電容式觸控技術發展至今，呈現百花爭艷的局面，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：(1) 觸控位置檢知；(2) 觸控面板製程；(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，台灣則在製程方面領先，韓國與大陸開始急起直追。在日本的材料專利陸續到期後，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。

台灣在觸控面板的生產領先是有目共睹的，但自Apple 的 iPhone 5 傳出將使用Apple 自行研發的In Cell觸控技術後，已出現危機，之前許多人都把焦點放在生產製程與材料上來做觸控產業競爭力的比較，在此筆者要提出不同的看法。

其實影響電容式觸控產業的最上游、也是金字塔頂的技術是「觸控位置檢知」，一旦產生革命性的發明，會徹底地改變整個觸控產業。就像當初由測量自電容的改變演進成測量互電容的改變一樣，互電容式的觸控面板現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成測量某種特性的改變，何種觸控面板會取代現在的互電容式觸控面板，這對觸控產業會有多大的影響更值得我們關心。「觸控位置檢知」技術又可再分為五大類，前四類為市場上的主流作法，包括充放電法、電荷移轉法、Apple的互電容技術，以及差動式觸控技術。

圖二 : 電容式觸控位置檢知技術使用廠商 (資料提供：李祥宇，整理：CTIMES編輯部)

這些技術各有優缺點，其中Apple的互電容技術擁有很多設計上的不利因素，包括會產生大量的電路雜訊、電路精確度要求極高、尺寸不易做大、雙層結構的成本較高等等。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成為現在觸控技術中領導的主流技術。

由於互電容觸控的最大敵人就是雜訊，連Apple都花了相當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鍵技術，所以使用此技術的廠商如過江之鯽。

圖三 : Apple 的互電容技術

圖四 : Apple 互電容技術的等效電路圖

對市場電容式主流技術的質疑

上述技術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？依筆者在物理學上所受的訓練，直覺地感受到電容的不確定因素相當多：手指的指紋、環境中所有的導電物體、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？

第二個關鍵問題是，虛擬接地究竟是什麼？看到許多有關虛擬接地的說法，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設計業者都以平行板電容的理論來解釋自家的技術理論基礎，而這個理論基礎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，不像導體中移動的是電子，速度非常快。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幕上與手指觸碰，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。當然有些觸控領域的高手跟我說，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，但是實務上並沒有接地線，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固，測量電容的推論就有商榷的必要。

拋開成見　看見新藍海

看來現在整個觸控產業所廣泛使用的觸控模型，其實是建立在非常不穩固的理論基礎上，許多在觸控IC設計的業者都自我設限在測量電容值的狹隘範圍內，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並非不行，而是當我們跳脫框架後，才有可能發明出更好的方法，才看得到真正的新藍海。

事實上，電容變化的表相只是觸控表現出的眾多面貌中的一環而已，還有很多的表相可以研究開發。至少，筆者就已提出四種非測量電容的電容式觸控技術，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. 測量雜訊變化範圍；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200:1，製作成IC後有機會挑戰 1000:1；超高的靈敏度，可偵測到幾個 fF級的微小變化；Sample rate 可達 10K samples/sec；可抵抗AC電源訊號的干擾；可以調整共振能量，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；是現今唯一以物理觀念主導的新原創觸控技術，專利上保有主導優勢。

本實驗開啟了新 In Cell 觸控技術的多重可能性，讓 In Cell touch 不再局限於 Photo Sensor，以及Apple In Cell touch，或各類運用壓力形變等方式做成的In Cell觸控技術，演進到更多元的 In Cell touch 的新藍海技術。

近來與知名的業界高階技術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 的導體層，LCD內部的 ITO電容所儲存的電荷會干擾Touch sensor 電容的測量，而其所產生的雜訊將無法克服，Gate line 與 data line 上的訊號也會干擾 Touch sensor的訊號檢測。

這個大家都認為"不可能"的實驗結果，對未來觸控產業的影響相當巨大，試想看看當 In Cell Touch 發展到不會影響LCD的良率與開口率時，OGS 與現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%，屆時沒有此種技術的業者，還有存活的空間嗎？

雖然現在看起來成功的機會可能只有 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%(認為不可能做到的人)而言，成功的機會還是非常巨大的。不過，多數業者可不這麼認為，哪怕只有1%的成功率都要小心謹慎不能冒險，因為冒險的賭注太大。

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

(作者為發明元素總經理：[email protected])