觸控技術發展，其實已行之有年，然而自iPhone推出，為觸控市場投下震撼彈，電子產業了解到，觸控螢幕並非只是小眾市場，其實足以成為主流輸入介面。iPhone證明好的觸控介面，確實能取代大多數鍵盤功能，並賦與使用者更直覺、便利的操作體驗；以更大的面板替代鍵盤，還能設計出更輕薄、時尚造型；加上完全採用固態面板技術，不需擔心鍵盤、滑輪等機械零件故障問題。

電容式觸控 從iPhone說起

根據市場調查機構iSuppli研究顯示，未來多重觸控面板市場規模，將從2007年1.1億美元，成長至2012年的4.3億美元，年複合成長率達31％。從iPhone的Multi-touch開始，人機介面操控方式有了全新的風貌，不少電容式觸控技術業者因iPhone手機熱賣而受惠。不只手機應用領域，未來觸控技術商機，也有機會拓及各類可攜式產品、家電應用。

其實這些優點早就存在，為何到現在才發現此技術的不凡？這是供需上的時勢所趨。今日手機內建功能愈來愈複雜，尤其是智慧型手機，iPhone貼心的觸控介面，讓智慧型手機有機會贏得更多人的青睞。多點觸控功能出現，造成使用介面的新革命，用戶能以更直觀的方式使用產品。

然而，有需求而沒技術，仍只是空談。在中小尺寸面板的手持式市場上，一向是電阻式觸控螢幕的天下，但iPhone改採投射電容式技術實現多點觸控功能，讓大家將注意力轉移到新的觸控技術。除iPhone，還有LG Prada手機、iPod Touch、Samsung Yepp YP-P2媒體播放器等，都採用投射電容式觸控技術，可見此技術已從小眾走向大眾市場。

《圖一　電阻式螢幕成本低，但具有許多設計限制》

電容式觸控出頭天

事實上，早在1990年代，IBM及羅技（Logitech）就曾提出過多點觸控的概念，因此並非最新的技術。然而蘋果公司卻是首先將多點觸控技術整合於手機操作介面，且應用上非常成功的案例。iPhone的觸控屏一改使用者過去操作手機只能使用鍵盤，或以Stylus筆尖觸控等輸入方式，在沒有鍵盤的手機上，現在已經可以利用多根手指在螢幕上進行放大縮小、移動瀏覽、操作輸入等不同動作指令。

多點觸控技術捨棄傳統電阻式觸控以單指或觸控筆單點觸控螢幕的方式，改採投射電容式技術，就是看中了電容式觸控具有更高的透光率、以及在螢幕色彩表現較優越的呈現效果。電阻式與電容式兩者技術差異可歸類如下：

電容式觸控以取代手機按鍵功能為主

電阻式觸控面板除了本身生產廠商眾多、擴產快速外，加上其上游關鍵零組件供應商日東電工的雙層ITO薄膜（ITO Film）新產能大量開出，產能比起過去多出3倍，在預期未來原料供應無虞的情況下，電阻式觸控面板恐將難擺脫供過於求的命運。

以目前市場發展而言，觸控面板廠表示，電阻式由於具備價格優勢，因此腳步較電容式更快，其中三星、LG近期推出、或即將推出的新款全螢幕觸控手機，幾乎都是採用電阻式技術為主。電容式技術在全螢幕觸控手機的發展上，受限於價格及生產門檻較高，因此除了少數幾款主打品牌形象的機種，以及蘋果的經典代表款iPhone外，電容式觸控現階段仍以取代手機功能按鍵為主，但其應用範圍也有逐漸擴大的跡象，顯見未來仍有相當大的發展空間。

2008年推出的全螢幕觸控手機，包括LG內建500萬畫素相機的Viewty、及採用Windows系統的KS20。而三星全螢幕觸控手機也相當多，包括同樣內建500萬畫素相機F480、採用3.2吋寬螢幕的F490、智慧型手機F700、以及與時尚品牌合作的Armani手機。另外，日本電信業者Softbank也推出多款3.2～3.5吋全寬螢幕觸控面板手機，同時蘋果的3G/3.5G的iPhone也已經正式在亞洲地區上市。

《圖二　在表面電容式觸控螢幕的平板銦錫氧化物感測電極，會因為手影效應容易損壞，且無法抑制錯誤的啟動》

表面電容式vs.投射電容式

電容式觸控技術又分為單點式的表面電容式（Surface Capacitive）、與可進行多點觸控的投射電容式（Projected Capacitive）兩種，目前最夯的便是投射電容式觸控技術。iPhone手機的上市掀起螢幕多點觸控話題，除了改變消費者對人機操作介面的使用習慣，更為觸控業者帶來不小商機。iPhone採用投射式電容式觸控螢幕，電容式觸控比起電阻式觸控有更高的透光度與解析度，且相較於電阻式觸控只能單指觸控（或稱單點觸控），電容式觸控可多手指同時觸控輸入（亦即multi-touch多點觸控技術），使用壽命亦比電阻式觸控更長，也帶起電容式觸控成為行動裝置上當紅的觸控技術，而投射式電容觸控更是當紅炸子雞。

簡單比較一下表面電容式觸控與投射式電容觸控兩者技術的不同。表面電容式觸控技術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，可使電場引發電流，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。

至於投射式電容觸控技術，基本上仍以電容式觸控面板概念，增加兩組存在不同平面又相互垂直的透明導線（X、Y）與驅動線所構成，由於X、Y架構在不同表面，其相交處形成一電容節點，當電流經驅動線通過其中之一的導線時，另一層導線及與偵測電容值變化的電子迴路相通。

操作時，控制器先後供電流予不同層之驅動線，因而使各節點與導線間形成一特定電場，當手指或觸動媒介接近時，控制器迅速測知在節點與導線間的電容值改變，進而確認觸動之位置。由於透明導線在面板上形成不同於表面電容的三維電場，因此，觸動不須實際接觸仍可發生；換言之，投射電容式具有Z軸分辨能力的觸控應用技術。

《圖三　投射電容式技術需要使用透明且蝕刻過的銦錫氧化物模板，在上面沿著X軸和Y軸同時進行感測》

電容式觸控結合ITO將是趨勢

電容式觸控技術雖然因iPhone而起，但是其應用並不只限於小尺寸行動裝置的觸控面板，在滑鼠、鍵盤等PC相關領域，甚至家電、多媒體資訊站（Kiosk）、乃至於生活環境各式各樣的應用，都使電容式觸控更符合未來touch everywhere 的需求。由於應用範圍更寬廣，也使得電容式觸控技術廣受看好，日前更有市調機構看好電容式觸控將取代電阻式成為小尺寸面板應用的主流。iPhone的Multi-touch多點觸控，捨棄傳統電阻式觸控，以單指或觸控筆單點觸控螢幕，改採電容式觸控技術中的投射式電容技術，就是看中了電容式觸控具有更高的透光率、以及在螢幕色彩表現較優越的呈現效果。

手機的按鍵設計若採用電容式感測器，不須要可拆式零組件，即可呈現出線條流暢平滑的觸控表面，另外，設計人員可選擇在機械開關上裝設電容式感測器，力道輕的觸碰會觸發電容感測器，力道較重則會啟動機械開關，搭載這類技術的手機能同時偵測到手指的位置與按壓按鍵的力道，力道輕的觸碰會叫出電話簿選單進行瀏覽頁面切換，而力道重的觸碰則會撥出選取的電話號碼。近幾年來，手機設計最令人感興趣的趨勢，就是結合電容式感測器和透明導體，透明按鍵為手機研發業者帶來許多相當創新的選項。

手機觸控感測的最新趨勢是運用置於玻璃或塑膠薄膜上的ITO。ITO就是氧化銦錫，這是一種導電材料，在當成膠膜使用時，會呈現透明狀。ITO已被應用在電阻式觸控螢幕數年之久，最近微控制器的技術演進，讓業者能開發出電容式觸控螢幕。由於電阻式觸控螢幕必須依賴觸控表面的機械彎曲，因此終有一天會因磨損而須更換，電容式ITO觸控螢幕則不須依賴機械彎曲，免於此種機械故障是電容式ITO觸控螢幕勝過標準型電阻式觸控螢幕的一項優勢。

《圖四　投射式電容觸控面板結構》

其它可行多點觸控技術

其實想實現多點觸控功能，投射電容式並非唯一可行技術。早在2005年紐約大學的Jeff Han博士就已實機展示多點觸控的有趣應用。該實驗室研發了一種稱為受抑全內反射（frustrated total internal reflection；FTIR）光學感測技術，可用多手指在桌上型螢幕進行繪圖和多點操控。其技術架構是用背投方式將畫面投射於螢幕上，再將 LED光線打入壓克力板，利用光線碰到指頭產生散射抓取正確位置。

微軟Surface電腦則利用類似原理達成多人、多點觸控感測。Surface是一個表面安裝30吋觸控顯示器的工作檯，在這層防刮、防水面板下，隱藏多台紅外線攝影機，可感應手指或其它碰觸表面物件；另有一個DLP投影機側放，投放用戶可看得到的影像。Surface最多可同時感測52個觸點，因而支援多人同時操作，而且還能自動識別放置於螢幕上的物體。不過，它售價高達1萬美元，目前訴求市場是飯店、餐廳、零售點和賭場遊戲桌。

除投射電容和光學影像等感測方式外，還有不少觸控感測技術可實現多點觸控應用，或正朝這個方向努力，如IR Matrix、Imaging LCD（Matrix）、IR Waveguide（Matrix）等。就如Apple所訴求的：「手指是萬能的」，為避開專利障礙，未來可望見到更多多點觸控技術，甚至直接內嵌在顯示器LCD面板當中。

然而，投射電容式仍是小尺寸行動設備較可行的多點觸控解決方案。在過去，電容式主要用於大尺寸面板，今日要取代電阻式置於小尺寸面板，系統業者必須學習解決電容式觸控的設計議題。就環境因素觀察，EMI是常見的設計挑戰，在訊號複雜的手機中，又顯得更為困難；天候變化也是不容忽視的因素，不同溫、濕度或下雨狀況，都會影響觸控感測正確性。

此外，電容式是使用手指進行觸控，設計者也須考量使用者手指大小，感測單元夠大，正確性就會提升，但相對就會犧牲解析度，因此，必須在正確性和解析度間取得平衡點。以人的手指來說，感測單元約介於6～10mm間。還有一些設計議題，例如，該選擇玻璃或PET做為基板，及偵測訊號輸出後的處理架構該如何規劃等。

《圖五　Cypress台灣區總經理鄧俊生（左）與資深專案經理李日得展示Cypress FirstTouch CyFi Kit與CyFi Low-Power RF解決方案。》

電容式觸控技術未來挑戰仍多

過去電容式觸控技術，多活絡於各類公共領域應用，包括銀行提款機、車站、醫院、大型賣場的觸控資訊系統，以及電玩娛樂觸控裝置，不過以上皆屬於表面電容式觸控技術應用，而iPhone讓電容式觸控技術，得以延伸至個人可攜式行動通訊設備，市場更預期，只要等電容式觸控模組價格成本下降、生產良率提高，電容觸控模組市場未來勢必威脅取代電阻式觸控市場地位。

當然電容式要取代電阻式成本相對低廉的主流地位，仍有許多問題尚待解決。對業者來說，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，溼度靈敏度、干擾及環境雜訊干擾，都是接下來必須克服的問題。此外，觸控設計的人性化與直覺性，例如觸控螢幕或是按鍵如果過小，會增加使用者操作上的困難。例如多點觸控的iPhone螢幕就並非最佳尺寸大小，這些都是業者往後設計不可忽略的關鍵。

《圖六　Atmel業務部市場策略經理馮子龍來台發表Two Touch和Single Touch觸控式螢幕控制解決方案。》

另外若從使用經驗角度觀察，傳統手機按鍵可讓使用者在不看鍵盤情況下撥打電話，但手指觸控的螢幕設計沒有觸覺回饋功能，使用者必須盯著手機螢幕操作，未來設計上可透過虛擬按鍵加入適當的按鍵回饋機制，例如聲音或震動裝置，提供更友善的使用介面。

因此儘管投射電容式觸控技術在行動裝置的面板應用中愈來愈普及，但目前從製程到軟、硬體技術，尚有不少挑戰待克服。面對未來更多樣化的應用設計，開發商可也得預先做好因應。