觸摸屏顯示技術解析及發展趨勢

中國投影網投影資訊　2010-8-5 9:58:13　編輯：悅悅　[ 大中小 ]

　　觸摸屏起源于20世紀70年代，早期多被裝于工控計算機、POS機終端等工業或商用設備之中。2007年iPhone手機的推出，成為觸控行業發展的一個里程碑。蘋果公司把一部至少需要20個按鍵的移動電話，設計得僅需三四個鍵就能搞定，剩余操作則全部交由觸控屏幕完成。除賦予了使用者更加直接、便捷的操作體驗之外，還使手機的外形變得更加時尚輕薄，增加了人機直接互動的親切感，引發消費者的熱烈追捧，同時也開啟了觸摸屏向主流操控界面邁進的征程。

　　觸摸屏技術是一種新型的人機交互輸入方式，與傳統的鍵盤和鼠標輸入方式相比，觸摸屏輸入更直觀。配合識別軟件，觸摸屏還可以實現手寫輸入。觸摸屏由安裝在顯示器屏幕前面的檢測部件和觸摸屏控制器組成。當手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏時，所觸摸的位置由觸摸屏控制器檢測，并通過接口（如RS—232串行口, USB等）送到主機。目前觸摸屏已經由單點觸屏發展到實現多點觸屏了。

　　隨著多媒體信息查詢的與日俱增，人們越來越多地談到觸摸屏，因為觸摸屏不僅適用于中國多媒體信息查詢的國情，而且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，我們用戶只要用手指輕輕地碰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截了當，這種技術大大方便了那些不懂電腦操作的用戶。

　　觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設備。觸摸屏在我國的應用范圍非常廣闊，主要是公共信息的查詢；如電信局、稅務局、銀行、電力等部門的業務查詢；城市街頭的信息查詢；此外應用于領導辦公、工業控制、軍事指揮、電子游戲、點歌點菜、多媒體教學、房地產預售等。將來，觸摸屏還要走入家庭。

觸摸屏技術的優點及應用

　　按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質，我們把觸摸屏分為電阻式、聲學脈沖識別（APR）式、表面聲波（SAW）式、表面聲波（SAW）式、電容式以及紅外/光學式。每一類觸摸屏都有其各自的優缺點，要了解那種觸摸屏適用于那種場合，關鍵就在于要懂得每一類觸摸屏技術的工作原理和特點。

　　電阻式：從目前的推廣應用來看，電阻式觸摸屏是占主導地位的觸摸技術。它由玻璃面板，銥錫氧化物（ITO）電阻涂層組成，并帶有導電涂層的護板，沿著邊緣有銀色的總線條。兩個層之間用絕緣小點隔開。觸摸屏幕時，護板彎曲與玻璃上的涂膜相接觸。該控制器可選擇驅動玻璃層和+5 V的護板，并讀取源于護板和玻璃層產生的電壓，根據被測量層中的壓降來確定X和Y坐標。該技術需要四線，前面提到的總線條，這被稱為4線電阻式觸摸屏技術。由于護板的不斷彎曲，造成ITO涂膜中有微小的裂縫。會使4線電阻式觸摸屏技術的線性度和精確度變差，環境變化也會造成精度的漂移。已經用不斷改進的5，6，7和8線電阻式觸摸屏來消除這些影響。

　　聲學脈沖識別（APR）式：APR由一個玻璃顯示器涂層或其他堅硬的基板組成，背面安裝了4個壓電傳感器。該傳感器安裝在可見區域的兩個對角上，通過一根彎曲的電纜連接到控制卡。用戶觸摸屏幕時，手指或者觸筆和玻璃之間的拖動發生了碰撞或摩擦，于是就產生了聲波。波輻射離開接觸點傳向傳感器，按聲波的比例產生電信號。在控制卡中放大這些信號，然后轉換為數字數據流。比較數據與事先存儲的聲音列表來確定觸摸的位置。APR設計成能夠消除環境的影響和外部的聲音，因為這些因素與存儲的聲音列表不匹配。

　　表面聲波（SAW）式：SAW觸摸屏是由一個針對X和Y軸的有發送和接收的壓電傳感器的玻璃涂層。該控制器發送電信號至發射傳感器，并在玻璃的表面內將信號轉換成超聲波。通過反射器陣列，這些波覆蓋整個觸摸屏。對面的反射器收集和控制這些波至接收傳感器，將他們轉換成電信號。對每個軸重復這個過程。用戶觸摸時吸收了傳播的波的一部分。接收到的對應X和Y坐標的信號與存儲的數字分布圖相比較，從而識別變化并計算出坐標。

　　電容式：電容式觸摸屏技術可以進一步細分為表面電容式和投射電容式。表面電容式技術是在玻璃面板上涂有相同的導體。圍繞面板邊緣的電極在整個導電層平均分配低電壓，建立一個相同的電場。觸摸時就會從各個角上得到電流。該控制器測量從各個角上獲得的電流比，從而計算出觸摸的位置。

　　投射電容式觸摸屏由兩個玻璃保護層之間的傳感器網格微細線組成。部件可以放置于用戶安裝的材料后面，包括防暴的厚達18毫米的玻璃。觸摸時，手指和傳感器之間構成了電容。從改變的傳感器柵格的電氣特性就可計算出觸摸位置。

　　紅外/光學式：高分辨率紅外（IR）技術使用一個圍繞顯示器的小框，上面有表面安裝的LED，對邊有光感受器，紅外透明邊框隱藏在后面。該控制器連續發送LED，以此來構建一個紅外光掃描網格。觸摸時就會阻擋每個軸上的一束或多束紅外光，這樣就可確定相應的X，Y坐標。

上述主要的觸摸屏技術的突出優點和典型應用總結在表1之中。

觸摸技術的類型	優點	應用場合
電阻式	4線：工作穩定、觸摸響應快速、輸入靈活、窄邊框厚度、重量輕、低功耗。多線：更加穩定，工作無漂移。	4線：輕工業、便攜醫療設備、訪問控制終端、便攜式現場自動化，可穿戴計算機和家電。多線：POS機和處理大量交易的零售店。
聲學脈沖識別式	光學和純玻璃的耐久性，操作方式為：手指、手套、筆；防水、放塵埃、防油脂，幾乎沒有磨損，即使有劃痕也能工作；具有良好的拖曳性能。	餐廳及酒店自動化、零售、POS機終端、藥劑自動化，工業自動化和辦公自動化。
表面聲波式	出色的圖像清晰度，分辨率和通過純玻璃的光傳輸。耐用、防刮，如果被劃傷還能繼續工作。手指、戴著手套的手，軟觸筆啟動、快速，敏感的觸摸反應，確認位置和所受壓力的大小。	信息售貨亭、自動售貨機和門票銷售、電子目錄、游戲機、彩票、娛樂、公共收費電話、多媒體營銷、銀行/金融交易，工業控制室和基于計算機的培訓。
表面電容式	快速，具有良好的拖動性能，觸摸反應靈敏	POS機終端，售貨亭和游戲機。
投射電容式	戴手套也能操作，具有真正的輸入靈活性，即使玻璃杯劃傷或損傷還能工作。	室外售貨亭、售票機、自動取款機、電話、收費加油泵機，觸摸式玻璃柜臺，以及觸摸柜面的應用
紅外式	低聲音列表、高分辨率、沒有視差、高清晰度，高耐久性，能在極端環境下工作，多觸摸功能。	食品加工、工業自動化、醫療設備、車載設備、POS機終端。

解析觸摸屏三大主流

　　就電子產品，特別是消費類產品而言，如何將用戶復雜的控制動作轉變為直觀、便捷且可生產的體驗，是用戶界面設計面臨的終極挑戰。用戶界面設計一方面要考慮到用戶視覺、聽覺、味覺、嗅覺和觸覺等五種感官的需求，另一方面還要考慮到用戶需求對器件或系統的影響。目前市場上推出的大部分產品雖然有效，但主要都是將用戶的視覺和觸覺分開來處理。從計算機鍵盤、手機鍵盤、MP3播放器、家用電器甚至電視遙控器等上面的簡單按鈕或按鍵，到音量調節滑條、滾輪和跟蹤板[LU1]等上面更高級的單擊和滾動特性，輸出位置(也就是用戶的輸入或操控動作的結果[LU2]）與用戶的輸入位置是截然不同的。要是能讓輸入和輸出,即視覺和觸覺完全達到一致，那該有多好啊！而這種視覺和觸覺的一致性正是觸摸屏的基本優勢所在。讓視覺和觸覺完全達到一致說起來簡單，但做起來則不啻為一場意義深遠的技術突破，其將徹底改變用戶與電子產品互動的方式，因此有人將此稱為用戶界面的革命。

　　觸摸屏的透明特性允許用戶直接“觸摸”顯示屏上的不同內容，人們對這樣的用戶界面設計發出感嘆。因為用戶再也不用去找電子設備周邊的這個或那個按鈕，如計算機鼠標或鍵盤甚至手機上的撥號按鍵，而是直接與固化在設備“大腦”(即其操作系統）中的應用進行互動。這是一場革命性的變化，這種操控方式可讓用戶直接掌控強大的操作系統和應用程序，一切盡在用戶的指尖。當然，我們能在計算機屏幕上使用鼠標和跟蹤[LU3]板訪問應用程序，不過這種操控不是直接觸摸顯示屏，不能讓用戶與屏幕及內嵌的應用融為一體。實際上，我們能通過我們所能想象出來的各種動作或手勢來使用觸摸屏，讓顯示屏變得鮮活生動，只要眼睛看到的，都能簡單地通過觸摸進行互動。目前觸摸屏主要分為三大類：單點觸摸；多點觸摸識別手指方向；多點觸摸識別手指位置。

　　觸摸屏的功能發展由簡及繁，最初的產品只支持最簡單的操[LU4]控，就是一個手指觸摸屏幕上的一點來實現操控。比如我們每天在附件超市的POS終端機，或者在機場的check-in終端上進行的操作。以前，我們只能通過屏幕周邊的機械按鈕進行操控，單點觸摸屏在此基礎上實現了用戶界面方面的一大進步。當然，機械和新型電容式觸摸感應按鈕在我們的家庭、辦公室及其他地方無所不在：手機、固定電話、遙控器、電視、電腦及其各種外設、游戲機、電冰箱、微波爐、烤箱，以及無線電和空調等車內電子控制設備等等。現在，單點觸摸屏在顯示屏上直接集成了用戶控制界面，因此再也不需要傳統的機械按鈕了。

　　這種屏幕為用戶界面帶來兩大好處，一是設備設計空間得到優化，特別有利于小型設備，因其能在同一區域內同時“安裝”屏幕和按鈕；二是由于按鈕能綁定于操作系統中的任意應用，所以設備使用的“按鈕”可以達到無限多個。上述功能主要建立在電阻式觸摸屏技術基礎之上，在消費電子產品、機場報刊亭、食品雜貨店POS終端和車載GPS系統等各種應用中都得到了廣泛推廣。

　　盡管單點觸摸屏和電阻式觸摸屏技術很令人吃驚并頗具革命意義，但其還是有兩大缺點，一是電阻式技術依賴于觸摸屏的物理運動[LU5]，盡管影響[LU6]不大，但經過正常的磨損老化后，性能就會下降；二是這種技術只支持單點觸摸，也就是一次只能用一個手指在屏幕的某個區域做單一動作。為什么用戶與設備的互動只能局限于一根手指呢？蘋果公司為用戶界面革命做出了不可估量的貢獻，其推出的iPhone采用了感應電容式觸摸屏。即使在智能電話等小型化設備中，要想充分發揮應用和操作系統的功能，也需要多個手指才能實現最佳的可用性。因為有了蘋果公司，用戶現在已經很難設想過去是怎么在不支持兩個手指的手勢動作的情況下，完成照片縮放，以及相冊、網頁視圖的方位改變等相關操作的。

　　其他技術革新者正在多種設備系統上繼續沿用這種多點觸摸技術，其中包括 Google G-1和Blackberry Storm智能電話、MacBook Pro和惠普touchsmart臺式機和筆記本電腦、便攜式媒體播放器以及其他多種應用等。現在，用戶又有了新的期待，希望進一步改善用戶與其電子產品的互動方式，各種電子產品也都紛紛爭相實現用戶的這種新要求。

　　與單點觸摸屏一樣，識別手指方向的多點觸摸屏也有一個局限，就是該技術能在屏幕上同時識別的操作點數量有限。為什么一次只能識別兩個操作點呢？用戶的兩只手有十個手指，當用戶之間彼此互動時，屏幕上會出現

　　更多的手指。這就是識別手指位置的多點觸摸概念的由來，它可以實現兩個手指以上的操控。

　　Cypress將此技術稱為“多點觸控全區輸入”，它進一步提升了觸摸屏可靠的可用性，能滿足多種特性豐富的應用需求。可靠性是指我們能以最高粒度準確捕獲到屏幕上所有觸點的原始數據，盡可能減少屏幕觸點定位不準帶來的混亂問題的能力。可用性是指眾多功能強大的應用可在不同大小的屏幕上受益于雙手或兩個手指以上的屏幕操控的能力。3D 互動游戲、鍵盤輸入和地圖操作等都是使用這種觸摸屏功能的一些主要對象。

　　從根本上來講，多點觸控全區輸入技術為設備和系統OEM廠商提供了唾手可得的所有觸摸數據，幫助他們發揮創造性，以開發下一代新型實用的技術。賽普拉斯半導體公司推出的TrueTouch觸摸屏解決方案就是多點觸控全區輸入的一個應用實例。TrueTouch 采用了賽普拉斯PSoC可編程片上系統架構，該架構集成了帶有可編程模擬和數字塊的8 位微控制器。可實現無與倫比的靈活性和可配置性。TrueTouch解決方案的感應式電容觸摸屏控制器能擴展支持各種尺寸的屏幕，可靈活支持單點觸摸、識別手指方向的多點觸摸和識別手指位置的多點觸摸技術。TrueTouch可高度集成外部元件，而且特別適合與各種觸摸屏感應器或 LCD 顯示屏協同工作。靈活的PSoC架構使設計人員能夠在產品設計的最后階段方便地進行修改，而這是其他觸摸屏產品無法做到的。

觸摸屏未來發展趨勢

　　目前的觸控技術尚存在屏幕所使用的材源透光較差影響顯示畫面的清晰度，或者長期使用后出現坐標漂移、影響使用精度等問題。而且，全球主要觸摸屏生產大廠多集中在日、美、韓等國家以及我國臺灣地區；主要技術、關鍵零組件和原材料更是基本掌握在日、美廠商手中，中國大陸的觸摸屏/觸控面板產業還基本處于起步階段。但正因如此，整個觸控行業未來的上升空間還非常大，它也有望成為我國電子企業今后創新發展、大有作為的重要領域。觸摸屏目前主要還是集中在小尺寸上的應用，未來的發展將是一個觸控和遙控的世界，所以大尺寸觸摸屏的發展是目前觸摸屏發展的趨勢，創科恒遠在大尺寸觸摸屏的領域上發展有著先進的技術，尤其是多點觸摸的應用領域，其在WINDOWS7下開發的多點觸摸技術已經廣發應用于市場，在市場的應用中給了民眾耳目一新的感覺，深的廣大民眾的喜愛。所以未來的世界是個觸控的世界，是個遙控的世界，大尺寸觸摸屏的發展有著廣泛的空間。

　　據iSuppli公司預測，在蘋果公司iPhone熱銷及其精致的用戶界面刺激下，2008-2012年全球觸摸屏顯示器模塊出貨量將增長一倍以上。鑒于這種強勁的增長前景，大約有60家廠商在上月于美國洛杉磯舉辦的2008年國際信息顯示學會(SID)展會期間展示了各自的觸摸屏傳感器、模塊或者系統技術。2008年全球觸摸屏模塊市場出貨量將達3.41億個，銷售額將達到34億美元。據iSuppli公司本周發布的最新預測，iSuppli公司預測，到2013年該市場將增長到8.33億個，2008-2013年的復合年增長率為19.5%。預計2013年全球觸摸屏模塊銷售額將從2008年的34億美元上升到64億美元，復合年增長率為13.7%。而觸摸屏市場中有100多家供應商，300多家OEM/集成商和眾多技術種類，該市場將迎來廣闊的前景。

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文章來源：中國投影網