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投射電容觸控技術應用面面俱到！ 多點觸控「多觸即發」！ 【作者： 鍾榮峰】   2009年06月05日 星期五

瀏覽人次：【17180】 投射電容多點觸控應用精彩可期 2007年Apple的iPhone掀起多點觸控應用風潮，相關投射電容式觸控（Projected Capacitance Touch；PCT）技術應用，也是在iPhone互容技術應用的帶領下才又被世人所關注，備受市場高度矚目。究其實帶領風潮的是iPhone直覺親近使用性的UI介面，而支援UI介面的觸控技術有許多種。因此2007年可說是多點觸控元年，2008年廠商便競相投入多點觸控產品行列，帶動更為廣泛的觸控面板與UI介面應用。 《圖一　投射電容觸控技術應用已在小尺寸手持裝置領域形成一股熱潮 》 資料來源：禾瑞亞（eGalax_eMPIA Technology；EETI） 小於5吋（3.5吋和4.3吋）的小尺寸投射電容觸控面板應用，主要以智慧型手機領域為主，小尺寸投射電容觸控技術應用勢不可擋。中大尺寸觸控應用也因為PND、遊戲機、NB和Netbook產品的發展順勢而起。今年11月即將推出的Windows 7作業系統，更對中大尺寸投射電容觸控螢幕技術應用產生推波助瀾效果。作業系統的底層API設計支援多點觸控功能，提高使用者與介面的互動，軟體廠商也針對Application Layer積極設計支援多點觸控功能，擴大投射電容觸控應用的多樣性。PND結合LBS在地資訊定位服務的趨勢，也帶動觸控螢幕的廣泛應用。目前包括Dell、HP、Apple和Asus等筆電品牌大廠，都已競相與觸控模組和控制器業者合作開發支援Windows 7的Netbook產品，PND廠商也與觸控業者合作開發投射電容觸控模組。Cypress PSoC CapSense解決方案產品經理王一杭預估到2010年，投射電容觸控模組出貨量將有5400萬組，手機、PNDs、PMPs為其主要應用領域。5吋以下以及5～18吋觸控螢幕，會是投射電容技術主要發揮的區塊，目前成長速度最快則是8～15吋的中尺寸投射電容觸控面板。 《圖二　Windows 7未來之應用示意圖 》 資料來源：創為精密材料 各家大廠積極投入投射電容應用 也因此，各家投射電容觸控廠商積極投入開發相關應用產品。目前義隆電子著重開發行動裝置觸控應用市場，除了紮根既有中國山寨白牌手機市場外，也密切與台灣智慧型手機大廠、日本、南韓等手機大廠聯繫，手機約佔整體義隆電子行動裝置觸控應用的80％，其他應用領域則包括PND、數位相機、數位相框、家電遙控等，既有NB Touch pad相關量產模組也在進行當中，支援PND的多點觸控模組也正在送樣當中。今年義隆電子在投射電容技術應用的焦點，會放在Windows 7大尺寸觸控螢幕的模組設計，此次台北Computex展會上，義隆電子也將與國外手機平台廠商合作，展示支援Android手機的投射電容多點觸控模組設計。 《圖三　義隆電子將在Computex展會中展示以軟性FPC為感測材質的投射電容觸控模組，此模組與手機平台大廠合作針對Android手機應用所設計 》 樣品提供：義隆電子 禾瑞亞（eGalax_eMPIA Technology；EETI）業務處處長張志彬則表示，在手持裝置應用的小尺寸投射電容觸控面板方面，禾瑞亞主要與日、韓及台灣多家觸控面板製造商合作，利用Cypress控制晶片及禾瑞亞的韌體設計，開發出能支援兩指手勢（Two Fingers Gesture）、並提供手寫辨認所需的高解析度，能排除表面水滴造成的誤動作問題的解決方案，這已在去年4月量產，並打入中國白牌手機市場。另外針對 Windows 7在真實多點觸控（Real Multi-Touch）的功能要求，禾瑞亞亦以投射式電容觸控技術為基礎，開發出符合中大尺寸Netbook觸控應用，具備真實兩點手勢（Real Dual Touch Gesture）功能、支援真實多點觸控功能的投射式電容產品。禾瑞亞並預計在今年Q2～Q3完成支援Windows 7中大尺寸多點觸控面板及控制器的驗證程序，今年也以中大尺寸投射觸控控制器方案為主要發展重點。 《圖四　Windows 7多點觸控應用可以三根手指畫出流暢線條 》 樣品提供：禾瑞亞（EETI） 不同技術可支援多點觸控應用 包括電阻式、表面電容式、表面聲波式SAW（Surface Acoustic Wave）、Bending Wave以及Acoustic Pulse Recognition等，均無法實現真正的多點觸控功能。創為精密材料總經理趙書華表示，可支援多點觸控應用的技術包括4、5、8線類比電阻式（Analog Resistive）、或是以HP推出TouchSmart為典型的電磁結合電容式（Electromagnetic＋capacitive）、以及投射電容多點觸控技術。一般電阻式常規作法無法支援多手指觸控，改良電阻式設計則可支援多點觸控功能。義隆電子智慧型人機介面設計部系統設計處處長白朝煌指出，大尺寸可藉由畫面分割方式，將某一面向電阻較大的區域進行分割，搭配複數控制器進而支援多點觸控功能。NB上的觸控螢幕理論上也可行，但能否滿足市場價格需求，機構設計上是否可行仍是關鍵因素。 另外還有一種是光學式，例如NextWindow便採用此類技術。白朝煌表示，這是以CCD攝像頭在觸控表面周圍擷取影像，分析判斷多手指近接觸控表面的技術。不過使用多顆鏡頭判別觸控點，攝像頭成本較高，機構（construction）上也會有厚度和重量的缺點，耗電量也會提高，較不適合應用在可攜式裝置。還有其他延伸性的變形應用，例如不改變傳統手機機構設計方式，加一塊軟性FPC感測器搭配控制模組，便可讓傳統手機具備多手指觸控功能的設計（Virtual Keypad with Dome Touchpad），或是因應不同亮度條件環境變化導光調整面板背景顏色的多彩亮光觸控面板模組（Illuminative Touchpad Module）設計。 《圖六　改良式多彩亮光觸控面板模組（Illuminative Touchpad Module）設計示意圖 》 資料來源：義隆電子（ELAN）

改良電阻式觸控設計要點

義隆電子系統設計處處長白朝煌表示，一般採取按壓觸控的電阻式面板若要支援多手指觸控在技術上較不可行，因為電阻式面電阻一般靠按壓點分壓，藉由控制器計算AC/DC電壓訊號進行感測，這種設計只能支援單點觸控功能。

有些客戶會要求在既有電阻式觸控的基礎上達到多點觸控功能，觸控方案廠商便提出改良電阻式設計，將面電阻分成好幾條感測軸，藉由感測軸計算接點位置，這樣的設計也較具價格競爭力。Cypress產品經理王一杭亦表示，有些廠商會提出改良式可支援多點觸控的電阻式觸控設計，利用多手指觸控接觸電阻式面板的時間差，讓掃瞄速度快於多手指觸控面板的時間差，偵測出多手指的觸控位置。

《圖七a　多點觸控面板技術示意圖 》 資料來源：熒茂光學（Mildex）

《圖七b　多種觸控面板設計形狀示意圖 》 資料來源：義隆電子（ELAN）

已有廠商宣示可藉由改良電阻式設計達到多點觸控效果。創為精密材料總經理趙書華便表示已成功開發出在13～22吋大尺寸面板上採用電阻式多點觸控技術的能力。這是藉由區域分割面板設計、在同區域內只能觸控一點作為區隔，可支援12區共12點的多點觸控應用。分區線則採用獨特技術使其分線不被肉眼輕易辨識出來，觸控畫線在區域分線之間的連續流暢度則交由軟體處理。客戶亦可自訂區域規劃，觸控訊號只需藉由單顆控制器便能處理。這種改良電阻式多點觸控控制器及韌體設計也正在申請專利確認當中。禾瑞亞業務處處長張志彬亦表示，禾瑞亞也提出改良式電阻觸控方案AMR（Analog Matrix Resistance），應用於10.1吋和16吋的樣品也已經出爐。

《圖八　創為精密材料總經理趙書華表示，支援電阻式多點觸控是藉由區域分割面板設計、在同區域內只能觸控一點作為區隔，可支援12區共12點的多點觸控應用。分區線則採用獨特技術使其分線不被肉眼輕易辨識出來，觸控畫線在區域分線之間的連續流暢度則交由軟體處理》

改良電阻式觸控無法偵測真實座標位置

不過由於電阻式觸控力道需要藉由按壓動作方可感測，按壓動作需要較為柔軟的材質搭配，因此電阻式絕大多數會採用塑膠材質，電阻式按壓動作較不適合諸如ITO材質在玻璃或是PET的透明電極條狀設計。也由於電阻式觸控螢幕必須依賴觸控表面的機械彎曲，因此會因磨損更換縮短材質使用壽命。更重要的是，電阻式觸控無法支援全平面觸控需求，並且改良電阻式觸控無法偵測真實座標位置。Cypress產品經理王一杭便表示，利用多手指觸控接觸電阻式面板的時間差、偵測出多手指觸控位置的方式，也較不能支援精確感測多顆手指同時接觸面板的位置。

《圖九a　Vista觸控筆標準動作方向及對應指令示意圖 》 資料來源：創為精密材料

《圖九b　支援Windows 7作業環境的幾個標準手指觸控動作 》 資料來源：創為精密材料

Windows 7對多點觸控技術要求更為嚴謹

Windows7 與Vista 作業系統中均內建了Flicks功能，其功能主要是透過作業系統所定義的手寫輸入裝置，進而實現Gesture的功能。例如當使用者在觸控螢幕上畫出往左樣式，便能觸發系統送出「上一頁」之指令。 Windows 7與 Vista預設了4～8種Flicks功能，而在Windows 7中也提供了幾種雙手指手勢的支援，包括縮放、平移及旋轉。這種雙手勢需要搭配支援多點觸控的觸控螢幕。

《圖十　禾瑞亞（eGalax_eMPIA Technology；EETI）業務處處長張志彬表示，Windows 7作業環境對於多點觸控的定義更為嚴謹，微軟對於觸控控制器支援Windows 7有制訂出相關標準，包括多手指觸控時的報點速度、直線測試的精確度、或是多點測試的精確度、單點點擊和雙點點擊的精確度、畫面圖形計算或觸控準星的誤差值等等》

禾瑞亞業務處處長張志彬更清楚指出，Windows 7作業環境對於多點觸控的定義更為嚴謹，微軟對於觸控控制器支援Windows 7有制訂出相關標準，包括多手指觸控時的報點速度、直線測試的精確度、或是多點測試的精確度、單點點擊和雙點點擊的精確度、畫面圖形計算或觸控準星的誤差值等等。Windows 7標準並要求多根手指在觸控面板的移動所傳回控制器的訊息，必須是手指每一點移動時的真實座標點指令，而不是手指的相對位置變化。傳統的4、5、8線電阻式觸控和表面電容式設計，就無法滿足Windows 7對於多點觸控更為嚴謹的要求。

《圖十一a　電容式感測器感應原理示意圖 》 資料來源：熒茂光學（Mildex）

《圖十一b　投射電容觸控原理示意圖 》 資料來源：Atmel

投射電容觸控與電阻式技術比較優勢

Atmel觸控式產品市場總監Christopher Ard亦認為，儘管典型的電阻式觸摸解決方案也許可以實現某些有限的手勢，但無法直接進行多觸觸控測量。投射式電容觸摸技術擁有許多優點，與電阻式觸控技術相比，在可靠度、靈活性、光學特性、偵測速度等部分相對具有優勢：

電容觸控技術要點

電容觸控技術是利用手指近接電容觸控面板時所產生電容變化的觸控技術。熒茂光學觸控面板事業處行銷部區域經理羅毅真表示，電容觸控有兩個重要電容參數，其一是手指和上層感測材質（例如ITO）之間的感應電容，其二是感測材質之間（例如ITO上下層）或感測材質與光學面板之間（例如ITO和LCD）的寄生電容。Cypress產品經理王一杭表示，導體與導體之間會產生寄生電容，而當手指導體接近不同電壓的感測導體時，也會產生感應電容變化。電容感測效應便是如何在較大的寄生電容值（30 pico Farad；pF）下，偵測到0.1～2個pF單位微小的感應電容變化。盛群半導體設計中心產品二處處長王明坤認為，電容觸控技術較為穩定、可靠度高，藉由人體本身就是一個電容體的特性，在接觸觸控面板時所產生的電容變化達到感測觸控效果。Atmel市場總監Christopher Ard表示，感測器設計可以是單面ITO圖形，用於最低功能性介面，例如單觸摸點用於大型虛擬按鈕、滑塊等應用，不過更常見的實施方案是兩層設計（單獨的X和Y層），這便需要複雜度更高的性能和精準度。

《圖十二　投射電容觸控面板結構示意圖 》 資料來源：熒茂光學（Mildex）

表面電容觸控技術要點

電容觸控技術可分為表面電容和投射電容兩種。表面電容（surface capacitance）比較適用於大尺寸觸控螢幕，其也是利用排列之透明電極與人體間結合所產生之電容變化，從所產生之誘導電流來偵測觸動座標。在面板感應區的四個角落使均勻電場成形於面板表面，當手指觸動時，可使電場引發電容充電效應，面板上的透明電極與手指間形成電容耦合，進而產生電容變化，經由控制器轉換將電流強度比例相對於四個角落之差異，進而計算出觸動位置。表面電容技術雖然生產容易，但需進行校準工作，也得克服難解的EMI及噪訊問題。最大的限制則是，它無法實現多點觸控功能，因電極尺寸過大，並不適合小尺寸手持設備設計。不過表面電容式感測器已成為取代機械式按鍵、開關、及滑桿（sliders）的熱門選擇，例如盛群主要以開發表面電容式MCU和ASIC技術為主，應用在LCD和LED顯示以及與主控制器或CPU通訊的高速串列傳輸介面控制器，應用領域包括各種家電類、醫療、玩具用品等，選單式與Touch Key應用雷同，和矩陣式應用皆可。

《圖十三　圖左為盛群半導體設計中心產品二處處長王明坤，右為盛群半導體微控制器產品處市場企劃部工程師陳南強》

投射電容觸控技術要點

投射電容應用其實行之有年，義隆電子系統設計處處長白朝煌和Cypress產品經理王一杭均表示，例如NB上的touch pad便使用投射電容技術達到單手指觸控效果。除了單手指觸控之外，還包括Multi-Touch和Multi-Touch All-points這兩種多手指接觸電容觸控面板的變化。王一杭進一步指出，多手指接觸電容觸控面板移動的行為變化（Gestures），其典型包括rotate、two-finger flick、zoom-in/out幾個動作。Gesture是手指觸控螢幕在一定的時間與區域內，繪出一定的軌跡樣式時，即時觸發軟體所提供的特定功能。

投射式電容觸控技術便是藉由手指接近（近接而非按壓）材質電極佈線所產生的感應電容，利用縱軸和橫列軸線交錯式（Axis Intersect）佈線或是All Points佈線感測電容量變化，達到感測觸控效果。有2種方式可實現投射電容式觸控感測，一種是自容（self-capacitance）感測，另一種為互容（mutual-capacitance）感測。按照這2種原理，可以設計不同的投射電容式架構，其多點觸控功能也因此不同。一種是偵測多手指的觸控移動之間的相對位置和角度，例如縮放、拖拉、旋轉…等，此採用軸線交錯式（Axis intersect）技術；另一種則是可偵測出多點觸控個別位置的絕對座標，此採用所謂All points多點觸控技術。

《圖十四　軸交錯矩陣式設計（Axis Intersect Sensor Matrix） 》 資料來源：Cypress

iPhone採用電極互容感測技術

互容偵測技術其實也是Apple iPhone開發多點觸控技術的基礎。義隆電子系統設計處處長白朝煌表示，嚴格說來，Apple iPhone並非採用投射電容技術，而是以感應電極方式為主，用電極與接收電極的互容關係（mutual capacitance）感測手指的電容變化，以此達到偵測手指效果，將手指感應位置偵測出來。中間介質感測器的包覆材料則以玻璃或是塑膠為主。但控制器要能判斷出近接的物體為何，則需要DSP引擎搭配運算。感測面板上的感測電極佈線先偵測出近接物體投影的位置與範圍大小，DSP則可進一步運算近接物體邊緣的輪廓線（contour），才可知近接物體為何，向主機端傳遞判斷訊息。禾瑞亞業務處處長張志彬亦認為，iPhone所使用的觸控技術其實是以辨識兩手指的相對動作變化為基礎。

投射電容與表面電容觸控技術比較優勢

Atmel市場總監Christopher Ard表示，表面電容元件雖然滿足一些額外要求，但仍只能應用在解析度有限的前表面感測器，對於正確位置附近無意間造成的觸摸點非常敏感，因此往往導致感測位置錯誤。相較於投射式電容方案，表面電容元件需要更高功率來驅動典型的感測器，因此功耗高。此外在性能上相較於表面電容方案，在一定的功耗水準下，投射式電容方案的成本較低，整體性能也較好。表面電容方案則往往難以保持校準狀態，很快會從校準狀態漂移。

《圖十五　應用在NB的電容式觸控touch pad示意圖 》 資料來源：義隆電子（ELAN）

自容偵測多點觸控技術

王一杭指出，Multi-Touch接觸電容觸控面板只需偵測多手指的觸控移動之間的相對位置和角度進行對比，因此在電容偵測技術上多採用自容（self-capacitance）方式，亦即只偵測每條trace或sense element的縱軸（column）與橫列（row）軸線交錯（Axis Intersect）矩陣式（Matrix）的電容增加變化量，每一條均為sense operations，偵測次數以加法計算。自容偵測方式無法辨識多手指近接觸控感測軸線的絕對座標。這裡需注意的是，column和row感測導體之間不會真正交叉，而是以絕緣材質作為中介相互貼合。

《圖十六　Cypress PSoC CapSense解決方案產品經理王一杭表示，All-Points互容偵測技術不僅可精確偵測多手指的絕對位置，同時也可偵測判斷下一動作gesture的相對位置，亦可解決鬼影問題，對於較為敏感的rotate動作也能更為精確偵測出來》

All-points互容偵測多點觸控技術

王一杭進一步指出，Multi-Touch All-points則採用互容（mutual-capacitance）偵測方式，亦即偵測導體之間會產生相對（寄生）電容的變化，互容偵測把所有區域數位化，把整個面板規劃為多少乘多少的感應點。偵測sensor之間軸線交叉（Intersection）的電容減少變化量，偵測數目以乘法計算，每一交叉點均為sense operations。王一杭表示，多手指觸控電容面板仍會產生自容變化，偵測互容電容變化量便可滿足Multi-touch All-Points觸控要求，亦即能夠偵測多手指觸控的絕對座標，All-Points觸控技術則可支援超過5根手指。

因此互容偵測不僅會提高作業系統Application Layer的設計複雜度，也會提高控制器韌體因應手指位置運算（location processing）和演算法（algorithm）的複雜度，這些訊息藉由各類模組介面包括I2C、SPI、general purpose I/O等，傳送到後端控制器，對於scan time和report 要求更為迅速，例如Windows 7便要求一般指令回應速度反映時間要在10ms以下。

互容偵測亦能解決鬼影問題

義隆電子系統設計處處長白朝煌指出，正因為自容偵測方式會使得控制器韌體演算法（algorithm）無法辨識多手指近接觸控感測軸線的絕對座標，進而無法精確偵測多手指的絕對位置，因此會產生所謂鬼影誤點（ghost points）問題。鬼影便是感測佈線偵測手指方位時、產生偵測位置變化量辨識不夠精確的問題。

《圖十七　義隆電子已取得在多手指（multi-finger）偵測技術基礎而關鍵的專利確認 》 資料來源：義隆電子（ELAN）

Cypress產品經理王一杭表示，解決鬼影問題的方式可分為邏輯改良和All-Points解決方式。邏輯改良包括時間差和分割區塊方式，時間差是利用多手指觸控接觸電阻式面板的時間差，讓掃瞄速度快於多手指觸控面板的時間差，偵測出多手指的觸控位置。但韌體需要時間運算動作前後的指令訊息差別。至於採取分割區塊方式的多點觸控設計，若多手指在同一區塊近接觸控還是會產生鬼影問題，因此每一區塊只能有單一手指觸控，才不會產生鬼影問題。

只有All-Points互容偵測技術不僅可精確偵測多手指的絕對位置，同時也可偵測判斷下一動作gesture的相對位置，亦可解決鬼影問題，對於較為敏感的rotate動作也能更為精確偵測出來。白朝煌因此說明指出，以往義隆電子的觸控控制器以自容偵測為主，目前新設計方案均可支援自容和互容偵測功能，義隆電子的方案以強調多點觸控和取消鬼影（ghost free）技術為核心內容，目前已在多手指（multi-finger）偵測方面具備非常基礎且關鍵的技術專利，在互容偵測方面目前義隆電子也針對相關技術提出專利申請確認當中。

《圖十八　投射電容觸控模組設計整合控制器、感測材質、顯示元件和前端面板 》 資料來源：Atmel

Multi-Touch All-points技術應用廣泛

因此Cypress產品經理王一杭認為，其他多點觸控技術或可偵測多手指的相對距離和位置關係，但只有投射電容觸控技術可精確偵測手指的絕對定位，亦即可支援All-Points多手指觸控應用。投射電容觸控技術相較於電阻式而言，支援多點觸控應用較具可靠性和互動性，同時更可支援多點觸控All-Points功能，亦即可精確偵測多手指同時接觸螢幕時的絕對位置，以及多顆手指同時在螢幕移動的變化。這在Netbook或PND等可攜式裝置應用上，可大幅提高GPS導航和LBS在地資訊定位服務的精確性，亦可大幅提昇可攜式遊戲的互動性應用。更進一步地，這種All-Points技術亦可應用於清晰偵測近接於觸控面板的物體輪廓與形狀，在辨識應用上可藉由電容面板數位化的感測點清晰辨識個人面容，未來更可推廣延伸於shape sensing應用。

《圖十九　熒茂光學觸控面板事業處行銷部區域經理羅毅真指出，投射電容觸控面板所需技術也是各類技術之整合，包括玻璃成型、鑽孔、強化技術；Decoration處理技術、投射電容觸控面板設計和製程設計；貼合技術（玻璃與玻璃G/G貼合、Glass/Film/Film貼合）；還需配合IC韌體開發，針對大尺寸訊號處理特性修正設計等》

投射電容觸控技術整合機、光、電三大要素

投射電容技術不僅是電容觸控感測方法的技術，義隆電子系統設計處處長白朝煌便很清楚地指出，投射電容觸控技術應用是整合光學、機構、電路三大要素。光學部分牽涉到背光照明、光線散射效果等；機構則包括導電材質透光性、電阻性與厚度、還有面板尺寸大小等；電路包括感測佈線的解析度、電阻性和控制器電路分佈等。控制器與感測元件整合的模組設計，更要照顧到整合機、光、電三項因素；模組製程包括組合到機構之內的控制器和感測器佈線，以及結合包覆材料以及所需的貼合技術，各自工作製程都需要緊密的相依性。調整相依性因應不同客製化設計需求，各方面的trade off非常關鍵，因此模組化設計可先替客戶照顧到光、機、電三要素，不過也有承擔各方面良率差異的風險。

不同應用之下對於機、光、電的要求考量也不盡相同，例如ITO材質需考量透光性設計，但NB的touchpad便無須考量光學設計。熒茂光學行銷部區域經理羅毅真便指出，投射電容觸控面板所需技術也是各類技術之整合，包括玻璃成型、鑽孔、強化技術；Decoration處理技術、投射電容觸控面板設計和製程設計；貼合技術（玻璃與玻璃G/G貼合、Glass/Film/Film貼合）；還需配合IC韌體開發，針對大尺寸訊號處理特性修正設計等。Cypress產品經理王一杭和創為精密材料總經理趙書華亦不約而同地認為，控制器偵測能力和感測佈線多寡，決定了不同材質特性及厚度下偵測電容變化和精確度的關鍵，也因此Atmel市場總監Christopher Ard亦點出，無論是電容還是電阻觸控感測器，都具有「半客製化」的設計特性。

《圖二十　義隆電子以ITO感測材質為基礎、針對5.2吋觸控面板應用在PND裝置所設計的投射電容觸控模組 》 樣品提供：義隆電子（ELAN）

電容觸控需注意不同感測導體材質特性

白朝煌進一步表示，電容觸控感測器材質的施作方式有好幾種，其中包含PCB、軟性FPC、ITO透明電極等三大類。其中又以ITO最受青睞。ITO就是氧化銦錫，是一種導電材料，可依據不同應用，放置於玻璃或是PET塑膠薄模，在當成膠膜使用時，也會呈現透明狀。ITO已被應用在電阻式觸控螢幕應用。不過如前所述由於電阻式觸控螢幕必須依賴觸控表面的機械彎曲，材質較易磨損，而電容式ITO觸控螢幕不須依賴機械彎曲，這是電容式ITO觸控螢幕優於電阻式觸控螢幕的優勢之一。創為精密材料總經理趙書華進一步表示，感測導體材質佈線的設計形狀，可以是鑽石、方塊、或是矩陣佈線等；而投射電容面板的製程方式可以是玻璃貼玻璃、玻璃上貼多層、玻璃貼Film等。一般設計上觸控面板越輕薄越好，觸控感測度越靈敏，但是玻璃材質強化處理的耐摔設計便非常重要。熒茂光學區域經理羅毅真表示，光學膠厚度和玻璃厚度所影響的感應電容在設計觸控面板時也需一併注意。

《圖二十一　單層和雙層Glass/Film貼合ITO感測材質結構示意圖 》 資料來源：Cypress

Cypress產品經理王一杭表示，ITO上的感測導體track越小越密，當然越能提高感測解析度（resolution），不過track太小太密，也會提高ITO的阻抗，track的寄生電容也會因阻抗而增加許多，反映速度也會減緩。此外在電容觸控面板設計上，overlay不能加上任何金屬材質，這會干擾阻礙感測器對於微小電容的感應能力。因此解析度、掃瞄速度和感測品質之間如何取得平衡是其重點。羅毅真表示，感測材質的電阻值取決於佈線形狀的大小，以及佈線形狀之間的橋段寬度，若是採用軸線交錯矩陣設計（Axis Intersect Sensor Matrix），那麼縱軸與橫列之間的寄生電容在設計時也要注意考量。。

Atmel觸控式產品市場總監Christopher Ard指出，觸摸的靈敏度受限於相關的面積、亦即是X和Y電極在柵格點上的相交之處。這意味著控制晶片和感測器之間的線跡（wiring track）對於觸摸非常不敏感，因此控制晶片較適合置於主電路板的遠處。Christopher Ard並表示，藉由電荷轉移（Charge Transfer）技術基礎，用於電容至數位轉換（capactive to digital conversion；CDC），以此方法實現訊噪比的電容觸摸測量。當與矩陣技術配合使用時，可以將觸控式螢幕感測器建構成一個完整的感測器陣列，在表面產生電荷圖像，繼而提升感測品質。矩陣和和電荷轉移技術的結合使用，並可提高觸控式螢幕區域的靈敏度。

《圖二十二　ITO感測材質貼合在玻璃的電容式觸控模組 》 資料來源：義隆電子（E-LAN）

透光性根據材質搭配設計

因此，義隆電子系統設計處處長白朝煌強調，ITO是一透明導電電阻材質設計，無論是應用在投射電容或是電阻觸控，都能達到透光性高的效果。透光性主要是考量感測材質為主，若投射電容搭配玻璃感測材質，透光性自然比電阻式搭配PET要來得高。也有客戶會以不透光性作為設計考量，投射電容也可搭配PET材質達到近接感測觸控效果。

對於電容觸控控制器廠商來說，如何在多種非傳導性（non-conductive）的overlay材質和各種厚度下，設計控制器偵測到微弱的手指導體電容變化，相關軟硬體設計便非常關鍵。ITO或PCB屬於不同的導體材質，在材質上也會按照客戶需求覆蓋不同厚度的overlay或coverlace，這就會影響手指導體電容訊號的偵測度。材質絕緣能力（dielectric values）越好，對於微小電容感應的能力也越佳。ITO透明電極材質本身就會有電阻性存在，鍍厚或許可降低電阻性，但是透光性也會因此受到影響。

《圖二十三　PCB和軟性FPC可應用作為觸控感測材質 》 資料來源：義隆電子（E-LAN）

Atmel就開發出特定的ITO圖形設計，搭配觸控式螢幕驅動器晶片，邊線、尾部位置和通道數量是與螢幕尺寸和整體設計需求相匹配，並提供極高的訊噪比。Atmel也強調自身觸控晶片能夠容忍相對較大的雜散電容和相當高的電阻傳感元件。禾瑞亞目前便以開發支援ITO感測結合玻璃材質的投射電容觸控控制器方案為主軸，可清晰偵測出在厚度高達3公釐的coverlace情況下的觸控電容訊號，全平面設計也沒有問題。不過在Film-to Flim大尺寸規格上礙於電極特性關係，尚無法提出可支援的控制器方案。

小尺寸投射電容觸控講究回應速度與位置精確

Cypress產品經理王一杭表示，小尺寸電容觸控技術設計上要求掃瞄、運算和TS速度快，觸控螢幕休眠後的首次觸控回應速度（first touch response）和一般指令回應速度也要夠快，後者要求在10ms以下，前者則按照應用程度不一，但大約在300ms以下。另外精確度（accuracy）和位置（position）也需正確，前者是手指近接位置與即將觸控位置之間差距的絕對數據，後者是手指觸摸之後是否運算出相同的座標指令。

大面板尺寸會影響投射電容ITO感測解析度

王一杭並表示，相較於小尺寸，大尺寸對於精確度要求約低40～50％左右，至於multi-gesture的反映時間，會因為面板尺寸較大、動作距離大而較緩。而在response time部分，像是Windows 7要求在10ms左右，這對於中大尺寸電容觸控設計來說負擔較重。

此外，白朝煌進一步指出，投射電容觸控面板尺寸大小會影響ITO感測電極佈線距離的長短，距離越長其電阻性越大，訊號衰減的問題越嚴重，因此控制器可能無法有效分辨訊號，觸控解析度受到嚴重影響。禾瑞亞業務處處長張志彬亦表示，由於sensor構造因素，投射電容觸控面板尺寸越大，其channel數越多，目前的控制器方案尚無法有效支援中大尺寸高channel數的需求。

不過上述問題似乎已經漸漸被克服，現在廠商已經陸續開發出超越5吋的投射電容面板設計。像是義隆電子已成功開發出可支援5.2～5.3吋觸控面板的投射電容模組。禾瑞亞已與投射電容廠商也合作中大尺寸Board-level控制器解決方案，在符合Windows 7作業環境下，可有效調整支援7、8.9、10.1、11.6以及15吋的中大尺寸投射電容觸控面板，已能克服相關偵測解析度和訊號處理問題。但是張志彬表示，以目前走線方式來看，投射電容觸控大尺寸螢幕可能在19吋以上就會面臨侷限，那就需要另一種全新的機構構造和技術。

《圖二十四　Atmel觸控式產品市場總監Christopher Ard表示，濕度或溫度變化會影響電容性測量的基線，電容性觸摸感測器表面的水分往往被認為是難以應對的問題，因為它會引起錯誤的檢測，這便需要借助測量背景電容或參考電平來不斷追蹤和調節》

投射電容易受環境干擾

禾瑞亞業務處處長張志彬和盛群設計中心產品二處處長王明坤均認為，投射電容的感測精確度容易受到外界濕度、水氣、溫度和電磁性等環境干擾，觸控螢幕的觸控反應時間、操作流暢度、觸控時的操作敏感度與精確性也會受到影響。Atmel觸控式產品市場總監Christopher Ard表示，濕度或溫度變化會影響電容性測量的基線，電容性觸摸感測器表面的水分往往被認為是難以應對的問題，因為它會引起錯誤的檢測，這便需要借助測量背景電容或參考電平來不斷追蹤和調節。其他典型的系統雜訊還包括接地引起或來自LCD，有時也存在其它的噪音源。在這裡Atmel採取的方式是當表面存在水分時，控制器技術會對比手指觸控式螢幕表面的情況，在訊號的方向中產生一個相反的變化，於是，觸摸檢測演算法就忽略這一變化，不受干擾影響觸控精確度，同時晶片能夠進行大量數位訊號處理，以減輕雜訊問題。

控制器韌體設計至為關鍵

由於不同電容觸控導電材質特性，加上不同包覆材質特性與厚度以及各種應用環境，投射電容觸控技術應用需周詳考慮機、光、電的整合設計，因此控制器本身韌體（firmware）要因應機、光、電的客製化調整，設計出最適切的觸控指令集，以調校出最適合的電容感測靈敏度。上述已經提到，All-Points互容偵測也會提高控制器韌體因應手指位置運算（location processing）和演算法（algorithm）的複雜度。例如一般人的大拇指尺寸介於6～10mm之間，由於多手指電容觸控會因手指本身大小產生不同微量變化的電容量，這就需要彈性調整靈敏度。同時在多種非傳導性（non-conductive）的overlay材質和各種厚度下，設計控制器偵測到微弱的手指導體電容變化，相關軟硬體設計便非常關鍵。這些客製化調整需要相當豐厚的實務經驗累積，才能在設計初期階段預先設定最恰當的指令給控制器，調整相關靈敏度並降低干擾度。

韌體設計是各家電容觸控技術廠商最最關鍵的know-how，在此方面各家均嚴守機密，一般而言主要以訊號處理和演算法（algorithm）為核心。義隆電子系統設計處處長白朝煌表示，義隆在多手指觸控的專利便以硬體結合韌體為主，多手指專利清晰偵測多手指數量在觸控面板的位置，由韌體啟動硬體偵測參數，參數資料交由韌體處理，而手指移動包括座標變化量、相對距離和角度變化便交由韌體進行後處理。Atmel觸控式產品市場總監Christopher Ard表示，偵測觸控訊號可以視為前端資料捕獲的一部分，以極快的速度產生電荷圖像，為使用高效內核進行後處理作好準備，產生觸摸資訊如多個XY位置，並向主機報告，這就需要結合非常快速的訊號捕獲功能和高效後處理能力，同時當捕獲資訊並完成處理後，控制晶片也要能夠進入低功耗模式，直至下一次循環開始。

《圖二十五　Windows 7支援手指觸控力道不同顯示畫線粗細示意圖 》 樣品提供：禾瑞亞（EETI）

盛群半導體設計中心產品二處處長王明坤表示，韌體設計需要厚實的經驗累積，電容觸控軟硬體設計做出來並不會太難，但是符合各類環境需求的韌體設計，複雜度就相當高。王明坤表示，由於易受干擾，因此控制器自我調校偵測功能便非常重要。這裡累積更深厚的經驗值和數據尤其關鍵。另一方面在電容觸控控制器設計之初，就必須與觸控面板和感測元件廠商密切合作，因為要能偵測到微小電容變化，軟硬體整合與周邊元件整合搭配的技術服務能否到位，尤其重要。

禾瑞亞業務處處長張志彬也強調，投射電容觸控韌體控制技術，需視各類不同觸控面板應用需求進行彈性設計，調校內容也會更為複雜。例如為有效清晰偵測大尺寸投射電容的觸控位置，禾瑞亞在韌體上也藉由演算法和訊號處理設計來增加效能。禾瑞亞在韌體控制的研發人員就超過整體觸控部門的一半，可知韌體設計對於電容觸控品質的關鍵程度。

投射電容不能也不會全面取代其他觸控技術

張志彬進一步認為，所有的觸控技術都有先天上的優缺點，投射電容也無法全面取代其他觸控技術，實際上也沒有發生過，因為不同觸控技術解決方案應用都有各執擅長所在。儘管電阻式觸控無法支援全平面觸控需求，但是電阻式觸控應用在山寨白牌手機市場，仍具有價格上的絕對優勢。

價格過高正是投射電容技術應用影響力受到侷限的關鍵。王明坤亦表示，電阻式觸控價格低廉，應用廣泛，投射電容短期仍無法全面取代各級觸控應用。王一杭便指出，電阻式觸控螢幕價格便宜是其一大優勢。例如以Netbook 10.1吋規格為例，電阻式觸控模組價格約為15～18美元，佔整體PC BOM價格4～5％左右，但投射電容觸控模組價格則高出2倍左右。

不過白朝煌、張志彬和趙書華均相信，未來投射電容觸控技術在中大尺寸觸控螢幕絕對是主流應用，但應用層和觸控介面軟硬體要能適切配合，icon設計也會因應投射電容手指觸控應用而更加親近。王一杭則認為手機、PND、MID和PMP會是目前投射電容觸控應用大放異彩的領域。王明坤則認為，電阻式觸控不會就此銷聲匿跡，無論哪種尺寸的觸控面板，未來都要考量如何提升人機介面UI的親近性和便利性，軟體應用層設計的豐富變化與否，將深刻影響著投射電容觸控的應用廣度。