表面电容式触摸技术如何推动人机接口新革命？

1、表面电容式触摸技术如何推动人机接口新革命？式触摸技术与目前市场占有率最高的传统式触摸技术相比，为用法者带来了多项优点，包括：高达97%的穿透率与更真切的颜色展现为我们带来更佳的视觉享；触摸功能的实现只需轻触甚至不必实际与屏接触的特性，为用户带来更轻松灵便的操控性；更长的用法寿命，电容屏的触摸寿命约为两亿次，为四线电阻屏(一百万次)的两百倍，五线电阻屏(四千万次)的五倍。电容式触摸技术侦测的信号来自于因触碰而引起的微量变幻。按工作原理的不同，可大略分为表面电容式触摸技术(sct，surfacecapacitivetouch)与投射电容式触摸技术(pct，projectedcapacitiveto

2、uch)。前者常见于大尺寸户外应用，如公共信息平台(poi)及公共服务（销售）平台（pos）等产品上，而后者则因苹果公司推出的多点触摸手机iphone而炒得沸沸扬扬。从触摸技术进展的过程上来看，最早导入触摸技术的市场是工业控制领域，其目的是将繁复且面积浩大的机械设备控制盘，整合到单一窗口、多重分页的屏幕上，当初用法的是中大尺寸电阻屏。然而电阻屏的寿命与耐受性不足等缺憾，实在无法满足工控领域的需求，也因此，当中大尺寸sct甫一问世，高端设备机台立刻改用sct计划。直到2003年前后，因为电阻屏创造成本降低，开头有小尺寸被应用在pda、等可携式产品中，触摸技术正式进入消费性市场。2006年，iph

3、one采纳小尺寸pct，其绝佳的光学特性与多点触摸功能掀起一阵风潮，成为近年来最受瞩目的触摸技术。从以上不难发觉，目前以小尺寸为主流的消费性市场在触摸技术的挑选上仅有电阻式与投射电容式两种，前者虽然成本低廉，但是不佳的光学表现与耐受性长久受到市场诟病；后者虽有多项优点，但真正能量产的供货商寥寥可数，售价自然相当昂贵，以致仅见于少数高单价产品上。目前小尺寸市场之所以很少用法sct，主要是成本问题。sct面板创造商长久欠缺关键的光学镀膜技术，必需委外加工，而sct触摸ic则为少数技术厂商所控制，售价居高不下。此外，不像电阻屏可任意与电阻式ic搭配，sct的屏与ic必需有绝佳的兼容性才干稳定地工作。

4、前述种种因素使得sct在小尺寸消费应用的售价与pct相去不远，自然难以被客户群所采纳。然而，相较于电阻式技术，sct可以大幅充实其缺陷；相较于pct，sct的技术更为成熟稳定，可以量产导入。因此我们可以合理地推论：当sct的整体成本由于产业成员们的策略联盟和技术资源整合而大幅下降时，sct将有机会成为小尺寸消费应用最佳的解决计划。下文将容易介绍pct与sct之基本原理，并针对此两种技术之优缺点做一比较。1 投射电容式触摸技术pct是建构在矩阵的概念之上。在制作部份，pct面板的ito是经过蚀刻而产生特定图案的，目的在于提高各触碰点的snr值，增加识别的精确度。藉由将前述的图案在x轴与y轴方向分

5、离复制数次(次数多寡按照屏尺寸而定)，便形成一个类似键盘的pct矩阵，图1即是目前最频繁的菱形图案。图1：投射电容式屏的菱形图案布局。图1中的橘色菱形图案形成了x轴方向的ito导线(共有m条)，而绿色菱形图案形成了y轴方向的ito导线(共有n条)；pct控制器会依次驱动这些导线来侦测是否有由于触碰而增强的电容量变幻。图2：pct等效rc与手指触碰前后的x2导线上的侦测波形。以架构最容易的rc振荡计划为例。我们将x轴中的x2导线的等效电路简化于图2，形成一个由n个rp与n个cp所组成的rc电路，其中的rp与cp分离代表等效的ito分段内阻与pct各节点(xy轴交会处)的固有电容值。当手指临近或接

6、触到屏时，会在屏上增强一个电容量(cf)；对这个rc振荡电路而言，cf的浮现意味着振荡的周期变长而频率降低。借着计算手指触碰前后x2导线上的振荡周期与频率的转变，pct控制器因而可分辨出触碰的位置，甚至还能辨别手指与屏的距离(即提供z轴信息)。2 表面电容式触摸技术sct面板是一片涂布匀称的ito层，面板的四个角落各有一条出线(ur，ul，lr，ll)与sct控制器相衔接。为了能够侦测触碰点确实切位置，sct控制器必需先在sct面板上建立一个匀称的电场，这部份工作是由ic内部的驱动电路对面板举行充电来达到。当手指触及屏时，会引发微量流淌；此时ic内的感测电路会分离解析四条联机上之电流量，并依照

7、图3中的公式将触碰点的xy坐标推算出来。为了克服干扰的影响，可以利用硬件或软件滤波器对推算出的坐标值举行处理。图3：sct面板与控制器的方框原理图。pct与sct两者最大差异在于，pct有机会实现多点触摸(multi-touch)，而sct仅能达成单点触摸(single-touch)；依此看来，pct似乎优于sct，但是实际上并非全然如此。3 电容式触摸技术的市场现状pct工作原理并不复杂，因此要提供一个示范性的原型展示并不困难；然而，当工程师们试图将pctdemoset转换为量产方案，预备大量复制时，各种技术挑战便纷至沓来了。主要的挑战包括以下三个方面。待侦测的信号微弱(做成粗宋）易受环境影

8、响而变得不稳定，导致触摸功能的敏捷度不全都，甚至可能有误动作产生。因触碰而产生的电容变幻事实上极简单受温度与湿度影响，目前常用的对策是采纳定时自动校准来克服此问题。另外，正用法的其他电器或产品本身其他功能(如手机的rf)都会对信号量测造成干扰。这部份就得从提高snr下功夫，以软件或硬件的方式来达成；截至目前为止，ic设计业者在这方面仍有努力空间。量产良率有待提升(做成粗宋）pct技术先天具备多点触摸的优势，因此自iphone问世以来，几乎全部的焦点都放在pct上，触摸业界包括触摸屏厂商、ic设计公司与计划开发商均投入极大的资源举行开发；但直到今天，市场的pct商品仍然不多，问题就在于整体生产良

9、率仍然不高，使得成本居高不下所致。而造成良率不高的缘由有：现有pct控制器仍不够成熟，在不同应用环境下的自我调适能力仍不足，因此触摸菜单现不稳定，在此状况下只好对pct面板的特性(如：面板之内阻值与电容值等)加以严格设限以削减变数；因为pct控制器的能力限制，对pct面板特性全都性的严格要求往往是造成良率低落的主因。专利问题(做成粗宋）因为许多基本手势与多指触摸功能已被部份厂商申请专利并获得认可，造成pct商品的多点优势在许多应用领域(特殊是主力的手机市场)无法发挥！整体而言，pct计划因其具备多点触摸的优势，将来必然会在市场上占有一席之地。但以目前现况看来，它仍然称不上是一个成熟的计划。相较

10、之下，虽然sct技术在控制器设计上同样濒临着电容信号易受干扰的问题，不过通过ic设计人员的持续努力，sct计划已可广泛地应用于各种环境之下。例如伟诠与万达光电合作开发的sct触摸ic(wt5750f)，藉由内含于ic内之各种调节机制，可轻而易举地克服多种外在环境与触摸屏尺寸的差异，稳定地提供高质量的触摸体验。另外，为了满足手持式设备对于机构小型化的需求，伟诠电子的sct触摸ic更在提高产品整合度上下足了功夫，所以能同时满足小型化与降低成本两项重要诉求。除了ic之外，sct的触摸屏结构也较pct更为容易，也更简单在硬件上克服噪声干扰的问题。另外，通过工艺改良与关键技术的突破，使sct整体解决计划具有与电阻式匹敌的成本竞争优势。以万达光电自行开发的光学镀膜技术为例，可使触摸屏的光穿透率由87%升高至97%，反射率则由12%降为2%。更重要的是，将可使光学处理的良率控制在9成以上，并省去委外加工的步骤，提高技术自主性与产能，创造成本也可大幅降低。sct技术属于电容式触摸技术之一，因此也保有电容式的诸多优点：“更佳的视觉享受”、“更轻松灵便的操控性”及“更长的用法寿命”等；再加上sct对于触摸屏特性的要求比起pct而言相对宽裕且量产技术