液晶觸摸屏的原理及使用中應注意的問題研究

摘? ?要：目前，觸摸屏總類分為電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏、紅外式觸摸屏和聲波式觸摸屏等。文章簡單介紹了各觸控屏的原理、技術特點，分析得出混合式觸控和觸覺技術將是今后觸摸屏發展的方向。

關鍵詞：觸摸屏;原理技術;發展趨勢

說到觸摸屏大家已不再陌生，實際上我們幾乎每天都在使用，它具有長久耐用、易于人機交互、反應速度快等優點。看圖點屏直截了當，方便了人們對各種電子設備的操作，其應用范圍相當廣范，大到軍事領域、工業生產和辦公、多媒體教學，小到點歌點菜、電子游戲等都可運用，如銀行、電力電信部門的繳費查詢等。本文簡單介紹觸摸屏的基本原理和使用中的一些問題。

1? ? 觸摸屏的基本原理

長期以來，人們對所使用設備的輸入和操控都是用按鍵來操作，它是一種機械式的面板界面，繁瑣、不直觀，長時間使用會接觸不良、不靈敏。自從有了液晶顯示器產品后，點觸液晶屏上的菜單、圖標，都通過表面透明導電或感應的介質，傳給控制器檢測出觸摸信號，從而把圖標位置轉換成精確坐標，讓主板電路識別，并執行此動作，讓多媒體設備的畫面和影音效果得以更良好的延伸，更為先進快捷。

2? ? 觸摸屏的基本特性要求

2.1? 透明度

透明度對視覺效果至關重要。它至少包括4個特性，分別是透明度、色彩失真度、反光性和清晰度。如果只是昏暗、模糊的畫面，其他都無從談起。透明度在屏的要求上只是個泛泛的概念，還能再進行細分，比如反光程度，包括鏡面反光程度和衍射反光程度。紅外和聲波觸摸屏只在液晶屏上加了一層玻璃，透明性較佳。一般能滿足上述4個要求和特性基本就足夠了。

2.2? 坐標系統

觸摸屏需要點觸穩定無誤，點到哪里所反映出的坐標定位要絕對準確，這樣接收和檢測到的位置信號才可靠，不能出現所謂的假點，或稱之為“鬼點”。即點觸外層屏的某一點，觸點對應的應是里層液晶屏上所需要的圖標，如果反映出的點卻偏離在圖標的旁邊，兩點就會不重合，并產生漂移。在各類屏中，電容和紅外屏由于結構和構造上的原因，在工作中有時會出現觸摸點的漂移，不過可以通過校正軟件來重新校正定位，也能在長時間連續工作狀態下保證定位的準確性。

2.3? 檢測和定位

每一種觸摸屏都自帶有一套傳感控制器、轉換器、微處理芯片等元器件組成的電路，來實現觸摸屏的檢測和定位，它們的硬、軟件相對來說更加完備，能夠在反應速度、穩定性以及使用壽命上達到一定的可靠性的要求[1]。

3? ? 觸摸屏主要類型

觸摸屏的分類主要是根據屏的使用介質的不同大致來劃分的，主流上大概分為4類，分別是電阻屏、電容屏、紅外對管屏以及聲表面式觸摸屏。這幾種屏的使用特性，適用場合都各有不同，要想知道它們都具備怎樣的優缺點，那就要了解和掌握各類屏的基本工作原理和技術特點。下面就對這幾種屏的特點和使用狀況來作簡單的概述。

3.1? 電阻型觸摸屏

電阻屏最外層一般使用的是軟屏，通過按壓使內觸點上下相連。內層裝有物理材料氧化金屬，即N型氧化物半導體—氧化銦錫（Indium Tin Oxides，ITO），也叫氧化銦，透光率為80%，上下各一層，中間隔開。ITO是電阻觸摸屏及電容觸摸屏都用到的主要材料，它們的工作面就是ITO涂層，用指尖或任何物體按壓外層，使表面膜內凹變形，讓內兩層ITO相碰導電從而定位到按壓點的坐標來實現操控。根據屏的引出線數，又分有4線、5線及多線，門檻低，成本相對價廉，優點是不受灰塵、溫度、濕度的影響。缺點也很明顯，外層屏膜很容易刮花，不能使用尖銳的物體點觸屏面。一般是不能多點觸控，即只能支持單點，若同時按壓兩個或兩個以上的觸點，是不能被識別和找到精確坐標的。在電阻屏上要將一幅圖片放大，就只能多次點擊“+”，使圖片逐步進階式放大，這就是電阻屏的基本技術原理。

3.2? 電容型觸摸屏

電容式觸摸屏的應用目前相對廣泛，主要是用在大家每天使用的手機和工作的平板電腦上，表面層一般是硬屏。它最初的設想和原理實際是利用了電容的特性。我們都知道電容的結構是在兩塊靠的很近、中間又絕緣的導電板施加直流電壓，正負電荷就相互吸引，導電板上就會儲存電量，理論上是沒有電流通過的，但在充放電的過程中，電路線上是有瞬間的方向相反的電流的，等到導電板上的電位和電源相等時，電流就得以停止。如果把交流電與電容相連，就會反復地進行充放電的過程，也就會有持續的充放電電流，可以理解為電容是可以通過交流電的。電工經常使用的試電筆正是運用的這個原理，人即使站在木椅上，用試電筆觸碰火線，筆依然會持續點亮，因為人和大地是導體，220 V的交流電經過試電筆、人、木椅，最終到達大地，只不過電流經過筆中很大電阻后，變得很小，人體沒感覺到罷了。那電容屏就不難理解了，當用手指輕觸屏最外有機玻璃薄層時，不需要按壓，就會與內層的導電的ITO氧化銦層形成耦合電容，產生電流，屏幕4個角引線上的電流會流向觸點，通過控制器計算出4邊到觸點的距離，就能定位觸點的坐標，這是表面電容式觸摸屏，不支持多點觸控。而制作精細的投射電容屏是可以實現多點觸控是，把ITO層蝕刻成水平和垂直的多個電極陣列，當觸碰屏上的某個位置時，僅只與陣列上一點形成電容耦合，與其他碰觸點互不影響，實現多點工作，應用更加廣泛，如網頁操作、圖片縮放、滾動等。缺點是需要手指或帶有導電的筆才能操控，戴著手套是不能操作電容屏的，如有其他外電場影響，會讓觸點產生漂移。

3.3? 紅外觸摸屏

紅外線是一種肉眼看不見的光線，在日常生活中也經常可以用到利用紅外線的設備，如電視遙控器、用于夜晚的紅外報警監控探頭等。在觸摸屏的外框上嵌入紅外對管，發送和接收在屏表面形成的網狀紅外線，有任何物體在屏的表面停留，就會阻斷連續掃描的橫豎紅外矩陣，就可以通過控制器計算出阻擋的位置，即坐標點。因此，它的特點是可以使用任何物體，如絕緣筆、手指，只要靠近屏到外框內，不需要去碰觸屏幕，就能正常工作。缺點是當受到環境中的紅外干擾，如陽光、白熾燈、帶高溫的物體、遙控器等的影響，點會產生漂移。筆者在實際工作中使用了一臺廣州產的70寸希沃牌紅外交互智能平板設備，在多媒體教室連續開機使用，由于受到各種燈光光線的影響，偶爾會出現指向點和液晶屏上反映點的位置不重合，這就需要通過安裝在平板設備上的軟件來進行校正。

3.4? 表面聲波觸摸屏

聲波觸摸屏和紅外屏的工作原理相似。聲波是通過物體的振動在空氣或其他介質中進行傳播，本質是一種有一定振幅周期的機械波、振動波推動空氣形成的壓力波，通過人耳神經端梢的接收，就能聽到物體所發出的聲音。要讓電子設備接收到振動就需要聲電轉換，典型的設備就是揚聲器或是耳機。當然，聲波觸摸屏利用電聲換能器發出的聲波是人耳聽不到的聲波范圍，是一種高頻聲波，在屏的表面形成聲波矩陣，當用物體或手指放在屏外層玻璃基板上時，就阻斷了聲波的發送和接收，控制器對衰減的聲波信號進行檢測并計算，就能確定所指向的坐標。聲表面觸摸屏也同樣不受溫度、濕度的影響，在各類觸摸屏中使用壽命最長，可達到5 000萬次無出錯故障，也不會有任何的漂移，最適合在公共場所中使用。

4? ? 觸摸屏使用中的常見問題

觸摸屏大多放置于公共場所中使用，由于環境、人為操作等原因，在使用過程中往往會出現一些問題，具體如下。

4.1? 使用一段時間后觸摸無反應

（1）電容屏設備在長期使用過程中，屏上及內部控制電路由于靜電的積累，整臺設備布滿了靜電，如果接地性欠佳，會影響到屏的正常工作，導致觸摸屏有嚴重的偏差甚至失效。此時，關閉設備的電源，用導線將屏的內、外部接地放電，消除大量的靜電，再打開設備電源重新啟動即可。

（2）聲波觸摸屏在工作中，由于表面灰塵積累過多，如果不經常擦拭，就會或多或少地阻擋一些聲波的接收和反射，也會造成屏的靈敏度下降，導致使用不正常。關機后，可以用干凈的紙巾或名片輕輕地將屏表面和四周的灰塵撣去，再重新啟動機器，一般便可正常工作。

4.2? 與硬件相關的問題

觸摸屏一般用串口進行信號的傳輸，從P S2/端口取工作信號，如果指示燈不亮，說明沒有取到信號或控制盒上的P S2/線可能壞了。如果串口損壞或被禁用，將導致驅動程序無法安裝，可更換接口或引線。如果屏幕被擠壓有輕微變形，是因為觸摸區域被顯示器外殼或機柜外殼壓住了，會導致無法定位，觸摸屏光標一直在顯示器4邊的某一點上，可以請專業人員教正顯示器外殼邊框或將機柜和顯示器屏幕之間的距離調大一點來處理。

4.3? 其他相關的問題

觸摸屏光標只在一小區域內移動或觸摸屏點不準，要運行觸摸屏校準程序，在改變顯示器分辨率后， 也要運行觸摸屏校準程序。如果觸摸屏在使用了較長一段時間如幾年后，發現觸摸屏有些區域根本不能點觸，則可能是觸摸屏壞了，請更換觸摸屏。

5? ? 觸摸屏產品發展與展望

觸摸屏雖然類型很多，但每種觸屏都各有利弊，沒有一種技術是完美無缺的。近年來，研發界加大了對混合式觸摸屏的研制開發，即在一塊觸控面上采用兩種或者兩種以上的觸控識別，達到多種觸控技術之間實現優劣互補。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，所以混合式觸控技術會成為未來觸控技術的發展方向之一[2]。

人們享受觸控顯示技術帶來的便捷操作，但卻忽略了觸摸操作時帶來的一個特別觸覺反饋。因為有操作人群需求的廣泛性，所以應用在一些特定場合下，像在銀行系統的應用上需要有更多的語音提示，當前和下一步的操作不能僅有單一的圖標，這樣會給老人的操作帶來很大的方便。如龐大的餐飲業中，在點餐屏上出現所需菜品的三維立體畫面，甚至帶有菜的香味，那將會是愉悅之極。對于視障和殘疾人士使用電子多媒體產品，筆者覺得更應加大研發，雖然有一些手機也具有他們使用的簡單功能，但還遠遠不夠完善，在語音輸入和盲觸的軟硬件上都應該有關注和投入，給他們的生活帶來更大便捷。目前觸覺反饋技術研究不多，怎樣實現更細致的屏幕物件操控和更具自由度的方向，才是真正應有的發展趨勢。作者簡介：謝浩（1971— ），男，江蘇揚州人，技師，學士;研究方向：電子電工。