一前言：电子设备发展史，键盘、鼠标与触摸板出现，解决输入控制问题。不过，对初学者而言，学会使用这些输入接口门坎相当高，而且所占空间不小，例如，笔记本电脑或手机一半体积都被键盘占据。若能省下键盘空间，自然能提升产品可移植性，最可行的方式，就是直接于面板以触控方式进行操作。

    触控技术发展，其实已行之有年，然而，自去年iPhone推出，为触控市场投下了1枚震撼弹，电子产业了解到，触控屏幕并非只是小众市场，其实足以成为主流输入接口。iPhone证明好的触控接口，确实能取代大多数键盘功能，并赋与用户更直觉、便利的操作体验；以更大的面板替代键盘，还能设计出更轻薄、时尚造型；加上完全采用固态面板技术，不需担心键盘、滑轮…等机械零件故障问题。

    上述这些优点，其实早就存在，为何到现在才看到iPhone在市场脱颖而出？这是供需上的时势所趋。今日手机内建功能愈来愈复杂，尤其是智能型手机，iPhone贴心的触控接口，让智能型手机有机会赢得更多人的青睐。多点触控功能出现，造成使用接口的新革命，用户能以更直观的方式使用产品。

     然而，有需求而没技术，仍只是空谈。在中小尺寸面板的手持式市场上，一向是电阻式触控屏幕的天下，但iPhone改采投射电容式技术实现多点触控功能，让大家将注意力转移到新的触控技术。除iPhone，还有LG Prada手机、iPod Touch、Samsung Yepp YP-P2媒体播放器…等，都采用投射电容式触控技术，可见此技术已从小众走向大众市场。

     表面电容式技术&电容式触控技术，是透过手指接触触控屏幕造成静电场改变进行侦测，其中单点触控电容式技术，其实已相当成熟，也就是表面电容式(Surface Capacitive)。此技术架构较单纯，只需1面ITO层即可实现，而且此ITO层不需特殊感测信道设计，外围只需接4条讯号线和接地线即可，生产难度及成本都可降低。运作架构上，系统会在ITO层产生1个均匀电场，当手指接触面板会出现电容充电效应，面板上的透明电极与手指间形成电容耦合，进而产生电容变化，控制器只要量测4个角落电流强度，就可依电流大小计算接触位置。表面电容式技术虽然生产容易，但需进行校准工作，也得克服难解的EMI及噪讯问题。最大的限制则是，它无法实现多点触控功能，因电极尺寸过大，并不适合小尺寸手持设备设计。

    图说：表面电容式触控工作示意图。(Synaptics)" 投射电容式技术; 投射电容式(Projected Capacitive)技术是实现多点触控的希望所在。相较于表面电容式，投射电容式采单层或多层样式化(patterned)ITO层形成行/列交错感测单元(sensing element)矩阵。如此一来，整个使用生命周期中，不需透过校准就能得到精确触控位置，而且可以使用较厚的覆盖层，也能做到多点触控操作不过，在设计上的难度也提升许多，以布线来说，采投射电容式的手机面板，至少需要接15条线。

    就技术原理，有2种方式可实现投射电容式触控感测，一种是自电容型(self capacitance，也称absolute capacitance)，另一种为互电容型(mutual capacitance，也称transcapacitance)。自电容型是指触控物与电极间产生电容耦合，并量测电极的电容变化确定触碰发生；互电容型则是当触碰发生，会在邻近2层电极间产生电容耦合现象。

    根据这2种原理，可以设计不同的投射电容式架构，不同架构能做到的多点触控功能也就不同。多点触控其实可细分为2种：一种是手势辨识追踪与互动(Gesture interaction)，也就是仅侦测、分辨多点触控行为，如缩放、拖拉、旋转…等，实现方式为轴交错式(Axis intersect)技术；另一种则是找出多点触控个别位置，此功能需采复杂触点可定位式(All point addressable；APA)技术才能达成。以下将介绍这2类技术作法：

    轴交错式'轴交错式(又称Profile-based)技术，是在导电层上进行菱形状感测单元规划，每个轴向需要1层导电层。以2轴型式为例，触控侦测时，感测控制器会分别扫描水平/垂直轴，产生电容耦合的水平/垂直感测点会出现上升波峰(peak)，而这2轴交会处即正确触控点。由于每次量测为利用单导电层与触碰物电容耦合现象，因此属自电容型技术。

     @轴交错式电容式触控技术，其实正是笔记本电脑触摸板(touch pad)的实现技术，技术相当成熟，但触摸板与触控屏幕最大差异在于，前者是不透明、后者是透明的。因为不透明，所以触摸板可在感测区使用金属或碳原子式电极。投射电容式触控屏幕则是透明的，因此需采透明ITO做为导电电极，而且此层ITO不像电阻式或表面电容式是均匀导电层，而需要做样式化设计。  单点触控应用上，轴交错式能得到确切触控位置，因此不像表面电容式需经校准修正。透过一些算法，轴交错式也能做到多点触控手势辨识功能，但若要定位多点触控正确位置会有困难。以2轴的扫描来说，2个触控点分别会在X轴与Y轴各产生2个波峰，交会起来就产生4个触点，其中2个点是假性触控点(Ghost point)，这将造成系统无法进行正确判读。

    不过，仍有方法能解决多点定位问题。在2轴式触控屏幕中，可以利用2根手指触控时间差分辨前/后触点，或以触点的不同移动方向辨别。此外，也可增加轴向提高可辨识触点位置、数目，每增加1轴向可多辨识1点(如3轴可辨识2点、4轴为3点)；不过，每增加1个轴向，就要多1层导电层，这会增加设计的触控面板厚度、重量与成本，这都不是可携式产品乐见的结果图说：多点触控时，轴交错式会产生假性触控点 所有触点可定位式的作法能辨别触控点确切位置，可以说是理想多点触控解决方案，但其技术实现上，不论是导电层规划、布线或CPU运算，难度都提高许多。这类解决方案目前有2种作法，一种是独立矩阵感测单元(Independent-matrix sense elements)，它只有1层透明的电极矩阵；另一种是交错矩阵感测单元(Intersection-matrix of row and column sense elements)，它由2层相互隔离水平(列)及垂直(栏)导电层组成交错矩阵。. 独立矩阵感测单元'应用上，2种作法都能得到确切的多触控点，因此感觉上并无太大差异，但实际建置技术上，独立矩阵感测单元复杂度相当高，仍不是理想作法。独立矩阵式每个感测单元都需与控制器相连，因此分辨率要求愈高，布线就愈复杂。以1个10x10矩阵，就需要有100条连接控制器的感测线。显然地，独立矩阵式需采多脚位、高运算能力控制器/处理器处理复杂矩阵感测数据，也需更大容量的RAM内存做为暂存区，此外，扫描时间也会拉长。然而，即使解决这些问题，面板制程仍有难解议题：由于ITO导电层并不能穿孔，再将线路从外部连结到控制器，因此讯号线必然得与感测单位布置在同1层空间，这就会挤压到感测单元的可感触面积，而缩小面积意味灵敏度会下降；此外，邻近走线也容易造成电容泄露问题。

   7图说：独立矩阵感测单元架构图交错矩阵感测单元相较独立矩阵感测单元，交错矩阵感测单元是比较合乎商业要求的解决方案。iPhone即是采用此种架构的触控技术。主要架构是2层导电层，其中1层为驱动线(driving lines)，另1层为感测线(sensing lines)，2层的线路彼此垂直。运作上会轮流驱动1条1条驱动线，并量测与这条驱动线交错的感测线是否有某点发生电容耦合现象。经逐一扫描即可获知确切触点位置制程上，交错矩阵式能解决自电容式面临的复杂绕线问题，不过，要逐一扫描栏列步骤，仍然是相当耗时的工作。由于每次全面板扫描中，多数时间是花在非触控区，因此，其实可透过更聪明的方法加速扫描，例如，透过回归式(recursive)作法，也就是1次只扫半区，若没找到，再将另外半区对切1半扫描，逐渐逼近方式来加速找到触点位置。

    交错矩阵式虽制程上较可行，但其运作负荷与独立矩阵式是相同的，因此也需采更强大的处理器。以iPhone来说，它就以2颗独立芯片分担这项工作，1颗是感测控制器，将原始模拟感测讯号转为X-Y轴坐标；另1颗则是ARM7处理器，专门用来解读这些数字数据，辨识用户手势动作，并作出相应功能。

     此外，交错矩阵式也需面临一些设计挑战，例如，需要供应高电压才能得到较好的噪讯比(SNR)表现。此外，其导电层作法虽能克服自电容走线问题，但本身电路仍存在极大电阻值，这会影响充/放电速度。尺寸愈大，冲击愈大，因此，并不适合在大尺寸面板使用此类触控技术

     图说：交错矩阵感测单元架构图。比较轴交错式和APA，前者所需运算资源会少许多，内存不需太小(小于1kB即可)；后者因复杂许多，运算要求也会非常高，内存要求也高(需数kB)。两者同样能实现多点触控侦测，但轴交错式较难做到多点解析，除非采独特软件后处理技术，相较APA就能做到多点解析要求(请参考表1)。其它可行多点触控技术实现多点触控功能，投射电容式并非唯一可行技术。早在2005年纽约大学的Jeff Han博士就已实机展示多点触控的有趣应用。该实验室研发了1种称为受抑全内反射(frustrated total internal reflection；FTIR)光学感测技术，可用多手指在桌上型屏幕进行绘图和多点操控。其技术架构是用背投方式将画面投射于屏幕上，再将 LED光线打入压克力板，利用光线碰到指头产生散射抓取正确位置。

    微软Surface计算机则利用类似原理达成多人、多点触控感测。Surface是1个表面安装30吋触控显示器的工作台，在这层防刮、防水面板下，隐藏多台红外线摄影机，可感应手指或其它碰触表面对象；另有1个DLP投影机侧放，投放用户可看得到的影像。Surface最多可同时感测52个触点，因而支持多人同时操作，而且还能自动识别放置于屏幕上的物体。不过，它售价高达1万美元，目前要求市场是饭店、餐厅、零售点和赌场游戏桌。图说：Jeff Han发明的FTIR多点触控技术。图说：微软的Surface技术。

    结论除投射电容和影像感测方式外，还有不少触控感测技术可实现多点触控应用，或正朝这个方向努力，如IR Matrix、Imaging LCD(Matrix)、IR Waveguide(Matrix)…等。就如Apple所要求的：「手指是万能的」，为避开专利障碍，未来可望见到更多多点触控技术，甚至直接内嵌在显示器LCD面板当中。然而，投射电容式仍是小尺寸手持设备较可行的多点触控解决方案。在过去，电容式主要用于大尺寸面板，今日要取代电阻式置于小尺寸面板，系统业者必须学习解决电容式触控的设计议题。就环境因素观察，EMI是常见的设计挑战，在讯号复杂的手机中，又显得更为困难；天候变化也是不容忽视的因素，不同温、湿度或下雨状况，都会影响触控感测正确性。此外，电容式是使用手指进行触控，设计者也须考虑使用者手指大小，感测单元够大，正确性就会提升，但相对就会犠牲分辨率，因此，必须在正确性和分辨率间取得平衡点。以人的手指来说，感测单元约介于6~10mm间。还有一些设计议题，例如，该选择玻璃或PET做为基板，及侦测讯号输出后的处理架构该如何规划…等。

    投射电容式触控技术可望在手持面板应用中愈来愈普及，但现在仍处于摸索阶段，从制程到软/硬件技术，还有不少挑战待克服。