中心議題：
- 觸控技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀
- 多點(diǎn)觸控技術(shù)成為熱門
解決方案：
- 自我電容(self capacitance)式觸控技術(shù)
- 交互電容(mutual capacitance)式觸控技術(shù)
觸摸屏起源于20世紀(jì)70年代，是美國軍方因軍事用途而發(fā)展起來的一種裝置，80年代轉(zhuǎn)移民用，早期多被裝于工控計算機(jī)、POS機(jī)終端等工業(yè)或商用設(shè)備之中。這些領(lǐng)域的特點(diǎn)多為應(yīng)用環(huán)境不便使用鍵盤、鼠標(biāo)操控，或者根本就是僅需幾個簡單的按鍵即可完成輸入動作的設(shè)備，整體市場規(guī)模不大。
2007年iPhone手機(jī)的推出，是觸控行業(yè)發(fā)展中的一個里程碑。蘋果公司把一部至少需要20個按鍵的移動電話，設(shè)計得僅需三、四鍵就能搞定，剩余操作全部交由觸摸屏來完成，使手機(jī)在外型變得更加時尚輕薄之后，又增加了人機(jī)直接互動的親切感，最令人驚艷的是，蘋果還將以往主要用于大屏領(lǐng)域的電容式觸控技術(shù)引入小尺寸的手機(jī)屏幕，并實現(xiàn)了多點(diǎn)觸控功能，賦與了使用者更加直接、更加便捷、更加接近人們?nèi)粘Ｐ袨榈牟僮黧w驗，引發(fā)了消費(fèi)者持續(xù)不斷的熱烈追捧，也開啟了觸摸屏向主流操控界面邁進(jìn)的征程，市場規(guī)模成倍數(shù)增長。在此情況下，業(yè)內(nèi)眾多手機(jī)大廠、顯示大廠也紛紛致力于觸摸屏，特別是基于觸摸屏的多點(diǎn)觸控技術(shù)的研發(fā)，使多點(diǎn)觸控技術(shù)成為觸摸屏研發(fā)領(lǐng)域的一門無可爭議的顯學(xué)。
圖1 全球觸摸屏市場產(chǎn)值及增長狀況
投射電容式技術(shù)仍處主流
傳統(tǒng)觸控技術(shù)，一次只能向控制器傳達(dá)一個觸點(diǎn)信息，而多點(diǎn)觸控技術(shù)卻能夠記錄同時發(fā)生的多點(diǎn)觸控信息。這與人們?nèi)粘Ｉ钪胁倏匚矬w的行為更加接近，更加受到消費(fèi)者的青睞，因此有實力的顯示大廠均致力于對此項技術(shù)的研究開發(fā)。目前市場上也出現(xiàn)了一系列與之相關(guān)的技術(shù)，主要有蘋果的投射式電容、TMD的SOG技術(shù)、三星的HTSP技術(shù)等。不過，后兩者不是存在制作成本較高，就是存在影響光與色彩的飽和度等問題，因此投射式電容技術(shù)仍是目前多點(diǎn)觸控技術(shù)中的兵家必爭之地。
電容式觸控技術(shù)中應(yīng)用較廣的是表面電容(Surface Capacitive)技術(shù)。它的架構(gòu)相對簡單，采用一層ITO玻璃為主體，外圍至少有四個電極，在玻璃四角提供電壓，在玻璃表面形成一個均勻的電場，當(dāng)使用者進(jìn)行觸按操作時，控制器就能利用人體手指與電場靜電反應(yīng)所產(chǎn)生的變化，檢測出觸控坐標(biāo)的位置。不過，此種架構(gòu)也決定了表面電容式技術(shù)無法實現(xiàn)多點(diǎn)觸控功能，因為它采用了一個同質(zhì)的感應(yīng)層，而這種感應(yīng)層只會將觸摸屏上任何位置感應(yīng)到的所有信號匯聚成一個更大的信號，同質(zhì)層破壞了太多的信息，以致于無法感應(yīng)到多點(diǎn)觸摸。另外，表面電容式觸摸屏還存在小型化的困難，很難應(yīng)用于手機(jī)屏幕，大多用于中大尺寸領(lǐng)域。
投射電容(Projective Capacitive)技術(shù)是實現(xiàn)多點(diǎn)觸控的希望所在。它的基本技術(shù)原理仍是以電容感應(yīng)為主，但相較于表面電容式觸摸屏，投射電容式觸摸屏采用多層ITO層，形成矩陣式分布，以X軸、Y軸交叉分布做為電容矩陣，當(dāng)手指觸碰屏幕時，可通過X、Y軸的掃描，檢測到觸碰位置電容的變化，進(jìn)而計算出手指之所在?；诖朔N架構(gòu)，投射電容可以做到多點(diǎn)觸控操作。
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具體來看，投射電容的觸控技術(shù)主要有兩種：自我電容(self capacitance)式和交互電容(mutual capacitance)式。自我電容又稱絕對電容(absolute capacitance)，它把被感應(yīng)的物體（如手指）作為電容的另一個極板。當(dāng)手指觸碰屏幕時可在傳感電極和被傳感電極之間感應(yīng)出電荷，從而被感覺到。交互電容又叫做跨越電容(transcapacitance)，它是通過相鄰電極的耦合產(chǎn)生的電容。當(dāng)被感覺的手指靠近從一個電極到另一個電極的電場線時，交互電容的改變被感覺到，從而報告出位置。
根據(jù)兩種電容技術(shù)的原理不同，設(shè)計出的投射式電容觸摸屏的架構(gòu)也不相同，形成多點(diǎn)觸控的方式也就不同。與自我電容相關(guān)的是手勢的辨識追蹤與互動(Gesture interaction)，也就是僅偵測、分辨多點(diǎn)觸控行為，如縮放、拖拉、旋轉(zhuǎn)等，實現(xiàn)方式為軸交錯式(Axis intersect)技術(shù)。它是在導(dǎo)電層上進(jìn)行菱形狀感測單元規(guī)劃，每個軸向需要一層導(dǎo)電層。以兩軸型式為例，在偵測觸控行為時，感測控制器會分別掃描水平軸和垂直軸，產(chǎn)生電容耦合的水平/垂直感測點(diǎn)會出現(xiàn)上升波峰，這兩軸交會處即為觸控點(diǎn)。
其實，軸交錯式電容式觸控技術(shù)，就是筆記本電腦觸控板上使用的技術(shù)。電腦觸摸板采用X、Y軸的傳感電極陣列形成一個傳感格子。當(dāng)手指靠近觸摸板時，在手指和傳感電極之間會產(chǎn)生小量電荷，此時通過運(yùn)算，即可確定物體的位置。當(dāng)然，觸控板與觸控屏幕最大差異在于，前者是不透明、后者是透明的。
不過需要指出的是軸交錯式雖能實現(xiàn)多點(diǎn)觸控手勢辨識功能，但若要定位多點(diǎn)觸控的正確位置仍有困難。因為在進(jìn)行兩個軸向的掃描時，兩個觸控點(diǎn)分別會在X軸與Y軸各產(chǎn)生兩個波峰，交會起來就產(chǎn)生4個觸點(diǎn)，其中兩個點(diǎn)是假性觸控點(diǎn)，這會使系統(tǒng)無法進(jìn)行正確判讀。解決的辦法是增加軸向，提高可辨識觸點(diǎn)位置、數(shù)目，每增加1軸向可多辨識1點(diǎn)(如3軸可辨識2點(diǎn)、4軸為3點(diǎn))；不過，每增加1個軸向，就要多1層導(dǎo)電層，這會增加設(shè)計的觸控面板厚度、重量與成本，都不是以手機(jī)等便攜式產(chǎn)品為主要應(yīng)用的觸摸屏廠商所樂見的。
復(fù)雜觸點(diǎn)可定位式(All point addressable)技術(shù)也能達(dá)成多點(diǎn)觸控功能，且能辨別觸控點(diǎn)確切位置，可以說是理想的多點(diǎn)觸控解決方案，iPhone即是采用此種觸控技術(shù)。它主要架構(gòu)為兩層導(dǎo)電層，其中一層為驅(qū)動線(driving lines)，另一層為感測線(sensing lines)，兩層的線路彼此垂直。運(yùn)作上會輪流驅(qū)動一條驅(qū)動線，并量測與這條驅(qū)動線交錯的感測線是否有某點(diǎn)發(fā)生電容耦合現(xiàn)象。經(jīng)逐一掃描即可獲知確切觸點(diǎn)位置。
但是，要實現(xiàn)此種技術(shù)在，不論是導(dǎo)電層規(guī)劃、布線或CPU運(yùn)算，難度都提高許多，需要采用更加強(qiáng)大的處理器。以iPhone為例，它就是以兩顆獨(dú)立芯片分擔(dān)這項工作，一顆感測控制器，將原始模擬感測信號轉(zhuǎn)為X-Y軸坐標(biāo)；另一顆則是ARM7處理器，專門用來解讀這些信息，辨識手指動作，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。
此外，復(fù)雜觸點(diǎn)可定位技術(shù)還會面臨一些設(shè)計上挑戰(zhàn)，如需要供應(yīng)高電壓才能得到較好的信噪比表現(xiàn)，不適合在大尺寸面板使用等。
其它多點(diǎn)觸控技術(shù)巡禮
因為蘋果在投射電容式觸控領(lǐng)域掌握多項關(guān)鍵專利，其它廠商在推出多點(diǎn)觸控產(chǎn)品之時，會有很大機(jī)率與蘋果發(fā)生專利糾紛，因此其它顯示大廠紛紛致力于其他可實現(xiàn)多點(diǎn)觸控功能技術(shù)的研發(fā)。
例如日廠TMD正在利用低溫多晶硅(LTPS)技術(shù)研發(fā)內(nèi)嵌傳感器的光感應(yīng)式多點(diǎn)觸控面板。其主要做法是在LTPS-TFT面板的每個像素中嵌入光傳感器，當(dāng)手指或光筆等觸摸屏幕時，會遮擋部分光線，此時通過光傳感器，即可感知并測算出觸點(diǎn)位置。由于該項技術(shù)是通過在液晶面板的像素中內(nèi)嵌光傳感器的方式感測觸控點(diǎn)的位置，因此可以同時檢測多個觸點(diǎn)，實現(xiàn)多點(diǎn)觸控的功能。此前，TMD已在日本、美國等地的多個光電展中展示過這項技術(shù)。不過，由于該技術(shù)的制造工藝相當(dāng)復(fù)雜，而且制作成本高昂，因此目前TMD還沒有將其導(dǎo)入市場的規(guī)劃。
近期三星也推出一種稱為混合觸控屏幕面板(Hybrid Touch Screen Panel，簡稱HTSP) 的技術(shù)，可實現(xiàn)多點(diǎn)觸控功能。類似于TMD光感應(yīng)式多點(diǎn)觸控技術(shù)，三星通過將觸控屏幕電路內(nèi)制到TFT面板的前段工藝中，以相同的TFT工藝直接加入TFT面板中。由于是通過TFT像素元件感測觸碰點(diǎn)，三星表示此技術(shù)也可做到多點(diǎn)觸控。目前三星已在部分產(chǎn)品的屏幕上運(yùn)用這項技術(shù)。
另外，微軟推出的“微軟盒子”（Microsoft Surface）也可實現(xiàn)多點(diǎn)觸控功能。Microsoft Surface觸控面板原理和iPhone配備的投射電容式觸控面板或其它觸控技術(shù)均不相同。其它觸控技術(shù)不是根據(jù)物體對面板進(jìn)行物理上的接觸而感應(yīng)信號，就是通過手指上所帶的電或物體遮斷面板上的光波或聲波來感應(yīng)信號。Microsoft Surface的觸控技術(shù)卻是在主機(jī)內(nèi)部以5部紅外線攝影機(jī)和1部DLP投影機(jī)，直接檢測物體碰觸面板產(chǎn)生的影像，以達(dá)到辨別觸控信號的目的。Surface最多可同時感測52個觸點(diǎn)，支持多點(diǎn)觸控，甚至多人同時操作。只不過它的體積過于巨大厚重，無法應(yīng)用于手機(jī)屏幕之上，主要市場定位于飯店、餐廳、零售點(diǎn)等地的柜臺或游樂設(shè)施。
目前，觸摸屏的應(yīng)用范圍已變得越來越廣泛，從工業(yè)用途的工廠設(shè)備的控制/操作系統(tǒng)、公共信息查詢的電子導(dǎo)行設(shè)施，商業(yè)用途的提款機(jī)，到消費(fèi)性電子的移動電話、PDA、數(shù)碼相機(jī)等都可看到觸控屏幕的身影。當(dāng)然，這其中應(yīng)用最為廣泛的仍是手機(jī)。
根據(jù)ABI Research報告指出，2008年采用觸控式屏幕的手機(jī)出貨量超過1億部，預(yù)計2012年安裝觸控界面的手機(jī)出貨量將超過5億部。同時有跡象表明，觸摸屏在消費(fèi)電子產(chǎn)品中的應(yīng)用范圍正從手機(jī)屏幕等小尺寸領(lǐng)域向具有更大屏幕尺寸的筆記本電腦拓展。目前，戴爾、惠普、富士通、華碩等一線筆記本電腦品牌廠商皆有計劃推出具備觸摸屏的筆記本電腦或UMPC。隨著觸摸屏應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，多點(diǎn)觸控技術(shù)的應(yīng)用范圍也會越來越寬。
特別是近日有消息稱，微軟的新一代操作系統(tǒng)Windows7將于今年第三季度上市，而Windows7最令人矚目的就是支持多點(diǎn)觸控功能，因此，人們大多預(yù)測Windows7上市后，將進(jìn)一步推進(jìn)觸摸屏的流行，同時也將推升多點(diǎn)觸控功能的深入人心。但有一點(diǎn)需要清醒地認(rèn)識到，多點(diǎn)觸控技術(shù)仍然很不完善，仍有很大提升的空間，在PC上的應(yīng)用更是處于萌芽階段，真正成熟至少還需等上3~5年。
