觸摸屏6大種類及4種技術(shù)發(fā)展趨勢分析

 一、觸摸屏技術(shù)種類

觸摸屏是一種定位設(shè)備，用戶可以直接用手指向計(jì)算機(jī)輸入坐標(biāo)信息，與鼠標(biāo)、鍵盤一樣，也是一種輸入設(shè)備。觸摸屏具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點(diǎn)。利用這種技術(shù)，只要用手指輕輕地觸摸計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字就能實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)操作，從而使人機(jī)交互更為直接，這種技術(shù)極大的方便了那些不懂電腦操作的用戶?，F(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、通信領(lǐng)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(yīng)進(jìn)行控制的一種觸摸屏。它采用兩層鍍有導(dǎo)電功能的ITO(銦錫氧化物)塑料膜，兩片ITO設(shè)有微粒支點(diǎn)，使屏幕在未被壓按時(shí)兩層ITO間有一定的空隙，處于未導(dǎo)電的狀態(tài)。當(dāng)操作者以指尖或筆尖壓按屏幕時(shí)，壓力將使膜內(nèi)凹，因變形而使ITO層接觸導(dǎo)電，再通過偵測X軸、Y軸電壓變化換算出對(duì)應(yīng)的壓力點(diǎn)，完成整個(gè)屏幕的觸控處理機(jī)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(huì)相對(duì)提高。電阻屏不支持多點(diǎn)觸控、功耗大、壽命較短、同時(shí)長期使用會(huì)帶來檢測點(diǎn)漂移，需要校準(zhǔn)。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(gè)簡單的開關(guān)，因此通常被當(dāng)做一個(gè)薄膜開關(guān)來使用。數(shù)字式電阻屏可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)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(yīng)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(gè)角各有一條出線與控制器相連接，工作時(shí)觸摸屏的表面產(chǎn)生一個(gè)均勻的電場。

當(dāng)接地的物體觸碰到屏表面時(shí)，電極就能感應(yīng)到屏表面電荷的變化，確定觸碰點(diǎn)的坐標(biāo)。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(diǎn)觸控，目前主要應(yīng)用于大尺寸戶外觸摸屏，如公共信息平臺(tái)(POI)及公共服務(wù)(銷售)平臺(tái)(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(jìn)行感應(yīng)。投射電容傳感技術(shù)可分為兩種：自我電容和交互電容。自我電容又稱絕對(duì)電容，它把被感覺的物體作為電容的另一個(gè)極板，該物體在傳感電極和被傳感電極之間感應(yīng)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(diǎn)觸摸，通過電容變化，在X軸和Y軸方向所確定的坐標(biāo)只有一組，組合出的坐標(biāo)也是唯一的;如果在觸摸屏上有兩點(diǎn)觸摸并且這兩點(diǎn)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(gè)坐標(biāo)投影，則組合出4個(gè)坐標(biāo)。顯然，只有兩個(gè)坐標(biāo)是真實(shí)的，另外兩個(gè)就是俗稱的“鬼點(diǎn)”。因此，自我電容屏無法實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)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(dāng)被感覺物體靠近從一個(gè)電極到另一個(gè)電極的電場線時(shí)，交互電容的改變會(huì)被感覺到，當(dāng)橫向的電極依次發(fā)出激勵(lì)信號(hào)時(shí)，縱向的所有電極便同時(shí)接收信號(hào)，這樣可以得到所有橫向和縱向電極交匯點(diǎn)的電容值大小，即整個(gè)觸摸屏的二維平面的電容大小。當(dāng)人體手指接近時(shí)，會(huì)導(dǎo)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(jì)算出每一個(gè)觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)，因此屏上即使有多個(gè)觸摸點(diǎn)，也能計(jì)算出每個(gè)觸摸點(diǎn)的真實(shí)坐標(biāo)。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(jìn)行設(shè)計(jì)，以便在任何給定時(shí)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(shù)。

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(gè)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(duì)應(yīng)成橫豎交叉的紅外矩陣。用戶在觸摸屏幕時(shí)，手指就會(huì)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(diǎn)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(diǎn)，但是紅外觸摸屏?xí)墉h(huán)境光線的變化、會(huì)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(zhǔn)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(dòng)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(jìn)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(dòng)軌跡的時(shí)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(shí)別輸入。紅外式觸摸屏主要應(yīng)用于無紅外線和強(qiáng)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(shù)。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(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，手指吸收了一部分聲波能量，而控制器則偵測到接收信號(hào)在某一時(shí)刻上的衰減，由此可計(jì)算出觸摸點(diǎn)的位置。

表面聲波技術(shù)非常穩(wěn)定，精度非常高，除了一般觸摸屏都能響應(yīng)的X和Y坐標(biāo)外，還響應(yīng)其獨(dú)有的第三軸Z軸坐標(biāo)，也就是壓力軸響應(yīng)。有了這個(gè)功能，每個(gè)觸摸點(diǎn)就不僅僅是有觸摸和無觸摸的兩個(gè)數(shù)字開關(guān)狀態(tài)，而是成為能感應(yīng)力的一個(gè)模擬量開關(guān)：壓力量越大，接收信號(hào)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(yīng)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(shí)一次校正，抗暴力性能好，最適合公共信息查詢及辦公室、機(jī)關(guān)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(shí)別的技術(shù)。當(dāng)物體觸碰到觸摸屏表面時(shí)，傳感器將會(huì)探測聲波的頻率，通過將該頻率與預(yù)先存儲(chǔ)在芯片內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)頻率對(duì)比，確定觸摸點(diǎn)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(cuò)誤識(shí)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(shè)備和販賣機(jī)等。

5、光學(xué)成像式觸摸屏

光學(xué)成像式觸摸屏是一種利用光來定位的觸控技術(shù)，在屏幕的四角分別設(shè)置發(fā)光源和光線捕捉感應(yīng)器，當(dāng)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(yīng)器的變化確定觸控的位置。光學(xué)成像式觸摸屏耐久性高，適合在復(fù)雜的環(huán)境下使用，并且支持多點(diǎn)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(shí)別。目前該技術(shù)只應(yīng)用在10英寸以上的桌面監(jiān)視器、教育/培訓(xùn)等方面。

6、電磁感應(yīng)式觸摸屏

電磁感應(yīng)式觸摸屏的感應(yīng)器設(shè)置在顯示屏之后，感應(yīng)器在顯示器表面產(chǎn)生一個(gè)電磁區(qū)域，電子筆觸碰到顯示器表面時(shí)，感應(yīng)器可以通過計(jì)算電磁的改變來確定觸控點(diǎn)的位置。相比于其他觸摸屏技術(shù)，電磁感應(yīng)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(shù)主要應(yīng)用在美國軍方。

其他觸摸屏技術(shù)目前市場上除了上述觸控技術(shù)外，還有壓力感應(yīng)式、數(shù)字聲波導(dǎo)向式、振蕩指針式等多種觸控技術(shù)，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(gè)相對(duì)獨(dú)立的器件，然后通過后端貼合工藝將兩個(gè)器件整合，但是這種相對(duì)獨(dú)立的外掛式構(gòu)造會(huì)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(gè)模塊合為一體，而不再是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)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(diǎn)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(shí)生產(chǎn)，減少了模組的運(yùn)輸費(fèi)用。內(nèi)嵌式觸摸屏又可分為兩種：In-cell技術(shù)和On-cell技術(shù)。

兩種技術(shù)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(shù)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(fù)雜，高良率難以實(shí)現(xiàn)。On-cell技術(shù)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(shù)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(yùn)用精密的演算法來處理這種雜訊。On-cell技術(shù)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(diǎn)，但整體系統(tǒng)成本降低的幅度仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及Incell技術(shù)。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(shù)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(shí)間，目前距實(shí)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(chǔ)備內(nèi)嵌式技術(shù)的廠家會(huì)在今后的市場競爭中處于相對(duì)有利的位置。

2、多點(diǎn)觸控技術(shù)

2007年蘋果公司通過投射式電容技術(shù)實(shí)現(xiàn)的多點(diǎn)觸控功能，該功能提供了前所未有的用戶體驗(yàn)，體現(xiàn)了與當(dāng)時(shí)其他觸控技術(shù)的不同，使多點(diǎn)觸控技術(shù)成為市場的潮流。目前多點(diǎn)觸控技術(shù)已經(jīng)從開始的僅可以實(shí)現(xiàn)兩指縮放、三指滾動(dòng)以及四指撥移，發(fā)展到能夠支持5點(diǎn)以上的觸控識(shí)別和多重輸入方式等，今后多點(diǎn)觸控技術(shù)將向?qū)崿F(xiàn)更細(xì)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(shù)

目前雖然觸控技術(shù)類型眾多，但每種技術(shù)都各有利弊，沒有一種技術(shù)是完美的。近年來有人開始提出混合式觸控技術(shù)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(shí)別技術(shù)，達(dá)到多種觸控技術(shù)之間實(shí)現(xiàn)優(yōu)劣互補(bǔ)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(diǎn)觸控等，顯著提高觸摸屏的識(shí)別效率。

隨著用戶對(duì)觸控技術(shù)要求的不斷提高，單一的觸控技術(shù)肯定不能滿足人們的需要，所以混合式觸控技術(shù)必定會(huì)成為未來觸控技術(shù)的發(fā)展方向之一。

4、觸覺反饋技術(shù)

觸控顯示技術(shù)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(shí)，卻忽略觸摸操作時(shí)給用戶一個(gè)觸覺反饋。目前觸覺反饋技術(shù)研究不多，美國的Immersion公司推出名叫“Forcefeedback”的觸覺反饋技術(shù)，該技術(shù)是利用機(jī)械馬達(dá)產(chǎn)生振動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)，它可以模擬跳動(dòng)、物體掉落和阻尼運(yùn)動(dòng)等觸覺效果，也是目前使用較多的觸覺反饋技術(shù)。Senseg公司的“E-sense”技術(shù)采用的是生物電場的原理產(chǎn)生一個(gè)觸覺反饋。開發(fā)出更加逼真的觸覺反饋技術(shù)，可以給用戶帶來新的觸控體驗(yàn)，因此觸覺反饋技術(shù)也是今后觸控技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。