關鍵詞： 觸摸屏 , 技術發展趨勢

        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、節省空間、易于交流等許多優點。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。現已被廣泛應用于工業、醫療、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。當操作者以指尖或筆尖壓按屏幕時，壓力將使膜內凹，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。但是電阻屏結構簡單、成本較低，在電容式觸摸屏成熟以前，一度占據大部分觸摸屏市場。
數字式電阻屏
數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。數字式電阻屏可以實現多點觸控。
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，根據觸摸屏二維電容變化量數據，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系列產品取得的巨大成功，投射式電容屏開始了噴井式的發展，迅速取代電阻式觸摸屏，成為現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，手指就會擋住經過該位置的橫豎兩條紅外線，據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、觸控穩定性高等優點，但是紅外觸摸屏會受環境光線的變化、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于1992年，分辨率只有32×32，易受環境干擾而誤動作，而且要求在一定的遮光環境中使用。
經過20年的發展，目前先進的紅外線式觸摸屏在正常工作環境下壽命大于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字開關狀態，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傳播，而彎曲式的聲波在基板內部傳播，所以彎曲式的抗環境干擾性能優于表面式。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光源和光線捕捉感應器，當物體觸碰到觸摸屏表面，光線發生變化，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，適合在復雜的環境下使用，并且支持多點觸控，但是容易受到環境光線、灰塵、昆蟲等的影響發生誤識別。目前該技術只應用在10英寸以上的桌面監視器、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生一個電磁區域，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，特別適合在戰爭環境和建筑環境下使用，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、觸摸屏的發展趨勢
1、內嵌式觸摸屏結構
目前觸摸屏基本都是采用外掛式的結構，這種結構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造會影響產品的厚度，不符合觸控顯示類產品日益輕薄化的發展趨勢。由此產生了內嵌式觸摸屏的概念，內嵌式結構將觸控模塊嵌入顯示模塊內，使兩個模塊合為一體，而不再是兩個相對獨立的器件。相比于傳統的外掛式結構，內嵌式結構的優點在于：僅需2層ITO玻璃、材料成本降低、透光度提高、更加輕薄；不需要觸摸屏模組與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，減少了模組的運輸費用。內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部，占據了一部分顯示區域，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。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的主要挑戰是顯示器耦合到感測層的雜訊數量，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點，但整體系統成本降低的幅度仍然遠遠不及Incell技術。內嵌式的概念最先由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，都沒有能夠實現商業化。內嵌式觸摸屏已經有近10年的發展時間，目前距實現商業化仍有一定的距離，但是內嵌式觸摸屏代表作未來觸摸屏的發展方向，積極儲備內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的多點觸控功能，該功能提供了前所未有的用戶體驗，體現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從開始的僅可以實現兩指縮放、三指滾動以及四指撥移，發展到能夠支持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實現更細致的屏幕物件操控用和更具自由度的方向發展。
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優劣互補的目的。目前已經研發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展方向之一。
4、觸覺反饋技術
觸控顯示技術的不斷發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生一個觸覺反饋。開發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展的一個方向。