觸摸屏顯示技術(shù)解析及發(fā)展趨勢

中國投影網(wǎng)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(jì)70年代，早期多被裝于工控計(jì)算機(jī)、POS機(jī)終端等工業(yè)或商用設(shè)備之中。2007年iPhone手機(jī)的推出，成為觸控行業(yè)發(fā)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(shè)計(jì)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(yàn)之外，還使手機(jī)的外形變得更加時(shí)尚輕薄，增加了人機(jī)直接互動的親切感，引發(fā)消費(fèi)者的熱烈追捧，同時(shí)也開啟了觸摸屏向主流操控界面邁進(jìn)的征程。

　　觸摸屏技術(shù)是一種新型的人機(jī)交互輸入方式，與傳統(tǒng)的鍵盤和鼠標(biāo)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(shí)現(xiàn)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(dāng)手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏?xí)r，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(jī)。目前觸摸屏已經(jīng)由單點(diǎn)觸屏發(fā)展到實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)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?yàn)橛|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(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)，我們用戶只要用手指輕輕地碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字就能實(shí)現(xiàn)對主機(jī)操作，從而使人機(jī)交互更為直截了當(dāng)，這種技術(shù)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(shè)備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機(jī)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(shè)備。觸摸屏在我國的應(yīng)用范圍非常廣闊，主要是公共信息的查詢；如電信局、稅務(wù)局、銀行、電力等部門的業(yè)務(wù)查詢；城市街頭的信息查詢；此外應(yīng)用于領(lǐng)導(dǎo)辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)、房地產(chǎn)預(yù)售等。將來，觸摸屏還要走入家庭。

觸摸屏技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用

　　按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質(zhì)，我們把觸摸屏分為電阻式、聲學(xué)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(xué)式。每一類觸摸屏都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，要了解那種觸摸屏適用于那種場合，關(guān)鍵就在于要懂得每一類觸摸屏技術(shù)的工作原理和特點(diǎn)。

　　電阻式：從目前的推廣應(yīng)用來看，電阻式觸摸屏是占主導(dǎo)地位的觸摸技術(shù)。它由玻璃面板，銥錫氧化物（ITO）電阻涂層組成，并帶有導(dǎo)電涂層的護(hù)板，沿著邊緣有銀色的總線條。兩個層之間用絕緣小點(diǎn)隔開。觸摸屏幕時(shí)，護(hù)板彎曲與玻璃上的涂膜相接觸。該控制器可選擇驅(qū)動玻璃層和+5 V的護(hù)板，并讀取源于護(hù)板和玻璃層產(chǎn)生的電壓，根據(jù)被測量層中的壓降來確定X和Y坐標(biāo)。該技術(shù)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(shù)。由于護(hù)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(shù)的線性度和精確度變差，環(huán)境變化也會造成精度的漂移。已經(jīng)用不斷改進(jìn)的5，6，7和8線電阻式觸摸屏來消除這些影響。

　　聲學(xué)脈沖識別（APR）式：APR由一個玻璃顯示器涂層或其他堅(jiān)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(qū)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(shí)，手指或者觸筆和玻璃之間的拖動發(fā)生了碰撞或摩擦，于是就產(chǎn)生了聲波。波輻射離開接觸點(diǎn)傳向傳感器，按聲波的比例產(chǎn)生電信號。在控制卡中放大這些信號，然后轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。比較數(shù)據(jù)與事先存儲的聲音列表來確定觸摸的位置。APR設(shè)計(jì)成能夠消除環(huán)境的影響和外部的聲音，因?yàn)檫@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(fā)送和接收的壓電傳感器的玻璃涂層。該控制器發(fā)送電信號至發(fā)射傳感器，并在玻璃的表面內(nèi)將信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成電信號。對每個軸重復(fù)這個過程。用戶觸摸時(shí)吸收了傳播的波的一部分。接收到的對應(yīng)X和Y坐標(biāo)的信號與存儲的數(shù)字分布圖相比較，從而識別變化并計(jì)算出坐標(biāo)。

　　電容式：電容式觸摸屏技術(shù)可以進(jìn)一步細(xì)分為表面電容式和投射電容式。表面電容式技術(shù)是在玻璃面板上涂有相同的導(dǎo)體。圍繞面板邊緣的電極在整個導(dǎo)電層平均分配低電壓，建立一個相同的電場。觸摸時(shí)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(jì)算出觸摸的位置。

　　投射電容式觸摸屏由兩個玻璃保護(hù)層之間的傳感器網(wǎng)格微細(xì)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(dá)18毫米的玻璃。觸摸時(shí)，手指和傳感器之間構(gòu)成了電容。從改變的傳感器柵格的電氣特性就可計(jì)算出觸摸位置。

　　紅外/光學(xué)式：高分辨率紅外（IR）技術(shù)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(xù)發(fā)送LED，以此來構(gòu)建一個紅外光掃描網(wǎng)格。觸摸時(shí)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(yīng)的X，Y坐標(biāo)。

上述主要的觸摸屏技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)和典型應(yīng)用總結(jié)在表1之中。

觸摸技術(shù)的類型	優(yōu)點(diǎn)	應(yīng)用場合
電阻式	4線：工作穩(wěn)定、觸摸響應(yīng)快速、輸入靈活、窄邊框厚度、重量輕、低功耗。多線：更加穩(wěn)定，工作無漂移。	4線：輕工業(yè)、便攜醫(yī)療設(shè)備、訪問控制終端、便攜式現(xiàn)場自動化，可穿戴計(jì)算機(jī)和家電。多線：POS機(jī)和處理大量交易的零售店。
聲學(xué)脈沖識別式	光學(xué)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(jī)終端、藥劑自動化，工業(yè)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(xù)工作。手指、戴著手套的手，軟觸筆啟動、快速，敏感的觸摸反應(yīng)，確認(rèn)位置和所受壓力的大小。	信息售貨亭、自動售貨機(jī)和門票銷售、電子目錄、游戲機(jī)、彩票、娛樂、公共收費(fèi)電話、多媒體營銷、銀行/金融交易，工業(yè)控制室和基于計(jì)算機(jī)的培訓(xùn)。
表面電容式	快速，具有良好的拖動性能，觸摸反應(yīng)靈敏	POS機(jī)終端，售貨亭和游戲機(jī)。
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(jī)、自動取款機(jī)、電話、收費(fèi)加油泵機(jī)，觸摸式玻璃柜臺，以及觸摸柜面的應(yīng)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(huán)境下工作，多觸摸功能。	食品加工、工業(yè)自動化、醫(yī)療設(shè)備、車載設(shè)備、POS機(jī)終端。

解析觸摸屏三大主流

　　就電子產(chǎn)品，特別是消費(fèi)類產(chǎn)品而言，如何將用戶復(fù)雜的控制動作轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^、便捷且可生產(chǎn)的體驗(yàn)，是用戶界面設(shè)計(jì)面臨的終極挑戰(zhàn)。用戶界面設(shè)計(jì)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(tǒng)的影響。目前市場上推出的大部分產(chǎn)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(jì)算機(jī)鍵盤、手機(jī)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(diào)節(jié)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(jié)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(dá)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(yōu)勢所在。讓視覺和觸覺完全達(dá)到一致說起來簡單，但做起來則不啻為一場意義深遠(yuǎn)的技術(shù)突破，其將徹底改變用戶與電子產(chǎn)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(nèi)容，人們對這樣的用戶界面設(shè)計(jì)發(fā)出感嘆。因?yàn)橛脩粼僖膊挥萌フ译娮釉O(shè)備周邊的這個或那個按鈕，如計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)或鍵盤甚至手機(jī)上的撥號按鍵，而是直接與固化在設(shè)備“大腦”(即其操作系統(tǒng)）中的應(yīng)用進(jìn)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(qiáng)大的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，一切盡在用戶的指尖。當(dāng)然，我們能在計(jì)算機(jī)屏幕上使用鼠標(biāo)和跟蹤[LU3]板訪問應(yīng)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(nèi)嵌的應(yīng)用融為一體。實(shí)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(jìn)行互動。目前觸摸屏主要分為三大類：單點(diǎn)觸摸；多點(diǎn)觸摸識別手指方向；多點(diǎn)觸摸識別手指位置。

　　觸摸屏的功能發(fā)展由簡及繁，最初的產(chǎn)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(diǎn)來實(shí)現(xiàn)操控。比如我們每天在附件超市的POS終端機(jī)，或者在機(jī)場的check-in終端上進(jìn)行的操作。以前，我們只能通過屏幕周邊的機(jī)械按鈕進(jìn)行操控，單點(diǎn)觸摸屏在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了用戶界面方面的一大進(jìn)步。當(dāng)然，機(jī)械和新型電容式觸摸感應(yīng)按鈕在我們的家庭、辦公室及其他地方無所不在：手機(jī)、固定電話、遙控器、電視、電腦及其各種外設(shè)、游戲機(jī)、電冰箱、微波爐、烤箱，以及無線電和空調(diào)等車內(nèi)電子控制設(shè)備等等。現(xiàn)在，單點(diǎn)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(tǒng)的機(jī)械按鈕了。

　　這種屏幕為用戶界面帶來兩大好處，一是設(shè)備設(shè)計(jì)空間得到優(yōu)化，特別有利于小型設(shè)備，因其能在同一區(qū)域內(nèi)同時(shí)“安裝”屏幕和按鈕；二是由于按鈕能綁定于操作系統(tǒng)中的任意應(yīng)用，所以設(shè)備使用的“按鈕”可以達(dá)到無限多個。上述功能主要建立在電阻式觸摸屏技術(shù)基礎(chǔ)之上，在消費(fèi)電子產(chǎn)品、機(jī)場報(bào)刊亭、食品雜貨店P(guān)OS終端和車載GPS系統(tǒng)等各種應(yīng)用中都得到了廣泛推廣。

　　盡管單點(diǎn)觸摸屏和電阻式觸摸屏技術(shù)很令人吃驚并頗具革命意義，但其還是有兩大缺點(diǎn)，一是電阻式技術(shù)依賴于觸摸屏的物理運(yùn)動[LU5]，盡管影響[LU6]不大，但經(jīng)過正常的磨損老化后，性能就會下降；二是這種技術(shù)只支持單點(diǎn)觸摸，也就是一次只能用一個手指在屏幕的某個區(qū)域做單一動作。為什么用戶與設(shè)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(xiàn)，其推出的iPhone采用了感應(yīng)電容式觸摸屏。即使在智能電話等小型化設(shè)備中，要想充分發(fā)揮應(yīng)用和操作系統(tǒng)的功能，也需要多個手指才能實(shí)現(xiàn)最佳的可用性。因?yàn)橛辛颂O果公司，用戶現(xiàn)在已經(jīng)很難設(shè)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(wǎng)頁視圖的方位改變等相關(guān)操作的。

　　其他技術(shù)革新者正在多種設(shè)備系統(tǒng)上繼續(xù)沿用這種多點(diǎn)觸摸技術(shù)，其中包括 Google G-1和Blackberry Storm智能電話、MacBook Pro和惠普touchsmart臺式機(jī)和筆記本電腦、便攜式媒體播放器以及其他多種應(yīng)用等。現(xiàn)在，用戶又有了新的期待，希望進(jìn)一步改善用戶與其電子產(chǎn)品的互動方式，各種電子產(chǎn)品也都紛紛爭相實(shí)現(xiàn)用戶的這種新要求。

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

　　更多的手指。這就是識別手指位置的多點(diǎn)觸摸概念的由來，它可以實(shí)現(xiàn)兩個手指以上的操控。

　　Cypress將此技術(shù)稱為“多點(diǎn)觸控全區(qū)輸入”，它進(jìn)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(yīng)用需求。可靠性是指我們能以最高粒度準(zhǔn)確捕獲到屏幕上所有觸點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)，盡可能減少屏幕觸點(diǎn)定位不準(zhǔn)帶來的混亂問題的能力。可用性是指眾多功能強(qiáng)大的應(yīng)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(diǎn)觸控全區(qū)輸入技術(shù)為設(shè)備和系統(tǒng)OEM廠商提供了唾手可得的所有觸摸數(shù)據(jù)，幫助他們發(fā)揮創(chuàng)造性，以開發(fā)下一代新型實(shí)用的技術(shù)。賽普拉斯半導(dǎo)體公司推出的TrueTouch觸摸屏解決方案就是多點(diǎn)觸控全區(qū)輸入的一個應(yīng)用實(shí)例。TrueTouch 采用了賽普拉斯PSoC可編程片上系統(tǒng)架構(gòu)，該架構(gòu)集成了帶有可編程模擬和數(shù)字塊的8 位微控制器。可實(shí)現(xiàn)無與倫比的靈活性和可配置性。TrueTouch解決方案的感應(yīng)式電容觸摸屏控制器能擴(kuò)展支持各種尺寸的屏幕，可靈活支持單點(diǎn)觸摸、識別手指方向的多點(diǎn)觸摸和識別手指位置的多點(diǎn)觸摸技術(shù)。TrueTouch可高度集成外部元件，而且特別適合與各種觸摸屏感應(yīng)器或 LCD 顯示屏協(xié)同工作。靈活的PSoC架構(gòu)使設(shè)計(jì)人員能夠在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最后階段方便地進(jìn)行修改，而這是其他觸摸屏產(chǎn)品無法做到的。

觸摸屏未來發(fā)展趨勢

　　目前的觸控技術(shù)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(xiàn)坐標(biāo)漂移、影響使用精度等問題。而且，全球主要觸摸屏生產(chǎn)大廠多集中在日、美、韓等國家以及我國臺灣地區(qū)；主要技術(shù)、關(guān)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(chǎn)業(yè)還基本處于起步階段。但正因如此，整個觸控行業(yè)未來的上升空間還非常大，它也有望成為我國電子企業(yè)今后創(chuàng)新發(fā)展、大有作為的重要領(lǐng)域。觸摸屏目前主要還是集中在小尺寸上的應(yīng)用，未來的發(fā)展將是一個觸控和遙控的世界，所以大尺寸觸摸屏的發(fā)展是目前觸摸屏發(fā)展的趨勢，創(chuàng)科恒遠(yuǎn)在大尺寸觸摸屏的領(lǐng)域上發(fā)展有著先進(jìn)的技術(shù)，尤其是多點(diǎn)觸摸的應(yīng)用領(lǐng)域，其在WINDOWS7下開發(fā)的多點(diǎn)觸摸技術(shù)已經(jīng)廣發(fā)應(yīng)用于市場，在市場的應(yīng)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(fā)展有著廣泛的空間。

　　據(jù)iSuppli公司預(yù)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(qiáng)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(xué)會(SID)展會期間展示了各自的觸摸屏傳感器、模塊或者系統(tǒng)技術(shù)。2008年全球觸摸屏模塊市場出貨量將達(dá)3.41億個，銷售額將達(dá)到34億美元。據(jù)iSuppli公司本周發(fā)布的最新預(yù)測，iSuppli公司預(yù)測，到2013年該市場將增長到8.33億個，2008-2013年的復(fù)合年增長率為19.5%。預(yù)計(jì)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(fù)合年增長率為13.7%。而觸摸屏市場中有100多家供應(yīng)商，300多家OEM/集成商和眾多技術(shù)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(wǎng)