觸摸屏技術的現狀、發展趨勢和市場前景

摘要：本文綜述了電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏、紅外式觸摸屏和聲波式觸摸屏等觸控技術的發展現狀，提出內嵌式結構、多點觸控、混合式觸控技術和觸覺反饋將是今后觸摸屏發展的方向。

關鍵詞：觸摸屏 現狀 發展趨勢 市場

1 概述

現今在各種電子產品市場中，移動電話、平板電腦、個人數字助理、MP3/MP4等便攜式電子產品，以及電腦家用電器等都在逐漸開始使用觸摸屏作為用戶和電子設備數據溝通的界面。觸摸屏作為一種定位和輸入設備，用戶在使用時可以對顯示的物件進行觸摸、拖拽和手勢等操控，這樣使人機交互變得更加簡單、直觀和人性化，同時也符合電子產品輕薄化的發展趨勢。觸摸屏正在取代鼠標、鍵盤等傳統輸入設備，成為電子產品的重要組成部件。

2 觸摸屏技術發展現狀

2.1 電阻式觸摸屏 電阻式觸摸屏結構為上下兩層鍍有導電功能的透明ITO（銦錫氧化物）膜，兩片膜間設有空氣層間隙，當屏幕處于未被按壓的狀態時，上下膜不接觸，觸摸屏處于未導電狀態，而當操作者以指尖或筆尖壓按屏幕時，上下膜發生形變接觸導電，再通過偵測X軸和Y軸電壓變化值定位出觸控點的坐標，完成屏幕的觸按處理機制。一般電阻式觸摸屏為4線結構，隨著技術發展逐漸出現5線、6線與8線等多種類型，線數越多，可偵測的精密度越高，電阻屏的性能也就越優異。電阻屏具有結構簡單、成本較低，制造方法成熟等優點，曾經是市場的主流技術，得到廣泛的應用。但是電阻屏功耗大、壽命較短、易出現檢測點漂移，特別是不支持多點觸控，已不能滿足觸控技術的發展和人們的需要，其地位目前已被電容式觸摸屏取代。

2.2 電容式觸摸屏 電容式觸摸屏技術分為表面電容式和投射式兩種。表面電容式觸摸屏的原理是利用電場感應方式感測屏幕表面。其面板是一片均勻鍍刻的ITO層，面板的四角各有一條輸出線與控制器連接在一起，使用時觸摸屏表面會有一個電場，如果接地的物體觸碰到屏表面，面板表面的電場就會發生電荷的轉移，通過偵測這個電荷的轉移就可以準確的定位觸碰點的坐標。表面電容式觸摸屏具有使用透光率高、壽命長、但是不支持多點觸控、分辨率低，目前主要應用于大尺寸戶外用觸摸屏，如各類公共信息和服務平臺。

投射電容式觸摸屏原理是借助電極發射出的靜電場線來感應的。投射電容技術包括自我電容和交互電容兩種，它們的投射電容式傳感器中，傳感電容在設計中遵循了相關的方法，在規定的時間內就能偵測到觸摸，該觸摸與以往不同的就是不僅能識別出單指，還能識別多根手指。自2009年以來，美國蘋果公司生產的iPhone、iPad為其贏得了良好的效益，推動了投射式電容屏技術不斷走向繁榮，沒用多長時間內就取代了電阻式觸摸屏，現在已經是市場上應用最多的觸控技術。

2.3 紅外線式觸摸屏 紅外式觸摸屏原理是在X，Y方向上設置一定數量的紅外線矩陣來偵測定位用戶的觸摸。紅外觸摸屏在正面位置安裝一個電路板外框，外框四邊排布紅外線發射管和接收管，發射管和接收管一一對應成垂直的矩陣。觸摸屏幕時，觸摸物體就會阻擋該位置的橫豎兩條紅外發射線，相對應位置就不能接收到紅外線，就可以定位出觸摸點在屏幕的位置。紅外線式觸摸屏優點是透光率高、抗干擾能力強、觸控穩定性高，缺點是紅外觸摸屏的準確度易受環境光線變化的干擾。目前先進的紅外線式觸摸屏壽命得到大幅提高，在對手指移動軌跡進行跟蹤時，相關要求規定的精度、平滑度、跟蹤速度都能實現，可以進行手寫識別輸入，還能很好的轉換成圖像軌跡。紅外式觸摸屏主要是在沒有強光線干擾的公共場所、辦公室或者是不需要精密要求的工業控制場所中使用。

2.4 聲波式觸摸屏 聲波式觸摸屏包括兩種：表面聲波式觸摸屏和彎曲聲波式觸摸屏。表面聲波式觸摸屏是利用聲波定位的一種觸控技術。觸摸屏四角設置有發射和接收聲波的傳感器，當手指觸摸屏幕時，手指吸收部分聲波能量，傳感器就可以偵測信號在衰減，由此計算出觸摸點的位置。表面聲波觸摸屏技術比較穩定，具有很高的精度，除了可以響應X和Y坐標外，還能響應第三軸z軸坐標，也就是壓力軸響應。表面聲波觸摸屏的透光率好，耐用性強，反應靈敏，壽命長，不影響圖像質量，一般在辦公室、機關單位等環境比較清潔的公共場所使用。彎曲聲波式觸摸屏是一種聲音脈沖識別技術。彎曲式的聲波在沿基板內部傳播，因此彎曲聲波式觸摸屏可以排除衣物、灰塵和昆蟲等環境因素造成的誤識別。目前彎曲式觸摸屏主要應用于中大尺寸的信息亭、金融設備等。

3 觸摸屏市場前景

根據市場研究機構Displaysearch調查，投射式電容觸控技術在2010年正式超越電阻式觸控技術，成為產值比重最高的觸控面板技術。Displaysearch數據顯示，2009年觸控面板的出貨量和產值達到6.07億片、43.32億美元，2010年成長到8億片、61.77億美元，2011年因平板電腦也采用投射式電容觸控面板，使出貨量和產值提高到9.87億片、76.46億美元，2012年達11.61億片、89億美元，2013年13.41億片、101.46億美元，2014年15.38億片、113.31億美元，2015年17.35億片、124億美元，2009年到2015年以年復合增長率25%的速度成長。

4 觸摸屏發展趨勢

4.1 多點觸控技術 2007年以來，美國蘋果公司iPad、iPhone系列產品能夠在激烈的市場競爭中獲得巨大的成功，就是因為采用的投射式電容式觸摸屏可支持多點觸控，給用戶帶來了更加豐富的觸控體驗，開啟了多點觸控技術應用的新風潮。多點觸控技術已經從最初的僅支持2點縮放，逐漸發展實現3指滾動、4指撥移、5指以上觸控式別以及多重輸入方式等。今后多點觸控技術將向更細致的屏幕物件操控以及更具自由度的方向發展。

4.2 內嵌式觸摸屏結構 當前觸摸屏采用后道貼合的工藝將顯示模塊和觸控模塊整合為一體，這種結構成為外掛式。外掛式結構簡單，易于規模化生產，但是外掛式結構在厚度上難以控制的更為輕薄。不符合觸摸屏產品越來越輕薄化的發展方向。所以，我們現在要研究的主要是內嵌式結構觸摸屏，他可以將觸控模塊嵌入顯示模塊內，這樣兩個模塊就會合在一起，不再是一種相對獨立的關系。與傳統的外掛式結構相比較，內嵌式結構有其自身的優勢：ITO玻璃層數變少了，透光率變得更高，也越來越輕薄，不用再進行觸摸屏模組和TFT模組的后道貼合，提高良品率、觸摸屏組與TFT模組同時生產，減少部件的運輸費用。

4.3 混合式觸控技術 目前雖然存在多種類型的觸控技術，但是每種技術都存在難以解決的“先天缺陷”。為解決這一問題，近年來開始研究混合式觸控技術，即在一塊觸摸屏中同時使用多種觸控技術，達到消除單一觸控技術存在的缺陷問題。目前有報道電容/電阻式混合觸摸屏，該屏有效的解決了電阻屏不支持多點觸控和電容屏不支持手寫的問題?，F在我們需要更高的觸控技術，從當前對觸控技術的要求來看，單一的觸控技術顯得落后了，在未來的發展中，混合式觸控技術將占據優勢地位。

4.4 觸覺反饋技術 現在有文獻報道的觸覺反饋技術研究還比較少。美國Immersion公司發明的“Force-feedback”技術主要是借助機械馬達來振動，包括模擬跳動、物體掉落和阻尼運動等觸覺效果；Senseg公司的“E-sense”技術是借助生物電場的原理產生觸覺反饋。通過這一技術能夠得到更好的觸覺反饋效果，因此觸覺反饋技術將會是觸控技術發展的一個重要方向。

5 總結

觸摸屏控技術主要分為電阻式、電容式、紅外式和聲波式觸摸屏四種，其中電容式觸摸屏是目前市場的主流，預計到2015年電容式觸摸屏的產值將會達到124億美元。未來觸摸屏技術將向多點觸控、內嵌式結構、混合式觸控技術和觸覺反饋技術四個方向發展。

參考文獻：

[1]嚴盈富.觸摸屏與PLC入門[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[2]Jong-Kwon Lee，Sang-Soo Kim，yong-In Park，et al.In-cell adaptive touch technology for a flexible e-paper display[J].solid-state electronics，2011（56）：159-162.

[3]宋凱.解析觸摸屏技術[j].才智，2010，10.

作者簡介：伍華林（1967-），男，南京中電熊貓信息產業集團有限公司，高級工程師，博士。