触摸屏概述

触摸屏种类与工作原理

触摸屏的基本原理是，用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触控屏时，所触摸的位置(以坐标形式)由触摸屏控制器检测，并通过接口(如RS-232串行口)送到CPU，从而确定输入的信息。
　 　触摸屏系统一般包括触摸屏控制器(卡)和触摸检测装置两个部分。其中，触控屏控制器(卡)的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触 点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行：触摸检测装置一般安装在显示器的前端，主要作用是检测用户的触摸位置，并传送给触控屏控 制卡。
1．电阻触摸屏 （电阻式触摸屏工作原理图）
　 　电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面相匹配的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层外表面硬化处 理、光滑防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层透明导电层，在两层导电层之间有许多细小 (小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开绝缘。
　 　当手指触摸屏幕时，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触，因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非 零，这种接通状态被控制器侦测到后，进行A／D转换，并将得到的电压值与5V相比即可得到触摸点的Y轴坐标，同理得出X轴的坐标，这就是所有电阻技术触摸 屏共同的最基本原理。电阻类触摸屏的关键在于材料科技。电阻屏根据引出线数多少，分为四线、五线、六线等多线电阻触摸屏。电阻式触摸屏在强化玻璃表面分别 涂上两层OTI透明氧化金属导电层，最外面的一层OTI涂层作为导电体，第二层OTI则经过精密的网络附上横竖两个方向的+5V至0V的电压场，两层 OTI之间以细小的透明隔离点隔开。当手指接触屏幕时，两层OTI导电层就会出现一个接触点，电脑同时检测电压及电流，计算出触摸的位置，反应速度为 10-20ms。
　　五线电阻触摸屏的外层导电层使用的是延展性好的镍金涂层材料，外导电层由于频繁触摸，使用延展性好的镍金材料目的是为了 延长使用寿命，但是工艺成本较为高昂。镍金导电层虽然延展性好，但是只能作透明导体，不适合作为电阻触控屏的工作面，因为它导电率高，而且金属不易做到厚 度非常均匀，不宜作电压分布层，只能作为探层。
电阻触摸屏是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘和水汽，它可以用任何物体来触摸,可以用 来写字画画，比较适合工业控制领域及办公室内有限人的使用。电阻触摸屏共同的缺点是因为复合薄膜的外层采用塑胶材料,不知道的人太用力或使用锐器触摸可能 划伤整个触控屏而导致报废。不过,在限度之内，划伤只会伤及外导电层，外导电层的划伤对于五线电阻触摸屏来说没有关系,而对四线电阻触摸屏来说是致命的。
2.电容技术触摸屏：
是 利用人体的电流感应进行工作的。电容式触摸屏是是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO，最外层是一薄层矽土玻璃保护层,夹层ITO 涂层作为工作面,四个角上引出四个电极，内层ITO为屏蔽层以保证良好的工作环境。当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，用户和触控屏表面形成以一个耦 合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分从触控屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与 手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。电容触控屏的特点：
■ 对大多数的环境污染物有抗力。
■ 人体成为线路的一部分，因而漂移现象比较严重。
■ 带手套不起作用。
■ 需经常校准。
■ 不适用于金属机柜。
■ 当外界有电感和磁感的时候，会使触摸屏失灵。
3.红外触摸屏（红外线式触摸屏工作原理图）
红 外触摸屏是利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸。红外触控屏在显示器的前面安装一个电路板外框，电路板在屏幕四边排布红外发射管和红 外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触控屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕的位置。任何触摸 物体都可改变触点上的红外线而实现触控屏操作。红外触控屏不受电流、电压和静电干扰，适宜恶劣的环境条件，红外线技术是触控屏产品最终的发展趋势。采用声 学和其它材料学技术的触屏都有其难以逾越的屏障，如单一传感器的受损、老化，触摸界面怕受污染、破坏性使用，维护繁杂等等问题。红外线触控屏只要真正实现 了高稳定性能和高分辨率，必将替代其它技术产品而成为触控屏市场主流。过去的红外触摸屏的分辨率由框架中的红外对管数目决定，因此分辨率较低，市场上主要 国内产品为32x32、40X32，另外还有说红外屏对光照环境因素比较敏感，在光照变化较大时会误判甚至死机。这些正是国外非红外触摸屏的国内代理商销 售宣传的红外屏的弱点。而最新的技术第五代红外屏的分辨率取决于红外对管数目、扫描频率以及差值算法，分辨率已经达到了1000X720，至于说红外屏在 光照条件下不稳定，从第二代红外触摸屏开始，就已经较好的克服了抗光干扰这个弱点。第五代红外线触摸屏是全新一代的智能技术产品，它实现了 1000*720高分辨率、多层次自调节和自恢复的硬件适应能力和高度智能化的判别识别，可长时间在各种恶劣环境下任意使用。并且可针对用户定制扩充功 能，如网络控制、声感应、人体接近感应、用户软件加密保护、红外数据传输等。原来媒体宣传的红外触摸屏另外一个主要缺点是抗暴性差，其实红外屏完全可以选 用任何客户认为满意的防暴玻璃而不会增加太多的成本和影响使用性能，这是其他的触摸屏所无法效仿的。
4.表面声波触摸屏 （表面声波触摸屏工作原理图）
以 右下角的X-轴发射换能器为例： 发射换能器把控制器通过触摸屏电缆送来的电信号转化为声波能量向左方表面传递，然后由玻璃板下边的一组精密反射条纹把声波能量反射成向上的均匀面传递，声 波能量经过屏体表面，再由上边的反射条纹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声波能量变为电信号。当发射换能器发射一个窄脉冲 后，声波能量历经不同途径到达接收换能器，走最右边的最早到达，走最左边的最晚到达，早到达的和晚到达的这些声波能量叠加成一个较宽的波形信号，不难看 出，接收信号集合了所有在X轴方向历经长短不同路径回归的声波能量，它们在Y轴走过的路程是相同的，但在X轴上，最远的比最近的多走了两倍X轴最大距离。 因此这个波形信号的时间轴反映各原始波形叠加前的位置，也就是X轴坐标。发射信号与接收信号波形 在没有触摸的时候，接收信号的波形与参照波形完全一样。当手指或其它能够吸收或阻挡声波能量的物体触控屏幕时，X轴途经手指部位向上走的声波能量被部分吸 收，反应在接收波形上即某一时刻位置上波形有一个衰减缺口。接收波形对应手指挡住部位信号衰减了一个缺口，计算缺口位置即得触摸坐标 控制器分析到接收信号的衰减并由缺口的位置判定X坐标。之后Y轴同样的过程判定出触摸点的Y坐标。除了一般触摸屏都能响应的X、Y坐标外，表面声波触摸屏 还响应第三轴Z轴坐标，也就是能感知用户触摸压力大小值。其原理是由接收信号衰减处的衰减量计算得到。三轴一旦确定，控制器就把它们传给主机。

电阻式与电容式触摸屏平分秋色，集成之路各不相同

当联发科的手机主芯片上集成后，触摸功能和手写功能已快成为普通功能手机的标配，它也将不少专注于控制的IC公司打入冷宫。但是联发科的平台支持的电阻式触摸屏正在被新兴的投射电容式(简称电容式)所代替，控 制IC公司目前生意不错，但是仍苦于制造良率偏低和出货量较少而导致的价格过高。由于电容触摸屏可以实现多点触摸，并在亮度和耐用性上超过电阻触摸屏，有 不少人认为未来它将逐渐取代后者。但问题的关键是，何时它的价位才能与电阻式竞争？多点触摸有哪些杀手应用？电容触摸屏控制IC是不是也会走集成之路？它 是与前端显示模组集成还是后端主芯片集成？

电阻式 vs. 电容式

“电阻式方案已经 非常成熟，一般都是和液晶屏打包配套，成本比较低。”新思科技中国区经理陈元对《国际电子商情》表示。但他解释，由于先天结构(原理)上的原因，使用一段 时间后需要重新对触摸屏进行校正。低端的4线电阻式触摸屏需要直接与指尖或笔接触，所以在上盖的设计上会有一个开孔，对外界的各种干扰(灰尘、湿气、 ESD等等)都缺乏有效的防护，所以可靠性和耐用性较差。高端的5线式电阻式触摸屏可以通过改善结构解决这个问题，但成本上已经和电容式持平。且对一些复 杂的手势(特别是多点触摸)缺乏有效的支持，而这恰恰就是电容式触摸屏最大的卖点。

电 容式方案的结构和实现原理和电阻式完全不一样，主要是根据接触区域的电容量来判断手指的位置，所以目前只能通过手指来感应，并且可以对多点触摸等复杂的手 势可以提供完善的支持。由于对外界的感应需要通过一层不导电的介电质(塑胶、玻璃等)，触摸屏需要贴合在上盖背面，所以对外界的抗干扰能力较强，可靠性和 耐用性高。“但是，随之而来的问题是对供应商的制造和组装能力(贴合)提出了较高的要求，因此目前整体成本居高不下。”陈元指出。

基 于以上各自的不同特点，电阻式和电容式目前仍各霸一方。启攀微电子市场总监品成昌认为，电阻式触摸技术也能做出与苹果iPhone手机的多点触摸类似功 能，即支持手指滑动指令，支持手触翻转界面。拥有这项技术的智能感应屏幕除了可以感知手指划过的方向还可以感知手指在屏幕上划动的快慢及压力的大小，通过 滑动、移动、拖拽等动作实现对数码相框的交互控制的功能，这样就可以配合软件玩出更多的花样了。“我们也相信其成本一定可以压倒电容性的多点触摸屏。”他 说道。启攀微电子具有全系列的电阻式触摸控制，使用了启攀公司独有的节电技术，系统功耗降低75%。

禾瑞亚项目经理吴明伦也 认为，电阻与电容触摸在现阶段各有市场。在功能手机上电阻触摸屏是主流，而高端智能手机上电容触摸屏的采用越来越多。但是，当尺寸大于4.3英寸时，高端 智能手机或者PMP也有采用电阻式触摸屏。禾瑞亚项目经理吴明伦解释分析道：“禾瑞亚自2000年起进入触控IC领域，可同时提供两种技术的触控IC。但 是，投射电容式面板目前4.3英寸以上由于生产良率尚待提升，造成市场量产尺寸多为4.3英寸以下；禾瑞亚目前对于4.3英寸以上的PMP/PND产品多 提供电阻式Pluto系列触控IC，具有自主性控制的低耗电及低成本特性；3.5英寸以下的手机产品则提供时下最流行的投射电容式PCAP7200系列触 控IC，具有领先的防电磁干扰，防水性佳及高报点率(125点/每秒)等特性。”

电容性触摸屏目前还不能很好地支持快速手写 输入。不过，赛普拉斯半导体中国区销售经理罗至圣解释：“在电容触摸屏端已可识别手写输入的定位与轨迹，现在正在研发的是后端处理芯片如何来识别这些信 息，并传达出来。”在中国市场，用户购买触摸屏产品的一个最重要用途是手写输入，因而目前电阻式在手写输入上也是胜过电容触摸屏的。

按照IMS的产业研究报告，从2009年开始，电容式触摸屏出货量开始和电阻式触摸屏持平，之后开始逐渐赶超。

多点触摸的杀手应用

多点触摸较单点触摸可提供更多样的手势操作, 如利用两指做缩小、放大、旋转及滚动等操作, 已成为高端智能手机或者PMP产品的新宠。“基于义隆的方案，更有其它多款手势可另行定义。”义隆电子智能型人机接口产业处邱延诚处长说道。

义隆、新思科技、赛普拉斯等是目前中国市场上比较活跃的电容触摸屏控制IC厂商，而禾瑞亚和启攀微电子同时支持电阻式与电容式。赛普拉斯之前关注于家电的触摸按键，但于近日也推出针对手机电容触摸屏的Ture Touch方案。以上几家均支持多点触摸功能。

不过，针对电容触摸屏，也会分不同的档次，用户需要认真分辨。

赛 普拉斯半导体亚太区市场总监Alfred Chow提示，多点触摸分两种：识别多点方向(Multi-Touch Gesture)和判断多点位置(Multi-Touch All-Point)。识别多点方向是指识别到两个手指的方向，例如放大/缩小/旋转等，某个时刻只能针对单个的目标作上述动作；判断多点位置是指可以识 别到多个手指位置，所有的触摸点都能判断出位置，并且可以同时控制多个目标。罗至圣表示，赛普拉斯支持这两种模式。如果说前者的功能还可由电阻式来仿造， 那么后者肯定只有电容式才能实现，而后者可以创造出更多的新兴应用，比如采用十指进行游戏。“Wii创造了一种全新的应用模式，将来基于电容式触屏也定能 创造出一些我们现在还没有想象出的应用。”他说道。

电容触摸控制芯片也会走集成之路吗？

手机中，当联发科将电阻触摸控制IC集成到主芯片后，留给其它电阻触摸控制IC公司的市场就很少了。电容触摸控制IC也会走这条路吗？

“ 不会！”义隆电子的邱延诚明确对《国际电子商情》记者表示。他解释，主芯片集成触摸控制芯片一般在电阻式触摸屏才会如此设计。电容式触摸屏因其对灵敏度要 求高, 触摸控制芯片需要有高分辨率的模拟侦测与转换电路, 将微小电容变化转换成电子讯号, 再经由控制器的数字讯号处理与算法转换坐标位置讯号, 传感器需依所应用的不同型式之模块进行个别化的生产, 以提升产品的品质, 可靠性及良率。“所以，如将电容式触摸屏控制芯片集成在手机主芯片上，无法保证整个触控模块搭配系统可以穏定量产。"

“但是 触摸控制芯片与LCD驱动芯片集成则是一个趋势。”立迪思(Leadies)公司触控科技业务部业务发展总监Eric Itakura坚决地表示。他解释，在电阻式触控屏方面，由于触控式面板和IC控制器之间距离的重要性不大，所以将手机主芯片和触摸控制芯片集成是一个十 分常见的做法。但在电容式技术的应用上，你可以看见触控式面板和IC控制器会被安排放得非常接近，因为这个技术需要探测电流容量非常微弱的转变，同时越长 的电线引起讯号干扰耦合影响的机会越大，造成错误触控。所以我们认为将手机主芯片和触摸控制芯片集成并不是最理想的模式。虽然集成是一个可行方案，但集成 也必需要符合逻辑，而且基本技术必须能追得上并允许这个集成模式。“我们认为将显示驱动器和触控芯片集成会是一个更理想、更合乎情理的集成模式。这个方案 不但能保持IC控制器与屏幕接近，而且站在生产成本的立场上看，这个集成模式会更合乎成本效益。”他补充说道：“立迪思在生产手机显示驱动器方面有十分长 远的历史，同时我们在这领域有一些与众不同IP。因此，我们看见在将电容式触摸屏和我们公司拥有多项技术专利的显示驱动器整合在一起会有很大的发展潜力。 ”他透露，立迪思很快会推出这种集成芯片。

赛普拉斯的Chow非常支持立迪思的看法，且他们正在行动。“我看到的趋势是触摸屏模组集成触摸控制芯片而不是手机主芯片。触摸屏模组对于手机厂商设计和调试更方便、快捷，我们也正在和业界领先的触摸屏厂家密切合作。”

但是，陈元则认为触摸控制与手机主芯片集成肯定是大趋势。“就像电阻式触摸屏一样，这是一个将来的趋势。但电容触摸的技术门槛较高，需要时间和经验的累积，短时间内要实现集成还有很大的难度。”他说道。

吕成昌也指出，随着IC集成程度的不断提高，它也会带来一些负面的影响，同时，对系统关键指标带来了不确定性。因此现在确实有一些手机主芯片供应公司将电阻性触摸控制IC的数字部分集成在主芯片中，但是，更多的公司并未如此做。

触摸屏产品，包括工作原理图片等