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触摸行业前景看好 IC方案商积极应对

2010-01-14 14:58:46 来源:《半导体器件应用》2010年1-2月刊 点击:4555

您见过没有显示屏的手机吗?您见过没有显示屏的笔记本吗?没有!我们无法估算全球到底有多少显示屏,但据DisplaySearch发布的数据,2008年全球触摸屏(Touch screen)出货量超过4亿片。iSuppli公司预测在苹果公司iPhone热销及其精致的用户界面刺激下,2013年触摸屏出货量将达到8.33亿片。换个角度看,8.33亿片触摸屏至少需要8.33亿触摸屏IC与之配套使用,8亿多只触摸屏芯片年需求量对各IC厂商来说绝对是不容错过的机会。

触控无处不在

目前,在触摸屏应用产品方面,手机、个人导航设备(PND)以及游戏机为主要三大应用,其中手机是最主要应用。以2007年为例,手机用触摸屏估计占整体市场出货量的33%,随着更多手机采用触摸屏,DisplaySearch预估2008年这一比重将增加到41%。同时,DIGITIMES指出,预估2009年,全球将有超过20%以上的手机采用触摸屏,出货量超过3.5亿片。ABIResearch报告预计2012年安装触控界面的手机出货量将超过5亿部。

DisplaySearch 资深显示技术分析师Jennifer Colegrove, PhD指出,触控式的操作接口已经被消费大众认为是时髦而且有趣的,并且迅速地渗透到手机、导航装置、掌上型游戏机等多项应用。从手机到数码相机,从PND到PDA,从GPS到MP4,触摸屏无处不在,可谓忽如一夜春风来,千树万树梨花开。作为开启人机交互方式的触摸屏统一了触觉和视觉,使人机交互更为便捷,那么,目前的触摸屏芯片及其解决方案是否能够满足触摸功能发展的需求呢?

2008~2015年全球触控面板模块出货金额预测(单位:十亿美元)
(来源:DisplaySearch 2009 Touch Panel Market Analysis)

电阻式还是电容式

触控市场各取所需

目前,触摸屏大致可以分为电阻式、电容式、红外线式、超音波式四类,其中电阻式与电容式最被市场看好,电阻式触控和电容式触控为触控产品应用的两大触控技术。电阻式触控技术是由于应用时间长,技术成熟,成本低,而成为众多触控产品所选择的解决方案。2007年Apple的iPhone将电容式多点触控技术展现于其新颖且亲近易用的操作界面上,并引爆多触点热潮,让电容式触控技术炙手可热,众多厂家纷纷投入电容式触控产品的竞争当中。

面对市面上各种不同的触控方式,英华达(南京)科技有限公司工程师陈淮扬表示:“英华达基本上选用的是电阻式解决方案,电阻式发展时间较长,技术成熟,功耗和集成度都能满足手机的要求,最重要的是价格合适。”比亚迪微电子公司触控产品经理黄臣也很看好电阻式触控方式:“电阻式触控方案无须使用到昂贵的金属镀膜工艺线,对于数量庞大的中小电阻屏生产厂商来说,有机会发挥自己的优势,而且电阻式触控方式可以生产标准化的产品,不需要针对每一款设计进行调试,为厂家缩短新产品上市的设计周期,保证产品的竞争力。”

比亚迪微电子公司触控产品经理 黄臣
 
“电阻式触控方案为厂家缩短新产品上市的设计周期。”

电阻式触摸屏从四线发展到无线,通过新的工艺解决了老式的电阻式触摸屏精度和灵敏度方面的问题,并实现看多点触控。同时,ST、TI、Microchip等一直在推广的带多点触控的电阻式触控芯片,电阻式触控芯片的阵容仍十分强大。但针对业界推出可支持多指操作的矩阵式电阻式触屏控制技术, 义隆电子股份有限公司人机触控界面事业部中国区市场经理蔡政地表示:“其手指操纵性仍会有一定的限制,故其在多指操作的考虑上,仅是在价格因素下的一项过渡产品。”那电容式触控应用现状又是怎样的呢? 青岛海信通信有限公司工艺部装配工艺室主任刘伟建告诉记者:“目前海信百分之九十以上的手机是带触摸屏的,采用的都是电容式的触摸屏,因为一些不可或缺的功能必须用到电容式触控。”而国内的手机设计公司态度更鲜明,上海一位手机研发工程师明示,他们研发的手机百分之百选用电容式解决方案,因为高端手机可以忽略电容式触控方案的成本劣势。

 

Synaptics技术分析师Andrew Hsu

  “电容式传感器是固态的,这将提高电容式触控传感器的连续性和稳定性。”

蔡政地极力看好电容式触控方案:“电容式触屏在触摸手感流畅,触屏透光性,面板强固耐受性等方面都是电阻式触屏所无法比拟的。”晶门科技有限公司助理技术推广经理伍晟表示:“相较电阻式触控技术,电容式是更有效的技术以支持多点触控检测,而且电容式触摸屏的架构较电阻式触摸屏更为简单和易于制作。”爱特梅尔解摸技术高级总监Jon Kiachian说:“电容式触摸技术解决了电阻式触摸引起的诸多问题,实现了世界上首个适用于先进触摸屏功能的触摸屏解决方案,具有面部抑制检测功能,适用于手机、MID和尺寸超过10英寸的上网本屏幕。”Synaptics技术分析师Andre Hsu也表示:“电容式传感器是固态的,因此它没有移动的部件,这将提高电容式触控传感器的连续性和稳定性。同时,电容式传感器可提供最佳的光学品质,可保证电容式触摸屏设的光畸变比电阻式触摸芯片更低。”可以看出,电容式触控确实来势汹汹,但对触摸屏产品来说,只买对的不买贵的,电阻式触控的成本优势和电容式的技术优势各有市场,电容式触控凭着技术优势将逐步占领高端触控市场,电容式触控的加入对触摸屏芯片提出了新的挑战。

 

爱特梅尔解摸技术高级总监Jon Kiachian

“电容式触摸技术解决了电阻式触摸引起的诸多问题,实现了世界上首个适用于先进触摸屏功能的触摸屏解决方案。”

新功能考验触控IC

方案商积极应对

2007年iPhone手机将电容式多点触控技术以魔幻般的形式呈现在世人面前,手机触摸屏一发不可收拾。以智能手机为代表的便携式触摸屏产品对触摸控制的要求越来越高,运行速度快、高集成度、低功耗、抗干扰能力强、多点触控、独具书法手写功能等要求无不对触控芯片提出了更高要求。从信息捕捉、传递到信息分析和控制,无论是电阻式触控还是电容式触控技术,均离不开传感器、微控制器以及处理器的应用。刘伟建表示:“高集成和功耗已不是我们考虑的重点,因为现在这方面做的都不错,我们考虑的是方案综合性能和成本的问题。”芯片厂商又是如何应对呢?

做为触控芯片提供商,开发满足各种功能的多点触控芯片的重点是给客户提供一个既新颖独特且操作流畅的人机界面,这非常需要功能齐全的触控芯片予以配合。伍晟指出:“目前的市场对新一代触控产品的要求和想法还没有十分明确具体的指标,各触摸屏应用厂商也想开发出其特有的触控界面和产品,这为IC厂家开发触控芯片增添了不明朗因素。”就是这些不明朗因素却让各电容式触控芯片厂家八仙过海各显神通,触控芯片除了针对加强低功耗、抗干扰等基本性能外,还减少了设计上的限制,让触控产品的设计有了更大的弹性和灵活度。

 

晶门科技助理技术推广经理伍晟

“市场对新一代触控产品的要求和想法还没有十分明确具体的指标,这为IC厂家开发触控芯片增添了不明朗因素。”

蔡政地说:“义隆电子不遗余力投入相当的人力去开发更新更好更符合市场需要的触控芯片IC。同时,针对整个触屏模块相关光学性能,线性度,位置漂移等问题也已都有长足的进步,这些部分的技术研究不仅仅只是IC芯片方面,还牵涉到材料、光学、机构等方面的技术提升。对于现行的技术成熟度已能满足大多数相关产品之客户的性能要求。”蔡政地补充说:“义隆电子亦已开发各种光学镀膜技术,让光学触控模块的光学效果更好,尤其在户外强光的环境及没有背光源的电子书产品上,可有效地加强显示对比度,对光线反射率也有很好的改善。” Andre Hsu告诉记者:“Synaptics不仅仅是一个IC 供应商,在传感器设计方面也有着丰富的经验。同时, Synaptics也推出性能优越的完整运行的触摸屏模块,以大大减少研发的时间。另外,我们也会将Synaptics综合了电容式触控解决方案的,产品设计方面的丰富经验提供给OEM客户。它包括涉及到优化Synaptics相关的触摸屏驱动设备(适用于Linux)的技术支持,也包括实用性和人机互动设计原则,确保终端用户获得最佳的用户体验。”

 

义隆电子股份有限公司人机触控界面事业部中国区市场经理蔡政地

“如何有效改善或滤除电磁场干扰也一直是各相关电容触屏方案厂家关注的议题与改善的方向。”

比亚迪微电子公司高级FAE 李奇峰指出:“比亚迪现阶段推广的电阻屏和电容屏触控芯片已经具备多手指的抓取、平移、伸展、压缩、旋转、翻页等手势操作这些功能及性能要求。内置的高速MCU和DSP确保用户可以得到超过100帧/秒的精确触控坐标,并能有效屏蔽靠近脸部所引起的误操作及手掌边缘对触摸屏的干扰。”黄臣结合比亚迪的触控芯片表示:“比亚迪微电子现阶段主推的电阻多点触控芯片支持四个点同时触摸,可通过高速I2C/SPI接口输出分辨率最高达12bits坐标信息,支持到12吋触摸屏。为了达到很好的效果,比亚迪微电子和电阻屏厂一起在四线电阻的工艺基础上加以改进,使走线更细,触感更好。”

电阻式触控芯片尚能将触性能提升到目前的水平,那电容式触控更让人期待。苏州瀚瑞微电子有限公司总裁洪锦维将公司的重点都放在电容式触控技术上面,他说:“瀚瑞Tango S32做为成熟的电容式触控解决方案,能提供最高每秒30000次扫描数,有了更高扫描频率的支持,可以在相同时间内感应到更多的数据变化。同和,Tango S32解决了目前电容式触摸屏对于湿度、电磁波的干扰的环境问题,有绝对的屏蔽处理能力。”

晶门科技有限公司同时拥有电阻式和电容式触控芯片产品系列,伍晟说:“晶门科技最新的电容式触控芯片SSD2521,它是全世界首创支持多触点电容式触摸屏的 ASIC芯片,最大的特点是全面整合了所需的电路元件与驱动控制程序于单一芯片上,有效减低了系统设计和开发的时间。另外,针对一般电容式触摸屏常遇到的技术问题,例如电噪干扰,水滴辨析和正确的边沿检测等,SSD2521都有一套相对应的演算逻辑和解决方案,而且更是由内置的讯号处理器自动的执行和处理。使用者无需再为讯号的可靠性和在不同操作环境下的讯号偏移而烦忧如何在系统端加以处理和修正,这无疑更切合使用者的需求,提供更大的系统开发方便性。”

作为电容式触控方案商,Jon Kiachian说:“爱特梅尔的maXTouch mXT224解决方案的灵敏度非常高,能够检测戴手套用户的触摸操作。它共有224个节点,能够准确报告无限个同时触摸的位置,并以4mS(即4/1000秒)的时间间隔完全刷新屏幕,为用户提供即时响应。mXT224还具有快速响应的性能,是世界上首个适用于先进触摸屏功能的触摸屏解决方案,能够提供防止无意触摸,辨别伸展/收缩和旋转手势,笔迹和形状识别(如面部检测)等功能。”

触控是个系统工程

芯片还需技术和软件支持

让触摸屏成为消费者施展“魔术”的天地,单靠MCU等芯片绝对是心有余而力不足。刘伟建表示:“在实现多点触控的技术上,手机触控功能的改进,主要是由软件来实现的,如手势识别系统,现在很多方案可以供产品选择。”刘伟建接着说,“触摸屏水平对各大触控芯片厂家来说是暂时无法改变的现实,能体现差距的就在于触控芯片和操作平台了,这应该是IC厂家应该考虑的问题。”像瀚瑞微电子的Tango就是通过软件识别书写压力,从而达到识别笔触粗细的书法功能,这样可以记录更多的书写特征,为手写应用、电子签名识别等领域拓展了空间。”

 

青岛海信通信有限公司工艺部装配工艺室主任刘伟建

“能体现触摸差距的就在于触控芯片和操作平台了,这应该是IC厂家应该考虑的问题”

Jon Kiachian告诉记者:“爱特梅尔于2008年3月收购了量研科技集团 (Quantum Research Group),为爱特梅提供了在触摸领域的IP、竞争力和先进技术。这项收购结合爱特梅尔的微控制器专业技术,以及在低功耗、大功率MCU领域的领导地位,创造了真正的系统级解决方案。”Andre Hsu则表示:“Synaptics在众多基础手势方面具备专业性并用于自己的IP。这些基础手势可提高具备Synaptics触摸屏传感器的产品性能。”从上诉触控IC厂家的解决方案可知,触摸IC离不开各种触控技术的支持。

从触摸屏幕面板到多点触控、手势识别系统等,背后都是无数的技术专利在支撑,举个例子,触控板上必然要单击/双击的动作(新思、升达),若要多手指侦侧,那也是专利(升达、义隆),若要在板子上做滑动(升达、新思、义隆),多手指侦测后要做其它翻页动作(Apple),那些都是技术专利。同时,Android等手机操作平台的出现让触控芯片有了展示舞台。触控IC厂家要想更好满足各种触控需求,需要让触控IC和系统软件方面很好的集合起来,这是一个急需解决的系统工程,准确的说是要有效地整合整个产业链。

洪锦维针对触控芯片的困局指出:“目前的触控芯片瓶颈是在产业链的整合时间方面,既软件的应用开发和turnkey的解决方案。特别是技术支持的难度,对于核心技术的保护和code的开放之间平衡。目前,瀚瑞微电子与台湾的第三方软件方案商和技术支持商有很多合作,加快瀚瑞微电子与大厂的Time to market的时间。”

苏州瀚瑞微电子有限公司总裁洪锦维

“目前的触控芯片瓶颈在于产业链的整合。”

义隆电子则凭着特有的电容式多手指触控专利技术推出eFinger? 亦称「e指神功」,将高透明度电容式触控板的Multi-Finger操作和手写辨识二种技术整合在一起,使用者在高透明度电容式触控板上,除了可直接手写输入中、英文,亦可进行多手指操作此外,义隆电子领先全球同业开发出Ghost free的Multi-Finger解决方案,有效解决多手指触控时的误判问题。那么,触控IC在做好芯片基本功外加强和触控技术商以及面板商之间的合作,才能促进整个触控行业的发展。

突破大尺寸触摸屏,触控IC任重道远

微软将于近期推出支持触摸控制功能的Window 7操作系统,这被触控IC厂商广泛认为是一个大的利好。Windows 7 除了兼容单触摸手势,还支持大量的多触摸点手势,这些新兴的手势非常适合于电容触摸技术的应用,将会大大提升用户的体验。鉴于此,戴尔、惠普、富士通、华硕等笔记本电脑品牌厂商都计划推出具备触摸屏的笔记本电脑,3M则推出一种可以支持十指多点触摸识别的LCD显示技术,并已经形成商品,显示器尺寸达22英寸,能支持十个手指的手势输入,并且反应速度非常快,大尺寸触摸屏将是触控IC接下来急需突破的市场。李奇峰表示:“IPHONE和Windows7的推出是触摸屏控制发展史上的两个里程碑式的事件,对触摸屏控制方案的推广将起巨大的推动作用。”

 

比亚迪微电子公司高级FAE李奇峰

IPHONEWindows7的推出是触摸屏控制发展史上的两个里程碑式的事件,对触摸屏控制方案的推广将起巨大的推动作用。”

虽然电容式触摸屏由于材料等原因限制了电容式触控技术的全面推广,但不可否认,电容式触控技术代表了触控技术的发展潮流,承担着突破大尺寸触摸屏的重任。伍晟说:“电容式多点触摸的产品具有相当大的市场潜力。2010年全球市场将有更多产品应用该技术,并开发出更多元化及人性化的操作界面。使用该技术的产品预期将以每年10%以上的速度增长。20寸,甚至比40寸更大的显示屏上都将会出现触摸屏。”就未来发展趋势来说,随着技术的发展,电阻式在中低端触摸屏产品的优势仍将不可取代,电阻式和电容式触控各有优点,将出现长期并存的现状。触摸屏要取得新的突破,作为代表触控潮流的电容式触控技术人需要解决现实存在的问题。同时,随著对新技术关注度的慢慢沉淀,大尺寸触摸屏在设计上需要考虑的各种实际问题也开始浮现。模组成本、底层软件支持、用户使用体验、触控和手势专利等问题都成为供应商和开发人员考虑的问题。

洪锦维指出:“目前电容式触控技术的应用趋势是大尺寸触摸屏应用,多指的应用在大尺寸触摸屏上面会使得用户操作起来更炫更方便,现在大家都在朝着大尺寸的应用上研发,主要是解决信噪比,响应速度,识别率,以及抗耦合噪声比等关键性的性能控制问题。”蔡政地针对目前存在的问题表示:“电容式触控技术乃利用人体或手指微弱的电荷感应, 从而感知手指位置. 由于电荷感应变化值相当微弱, 因此外来的各项电磁场干扰无疑是很大的障碍。触控芯片本身如何有效改善或滤除这些干扰也一直是各相关电容触屏方案厂家关注的议题与改善的方向。”

触控芯片只有在不管技术更新和改进中才能保持器活力和竞争力,这些技术更新和改进也直接决定了触控芯片未来的发展趋势,就触控芯片而言,更有效的解决与改善干扰问题,更低的耗电性与更快的运行速度,更多指的同时操作运用,以及更为低廉的成本控制 应是一直以来触屏芯片发展的趋势。触控芯片厂家、面板厂家和触控技术厂家将进一步在触控产业中进行整合,为客户提供性价比更高的触控享受,让触摸屏成为每个消费者都能玩转的魔幻天地。

受访企业简介

青岛海信通信有限公司

青岛海信通信有限公司成立于2001年,是海信集团控股子公司,作为海信集团3C产业之一,海信通信立足于移动通信终端产品研发、生产和销售等各领域,旨在为客户提供高品质的移动终端产品和服务。目前产品线涵盖CDMA、GSM、3G、数字集群、无线固话等移动终端。

英华达(南京)科技有限公司

英华达(南京)科技有限公司是英华达股份有限公司在南京的全资子公司,拥有研发人员一千多人。2000年英华达(南京)科技有限公司正式进入无线智能型通讯设备和数码产品的研发。业务范畴涵盖了互联网网络产品、数码消费类产品、手持式通讯等产品的研发、设计、生产和销售。

爱特梅尔半导体公司

爱特梅尔公司是全球领先的微控制器、先进的逻辑电路、混合信号、非易失性存储器和射频(RF)器件的设计和制造商。该公司拥有业界最广泛的硅知识产权核心技术资源之一,能为电子工业提供全面的解决方案。爱特梅尔公司专注于消费电子、工业、安全、通信、计算和汽车电子市场。

义隆电子股份有限公司

义隆电子是亚太区著名的IC设计公司,在亚、美等二大洲都有行销和技术研发中心。义隆电子产品线十分广泛且知识产权(IP)多,采用的技术包括数字、模拟及嵌入式内存,且拥有数字模拟混合技术和高阶的设计流程,可提供VDSL2局端和客户端、模拟前端芯片、分离器等完整的产品解决方案者以及智能型人机接口等技术。

新突思半导体公司(Synapitcs)

Synapitcs公司是一家全球领先的移动计算、通信和娱乐设备人机界面交互开发解决方案设计制造公司。在1995年推出了触控板接口,并迅速成为业界的知名企业,在笔记本电脑市场上继续创新,用新的人机界面解决方案不断扩大和完善设备方案,包括笔记本电脑, PC机外设,数字音乐播放器,移动电话, GPS设备和远程控制装置。致力于满足新兴的数字化生活方式的创新趋势,直观的人机界面的消费电子设备。在快速变化的市场中不断寻找新的创新,利用智能电子设备丰富和简化人与人之间的交流。

晶门科技有限公司

晶门科技有限公司是一家无生产线(Fabless)半导体公司,专门设计、开发及销售集成电路,为移动电话、便携式设备、液晶显示器及液晶电视等全球终端产品的制造商提供一站式解决方案。创立迄今,经过国际化专业团队的不懈努力,公司已成为全球移动显示器驱动IC的主要供应商。

深圳比亚迪微电子有限公司

比亚迪微电子于2003年致力于集成电路及功率器件的开发,并提供产品应用的整套解决方案。比亚迪微电子立足于自主研发,结合欧美先进技术,成功开发多款具有世界先进水平的产品,并获得多项国家和国际专利,其中多款IC及功率器件产品已获得诺基亚、三星、摩托罗拉等国际知名公司的认证和大批量应用。

苏州瀚瑞微电子有限公司

苏州瀚瑞微电子拥有于苏州和瑞士两个研发中心,是一家专业IC研发以及模块化解决方案提供的公司,其核心技术之一为投射电容式触控技术, 是全球第一家有能力支持到10寸以上投射电容式触摸屏的电容式触控IC设计公司,瀚瑞微一直致力于为广大的客户提供优质专业的电容式触控解决方案。

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