關鍵詞： 觸摸屏 , 技術發(fā)展趨勢

        一、觸摸屏技術種類
觸摸屏是一種定位設備，用戶可以直接用手指向計算機輸入坐標信息，與鼠標、鍵盤一樣，也是一種輸入設備。觸摸屏具有堅固耐用、反應速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點。利用這種技術，只要用手指輕輕地觸摸計算機顯示屏上的圖符或文字就能實現(xiàn)對主機操作，從而使人機交互更為直接，這種技術極大的方便了那些不懂電腦操作的用戶。現(xiàn)已被廣泛應用于工業(yè)、醫(yī)療、通信領域的控制、信息查詢及其他方面。
1、電阻式觸摸屏
模擬電阻式屏
模擬電阻式觸摸屏就是我們通常所說的“電阻屏”，是利用壓力感應進行控制的一種觸摸屏。它采用兩層鍍有導電功能的ITO（銦錫氧化物）塑料膜，兩片ITO設有微粒支點，使屏幕在未被壓按時兩層ITO間有一定的空隙，處于未導電的狀態(tài)。當操作者以指尖或筆尖壓按屏幕時，壓力將使膜內(nèi)凹，因變形而使ITO層接觸導電，再通過偵測X軸、Y軸電壓變化換算出對應的壓力點，完成整個屏幕的觸控處理機制。目前模擬電阻式觸摸屏有4線、5線、6線與8線等多種類型，如圖1所示，線數(shù)越多，代表可偵測的精密度越高，但成本也會相對提高。電阻屏不支持多點觸控、功耗大、壽命較短、同時長期使用會帶來檢測點漂移，需要校準。但是電阻屏結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，在電容式觸摸屏成熟以前，一度占據(jù)大部分觸摸屏市場。
數(shù)字式電阻屏
數(shù)字式電阻屏的基本原理與模擬式的相似，與模擬式電阻屏在玻璃基板上均勻涂布ITO層不同，數(shù)字式電阻屏只是利用帶有ITO條紋的基板。其中上下基板的ITO條紋相互垂直。數(shù)字式電阻屏更加類似于一個簡單的開關，因此通常被當做一個薄膜開關來使用。數(shù)字式電阻屏可以實現(xiàn)多點觸控。
2、電容式觸摸屏
表面電容式
表面電容式觸摸屏是通過電場感應方式感測屏幕表面的觸摸行為。它的面板是一片涂布均勻的ITO層，面板的四個角各有一條出線與控制器相連接，工作時觸摸屏的表面產(chǎn)生一個均勻的電場。
當接地的物體觸碰到屏表面時，電極就能感應到屏表面電荷的變化，確定觸碰點的坐標。表面電容式觸摸屏使用壽命長、透光率高，但是分辨率低、不支持多點觸控，目前主要應用于大尺寸戶外觸摸屏，如公共信息平臺（POI）及公共服務（銷售）平臺（POS）等產(chǎn)品上。
投射式電容屏
投射電容式觸摸屏利用的是觸摸屏電極發(fā)射出的靜電場線進行感應。投射電容傳感技術可分為兩種：自我電容和交互電容。自我電容又稱絕對電容，它把被感覺的物體作為電容的另一個極板，該物體在傳感電極和被傳感電極之間感應出電荷，通過檢測該耦合電容的變化來確定位置。但是如果是單點觸摸，通過電容變化，在X軸和Y軸方向所確定的坐標只有一組，組合出的坐標也是唯一的；如果在觸摸屏上有兩點觸摸并且這兩點不在同一X方向或者同一Y方向，在X和Y方向分別有兩個坐標投影，則組合出4個坐標。顯然，只有兩個坐標是真實的，另外兩個就是俗稱的“鬼點”。因此，自我電容屏無法實現(xiàn)真正的多點觸摸；交互電容又叫做跨越電容，它是通過相鄰電極的耦合產(chǎn)生的電容，當被感覺物體靠近從一個電極到另一個電極的電場線時，交互電容的改變會被感覺到，當橫向的電極依次發(fā)出激勵信號時，縱向的所有電極便同時接收信號，這樣可以得到所有橫向和縱向電極交匯點的電容值大小，即整個觸摸屏的二維平面的電容大小。當人體手指接近時，會導致局部電容量減少，根據(jù)觸摸屏二維電容變化量數(shù)據(jù)，可以計算出每一個觸摸點的坐標，因此屏上即使有多個觸摸點，也能計算出每個觸摸點的真實坐標。在上述兩種類型的投射電容式傳感器中，傳感電容可以按照一定方法進行設計，以便在任何給定時間內(nèi)都可以探測到手指的觸摸，該觸摸并不局限于一根手指，也可以是多根手指。2007年以來蘋果公司iphone、iPad系列產(chǎn)品取得的巨大成功，投射式電容屏開始了噴井式的發(fā)展，迅速取代電阻式觸摸屏，成為現(xiàn)在市場的主流觸控技術。




       
3、紅外線式觸摸屏
紅外觸摸屏是利用X，Y方向上密布的紅外線矩陣來檢測并定位用戶的觸摸。紅外觸摸屏在顯示器的前面安裝一個電路板外框，電路板在屏幕四邊排布紅外線發(fā)射管和紅外接收管，一一對應成橫豎交叉的紅外矩陣。用戶在觸摸屏幕時，手指就會擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線，據(jù)此可以判斷出觸摸點在屏幕的位置。紅外線式觸摸屏具有透光率高、不受電流、電壓和靜電的干擾、觸控穩(wěn)定性高等優(yōu)點，但是紅外觸摸屏會受環(huán)境光線的變化、會受到遙控器、高溫物體、白熾燈等紅外源的影響，而降低它的準確度。早期紅外觸摸屏出現(xiàn)于1992年，分辨率只有32×32，易受環(huán)境干擾而誤動作，而且要求在一定的遮光環(huán)境中使用。
經(jīng)過20年的發(fā)展，目前先進的紅外線式觸摸屏在正常工作環(huán)境下壽命大于7年，在跟蹤手指移動軌跡的時候，精度、平滑度和跟蹤速度都可以滿足要求，用戶的書寫可以十分流暢地轉(zhuǎn)換成圖像軌跡，完全支持手寫識別輸入。紅外式觸摸屏主要應用于無紅外線和強光干擾的各類公共場所、辦公室以及要求不是非常精密的工業(yè)控制場所。
4、聲波式觸摸屏
表面聲波式觸摸屏
表面聲波式觸摸屏是通過聲波來定位的觸控技術。在觸摸屏的四角，分別粘貼了X方向和Y方向的發(fā)射和接收聲波的傳感器，四周則刻有45°的反射條紋。當手指觸摸屏幕時，手指吸收了一部分聲波能量，而控制器則偵測到接收信號在某一時刻上的衰減，由此可計算出觸摸點的位置。
表面聲波技術非常穩(wěn)定，精度非常高，除了一般觸摸屏都能響應的X和Y坐標外，還響應其獨有的第三軸Z軸坐標，也就是壓力軸響應。有了這個功能，每個觸摸點就不僅僅是有觸摸和無觸摸的兩個數(shù)字開關狀態(tài)，而是成為能感應力的一個模擬量開關：壓力量越大，接收信號波形上的衰減缺口也就越寬越深。
在所有類型的觸摸屏中，只有表面聲波觸摸屏具有感知觸摸壓力的性能。表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，清晰度較高（分辨率極高），透光率好、高度耐久、抗刮傷性良好、反應靈敏、壽命長，能保持清晰透亮的圖像質(zhì)量，沒有漂移，只需安裝時一次校正，抗暴力性能好，最適合公共信息查詢及辦公室、機關單位及環(huán)境比較清潔的公共場所使用。
彎曲聲波式觸摸屏
彎曲聲波式觸摸屏是基于聲音脈沖識別的技術。當物體觸碰到觸摸屏表面時，傳感器將會探測聲波的頻率，通過將該頻率與預先存儲在芯片內(nèi)的標準頻率對比，確定觸摸點的位置，通過這種方式可以排除衣物、行李、灰塵和昆蟲等環(huán)境因素引起的錯誤識別。表面式觸摸屏的聲波沿著基板表面?zhèn)鞑?，而彎曲式的聲波在基板?nèi)部傳播，所以彎曲式的抗環(huán)境干擾性能優(yōu)于表面式。目前彎曲式觸摸屏一般用于5寸以上的信息亭、金融設備和販賣機等。
5、光學成像式觸摸屏
光學成像式觸摸屏是一種利用光來定位的觸控技術，在屏幕的四角分別設置發(fā)光源和光線捕捉感應器，當物體觸碰到觸摸屏表面，光線發(fā)生變化，觸控IC模塊分析光線感應器的變化確定觸控的位置。光學成像式觸摸屏耐久性高，適合在復雜的環(huán)境下使用，并且支持多點觸控，但是容易受到環(huán)境光線、灰塵、昆蟲等的影響發(fā)生誤識別。目前該技術只應用在10英寸以上的桌面監(jiān)視器、教育/培訓等方面。
6、電磁感應式觸摸屏
電磁感應式觸摸屏的感應器設置在顯示屏之后，感應器在顯示器表面產(chǎn)生一個電磁區(qū)域，電子筆觸碰到顯示器表面時，感應器可以通過計算電磁的改變來確定觸控點的位置。相比于其他觸摸屏技術，電磁感應式觸摸屏的精確度和分辨率是最高的，耗電量低，更加輕薄，特別適合在戰(zhàn)爭環(huán)境和建筑環(huán)境下使用，目前該技術主要應用在美國軍方。
其他觸摸屏技術目前市場上除了上述觸控技術外，還有壓力感應式、數(shù)字聲波導向式、振蕩指針式等多種觸控技術，一般用于特殊用途。




       
二、觸摸屏的發(fā)展趨勢
1、內(nèi)嵌式觸摸屏結(jié)構(gòu)
目前觸摸屏基本都是采用外掛式的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的顯示模塊和觸控模塊是兩個相對獨立的器件，然后通過后端貼合工藝將兩個器件整合，但是這種相對獨立的外掛式構(gòu)造會影響產(chǎn)品的厚度，不符合觸控顯示類產(chǎn)品日益輕薄化的發(fā)展趨勢。由此產(chǎn)生了內(nèi)嵌式觸摸屏的概念，內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)將觸控模塊嵌入顯示模塊內(nèi)，使兩個模塊合為一體，而不再是兩個相對獨立的器件。相比于傳統(tǒng)的外掛式結(jié)構(gòu)，內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于：僅需2層ITO玻璃、材料成本降低、透光度提高、更加輕?。徊恍枰|摸屏模組與TFT模組的后端貼合，提高良品率；觸摸屏組與TFT模組同時生產(chǎn)，減少了模組的運輸費用。內(nèi)嵌式觸摸屏又可分為兩種：In-cell技術和On-cell技術。
兩種技術的定義略有差別，但是原則類似，都是將觸摸屏內(nèi)嵌于液晶模組之中。In-cell技術把觸摸屏整合在彩色濾光片下方，由于是將觸摸傳感器置于液晶面板內(nèi)部，占據(jù)了一部分顯示區(qū)域，所以犧牲了部分顯示效果，而且還使工藝變得復雜，高良率難以實現(xiàn)。On-cell技術是在彩色濾光片上整合觸摸屏，不是在液晶面板內(nèi)部嵌入觸摸傳感器，只需在彩色濾光片底板與偏光板之間形成簡單的透明電極即可，降低了技術難度。On-cell的主要挑戰(zhàn)是顯示器耦合到感測層的雜訊數(shù)量，觸控屏幕元件必須運用精密的算法來處理這種雜訊。On-cell技術提供將觸摸屏整合到顯示器的所有好處，例如使觸控面板更加輕薄與大幅降低成本等優(yōu)點，但整體系統(tǒng)成本降低的幅度仍然遠遠不及Incell技術。內(nèi)嵌式的概念最先由TMD在2003年提出，隨后Sharp、Samsung、AUO、LG等公司相繼提出此概念，并相繼公布了一些研究成果，但是由于技術問題，都沒有能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化。內(nèi)嵌式觸摸屏已經(jīng)有近10年的發(fā)展時間，目前距實現(xiàn)商業(yè)化仍有一定的距離，但是內(nèi)嵌式觸摸屏代表作未來觸摸屏的發(fā)展方向，積極儲備內(nèi)嵌式技術的廠家會在今后的市場競爭中處于相對有利的位置。
2、多點觸控技術
2007年蘋果公司通過投射式電容技術實現(xiàn)的多點觸控功能，該功能提供了前所未有的用戶體驗，體現(xiàn)了與當時其他觸控技術的不同，使多點觸控技術成為市場的潮流。目前多點觸控技術已經(jīng)從開始的僅可以實現(xiàn)兩指縮放、三指滾動以及四指撥移，發(fā)展到能夠支持5點以上的觸控識別和多重輸入方式等，今后多點觸控技術將向?qū)崿F(xiàn)更細致的屏幕物件操控用和更具自由度的方向發(fā)展。
3、混合式觸控技術
目前雖然觸控技術類型眾多，但每種技術都各有利弊，沒有一種技術是完美的。近年來有人開始提出混合式觸控技術的概念，即在一塊觸控面上采用兩種或者兩種以上的觸控識別技術，達到多種觸控技術之間實現(xiàn)優(yōu)劣互補的目的。目前已經(jīng)研發(fā)出基于電容式和電阻式的混合式觸摸屏，該觸摸屏可以通過手寫筆和手指操作、支持多點觸控等，顯著提高觸摸屏的識別效率。
隨著用戶對觸控技術要求的不斷提高，單一的觸控技術肯定不能滿足人們的需要，所以混合式觸控技術必定會成為未來觸控技術的發(fā)展方向之一。
4、觸覺反饋技術
觸控顯示技術的不斷發(fā)展給人們帶來便捷的操作方式和良好的視覺效果同時，卻忽略觸摸操作時給用戶一個觸覺反饋。目前觸覺反饋技術研究不多，美國的Immersion公司推出名叫“Forcefeedback”的觸覺反饋技術，該技術是利用機械馬達產(chǎn)生振動或者運動，它可以模擬跳動、物體掉落和阻尼運動等觸覺效果，也是目前使用較多的觸覺反饋技術。Senseg公司的“E-sense”技術采用的是生物電場的原理產(chǎn)生一個觸覺反饋。開發(fā)出更加逼真的觸覺反饋技術，可以給用戶帶來新的觸控體驗，因此觸覺反饋技術也是今后觸控技術發(fā)展的一個方向。