3D 觸摸：讓面板變得更有智能

　　前面介紹的觸摸線路（Sensor pattern）分別有水平線與垂直線密密麻麻的分布在整個面板，所以是屬于 2D 平面的觸摸技術，只能計算出使用者手指接觸面板的 X 與 Y 座標位置，無法知道手指下壓的力道，3D 觸摸的出現，讓使用者下壓的深度 Z 座標也能夠傳達給手機，讓面板變得更有智能。

　　iPhone 6s 所使用的“3D 觸摸（3D Touch）”目前公開的資料不多，根據 Apple 公司官方網站上的影片介紹，可以看出有兩個重要的設計：

　　1. 形變感測器（Strain sensor）：在 LCD 面板下方另外安裝 8×12=96 個形變感測器（注），當使用者的手指下壓保護玻璃，玻璃受力會向下產生微小的形變，如圖三（a）所示，而使保護玻璃與形變感測器之間的矩離變短，再配合加速度感測器（Accelerometer）量測到的訊號，經由復雜的數學演算法可以快速且即時的計算出下壓的力量大小，由于是使用演算法間接估計，因此精確度不高，基本上只分為“輕壓（Peek）”與“重壓（Pop）”。任何一個形變感測器偵測到的訊號可以和周圍其他形變感測器偵測到的訊號比較，就知道手指下壓的位置與力量大小。

　　注：由于 Apple 公司公開的資料不足，這 8×12=96 個形變感測器在影片中只含糊的以“Touch sensor”帶過，但是根據 Apple 公司的相關專利，是形變感測器的機會很高，相關文章請參考這里。

　　2. 觸覺引擎（Taptic engine）：是一個可以產生微小振動的機械元件，如圖三（b）所示，提供使用者即時的觸覺反饋，當使用者輕壓（Peek）時產生 10 毫秒的“微震（Mini tap）”，當使用者重壓（Pop）時產生 15 毫秒產生“全震（Full tap）”，使用者會覺得就好像真的按下按鍵一樣，手機的觸覺反饋讓使用者感覺手機好像是活的。

　　結合上面兩種元件，經由形變感測器偵測使用者下壓的力量大小，再經由觸覺引擎提供使用者即時的觸覺反饋，讓觸摸變得更有智能，也為使用者創造了更完美的觸摸新體驗。

　　圖三：iPhone 6s 的 3D 觸摸（3D Touch）技術結合了 8×12=96 個形變感測器（Strain sensor）與觸覺引擎（Taptic engine）。

　　LCD 面板的基本原理與構造

　　手機由于體積小又由電池供電，因此顯示器必須符合輕薄省電的要求，目前主要是使用“液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）”。LCD 的構造如圖四所示，由下而上順著光前進的路徑依序有背光模組（Back light）、后偏光片（Polarizer）、后導電玻璃、薄膜電晶體（Thin Film Transistor，TFT）、液晶（Liquid crystal）、彩色濾光片（Color filter）、前導電玻璃、前偏光片（Analyzer）、保護玻璃（Cover glass）等，構造與原理有些復雜，這里我們不詳細介紹（對 LCD 工作原理有興趣請參考這里）。

　　手機由于尺寸要小又要省電，因此使用發光二極體（Light Emitting Diode， LED）做為光源，導電玻璃是在玻璃基板上成長薄薄的一層“氧化銦錫（Indium Tin Oxide，ITO）”形成可以導電的玻璃，ITO 是一種陶瓷（金屬氧化物），幾乎所有的陶瓷都是絕緣體，但是 ITO 不但可以導電，而且在厚度很薄的時候還是透明的，能夠讓可見光穿透，因此大量應用在各種光電元件上。

　　此外，必須在后導電玻璃上方使用半導體制程技術成長“開關元件”，最簡單的開關元件就是“MOS”，但是 MOS 具有金屬、氧化物、半導體的結構，必須成長在矽晶圓上才行，要在導電玻璃上成長開關元件不能使用 MOS，必須另外設計一種開關元件，它的工作原理和 MOS 很像，我們稱為“薄膜電晶體（Thin Film Transistor，TFT）”（MOS 的結構與原理請參考這里）。

　　在后導電玻璃上有 TFT 開關元件的面板稱為“主動矩陣式（Active matrix）”，開關在像素旁邊所以反應比較快；沒有 TFT 開關元件的面板稱為“被動矩陣式（Passive matrix）”，這種面板的開關元件做在面板外的印刷電路板（PCB）上，開關距離像素比較遠所以反應比較慢，那大家猜猜什么是 AMOLED？有機發光二極體（Organic Light Emitting Diode，OLED）也有后導電玻璃，所以 AMOLED 就是指后導電玻璃上有 TFT 開關元件。

　　圖四：LCD 面板的基本原理與構造。