LCD-TFT 電容式觸控 電阻式觸控 內嵌式觸控 觸控技術 驅動IC MCU

搶搭觸控商機順風車 台灣IC業者使出渾身解數

2011-12-05
觸控技術已大量被導入消費性電子、個人電腦中,創造龐大的市場商機,為分食市場大餅,身為技術較落後與後進業者角色的台灣廠商,除了以成本優勢打入二線業者市場外,技術的再提升,刻不容緩。
以觸控操作做為人機介面由來已久,如自動櫃員機(ATM)的觸控面板、個人數位助理(PDA)與平板電腦的觸控筆/觸控面板,以及筆記型電腦的觸控板等,而蘋果(Apple)在2007年6月推出的iPhone則將觸控操作提升至新的境界。

iPhone的成功,影響其他消費性電子產品人機介面的設計思維,亦帶動新興、單點以上觸控操作在其他消費性電子產品的成長。達成觸控操作的硬體,主要包含觸控面板以及觸控面板控制IC。20092014年全球觸控面板控制IC的有效市場規模預估如圖1。

備註:Other Handheld CE包含數位相機、PMP、掌上型遊戲機、可攜式導航機、平板裝置及電子書閱讀器等。
資料來源:資策會MIC(03/2011)

圖1 2009~2014年全球3C應用之觸控面板控制IC市場規模

智慧手機為觸控面板主要應用市場

由於智慧型手機功能龐雜,對直覺性的人機介面需求高,且多強調上網、瀏覽等情境,標榜大面板尺寸,因此採用觸控介面的動機強。目前大部分的智慧型手機均採用觸控操作,且滲透率持續上升,成為觸控在行動電話最主要的成長動力。相對而言,功能型手機(Feature Phone)在觸控操作的需求則不如智慧型手機,目前在中高階或廠商特別主打的機種。

隨著智慧型手機市場快速成長,2011年將有近三分之一的行動電話搭載觸控面板,預估至2014年,觸控在行動電話之滲透率超過45%,使得觸控面板控制IC有效市場規模可達八億八千萬顆。

手持式CE也吹觸控風 平板裝置為主要成長動力

包括數位相機、可攜式多媒體播放器(PMP)、平板裝置等其他手持式消費性電子產品的觸控面板控制IC市場規模僅次於手機,2011年估計有一億七千萬顆,至2014年可望成長至二億七千萬顆。

在數位相機方面,其與行動電話同樣受到產品尺寸限制,又強調增大觀賞畫面(排擠到按鍵),因此觸控機種比重可望逐步提升。預估其觸控滲透率將由2010年約5%,成長至2014年超過15%。

在如iPad等新興行動平板裝置方面,其主要功能為瀏覽多媒體或圖文及上網等,屬休閒或娛樂性質,操作介面當以簡單直覺為佳,使得觸控滲透率幾乎是100%。由於平板裝置產品成長快速,估計其市場規模將由2011年的四千三百萬台成長至2014年的八千一百萬台,成為觸控面板控制IC在手持式消費性電子應用的主要成長動力。

在電子書閱讀器(E-reader)方面,因為目前占大部分出貨量的Kindle,以閱讀書籍為主要功能,採用按鍵操作,使2010年觸控滲透率僅約二成。

AIO個人電腦觸控需求高

Windows 7因支援多點觸控,大幅降低硬體廠商開發觸控個人電腦(PC)的門檻,提供觸控在個人電腦應用發展的良好環境。不過,Windows 7大部分的使用者介面與先前的視窗版本相同,使觸控操作僅為輔助性質,且大尺吋觸控面板價格仍高,因而目前個人電腦搭載觸控面板比例相當有限。唯有一體成型(AIO)桌上型電腦,由於訴求的應用情境對觸控操作需求較高,觸控面板搭載比例也高。

聯網電視帶動觸控遙控器發展

聯網電視的興起,使電視可提供的服務(或功能)日益豐富,但其操作介面須重新設計,才能讓使用者快速、直覺地選取想要的服務。類似滑鼠操作、在電視螢幕上自由地點選,可望成為未來電視機主要的操作模式之一,其中一種實現方式即是在電視遙控器上配備觸控板(Touch Pad)。

3C大量導入觸控技術

觀察各終端應用,其目前主要採用的觸控技術,以及未來之發展趨勢並非一致,茲分析如下。

投射電容式已成手機應用主流

由於投射電容式(Projected Capacitive)觸控技術只要輕輕碰觸即可感應,廣受使用者的歡迎。整體而言,投射電容式觸控技術在行動電話應用成長快速,至2010年已超過電阻式觸控。

由iPhone帶動的手勢操作,已使現今行動電話觸控技術須支援單點以上的觸控操作。不管是品牌或是白牌行動電話廠商,當其由電阻式觸控跨入投射電容式觸控,均要求需將觸控點由「單點」提升至「至少兩點」。而高階智慧型手機對觸控點的要求更高,約為三至五個觸控點。

手持式CE逐漸轉移至電容觸控

在平板裝置方面,由於多數系統廠商以iPad為產品開發的標竿,目前大部分平板裝置採用投射電容式觸控技術。同樣地,其需求的觸控點數亦是至少兩點。甚至因為平板裝置面板尺寸多在710吋、約為兩隻手可擺放的空間,而使多數系統廠商要求之觸控點可多達十點。

在可攜式導航機與數位相機方面,雖然投射電容式觸控技術給使用者的操控感受較佳,但因現階段投射電容式觸控面板廠商以滿足行動電話與平板裝置的需求為主,使得此兩種應用的觸控機種,多數仍採用電阻式觸控技術。

在掌上型遊戲機方面,目前任天堂(Nintendo)NDS採用的觸控技術為電阻式。索尼(Sony)在2011年1月底發表的PSP次世代機種,已配備投射電容式觸控面板,並具多點觸控能力。

電子書閱讀器方面,觀察目前推出的觸控機種,終端廠商因不同的產品訴求而選用電阻式、投射電容式及電磁式等不同的觸控技術,尚未顯現出主流。展望未來,彩色電子書閱讀器可望帶動廠商採用投射電容式技術。此外,訴求教育或學習的產品,大多會配備觸控筆,而選用電磁式觸控技術,不過,廠商已開發支援觸控筆的投射電容式觸控技術。

AIO以光學式觸控為主

在筆記型電腦方面,由於Windows 7作業系統對觸控點的要求為至少兩點,使兩點、投射電容式的觸控技術成為目前主流。預估由平板裝置崛起,所建構的兩點以上、投射電容式觸控技術相關供應鏈,將會順勢供給筆記型電腦。

在AIO個人電腦方面,目前以光學式的觸控技術為主流,因為在大尺寸面板的應用,光學式觸控技術的成本相對投射電容式要低,短期內上述成本的相對關係預估將不會改變。

觸控IC產品發展動態

總結上述,投射電容式觸控技術已有最大的市場規模且持續成長中。因此,以下即就投射電容式觸控面板控制IC,觀察其產品發展動態。

觸控點已發展至支援十點以上

觀察各3C產品觸控技術之趨勢可歸納出,整體3C產品對觸控點數的需求,大致依循由單點到兩點,再由兩點到兩點以上演進。觸控面板控制IC做為觸控操作的關鍵控制元件,其可支援觸控點數亦當呈現同樣的趨勢。

圖2為整理五家包含國際及台灣廠商觸控面板控制IC廠商,投射電容式產品演進的歷程。比較早投入市場的廠商,其產品支援的觸控點即循著單點、兩點至兩點以上的路徑,而較晚投入的廠商則由兩點開始。

備註1:括弧內數字代表實際支援的觸控點
備註2:實心標示表示產品已推出,空心標示表示產品開發中
資料來源:各公司,資策會MIC整理(03/2011)

圖2 投射電容式觸控面板控制IC支援觸控點趨勢

目前IC廠商多專注在支援兩點以上觸控點的產品開發,在終端廠商對平板裝置應用要求十個(以上)觸控點、高階智慧型手機應用多要求三至五個觸控點的狀況下,多數廠商索性選擇開發支援十個(以上)觸控點之產品,以滿足兩者的需求。

再者,投射電容式觸控技術又分為自容式(Self Capacitance)與互容式(Mutual Capacitance)兩種,互容式技術的門檻較高,但可避免所謂鬼影(Ghost)現象,判斷出正確的觸控位置。當觸控點數為兩點時,自容式技術可透過某些手段解決鬼影問題,但當觸控點數大於兩點時,則非採取互容式技術不可。因此,IC廠商欲打入高階智慧型手機與平板裝置應用市場,勢必得發展互容式技術。據觀察,五家廠商在兩點以上的產品均導入互容式觸控技術。

單晶片方案已可支援達12吋

由於觸控面板控制IC產品開發的困難度隨著支援面板尺寸的增加而提升,而小尺寸的行動電話應用又是規模最大的市場,因此多數IC廠商的產品以「支援的面板尺寸由小而大」的原則布局。

觀察兩家知名的投射電容式觸控面板控制IC廠商賽普拉斯(Cypress)及愛特梅爾(Atmel)的產品藍圖,當支援之觸控點為單點或兩點時,其支援的最大面板尺寸先是3.24.3吋(行動電話應用),後為8.08.4吋(平板裝置與迷你筆記型電腦應用)。

近期廠商以支援十點(以上)觸控點為基本條件,持續提升支援之面板尺寸。以單晶片的方案來說,2011年2月推出的產品已可支援12吋,用於平板裝置與迷你筆記型電腦,至於多晶片方案,已可支援15.6吋(筆記型電腦)。

提升運算單元規格/加強演算法能力

當觸控面板為手機等小尺寸應用且欲達兩點觸控時,通常觸控面板控制IC內部以8位元微控制器(MCU)處理或運算輸入資料。隨著須支援的觸控點增加,待處理的資料量亦增加,觸控面板控制IC之運算能力亦須增加。由廠商的產品觀察,當支援的觸控點在十點(以上)時,一般多將運算單元由8位元提升至32位元,以因應龐大運算量。再者,為符合十指觸控之應用需求,觸控面板控制IC內部的演算法,除需快速且正確地辨識出觸控訊號位置外,還須加強影像處理之能力,將不必要的、非觸控的訊號,如手掌或臉等排除。

增添強化使用者經驗功能

觀察賽普拉斯、愛特梅爾等業者的產品,在增加支援觸控點數與面板尺寸之外,同時亦往增添「強化使用者經驗」功能發展。其將為廠商差異化關鍵之一,因此這部分為觸控面板控制IC不可忽視的趨勢。

首先,投射電容式觸控技術通常需要較大的接觸面積(約指腹大小)。不過,部分控制IC廠商積極提升技術能力、減小所需接觸面積,使其產品可支援觸控筆輸入。賽普拉斯已宣稱其投射電容觸控IC可支援直徑1毫米(mm)觸控筆,接近電阻式觸控的水準。再者,一般投射電容式觸控技術無法讓使用者戴著手套操作,此特性在寒冷的環境中對使用者而言相當不便,愛特梅爾即推出支援戴手套操作的產品。

最後,觸覺回饋亦即觸控面板對使用者的輸入訊號發出回應訊號,亦是強化使用者感受與經驗的發展方向,有機會成為下一代觸控IC的新增功能。賽普拉斯、愛特梅爾已取得擁有觸覺回饋技術廠商Immersion授權,為開發支援觸覺回饋的產品預作準備。

台灣IC設計廠商布局者眾

由於觸控面板控制IC的市場規模大且持續成長,須投入的研發資源也不似系統單晶片(SoC)般龐大,使其成為許多台灣IC設計廠商發展新產品線的目標。根據資策會產業情報研究所(MIC)統計,台灣IC設計廠商在觸控技術的布局,約有七成廠商選擇市場規模最大的投射電容式技術。不過仍有少數廠商避開主流市場,投入於成本可能相較投射電容式要低的多點電阻式技術,或是以AIO為主要應用的光學式技術,以及電磁式等利基型市場,甚至亦有廠商跨足技術尚未成熟、但具發展潛力的內嵌式觸控技術。

就廠商類型來看,以液晶顯示器驅動IC(LCD Driver IC)廠商,以及個人電腦與周邊應用廠商最多。在有機會增加同一群客戶營收之有利情勢下,幾乎所有台灣LCD驅動IC廠商皆投入觸控面板控制IC領域。而個人電腦與周邊應用IC廠商,或因中央處理器(CPU)廠商主導個人電腦平台使生存空間大受威脅,或因市占率已高、難再提升等因素,亦迫切籌畫新產品,觸控IC即為其中之一。

台灣觸控業者可由中低階應用切入

行動電話是目前市場規模最大且持續成長的應用市場,有機會容納較多的觸控IC供應商,但與外商中的領導廠商相比,台灣觸控面板控制IC廠商產品,在技術上約落後2年。至2010年下半年,台灣IC設計廠商才陸續推出互容式技術的產品。

另一方面,因觸控面板模組(包含感測器及控制IC)的效能,牽動行動電話整機的使用者介面表現,故行動電話品牌廠商偏好市場先行者(通常為國際IC廠商)的產品,即使規格相同,亦不會貿然採用市場後進者--台灣IC廠商的產品。

不過,國際IC廠商多專注於耕耘行動電話領導品牌廠商,因此,國際IC廠商無暇顧及的二線行動電話品牌,即有台灣IC廠商的發展空間。

再者,目前行動電話廠商力推中低階智慧型手機市場成長,其一方面須降低物料清單(BOM)成本,一方面可接受兩點觸控,亦是具成本優勢的台灣IC廠商的機會。而中國白牌/品牌行動電話廠商亦開始導入投射電容式觸控於高階產品,也是台灣IC廠商可投入的市場。

此外,平板裝置為次於行動電話、規模大且成長高的應用,現階段台灣IC廠商尚難爭取一線品牌客戶訂單,但二線品牌仍具機會。

液晶面板廠投入觸控領域 有利LCD驅動IC廠中長期發展

雖然目前觸控面板市場的供應商多為專業觸控面板廠商,但液晶面板廠商希望藉由整合液晶面板與觸控面板出貨,為客戶提供加值服務。若上述供應模式成形,由於LCD驅動IC廠商可同時供應液晶面板廠商驅動IC與觸控面板控制IC,相對其他僅能供給觸控IC的廠商,具有綑綁銷售的優勢。

再者,系統客戶對零組件的要求向來為尺寸持續縮小及價格持續降低,驅使液晶面板廠商投入開發如On-Cell或In-Cell等內嵌式觸控技術,以縮減觸控面板與液晶面板總體厚度與成本,同時也驅使LCD驅動IC與觸控面板控制IC往整合為單晶片發展,以降低IC的總成本。而無論是開發內嵌式觸控面板之控制IC,或是整合LCD驅動IC與觸控面板控制IC的產品,都需IC廠商與液晶面板廠商密切配合。LCD驅動IC廠商與液晶面板廠商之間或為策略夥伴、或有長期供貨關係,可望優先取得合作之機會。

目前液晶面板廠商積極發展商用化時程相對較近之On-Cell觸控技術,估計未來23年將逐漸成熟,使其在觸控面板市場之地位有所提升。

投射電容式觸控演進趨勢 有助台灣IC設計廠商未來發展

雖然觸控操作已成各類消費性電子產品的趨勢,但考量市場規模與成長性,IC供應商多選擇行動電話或平板裝置為主要目標市場。

台灣廠商應可逐步克服技術差距,且通常在價格競爭方面相對國際廠商更具優勢。目前行動電話與平板裝置對觸控操作的主流需求已進展至二至五點觸控與十點觸控,符合一般應用情境,預料未來觸控面板控制IC主流規格將不會有太大提升,但價格卻因可提供IC的廠商增多而下滑空間大,此狀況有利於台灣IC設計廠商搶食外商市占。特別是台灣液晶面板產業在全球具重要地位,液晶面板整合觸控面板之趨勢,對台灣IC設計廠商在觸控面板IC市場之整體表現亦有助益。

基頻晶片為投射電容觸控IC潛在威脅

在行動電話採用的觸控技術仍以電阻式為主的時期,許多基頻晶片將支援電阻式觸控的功能整合於產品中,使得獨立型的電阻式觸控面板控制IC的生存空間大受壓縮。當投射電容式觸控技術成為行動電話應用的主流,基頻晶片廠商亦可能投入開發投射電容式觸控IC。

由於基頻晶片扮演行動電話系統中最重要的角色,具有很強的綑綁銷售的能力。雖然與電阻式觸控IC相比,投射電容式觸控IC的技術門檻高出許多,但對大部分基頻晶片廠商而言,是否投入此領域恐怕是資源配置的考量大於技術的考量。目前已有新進行動電話基頻晶片廠商晨星發表投射電容觸控IC;山寨手機晶片龍頭聯發科亦投資大陸觸控IC廠商匯頂。若3G晶片大廠如高通(Qualcomm)等亦投入此領域,對所有投射電容式觸控IC廠商將形成威脅。

投射電容IC廠商宜思考差異化策略

對布局投射電容式觸控技術的台灣IC設計廠商而言,雖然未來競爭環境可望相對外商較為有利,但前提是產品基本規格須趕上外商。現階段台廠在致力提升如支援觸控點或面板尺寸等基本規格之餘,宜思考並規畫其產品未來在強化使用者經驗的部分,該有哪些功能。而預作產品差異化的準備,有助於維持獲利。

對布局如光學式或電磁式等非主流觸控技術的台灣IC設計廠商而言,由於市場規模相對較小,單純提供IC可能不符產品營收目標,或可考慮提供模組或包含軟體的整體解決方案。而電磁式觸控IC廠商除提供客戶模組,包含控制IC、觸控筆等之外,亦可與投射電容觸控面板或控制IC廠商策略合作,以整合手指與筆輸入的觸控解決方案,爭取平板裝置及電子書閱讀器應用市場商機。

(本文作者為資策會MIC資深產業分析師)

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