纵轴和横列轴线交错式（Axis Intersect）布线或是All Points布线感测电容量变化，达到感测触控效果。投射电容式触控技术可分为自容式和互容式两种，互容感应式的投射电容技术，才能感测并提供控制器绝对真实的座标数据，也才能够支援全区输入（All Points）的功能。而若要利用投射电容触控技术满足多手指真实座标的触控应用，则需要第三种以上的运算，这时系统运算的负担就会增加。

投射电容触控技术在降低杂讯干扰的能力上显著提升，无须经过校正，没有抖动问题，触控精确度高。投射电容面板玻璃外观相当平坦，可加上其他材质可抗刮而不易坏损，使用寿命大幅提升，此外投射电容触控面板玻璃材质厚度也可提高。

投射电容触控技术现在也可以同步支援触控笔功能。 Cypress触控萤幕解决方案行销工程师胡辰育表示，触控笔近接到玻璃或Film触控材质的报点速度和精确度也要更加精准，传回到控制器的讯息，也必须是触控笔每一点移动时的真实座标点指令，满足多点触控全区输入（Multi-Touch All Points）的真实座标报点设计要求。这在控制器元件、触控笔尖感测设计、韧体规划、软体开发选择、降低杂讯等等，都需要完整的解决方案。

在技​​术上这可利用安装在 LCD 面板前精确的电容感应模组，双模式数位板可支援多手指触控应用和触控笔输入功能。投射电容触控结合手写触控笔功能，可增加人机介面触控应用的丰富性开发不同类型运算装置及新型软体应用程式，包括图形套​​装软体、电子游戏、CAD程式等。N-trig亚太区总经理暨副总裁Yaki Luzon便指出，在设计上要让两者数位双模式能够顺畅转换，并且两者功能可同步进行，这时定义各项多手指触控手势的语汇就很重要，这可有助于快速辨识多点触控手势，在进行手写触控应用时，设计上也要达到palm rejection的效果。

Yaki Luzon进一步指出，在投射电容支援触控笔的感测设计上，除了要建立多手指触控词汇资料库外，支援在各种作业系统执行触控功能的软体应用程式也非常重要。多点触控控制器晶片支援多手指讯号处理和同步支援触控笔的控制设计更尤其关键，这里就需要一套功能集，可以提高触控讯息的回应速度、辨识精确度以及触控感测的灵敏度。

电阻式多手指触控越来越精确！

《图二　Cypress触控萤幕解决方案行销工程师胡辰育》

不仅是投射电容，电阻式和光学式也可支援多点触控应用。支援多点触控比较成熟的电阻式触控技术，以切割区块多手指触控和数位感压电阻式DMR为主。

采用切割区块方式的电阻式多手指触控技术，可分割成最多12个不同尺寸等分的触控区域，目前萤幕尺寸可涵盖3～24吋，能够支援最多12支手指同时多点触控的应用，分割的触控区域各自独立，不会相互干扰。不过每一触控区域只能有一个触控点，若有两个触控点，就会产生鬼影问题。控制器厂商可利用时间运算等逻辑运算和操作原理，避免鬼影问题。此外，基于材质特性，AMT多手指触控较可支援低反射高穿透率效果。AMT多手指触控锁设定的应用,以避免误动作的工控安全确认等环境为主。

至于数位电阻式DMR的方式，是以感测接触点面积的电压讯号，再藉由韧体软体运算出面积的重心位置，达到真实座标多点触控功能。 DMR的channel线数最多，因此需要传送速度快、处理效能高的控制器设计。在报点准确度和线性精确度上若要符合真实多点触控的验证要求，则需要靠演算法来补强。同时藉由控制器演算法运算，DMR亦能达到轻触压的功能。目前DMR可追踪5～10个多手指同时多点触控，但也由于channel数最多，所以触控萤幕尺寸以小于11吋为主。DMR技术可应用在Win7、MIDI、电子阅读器和虚拟键盘等。

电阻式触控也可支援全平面触控萤幕应用，然其设计关键在于制程和机构，外观、表面处理、边框印刷、贴合精度、触压等都需要全面考量。户外全平面触控表面处理也要增加抗反射光AR、户内抗炫光AG和抗菌防尘AS等技术。电阻式全平面设计还要考量到彩色印刷、精密印刷层贴合、系统工差、机构边缘设计等。

虽然多手指数位电阻触控采用薄膜制程，尺寸及成本可有效降低，但大型化制程上薄膜的间隔控制是其关键课题，且数位电阻触控接触材质寿命有限，如何控制触控力道在设计上也需克服。

光学式多点触控解析度高！

另一方面，光学触控的硬体架构其实很简单，同样地演算法攸关运算顺畅与否。光学式触控是利用萤幕左右上方两颗CMOS或CCD光学感测器，搭配特殊材质的反射板和处理接收运算的控制器等元件，一颗光学感测元件发射红外线或LED光，光源投射到反射板，再由另一颗感测元件接收，其触控感测原理就是藉由触控物体阻断反射光源的方式，由控制器算出阻断角度，透过三角测量演算法去定位触摸点的位置。

《图三　富创得董事长吴明发》

理论上，光学触控应用面板尺寸没有上限，面板寿命长、可采用玻璃或不用任何基板，因此透光度可达90％以上，也不会影响LCD解析度，更可支援到4096×4096。光学触控导体可为手指及触笔，由于不是直接触摸到面板产生触控效应，因此触控玻璃材质较不会有损耗问题。不过光学触控面板需要在周边内嵌光学镜头，尺寸薄度仍受限于光学感测器的局限，也会受到外部环境光影干扰造成触控感测失焦的问题。使用多颗镜头判别触控点，光学感测镜头的成本也会提高，耗电量也会跟着增加。因此内嵌式光学式触控仍占有一席之地。

内嵌（In-cell）光学式触控技术是在标准TFT LCD面板制造过程中，同时完成触控元件制造的技术。按照高解析画素设计嵌入光学感测触控元件，去侦测二维方向光讯号强弱的触控变化，每一感光元件独立运作不会相互干扰，不仅可达到多点触控效果，更可省材料成本、不用变更既有面板产线流程与参数。内嵌光学感测技术也可避免光学感测面板受到外部光影干扰造成触控感测失焦的问题。如何内嵌元件的技术并不是问题，选择哪种感测元件结构非常重要，这会影响LCD制程的复杂度，此外抗杂讯能力、开口率和透光细节设计也很关键。

各有所长 多点触控技术大评比！

创为精密材料（AMT）总经理室专案经理林福南指出，互容式投射电容虽能满足真实座标的多点触控，不过最难的技术问题不在于All-Points的真正座标是否正确，而是在于tracking，亦即追踪多手指在触控面板上同时移动的真实座标，技术困难度不容易克服，其关键就在于AP和韧体部份。

林福南表示，投射电容触控萤幕最大的优势之一在于材质使用玻璃贴合，透光度高。电阻式若要达到多点触控目标，触控材质要非常平顺，但先天受限于所使用的Film材质透光率只能达到82％左右，若对于Flim材质施以其他改良，手指触控力道又会随着提高，就会面临两难。也因此，投射电容亦可达到全平面（true flat）触控萤幕设计需求，但电阻触控碍于材质先天限制，若多贴一层全平面触控，触控力道就会随之增加。

电阻式触控面板也有ITO材质不断接触导致磨耗的问题，而投射电容式触控面板的ITO材质则是扮演导电的角色，因此耐用性非常高。不过林福南进一步指出，投射电容在低反射高穿透率上的效能则不如电阻式触控，后者只要加上一些偏光板或抗反射膜材质即可，前者若在玻璃表面加上低反射处理、绝缘性很高的塑胶膜，便可能降低投射电容触控面板的感测度。也因此，投射电容触控面板不适合带手套的应用环境，电阻式没有类似问题。

林福南表示，同样地，投射电容对于水滴、落尘、油渍等会影响电容值变化的外在因素较为敏感，但是这可以透过演算法的方式解决。但投射电容绝对不可能应用在水下环境，而电阻式触控则可一试，只要机构防水设计完备即可。投射电容触控面板看起来如此敏感，不过相较于电阻式，投射电容触控面板却可适应高温、高湿、低温的极端环境，在海洋等盐分较高环境中应用效能也比电阻式来的强。

NextWindow光学触控产业专家暨行销传教师Geoff Walker则表示，光学触控技术在Win7、All-in-One PC及其他大尺寸触控面板应用的推动之下，正逐渐成为市场备受瞩目的焦点。综合各项功能来看，光学式多点触控应该会成为AIO的主​​流触控技术，但影响AIO普及度的重要关键，最后还是在触控应用软体。

制程良率不佳 多点触控渗透率偏低

多点触控已是最受欢迎的人机介面选项之一，但是时至今日，多点触控面板的渗透率也还是只有10％上下的比例，并没有广泛渗透应用于各尺寸的终端产品中。一般认为多点触控萤幕的面板成本太高，是导致渗透率无法有效提升最重要的因素。升达科技（Sentelic）董事长林招庆则指出，多点触控面板在制程上的贴合问题，以及其所延伸出来的良率不佳，才是核心关键。

制程变数与专利障碍

多点触控萤幕的感应器阵列（sensor array）制程有各种不同的贴合架构，主要以F/F、F/G、G/G和in-cell这四种架构为主。无论是采用塑胶（Film）还是玻璃（Glass）材质，都会遇到是要采取完全贴合、还是要留出一定空隙的制程难题，至于要留出多少空隙、才会达到触控感应最佳状态，在设计上也是令人伤透脑筋。

更重要的是，多点触控感测阵列各层之间的贴合制程，良率大概都维持在80～85％左右，若采用F/G两层贴合架构，良率可能只有64％左右；若采取F/F三层贴合架构，良率就更可能降低至51％左右。这对于制造多点触控面板的厂商来说，是难以克服的天花板。再加上，抗干扰杂讯设计也是必要的制程项目，但与LCM隔离作用的Shielding设计，已成为他厂专利；in-cell制程中的ITO镀模技术，也已成为特定智财权，这些专利障碍其实也间接加重了多点触控面板制程的成本压力。

《图四　创为精密材料（AMT）总经理室专案经理林福南》

投射电容面板制程良率受阻

此外，一般生产投射电容触控面板的过程，多是以传统的大尺寸玻璃制程为主轴，在经过薄膜制程、黄光和蚀刻制程镀膜ITO条状感测电极之前，玻璃要先经过抛光和高温化强等步骤，这时玻璃多会因高温产生翘取现象，还需经过一道压平手续，玻璃的平整度因而受到影响，经过强化后的玻璃结构强度因此衰减38％。而压平之后的薄膜制程，成膜的均匀度较差，ITO薄膜的品质也因此会降低。此外，黄光制程的光阻涂布品质也较差，UV曝光能量也易不均，显影品质也容易大打折扣；蚀刻制程的湿式蚀刻效率也不够均匀，且不易调整制程控制。再加上切割裂片、研磨、仿型后的玻璃面板还需经过一道与Cover Lens的组装贴合手续，这些都会使得大尺寸触控玻璃制程的良率无法有效提升，只能维持在60～70 ％左右。

多点触控面板的制程变数未解、良率不佳以及专利障碍，亦加深了多点触控产业链整合不易的困难度。多点触控模组的整合设计，应该由系统端还是由IC端来发动，都会牵涉到良率责任该如何归属的核心问题。况且，投入多点触控控制IC的晶片厂商，各有各的专属平台，彼此之间的整合更是难上加难。

半导体投射电容制程改善良率

这些问题，才是导致多点触控应用在各类尺寸终端产品渗透率不高的最大主因。不过有厂商例如富创得已经藉由半导体投射式电容制程，亦即「先切后曝」的改良式小片玻璃生产制程，来提升投射电容触控面板制程良率。这是藉由利用小尺寸的半导体制程技术，先将玻璃进行切割裂片、研磨、仿型后，再进行抛光和化强程序，这样便不会产生翘取问题，因此不会破坏强化后的玻璃结构。另外，切割后的小片玻璃经过薄膜制程，也能够有效控制ITO薄膜的成膜均匀度，如此ITO条状感测电极在小尺寸玻璃的均匀度就会提高，误差率小于1％。而黄光微影则采用如同照相机的直射式曝光方式，更可有效掌握显影品质。

结语

多点触控设计不仅要面面俱到，更要精益求精。多点触控厂商不仅要具备结合控制器和感测元件的模组化设计实力，也要逐步拥有整合多点触控制程与材质设计的能力。多点触控技术不断开花结果，掌握相关软硬体整合能力，厂商也才能在混沌未明的市场里脱颖而出。