電容式觸控技術(shù)發(fā)展思考：OGS與InCell走到分水嶺

電容式觸控技術(shù)發(fā)展至今，呈現(xiàn)百花爭艷的局面，從筆者分析過上千件的專利資料，可以約略分為四大類技術(shù)：（1）觸控位置檢知；（2）觸控面板制程；（3）觸控手勢；（4）觸控材料。其中重要的上游專利多集中在美國與日本手上，臺灣則在制程方面領(lǐng)先，韓國與大陸開始急起直追。在日本的材料專利陸續(xù)到期後，大家都需要加把勁才不會淪落到後段班，形成美國一家獨大的局面。

臺灣在觸控面板的生產(chǎn)領(lǐng)先是有目共睹的，但自Apple的iPhone5傳出將使用Apple自行研發(fā)的InCell觸控技術(shù)後，已出現(xiàn)危機(jī)，之前許多人都把焦點放在生產(chǎn)制程與材料上來做觸控產(chǎn)業(yè)競爭力的比較，在此筆者要提出不同的看法。

其實影響電容式觸控產(chǎn)業(yè)的最上游、也是金字塔頂?shù)募夹g(shù)是“觸控位置檢知”，一旦產(chǎn)生革命性的發(fā)明，會徹底地改變整個觸控產(chǎn)業(yè)。就像當(dāng)初由測量自電容的改變演進(jìn)成測量互電容的改變一樣，互電容式的觸控面板現(xiàn)在幾乎完全取代了原有的自電容式觸控面板。

圖一

接下來測量互電容的改變會演進(jìn)成測量某種特性的改變，何種觸控面板會取代現(xiàn)在的互電容式觸控面板，這對觸控產(chǎn)業(yè)會有多大的影響更值得我們關(guān)心。“觸控位置檢知”技術(shù)又可再分為五大類，前四類為市場上的主流作法，包括充放電法、電荷移轉(zhuǎn)法、Apple的互電容技術(shù)，以及差動式觸控技術(shù)。

圖二:電容式觸控位置檢知技術(shù)使用廠商

這些技術(shù)各有優(yōu)缺點，其中Apple的互電容技術(shù)擁有很多設(shè)計上的不利因素，包括會產(chǎn)生大量的電路雜訊、電路精確度要求極高、尺寸不易做大、雙層結(jié)構(gòu)的成本較高等等。然而種種的不利因素抵不上一個主要功能，就是多點觸控帶來的手勢操作，廣受大眾的喜愛，讓互電容的觸控技術(shù)成為現(xiàn)在觸控技術(shù)中領(lǐng)導(dǎo)的主流技術(shù)。

由於互電容觸控的最大敵人就是雜訊，連Apple都花了相當(dāng)大的功夫來消除雜訊，其他資源不夠的廠商自然要尋求更有效的方法來對付這個問題，而差動式觸控方法顯然是有效的關(guān)鍵技術(shù)，所以使用此技術(shù)的廠商如過江之鯽。

圖三:Apple的互電容技術(shù)

圖四:Apple互電容技術(shù)的等效電路圖

　　對市場電容式主流技術(shù)的質(zhì)疑

上述技術(shù)都是基於電容值的量測而來，但筆者對此有三項懷疑：

1.為何非要量電容值？

筆者第一個產(chǎn)生懷疑的地方就是為什麼要量電容值？雖然名叫電容式觸控，也不一定非要測量電容值不可，測量其他的特性不行嗎？依筆者在物理學(xué)上所受的訓(xùn)練，直覺地感受到電容的不確定因素相當(dāng)多：手指的指紋、環(huán)境中所有的導(dǎo)電物體、帶靜電的物體、大地的靜電密度、溫度濕度等都會影響電容值得測量，所以測量絕對的電容值是不合理的做法，不同感應(yīng)電極間的電容相對值還有一些可討論的空間。

上述電容式觸控技術(shù)的前三種方法所測量到的電容值，其實本身一直在變化，不管是否有碰觸，不是固定不變的，上述第四種差動式觸控法相對地比較合理一些。

2.什麼是虛擬接地？

第二個關(guān)鍵問題是，虛擬接地究竟是什麼？看到許多有關(guān)虛擬接地的說法，與人體接地的模型，總感到非常不踏實。

3.平行板電容理論的成立條件？

第三個懷疑是平行板電容的理論在什麼條件下才會成立？許多家觸控IC設(shè)計業(yè)者都以平行板電容的理論來解釋自家的技術(shù)理論基礎(chǔ)，而這個理論基礎(chǔ)引用的正確性值得考慮。

人體中的電荷移動靠得是鈉離子與鉀離子的平衡，離子移動的速度很慢，不像導(dǎo)體中移動的是電子，速度非?？?。電荷移動的特性納入考慮時，平行板電容的模式還能使用嗎？我常用一個模擬實驗來解釋這個問題，把一個10元的銅板放在觸控螢?zāi)簧吓c手指觸碰，那一個讀取到的變化量比較大，是手指還是銅板？

大家都知道是手指而不是銅板，可是以平行板電容的理論來看，接觸面積越大，電容越大，沒道理銅板的變化量小於手指，理論上說不通。當(dāng)然有些觸控領(lǐng)域的高手跟我說，把銅板連接到測試電路的地時，銅板的變化量就有可能比較大，所以平行板電容的理論是否要加上一個條件才對，叫做接地，但是實務(wù)上并沒有接地線，有的只是虛擬接地的觀念，如果接地的問題有疑慮，平行板電容的推論就不穩(wěn)固，測量電容的推論就有商榷的必要。

拋開成見看見新藍(lán)海

看來現(xiàn)在整個觸控產(chǎn)業(yè)所廣泛使用的觸控模型，其實是建立在非常不穩(wěn)固的理論基礎(chǔ)上，許多在觸控IC設(shè)計的業(yè)者都自我設(shè)限在測量電容值的狹隘范圍內(nèi)，無法跳脫這個框架，是很可惜的一件事。筆者想說的是測量電容的方法并非不行，而是當(dāng)我們跳脫框架後，才有可能發(fā)明出更好的方法，才看得到真正的新藍(lán)海。

事實上，電容變化的表相只是觸控表現(xiàn)出的眾多面貌中的一環(huán)而已，還有很多的表相可以研究開發(fā)。至少，筆者就已提出四種非測量電容的電容式觸控技術(shù)，前三種是：1.使用能量消耗法測量電容式觸控面板的ITO電阻；2.測量雜訊變化范圍；3.靜電量測。

第四種是微擾共振法，它能測量所有的變化，讓所有的變化一一現(xiàn)形，讓觸控變的很簡單。目前實際的成果包括：超高的SNR比，在未IC化之前已達(dá)200:1，制作成IC後有機(jī)會挑戰(zhàn)1000:1；超高的靈敏度，可偵測到幾個fF級的微小變化；Samplerate可達(dá)10Ksamples/sec；可抵抗AC電源訊號的干擾；可以調(diào)整共振能量，改變測量的靈敏度；可以使用金屬筆、鉛筆、原子筆等操作觸控；可以穿戴厚手套操作；3D觸控手勢；是現(xiàn)今唯一以物理觀念主導(dǎo)的新原創(chuàng)觸控技術(shù)，專利上保有主導(dǎo)優(yōu)勢。

本實驗開啟了新InCell觸控技術(shù)的多重可能性，讓InCelltouch不再局限於PhotoSensor，以及AppleInCelltouch，或各類運(yùn)用壓力形變等方式做成的InCell觸控技術(shù)，演進(jìn)到更多元的InCelltouch的新藍(lán)海技術(shù)。

近來與知名的業(yè)界高階技術(shù)人士討論過這個想法，在還沒看過實驗以前，得到的回答都是"不可能"，電力線不可能穿越Vcom的導(dǎo)體層，LCD內(nèi)部的ITO電容所儲存的電荷會干擾Touchsensor電容的測量，而其所產(chǎn)生的雜訊將無法克服，Gateline與dataline上的訊號也會干擾Touchsensor的訊號檢測。

這個大家都認(rèn)為"不可能"的實驗結(jié)果，對未來觸控產(chǎn)業(yè)的影響相當(dāng)巨大，試想看看當(dāng)InCellTouch發(fā)展到不會影響LCD的良率與開囗率時，OGS與現(xiàn)有的外掛式觸控模組還有競爭的條件嗎？觸控所需增加的成本一下降低80%，屆時沒有此種技術(shù)的業(yè)者，還有存活的空間嗎？

雖然現(xiàn)在看起來成功的機(jī)會可能只有10%，還有一些不確定因素尚未克服，也還有許多工作要做，但比起0%（認(rèn)為不可能做到的人）而言，成功的機(jī)會還是非常巨大的。不過，多數(shù)業(yè)者可不這麼認(rèn)為，哪怕只有1%的成功率都要小心謹(jǐn)慎不能冒險，因為冒險的賭注太大。

所以，筆者只好自己努力了。如今SuperC_Touch第六代技術(shù)已把自己的第五代技術(shù)給淘汰了，讓成功的機(jī)率由原來的10%增加到50%。筆者會繼續(xù)再接再勵完成它，要讓全世界知道臺灣的研發(fā)份量是不輕的。

OGS與InCell走到發(fā)展的分水嶺

隨著可靠的消息傳出iPhone5將使用日本LCD廠的內(nèi)嵌式觸控技術(shù)，對整體的觸控產(chǎn)業(yè)投下一顆震撼彈，相關(guān)的觸控模組廠紛紛中箭落馬，其實早在數(shù)月前的幾場演說中，筆者就提出這個論點，隨著InCell技術(shù)的成熟，觸控產(chǎn)業(yè)將由LCD面板廠商所主導(dǎo)，觸控模組產(chǎn)業(yè)將會消失，LCD產(chǎn)業(yè)將從新洗牌，擁有高超的觸控偵測技術(shù)的IC設(shè)計業(yè)者，將主宰未來LCD產(chǎn)業(yè)與觸控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

雖然日本LCD廠商取得了領(lǐng)先地位成功量產(chǎn)InCell觸控面板，但受限於尺寸與良率，所以都還處於起步的階段，目前也還沒有可以主宰市場的觸控偵測技術(shù)出現(xiàn)，不論已經(jīng)起步的或是還沒起步的，都還在起跑點附近，一場InCell觸控技術(shù)的大對決才正要開始，而OGS與觸控薄膜的技術(shù)還有兩年的時間可以慢慢的退場。

貼附在InCell觸控面板上的防爆薄膜與PMMA材質(zhì)將有更大的市場需求，尤其在大尺寸的觸控面板上將取代CoverLens成為主流，觸控面板對貼合的依賴將越來越低。

日本的InCell觸控螢?zāi)坏牧悸剩衲瓿鮽鞒鯰MD可以達(dá)到65%，引起業(yè)界的一陣關(guān)注，但還沒產(chǎn)生實質(zhì)的影響。最近Sharp和Sony都傳出自家InCell觸控螢?zāi)涣悸食^70%，加上iPhone5可能使用InCell觸控技術(shù)的傳言，已經(jīng)讓現(xiàn)在忙於研發(fā)OGS的觸控產(chǎn)業(yè)澆了一盆冷水。

看來70%的良率是OGS與InCell觸控技術(shù)發(fā)展的黃金交叉點，InCell觸控面板的良率有沒有可能再上升到80%，甚至90%以上，其實是有可能的；InCell觸控面板的尺寸是否可以到10寸、15寸、23寸，於筆者看來也是有可能。筆者所開發(fā)的SuperC_Touch的技術(shù)就是要達(dá)到更大的尺寸，更高的良率，最好完全不影響LCD原有的生產(chǎn)良率與開囗率。以目前完成的實驗結(jié)果看來，是可以做到的。

那OGS是否就完全輸了呢？其實不然，關(guān)鍵還是在運(yùn)用，比方說使用金屬筆、鉛筆做觸控，或懸空近接觸控（Floatingtouch）等功能，以InCell目前的技術(shù)應(yīng)該很難辦到，OGS成功的機(jī)會反而比較高，一但上述的運(yùn)用形成主流，OGS又將再度復(fù)活，這場觸控趨勢的改變還有繼續(xù)觀察的空間。