壓力感測觸控小小兵的進擊(上)

刊登日期:2015/9/14
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蔡東璋
 
觸控面板模組(Touch Panel Module;TPM)在3C電子產品的滲透率已達飽和,觸控模組出貨量成長率不若以往,TPM平均銷售價格(Average Sales Price;ASP)自2013年如溜滑梯般一路下探,至今跌勢未止;兩年來觸控業供應鏈頻頻洗牌、產業秩序不斷重整,如此駭浪中的生存之道—「增加觸控體驗、瞄準利基型應用,轉而航向藍海,以提供面板報價的有力支撐點」,已是業界了然於胸的共識。

後觸控時代氛圍正在形塑,諸多現象也直接演譯(Deductive)著這些質變:陸廠歐菲光(O-film)前年豪取觸控霸主王座後,積極送樣含相機鏡頭模組的Touch Panel;台系富晶通(Transtouch)主攻工業觸控,造就其2014年每股盈餘(Earnings per share, EPS)一枝獨秀;台介面光電(J-touch)轉攻無線充電模組,並將其視為近一年殺出血路的奇襲;傳統的日方大廠阿爾卑斯(Alps)也自忖集團優勢轉向以車用面板作為業務重心,以甩開內嵌式觸控(Embedded Touch Panel;ETP)的威脅;而今年,宸鴻(TPK)、英特盛(GIS)也欲借力壓力感測(Force Sensing)模組,尋求獲利再攀高峰。我們可看出觸控業主們(TP Makers)從過去同登一座山,變成選擇山頭各自努力;而這種趨勢和戰略上的轉變,將成為2015年以後眾人力拱、高唱的主調,究竟誰輸誰贏、誰起誰落,筆者很難說得準,畢竟新賽局才剛開始。 
 
前言
觸控(Touch)是人們與機電裝置最直覺的溝通方式,當使用者(Human User)觸摸面板後,系統透過觸摸前後衍生的光學或電性變化算出觸碰當下X-Y二維座標,隨後依應用軟體(Application Program;AP)作出各式各樣人機互動。從以上描述,我們不禁直覺地預想:除了平面座標,若系統還能偵測觸摸者的力道(Touch Force),無異為Z方向的延伸,如此面板在“感知維度”上就多了縱向深度,即可與User進行更多元化的人機應用,增加觸控產品的賣點(圖一) 。
 
 
圖一、Apple Watch導入壓力感測,增加觸控體驗

話說回來,距今半世紀前有人提出感壓技術(Force Sensing或Force Touch)的雛型,早在1960~1970年前後就有專利揭露壓力感測觸控面板(Force-based Touch Panel) ,怎奈當時無合適的應用載具和缺乏材料經濟效益等原因而作罷。此後,商用化壓感面板一度銷聲匿跡,直到1990初期才由IBM (International Business Machines)公司推出個人和工業用兩款具備面板感壓功能的PC (個人電腦) (IBM命名為TouchSelect),其以彈簧套件外掛在PC硬體上,構成12~19”面板大小的壓力感測CRT螢幕(Force-sensing CRT Screen);笨拙厚重的硬體加上人們早已習慣使用滑鼠(Mouse),所以TouchSelect推出後並不叫好也不叫座,在市場上苦撐三年就草草下市。

前身為QSI的Vissumo公司在2007年提出平面式(Planar)壓感面板,面板四端以金屬框架(Metal Frame/Slot)定義出感壓點,感壓懸臂(Beam)以應變規(Strain Gauge)或壓電材料(Piezoelectric Transducers)構成(圖二);透過精巧的Gauge安排完全抵銷橫向應力,面板受力時內/外(Inside/Outside) Gauge分別受到壓縮(Compression)和伸張(Tension)應力,且僅縱方向有非零的淨分力,4位置共8個Gauge形變資訊被系統感知,並運算得到使用者的施力大小和觸碰點。



圖二、Vissumo壓感面板

2010年,F-Origin公司獨力發展並推出zTouch技術(圖三),縱向配置的彈簧臂(Spring Arm)將使用者的正向施力(Normal Force)傳導到顯示器前框四角位置的壓電Sensor,供系統計算受力程度及位置。其實早在2008年SID展會上,台廠元太(E Ink)即與F-Origin合作發表全球第一款具感壓功能之電子紙,並命名為Touch EPD。與IBM的作法雷同,F-Origin的壓力感測器需要較厚的機構空間來埋設Sensor,以致在整機薄化議題上力有未逮,是以限制了其在3C領域的發展。另見圖四,FloatingTouch公司於2011年提出自家以感應壓力為基礎的觸控面板,上下一組的---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

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