北京時間10月15日消息，中國觸摸屏網訊，HD觸覺反饋揭觸控技術新頁。從觸控到語音和手勢控制，人機接口(HMI)持續永無止境的發展。各種推陳出新的用戶接口(UI)——無論任何可能的新技術——一次又一次地證實對于影響消費者購買的決定至關重要。

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沒有比蘋果(Apple)智能型手機——iPhone更好的例子了。Apple由于推出配備創新觸控屏幕(涵蓋整個手機表面)的iPhone，改寫了整個行動市場的競爭格局。消費者十分買賬。

此外，還有一家總部位于加拿大魁北克省的12人新創公司——Boréas Technologies，正將其目標瞄準于更進一步地推動觸控技術。

如果消費者只需觸控裝置的一小部份區域，就能感受本地的局部高解析(HD)體驗——例如小面積振動呢？

觸覺社群不斷鼓吹的論調是HD觸覺反饋最終將讓你從屏幕上即可「體驗到襯衫的質感」。

Boréas創辦人兼執行長Simon Chaput認為，業界還需要更多時間，才能達到這樣的發展。他表示，達到高度HD觸覺反饋的技術將在「未來五到六年」內順利進展——可望達到概念驗證階段。實現HD觸覺反饋的關鍵就在于結合觸控感測、觸覺驅動以及基于壓電技術的驅動IC。

Boréas最近推出了「用于HD觸覺反饋的最低功耗壓電驅動IC，」可設計于穿戴式裝置以及其他電池供電的消費裝置。Chaput聲稱，Boréas的BOS1901是「目前市場上唯一能夠驅動壓電致動器(actuator)并加以感知的單一IC解決方案。」

Boréas對于業界的主要貢獻就在于顯著降低了功耗和壓電驅動IC占位面積。

哈佛大學(Harvard University)電子工程與計算機科學教授Gu-Yeon Wei告訴《EE Times》，HD觸覺反饋的機會「豐富且多樣化」，從消費產品到現場應急人員以及擴增實境/虛擬現實(AR/VR)游戲玩家等。他解釋說，這項新技術可以讓音頻和視訊增加「來自觸控的真實感受」。

Wei說，只需簡單地按壓行動裝置上較小面積的硬表面，使用者就可以感受到局部振動。例如，這種進展將使得系統設計人員能夠在智能型手機或平板計算機上提供「虛擬按鈕」或「虛擬鍵盤」。而如果在安裝于特斯拉(Tesla)等車輛的大型顯示器上，駕駛人只需以1或3根手指在屏幕上操作，就可以感知到行駛路線，而不必緊盯著前方道路，他補充道。

也許更令人興奮的是觸覺能夠帶給游戲真正身歷其境體驗的承諾。Wei說：「試想一下當你游泳時穿著觸覺緊身套裝，感受到一只鯊魚從旁游過，或者戴著觸覺手套，在AR/VR游戲中擊球的感覺。」

這項技術一開始是Chaput在Wei的實驗室中最先研究的技術，后來發展成為Boréas BOS1901觸覺驅動IC。在采訪過程中，Wei稱Chaput是「我所見過最好的工程師......聰明、有紀律，而且做事非常仔細。」

機電vs.壓電

值得注意的是，建構Boréas觸覺驅動器IC的CapDrive技術平臺，是一種可加以擴展的專有壓電驅動器架構。

Boréas的驅動IC解決方案充份利用了壓電材料。透過結合壓電執動器與Boréas的壓電驅動IC，該新創公司認為其解決方案能夠提升HD觸覺反饋，大幅縮短響應時間至幾毫秒，而且還能降低能耗。但這些并不適用于基于偏軸轉動慣量(ERM)馬達和線性諧振致動器(LRA)的傳統觸覺解決方案。 

Boréas聲稱其壓電解決方案是功耗最低的觸覺技術（來源：Boréas）

Chaput解釋，ERM振動通常出現在游戲機中，如Sony PlayStation和大多數智 慧型手機。但它并未提供感測功能。LRA則定位為中階觸覺解決方案。Chaput說，LRA比ERM的表現更好，但LRA解決方案尺寸「相當大」。

相形之下，壓電采用薄型材料并提供非常短的響應時間。它是唯一提供整合感測功能的解決方案。小米(Xiaomi)曾經試著在揚聲器上使用壓電解決方案，但仍存在實施的問題。據Chaput說，該公司后來已不再使用它了。

Chaput表示，Boréas的壓電驅動IC解決方案較其他解決方案的能耗更低了10倍。而相較于主要的競爭對手，其響應速度提高了6倍。Chaput說，Boréas壓電驅動IC的延遲約為300微秒(us)，「這是非常短的響應延遲，感覺幾乎是實時的。」

壓電的致命弱點？

雖然壓電觸覺解決方案以低功耗著稱，但其唯一的弱點就在于需要高驅動電壓。Chaput說，驅動壓電致動器需要50～200伏(V)電壓，因而減少了壓電被設計于電池供電裝置的機會。相形之下，Boréas’壓電驅動IC設計約在3～5.5V的范圍。

事實上，Chaput表示，Boréas真正發明之處在于該公司團隊「從頭開始建打造該驅動器，使其具有高效的壓電致動器和非常低的失真。」

Boréas驅動IC由于是「第一款用于壓電致動器的低功率高壓壓電驅動器」，其用戶可以在其觸覺系統中使用任何現成的壓電致動器。

Chaput說，Boréas’壓電驅動IC還提供了「獨特的差分輸出，以驅動一個雙極壓電致動器或兩個單極壓電致動器。」這減少了局部觸覺應用所需的驅動器數量，從而節省寶貴的電路板空間。

在Boréas’追求提升HD觸覺反饋的過程中，這一元素可能至關重要。哈佛大學的Wei解釋說，最終，HD觸覺反饋需要一系列小型觸覺致動器，它們能像「摩斯電碼」(Morse code)一樣協調地振動，以傳遞如同「感受到襯衫質料」般的知覺。

競爭格局

Boréas驅動IC的硬件占位面積為4 x 4 x 0.8 mm。Chaput坦承這并不是一款十分小巧的IC。不過，他補充說，作為「在一款芯片中結合驅動和感測的完整系統」，它能夠成為空間受限的行動裝置之理想選擇。

可以肯定的是，Boréas并不是唯一一家致力于壓電的HD觸覺反饋芯片供貨商。其競爭對手還包括德州儀器(Texas Instruments；TI)和荷蘭Aito BV。

根據Chaput團隊從競爭對手網站上數據表收集到的信息，他相信BOS1901的功耗性能優于主要的競爭IC。 

 

供電電流與輸出電壓的比較（來源：Boreas） （注：Vdd = 3.6V、f = 200 Hz、C = 47 nF。Vdd是供電電壓，f是輸出訊號頻率，而C是輸出負載的電容）

相較于TI或Aito的產品增加離散式解決方案用于電子感測或離散式高壓驅動器以驅動壓電致動器，Chaput總結道：「我們能夠提供更低的功耗和更小的占位面積。」

隨著BOS1901的推出，Boréas還提供了一個即插即用的開發工具包，可用于交互式壓電觸覺反饋。據Chaput稱，目前有15家公司都在開發系統或評估BOS1901中。

 

BOS1901開發工具包（來源：Boreas）

Chaput并未透露BOS190采用哪一家或哪一種制程節點制造，但他補充說，Boréas采用的代工廠可確保為其生產高達數百萬單位驅動IC的規模。

什么是壓電屏，壓電式觸摸屏是什么？

壓電式觸控技術介于電阻式與電容式觸控技術之間。電阻式設計簡單，成本最低，但電阻式觸控較受制于其物理局限性，如透光率較低，高線數的大偵測面積造成處理器負擔，其應用特性使之易老化從而影響使用壽命。電容式觸控支持多點觸控功能，擁有更高的透光率、更低的整體功耗，其接觸面硬度高，無需按壓，使用壽命較長。壓電式傳感器的觸控屏幕同電容式觸控屏一樣支持多點觸控，而且支持任何物體觸控，不像電容屏只支持類皮膚的材質觸控。這樣，壓電式觸控屏幕可以同時具有電容屏幕的多點觸控觸感，又具有電阻屏的精準。

長期以來科學家一直對壓電材料的性質產生濃厚興趣，這些材料可以將電能轉化成為物理壓力，反之亦然。但如果利用該特性建造電子顯示屏，可研制出能改變形狀或者質感的顯示屏。

2010年，這項技術有望應用于主流消費制造領域，可潛在用于制造移動手機的屏幕，當關機時屏幕能夠變硬起到一定的保護作用，開機時形成一種可按電式觸摸屏。[

壓電式觸控技術介于電阻式與電容式觸控技術之間。電阻式設計簡單，成本最低，但電阻式觸控較受制于其物理局限性，如透光率較低，高線數的大偵測面積造成處理器負擔，其應用特性使之易老化從而影響使用壽命。電容式觸控支持多點觸控功能，擁有更高的透光率、更低的整體功耗，其接觸面硬度高，無需按壓，使用壽命較長。壓電式傳感器的觸控屏幕同電容式觸控屏一樣支持多點觸控，而且支持任何物體觸控，不像電容屏只支持類皮膚的材質觸控。這樣，壓電式觸控屏幕可以同時具有電容屏幕的多點觸控觸感，又具有電阻屏的精準。

中文名壓電式觸摸屏介于電阻式與電容式觸控技術特點支持任何物體觸控性質觸摸屏

目前，電阻式與電容式觸控是比較主流的兩類觸控技術，他們各自的優缺點如概述里所述。

不過，電容式觸控也有自身的問題需要克服：如在一體化模塊中，液晶屏和銦錫氧化物范本（ITO）做在同一個真空堆棧中，為了達到觸點偵測功效，ITO模板需不斷地掃描像素，這會持續散發干擾信號，影響整個模塊的操作。另外，為了不讓ITO的表面電流被隔絕，硬化鍍層一般非常薄，若施加在觸摸屏上的外力過大時，可能傷及ITO，因此降低使用壽命。此外，目前電容式觸控面板的成本還比較高，在大尺寸化應用方面比較困難。

日前，臺灣矽創電子在2009移動手持顯示技術大會上高調宣布該公司即將推出其獨創的壓電式觸控芯片，宣稱能夠很好地解決上述兩種觸控技術存在的問題，從現場的產品演示效果看，的確令人耳目一新。據矽創電子液晶顯示驅動事業群副總經理錢金維介紹，由于采用不同的觸控技術，該技術很好地克服了電阻和電容兩類觸控技術的一些先天性的不足。錢金維表示，壓電式觸控技術基于類似LCD驅動的原理，通過電壓掃描系統來捕獲觸摸信號，其掃描頻率可達200Hz/5ms,遠高于電容式觸控的掃描頻率。在制程結構上，壓電式觸控介于電阻和電容式之間。他強調，面板材料的選用直接影響觸控效果，而這同觸控技術本身沒有直接的關聯。“我們同日本一家面板公司合作，透光率可達到95%以上，而采用電阻式觸控只能達到80%左右。”錢金維說，“無論是電阻式的精確還是電容式的優點，壓電式觸控技術都能做到。”

壓電式觸控在耗電特性上更接近電容式觸控特性，即沒有觸摸的動作，就不產生耗電，而電阻式則時刻產生耗電。在接口支持上，壓電式觸控也同樣支持串口、I2C和USB接口。在算法上，矽創已在驅動IC中內置了動作識別的算法，這將大大緩解客戶端軟件和外部處理器的負擔。錢金維表示，從工藝成本上看，電阻式觸控制程轉到壓電式觸控制程需要變更生產線設備，而同電容式的ITO和掩模結合的制程相比，壓電式觸控制程成本約在其80-90%之間。

據悉，矽創這款產品將驅動和傳感部分整合在一個芯片中，單芯片的屏幕尺寸支持范圍在2-10.1英寸。矽創該款芯片在7月份推出工程樣片，之前則是通過FPGA原型的方式給客戶測用。雖然，壓電式觸控技術擁有諸多優點，但錢金維表示多種觸控技術還將共存發展。目前，全球觸控面板市場出貨量中臺灣地區占據40%以上，其次是日本，占據35%左右，其余則是中國大陸和韓國。日本的產業特性比較保守，但其技術始終保持領先。

壓電屏是壓電式觸控屏的簡稱，壓電式觸控屏的壓電式觸控技術介于電阻式與電容式觸控技術之間。電阻式設計簡單，成本最低，但電阻式觸控較受制于其物理局限性，如透光率較低，高線數的大偵測面積造成處理器負擔，其應用特性使之易老化從而影響使用壽命。

電容式觸控支持多點觸控功能，擁有更高的透光率、更低的整體功耗，其接觸面硬度高，無需按壓，使用壽命較長。

壓電式傳感器的觸控屏幕同電容式觸控屏一樣支持多點觸控，而且支持任何物體觸控，不像電容屏只支持類皮膚的材質觸控。這樣，壓電式觸控屏幕可以同時具有電容屏幕的多點觸控觸感，又具有電阻屏的精準。

目前，電阻式與電容式觸控是比較主流的兩類觸控技術，他們各自的優缺點如概述里所述。不過，電容式觸控也有自身的問題需要克服：如在一體化模塊中，液晶屏和銦錫氧化物范本(ITO)做在同一個真空堆棧中，為了達到觸點偵測功效，ITO模板需不斷地掃描像素，這會持續散發干擾信號，影響整個模塊的操作。另外，為了不讓ITO的表面電流被隔絕，硬化鍍層一般非常薄，若施加在觸摸屏上的外力過大時，可能傷及ITO，因此降低使用壽命。此外，目前電容式觸控面板的成本還比較高，在大尺寸化應用方面比較困難。日前，臺灣矽創電子在2009移動手持顯示技術大會上高調宣布該公司即將推出其獨創的壓電式觸控芯片，宣稱能夠很好地解決上述兩種觸控技術存在的問題，從現場的產品演示效果看，的確令人耳目一新。據矽創電子液晶顯示驅動事業群副總經理錢金維介紹，由于采用不同的觸控技術，該技術很好地克服了電阻和電容兩類觸控技術的一些先天性的不足。錢金維表示，壓電式觸控技術基于類似LCD驅動的原理，通過電壓掃描系統來捕獲觸摸信號，其掃描頻率可達200Hz/5ms,遠高于電容式觸控的掃描頻率。在制程結構上，壓電式觸控介于電阻和電容式之間。他強調，面板材料的選用直接影響觸控效果，而這同觸控技術本身沒有直接的關聯。ldquo;我們同日本一家面板公司合作，透光率可達到95%以上，而采用電阻式觸控只能達到80%左右。rdquo;錢金維說，ldquo;無論是電阻式的精確還是電容式的優點，壓電式觸控技術都能做到。rdquo;壓電式觸控在耗電特性上更接近電容式觸控特性，即沒有觸摸的動作，就不產生耗電，而電阻式則時刻產生耗電。在接口支持上，壓電式觸控也同樣支持串口、I2C和USB接口。在算法上，矽創已在驅動IC中內置了動作識別的算法，這將大大緩解客戶端軟件和外部處理器的負擔。錢金維表示，從工藝成本上看，電阻式觸控制程轉到壓電式觸控制程需要變更生產線設備，而同電容式的ITO和掩模結合的制程相比，壓電式觸控制程成本約在其80-90%之間。據悉，矽創這款產品將驅動和傳感部分整合在一個芯片中，單芯片的屏幕尺寸支持范圍在2-10.1英寸。矽創該款芯片在7月份推出工程樣片，之前則是通過FPGA原型的方式給客戶測用。雖然，壓電式觸控技術擁有諸多優點，但錢金維表示多種觸控技術還將共存發展。目前，全球觸控面板市場出貨量中臺灣地區占據40%以上，其次是日本，占據35%左右，其余則是中國大陸和韓國。日本的產業特性比較保守，但其技術始終保持領先。