鲍兆臣

（中国建材国际工程集团有限公司，上海 200063）

1 触摸屏的概念

触摸屏从市场概念来说，它是以直接触碰方式发送指令代替键盘和鼠标与计算机建立沟通的输入设备，是一种透明面板。从技术原理来说，触摸屏是一套透明的绝对定位系统，所以需要通过材料科技来解决透明问题，它不需要光标，只需要在显示屏上轻点图标和文字，计算机就可以按照用户指示工作，手指触摸在哪里就是哪里，不需要繁琐的动作。

2 触摸屏技术分类

根据屏幕表面定位原理不同，触摸屏技术可分为表面声波技术、声学脉冲识别技术、红外线技术、电容式触摸屏技术和电阻式触摸屏技术。不同种类触摸屏性能比较，见表1。

表1 不同种类触摸屏的性能比较［1］

2.1 表面声波（SAW）技术

表面声波是超声波的一种，在金属、玻璃等刚性材料表面传播的机械能量波，是利用声波定位触控技术，其性能稳定，在横波传递中具有尖锐的频率特性。表面声波触摸屏的触碰部分是一块玻璃平板，安装在等离子显示器屏幕前，没有覆盖层。表面声波触摸屏的工作原理如下：通过触摸屏电缆送来的电信号发射换能器把控制器转化为声波能量向左方表面传递，随后通过玻璃板下边的一组精密反射条纹把声波能量反射到往上的均匀面传递，声波能量流经屏体表面，再通过上边的反射条纹汇聚成向右的线传播给X轴的接收换能器，接收换能器将返回的表面超声波能量转变为电信号［1］。

2.2 声学脉冲识别（APR）技术

APR由一个玻璃显示器涂层或其他坚硬的基板组成，背面安装四个压电传感器。该传感器安装在可见区域的两个对角上，通过一根弯曲的电缆连接到控制卡。用户触碰屏幕时，手指与玻璃之间拖动发生摩擦，就产生了声波。波辐射传向传感器，按声波比例产生电信号，然后转换数据流来确定触摸位置。APR设计能够消除环境影响和外部声音。

2.3 电容式触摸屏技术

电容式触摸屏可以分为表面电容式屏和投射式电容屏。

2.3.1 表面电容式触摸屏

其工作原理是利用电场感应方式感测屏幕表面，其面板四角各有一条输出线与控制器连接在一起，工作时接地的物体触碰到带有电场的触摸屏表面，面板表面电场就会发生电荷转移，通过测量表面电荷的变化来确定接触点位置。表面电容式触摸屏具有透光率高、寿命长、分辨率低等优点，目前主要用于服务平台和公共信息大尺寸触摸屏［2］。

2.3.2 投射电容式触摸屏

可分为两种：交互电容和自我电容。

交互电容又叫作跨越电容，它是通过相邻电极耦合而成的电容。与自我电容的区别是，两组电极构成电容的两极，其交叉处形成电容，当用手指触摸到电容屏时，改变了两组电极间电容量。当检测交互电容大小时，纵向电极接收信号，横向电极发出激励信号，便得到纵向和横向电极交汇点的电容大小［3］。

自我电容又叫作绝对电容，将被感觉的物体作为电容的其中一个极板，此物体在被传感电极与传感电极之间感应出电荷，从而被感觉到，此原理是通过电极发射出的静电场线来感应的。

2.4 电阻式触摸屏技术

电阻屏是利用触摸屏表面随着所受压力的变化，产生屏幕凹凸变形而引起的电阻变化实现精确定位的触摸屏技术。按照其原理不同，电阻式触摸屏分为四线与五线电阻触摸屏。

2.4.1 四线电阻触摸屏工作原理

四线电阻式触摸屏是电阻式触摸屏中应用最广泛的一种。结构由上线路薄膜材料导电ITO层和下线路玻璃或薄膜材料导电ITO组成，中间有细微的绝缘点隔开。当触摸屏表面没有压力时，上下线路是开路状态；若有压力在触摸屏上，上下线路导通，控制器通过下线路导电ITO层在X坐标方向上施加驱动电压，通过上线路导电ITO层的探针，侦测X方向上的电压，由此算出触点X坐标。通过控制器改变施加电压方向，同理可测出触点Y坐标，从而确定触点位置。

2.4.2 五线电阻触摸屏工作原理

五线电阻式触摸屏的结构与四线电阻式有些相似，也有上线路薄膜材料导电ITO层和下线路玻璃或薄膜材料导电ITO层。五线电阻式触摸屏的工作原理和四线电阻式所不同的是，五线电阻式X及Y方向上的驱动电压都通过下线路ITO层产生，而上线路层仅仅起到侦测电压探针的作用，即便上线路薄膜层被损坏或刮伤，触摸屏也可以继续正常工作，所以五线电阻式触摸屏的使用寿命要比四线式的长很多。

2.5 红外线式触摸屏技术

红外触摸基本原理是光束阻断技术，在显示器上添加光点距框架，光点距框架的四边排列了接收管和红外线发射管，在屏幕表面形成红外线网。当手指在触摸屏幕时，就会遮挡住经过该位置的横竖方向的红外线，光信号的改变就会输出变化的电信号，通过电信号的处理来定位触摸点的位置。

之前红外触摸屏分辨率是由框架中的红外对管数目来决定，因此其分辨率很低。国内市场上主要产品是40×32、32×32，在光照变化较大时造成影响较大。此后在第三代和第四代提升分辨率上有所改进，但是综合性能没有突破。最新的第五代红外屏分辨率取决于差值算法、红外对管数目以及扫描频率，分辨率达到1 000×720，能长时间在恶劣环境下使用，真正实现高分辨率和高稳定性能［3］。

3 触摸屏技术应用现状

触摸屏作为一种新的计算机输入设备，具有反应灵敏、坚固耐用、节省空间、易于交流等优点，是目前最方便、简单的一种人机交互方式。触摸屏在我国应用领域非常广阔，特别是在电子产品中，如手机、便携式播放器/MP3、笔记本电脑、一体机电脑、车载显示器、数码相机、便携式导航、便携式游戏机、公共信息、教育与培训等。此外，还广泛应用于办公、医疗设备、军事指挥、工业控制等，西门子、海尔将触摸屏技术应用到了电磁炉、洗衣机、冰箱、空调等家电领域，触摸屏技术已经渗入家庭、娱乐、办公的每个角落。

由表2可看出，手机是触摸屏的最大应用领域，2009年市场份额是62%，到2015年将达到73.35%［4］。目前，中国国内手机用户超过十亿人次。以往功能性手机将会迅速被智能触摸屏手机取代，在全球应用和体验式消费驱动下，智能手机和平板电脑将出现快速增长，仅在中国内地，未来三年就将产生近五亿部智能终端的国内消费市场。智能终端产业的变革迫使绝大多数传统的手机厂商都在研发生产触摸屏智能终端，其中对关键性器件——触摸屏的需求，已出现井喷之势，一些LCD厂商、按键厂商、规模较大的模具厂商等纷纷介入触摸屏产业。目前，中国国内近三百家触摸屏企业集中在“珠三角”和“长三角”地区。预计两年内，上千家企业将涌至这个产业。

表2 触摸屏在不同应用领域的市场份额变化趋势（2009～2015） /%

4 触摸屏技术发展方向

4.1 中大尺寸多点触摸技术

发展多点触控可以多点、多人同时使用，尤其在一些工程设计、绘图、影像处理等大尺寸上，利用电容笔可以进行标记、签名、绘图等，可大大拓宽触摸屏的应用领域。2007年苹果公司通过投射式电容技术实现的多点触控功能，体现了当时与其他触控技术的不同，使多点触控技术成为市场的新潮流。目前，多点触控技术已经从开始的两指缩放三指滚动和四指拨移，发展到五点的触控识别，今后多点触控技术将向实现更具有自由度的方向发展。

小尺寸触控屏出货量巨大，面板厂商很难介入，当中大尺寸触摸屏市场越来越成熟，特别是内嵌式触摸屏技术的持续发展，面板厂商参与度就越来越高。在OGS触摸屏领域，2013年7月，京东方投资53.97亿元建设合肥鑫晟触摸屏生产线项目。该项目将采用OGS技术，生产工序包括Sensor工程、贴合工程两部分，玻璃基板尺寸为1 500mm×1 850mm，设计产能为60k/月，主要产品包括手机、平板电脑等用触摸屏。

随着全球各行各业对于信息化水平的不断提高，触摸屏技术已广泛应用于电信、公共信息、服务平台、交通监控、娱乐等领域。但这些领域要求采用10.4英尺以上的中大尺寸触摸屏，所以发展中大尺寸多点触摸屏是未来触摸技术的一大挑战。

4.2 内嵌式投射电容屏

当前触摸屏基本都是外挂式结构，外挂式结构简单，易于规模化生产，但是外挂式结构在厚度上难以做到轻薄，不符合触摸屏越来越轻便的观念。

内嵌式In－cell构造利用TFT彩色滤光片作为触摸屏的感应ITO层，在彩色滤光片玻璃的另一面镀刻驱动ITO层，与外挂式On－cell相比，内嵌式In－cell构造将触摸屏功能整合在TFT模组中，减少了ITO导电玻璃的层数［5］。

内嵌式构造的优势主要体现在ITO导电玻璃层数从34层减少至2层，进而提高了触控面板的透光率，降低材料成本，减少面板厚度。但内嵌式构造仍存在一些问题，特别是目前产品良率不及外挂式构造，平均要低5%。但是单从技术角度分析，目前内嵌式投射电容屏存在的问题并非长期制约因素，内嵌式产品的良率正在不断提高，其内嵌式结构带来的高透光率、低材料成本、轻薄化等优势符合消费电子产品的发展趋势，一定会替代外挂式构造而成为技术主流。In－cell触摸屏技术因在显示屏内部与ITO形成一体，因而在减少显示屏的厚度及提高穿透率方面拥有显著的优势。内嵌式的概念最先在2003年由TMD提出，随后LG、Sharp、AUO、Samsung等公司相继提出此概念，并相继公布了一些研究成果，IPhone5即使用了具有穿透率好、窄边框、轻薄的内嵌式In－cell技术而备受关注，LG显示、Sharp与Japan显示、三星显示（SDC）及大中华区LCD面板制造商在In－cell触摸屏市场的发展也备受期待。

4.3 混合式触控技术

随着用户对触控技术要求的提高，单一的触控技术已经无法满足人们的需要。近年来有人提出了混合式触控技术的概念，在一块触控面上采用两种或者两种以上的触控技术，以实现多种触控技术间互补优劣的目的。2013年11月份美国专利和商标局通过了一项来自苹果申请的名为“双级别触摸感应按键”的专利，根据专利描述显示，这种可感知多级别压力的按键不仅对触摸操作有反应，同时还能够感应不同等级的压力输入。这种全新的压力感应输入要比现存的所有输入方式都更加高级。苹果混合型触控输入技术是一种可以侦测按压级别的可低压按键，该组件的顶部是一种触控敏感的材料，可以检测到输入信号。当头两个级别的阀值检测到后，按键的触控敏感部分就会激活，或者进入低能耗模式。这种技术允许组件根据按压力度的不同完成多个功能，比如说用户点击按键的右侧与左侧会得到不同的结果。同时，用户还可以连续实现不同压力等级的功能。例如用户可以首先按压屏幕激活触控功能，这时系统将会继续跟踪用户手势，用户可以继续按压实现进一步功能，例如像一个触控鼠标，所以混合式触控技术必定会成为未来触控技术的发展方向之一。

［1］ 王 祥.触摸屏技术发展趋势及市场分析报告［EB/OL］.百度文库，2012－07－10.

［2］ 刘 瑞.触摸屏技术及其性能分析［J］.装备制造技术，2010，36（3）：56－60.

［3］ 伍华林，吕 延，吕 明.触摸屏技术现状和市场前景［J］.信息技术，2010，18（6）：275－276.

［4］ 杨玉琴，李亚宁.触摸屏技术研究及市场进展［J］.信息记录材料，2012，13（1）：8－9.

［5］ 张子敬.触摸屏技术应用现状和未来发展趋势［J］.科技视界，2012，4（12）：65－66.