近年來，消費性產品的設計持續朝向更簡潔、流線的外觀演進。智慧型手機正是這股趨勢的代表：製造商先是縮窄螢幕邊框，接著進一步發展全面螢幕設計，使高階智慧型手機的正面幾乎只剩下一整片顯示器。
如今，這股簡約流線的設計趨勢正將目標轉向機身側邊的實體按鍵，包括用於開關機、音量調整等基本操作的按鍵。這項趨勢的最終方向，是打造完全平整的產品外觀，不再有按鍵或其他凸起結構破壞裝置表面的完整性。
實現這種智慧表面(Smart Surface)設計的重要關鍵，在於專用光學感測技術的進步。當使用者的手指接近、輕觸或按壓裝置表面時，光學感測器可精準偵測不同的操作動作；若再搭配能依據使用情境顯示操作區域的照明設計，不僅能為電子產品、汽車及其他設備帶來更簡潔美觀的外型，也能提供更直覺、更符合使用情境的人機互動體驗(圖1)。
智慧表面同時也能為製造商創造更多產品價值，這些優勢正推動相關技術快速普及。根據市場研究機構Global場預計在2025至2034年間，以25.1%的年複合成長率(Compound Annual Growth Rate, CAGR)持續擴大。
流線設計：兼顧可靠與成本效益
近年受到市場青睞的流線型外觀設計，價值並不只在於美感，也能從可靠性、製造成本與使用維護等面向提升產品價值。
取消實體按鍵後，裝置外殼可設計為完全密封。傳統機械按鍵往往是水分或其他液體進入機身的途徑，一旦滲入裝置內部，便可能損壞電子電路；相較之下，沒有實體按鍵的智慧表面更容易實現防塵與防水設計。光學感測器安裝於外殼內部，不易受到外部環境影響，有助於提升可靠性。相較於突出於機身表面的按鍵，這類感測元件較不容易因碰撞或外力衝擊而受損。
智慧表面平整光滑的外觀也更容易清潔，特別適用於醫療設備及其他對清潔與衛生要求較高的產品。
智慧互動：打造隱藏式介面
不過，智慧表面的發展不只是為了取消按鍵，更讓製造商有機會重新設計使用者與裝置互動的方式。透過光學感測技術，幾乎任何材質的表面都能轉變為智慧表面，包括木材、金屬、塑膠、玻璃，甚至汽車座椅或頭枕所使用的布料。
在許多應用中，光學感測器與LED會整合於產品表面下方，使操作介面具備更好的互動彈性。平時，表面可以維持純黑或簡潔一致的外觀；當使用者的手靠近時，LED才會亮起，提示可操作的區域與功能。這種被稱為ShyTech(隱藏式介面)的人機介面設計理念，讓科技功能只在需要時顯現，在維持產品整體美感的同時，也讓操作更直覺。
智慧表面還能回應不同形式的使用者輸入。例如，使用者按壓操作區域時，系統可透過震動提供觸覺回饋。觸控按鍵也可設定為必須施加明確的按壓力道才會觸發功能，這是按壓感測技術的一項應用。對汽車而言，這類安全機制尤其實用，可避免觸控功能因誤觸而啟動。同一個操作區域的功能，甚至可依使用情境而改變。例如在汽車中控台上，相同的表面可設定為娛樂系統的操作介面，也能切換為座艙空調控制介面(圖2)。
這些功能有助於提升智慧表面產品的價值，而新增的產品價值未必會帶來更高的製造成本。傳統機械按鍵等元件若要安裝在外殼邊緣，通常需要精密且成本較高的生產與組裝流程。
相較之下，實現智慧表面的光學感測器與LED發光元件，可像其他電子元件一樣安裝於印刷電路板(PCB)上，並透過高效率的自動化設備完成組裝，有助於提高製造效率並降低整體成本。
光學技術：兼顧使用者與製造商需求
光，是實現新一代智慧表面技術的共同基礎。以汽車座艙為例，智慧表面通常會整合微型LED晶片，為可依使用情境切換功能的操作區域提供背光照明。若要讓沒有實體按鍵的表面仍能提供相當於機械按鍵的明確操作輸入，則需要光學按壓感測技術。
光學按壓感測器安裝於可反射紅外線(IR)的表面下方，兩者之間保留極小的氣隙。感測器會持續發射紅外線脈衝；當使用者以手指按壓表面時，表面與感測器之間的距離縮短，使反射回感測器的紅外線強度增加。感測器接著將光強度變化轉換為ADC(Analog-to-Digital Converter，類比數位轉換器)輸出訊號。這項技術可偵測低至1 μm的表面形變；依據表面的機械特性，該訊號可換算為約0.1牛頓(N)的施力。透過精準量測施力大小，製造商可設計多功能按壓區域，例如區分輕壓、中壓與重壓等不同操作方式。若操作表面採用對紅外線具部分穿透性的材料，例如油墨印刷玻璃，同一顆感測器還可同時支援觸控感測、接近感測與按壓感測三種功能，進一步簡化操作介面並提升系統整合效率。
建構智慧表面：從元件到整合
智慧表面技術正在為汽車、消費性電子產品、醫療設備與家電等領域的人機介面設計，帶來全新的思考方式。過去，機械按鍵會限制產品設計的自由度，設計師往往必須將按鍵安排在外殼邊緣較不顯眼的位置。
如今，光學按鍵幾乎可設置於產品表面的任何位置，並可依需求賦予不同功能，再搭配照明顯示其操作用途或目前狀態。這也意味著，人機介面設計不能只從單一元件的角度出發，而需要從整體系統層級重新思考感測、照明與使用者互動之間的整合。
目前，市場上已有多種元件可支援智慧表面設計。以ams OSRAM為例，其相關產品包括尺寸與功耗經過最佳化的AS7150模擬前端(Analog Frontend)，以及SFH 7061光學前端(Optical Frontend)。光學按壓感測器也可透過採自由授權的Open System Protocol(OSP)網路技術，與RGB LED建立連線。單一網路最多可連接1,000個感測器與LED元件，有助於建構大規模且具高度彈性的智慧介面系統。
除了元件本身之外，智慧表面的實現也仰賴完整的系統整合。以光學按壓感測按鍵為例，它是一個整合式光學堆疊結構，所涉及的設計不只有感測器本身，還包括操作表面的材料、感測器與表面之間的氣隙，以及與主控制器連接的板級電路。
以ams OSRAM的實務經驗為例，除了提供相關感測與LED元件外，也能提供應用說明、示範設計及應用工程支援等技術資源，協助開發團隊建構完整的光學感測架構，並縮短設計驗證與系統整合所需的時間。
隨著智慧表面逐漸從概念走向實際應用，汽車產業正成為這項技術的重要應用場域。從車內控制介面到智慧座艙的人機互動，產品的競爭力將不再只取決於外觀設計，而是如何將感測、照明與互動體驗整合為一致且直覺的使用體驗。具備光學感測、LED與系統整合能力的供應商，也將在下一代智慧座艙發展中扮演更重要的角色。
(本文作者皆任職於ams OSRAM。Christian Feierl為消費性電子與車用感測資深產品經理、Markus Arzberger為車用與生命體徵產品線資深總監暨負責人)