觸控式螢幕技術論文
觸控式螢幕是一種特殊的計算機外設，提供了目前最簡單、方便、自然的新型人機互動輸入方式。小編整理了，有興趣的親可以來閱讀一下!
篇一
觸控式螢幕技術及其應用
摘 要：觸控式螢幕是一種特殊的計算機外設，提供了目前最簡單、方便、自然的新型人機互動輸入方式。本文介紹了目前主流的觸控技術種類、特點和基本原理及其應用，並提出未來可能會出現的觸控技術。
關鍵詞：觸控式螢幕 觸控技術 電容屏 電阻屏
中圖分類號：TN752 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082***2014***03-0012-02
一、引言
觸控式螢幕又稱為“觸控屏”、“觸控面板”，是一種代替了滑鼠和鍵盤的與計算機溝通的裝置。觸控式螢幕作為一種最新的電腦輸入裝置，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機互動方式。
觸控式螢幕在全球範圍內有廣泛的應用領域，從工廠裝置、電子查詢設施，到行動電話、數碼相機、
手機等都可看到觸控螢幕的身影。其廣泛應用也標誌著計算機應用普及時代的真正到來。
二、 觸控屏組成
觸控式螢幕由觸控檢測部件和觸控式螢幕控制器組成，觸控檢測部件安裝在顯示器螢幕前面，用於檢測使用者觸控位置，接受後送觸控式螢幕控制器;而觸控式螢幕控制器接收從觸控點檢測裝置上穿了送來的觸控資訊，並將它處理轉換成觸點座標，再通過介面傳送給中央處理器CP同時能接收CPU發來的命令並加以執行。觸控式螢幕的基本組成如圖1所示，包括以下幾個部分：
1.前面板或外框
前面板或外框是終端產品的最表層。在某些產品中，該外框將透明的蓋板圍起來，以免受到外部的惡劣氣候或潮溼的影響，也防止下面的感測產品受到刻劃以及破壞。
2.觸控控制器
通常，觸控控制器是一個小型的微控制器晶片，它位於觸控感測器和PC/或嵌入式系統控制器之間。該晶片可以裝配到系統內部的控制器板上。該觸控控制器將提取來自觸控感測器的資訊，並將其轉換成PC或嵌入式系統控制器能夠理解的資訊。
3.觸控感測器
觸控屏“感測器”是一個帶有觸控響應表面的透明玻璃板。該感測器被安放到LCD上面，使得面板的觸控區域能覆蓋顯示屏的可視區域。基本上，這些技術都是在觸控時，使電流流過面板，從而產生一個電壓或訊號的變化。這個變化將被觸控感測器感應並傳輸，從而確定螢幕上的觸控位置。
4.液晶顯示器***LCD***
絕大多數的觸控屏系統用於傳統的LCD上。用於觸控產品的LCD選擇方法與傳統系統中基本相同，包括解析度，清晰度，重新整理速度，成本等。
除了包括上說所列的硬體部分以外還包含系統軟體，軟體應保證觸控屏和系統控制電路一起工作，使得產品的作業系統能夠接受並處理來自觸控控制器的觸控事件資訊。
三、觸控屏主要特性
從技術原理角度來講，觸控式螢幕是一套透明的絕對定位系統。
1.透明性
首先它必須保證是透明的，因此它必須通過材料科技來解決透明問題，“透明”，在觸控式螢幕行業裡，僅用透明一點來概括它的視覺效果是不夠的，它應該至少包括四個特性：透明度、色彩失真度、反光性和清晰度。
2.定位絕對性
其次它是絕對座標，手指摸哪就是哪，不需要第二個動作，不像滑鼠，是相對定位的一套系統。
3.感應性
再者觸控式螢幕的第三個特性是檢測觸控並定位，各種觸控式螢幕技術都是依靠各自的感測器來工作的，甚至有的觸控式螢幕本身就是一套感測器。各自的定位原理和各自所用的感測器決定了觸控式螢幕的反應速度、可靠性、穩定性和壽命。
從目前觸控式螢幕的應用中，人們對觸控式螢幕的效能要求也越來越理性化，不斷提高與滿足光學特性、耐久性以及可靠性等指標已成為觸控式螢幕製造者不可忽略的因素。
四、觸控技術的主流型別及其應用
按照觸控式螢幕的工作原理和傳輸資訊的介質，觸控式螢幕主要分為四種，它們分別為紅外線式、表面聲波式、電阻式和電容感應式。每一類觸控式螢幕都有其各自的優缺點，都利用ITO做為元件的核心部分，發揮著重要作用。
1.電阻式觸控技術
電阻式觸控技術是最常用的觸控屏技術。由於是對壓力起反應，可以用手指，帶手套的手，觸控筆，或者像信用卡這類的其它的物體進行觸控接觸。圖2表示了電阻觸控屏的結構，圖3表示一般電阻觸控屏的系統示意圖。
1.1電阻式觸控技術工作原理
由電阻觸控式螢幕的側面結構剖檢視看出，見圖2，它是由一層玻璃作為基層，玻璃表面塗有一層ITO透明導電層，上面在覆蓋一層很薄的有彈性的PET薄膜，在PET的內表面也塗有一層ITO導電層，在這兩層ITO導電層之間有許多細小的透明隔離點，使得兩ITO導電層絕緣。手指觸控按壓的表面是一個硬塗層，用以保護下面的PET層。當我們用手指按壓螢幕時，PET薄膜會向下彎曲，並使得下面的兩層ITO塗層能夠相互接觸並在該點使上下層電路導通。
在實際工作中，在兩層ITO工作面的四周邊緣各加裝兩條導電線路，經控制器分別於兩端各設定一直流電壓，為兩個工作面分別構建一個均勻的電場，形成均勻連續的平行電壓分佈。如圖4a所示，當我們用手指觸控式螢幕幕時，壓力使兩層導電層在接觸點的位置有了電路導通，電阻發生了變化，利用電阻分壓原理，產生了模擬電壓訊號，即觸控感測器工作將壓力感應轉換為電壓訊號，見圖4b，該訊號由控制器處理，進行A/D轉換，測量出接觸點的模擬電壓值VMEAS，再根據這個電壓值和VREF電壓值的比例公式就能計算出觸控點的X軸和Y軸的座標，從而確定觸控點的具體位置進而向主機請求輸入響應，由主機負責執行完成使用者操作。
1.2電阻式觸控特點、種類和應用
電阻式觸控式螢幕上下兩層採用貼合密封，訊號的產生是在夾層中間，所以它可以不受塵埃、水、汙物的影響，精確度高，反應靈敏，工作穩定性高。
在圖4a中，A或B面兩個邊緣的條形電極稱為感應線，根據觸控式螢幕上的感應線數量，電阻式觸控式螢幕可再分為三大類，分別是4線、5線和8線。4線觸控式螢幕的條形電極安裝在兩個不同的導電電阻層***X+、X-在同一層，Y+、Y-另一個電阻層上***，即如該圖所示;5線觸控式螢幕只在底層上有圓形電極***X+、X-、Y+和Y-***，頂層用於在觸控過程中測量電壓，電場電壓只施加在底層上。 8線觸控式螢幕的工作原理與4線觸控式螢幕相似。只是給每一條線增加一個參考電壓線，所以最後的匯流排數達到8條。新增的4條線分別用於給原來的4條線提供參考電壓。
因為成本低廉，觸控感應演算法簡單，4線觸控式螢幕被廣泛用於低端消費電子產品。 5線和8線觸控式螢幕主要用於昂貴的高階醫療裝置和重要的工業控制器。
2.電容式觸控技術
電容式觸控式螢幕與傳統的電阻式觸控式螢幕有很大區別。電阻式觸控螢幕需靠施力將二塊ITO接觸在一起;而電容式觸控式螢幕只要用指腹輕輕碰觸書寫即可，同時能進行多點觸控。
2.1電容式觸控技術工作原理
電容式觸控屏可以簡單地看成是由四層複合屏構成的屏體：最外層是玻璃保護層，接著是ITO導電層，第三層是不導電的玻璃屏，最內的第四層也是ITO導電層。其中，最內導電層是遮蔽層，遮蔽內部電氣訊號，中間的導電層是感應工作層，在其四個角或四條邊上引出四個電極，負責觸控點位置的感應。
工作時在導電層內部建立一個低電壓高頻交流電場，當用戶觸控電容屏時，由於人體電場，使用者手指和工作面形成一個耦合電容***0.1～2個pF單位微小的感應電容***，對於高頻電流來說，電容是直接導體，就會有一定量的電荷轉移到人體，產生一定的感應電流。這個電流從工作面的四角上的電極中流出，並且流經這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個電流比例的精確計算，得出觸控點的位置，完成輸入請求。電容屏的工作示意圖如圖5所示。
2.2電容式觸控特點、種類和應用
基於電容式觸控屏的結構和工作原理，此類觸控式螢幕特點鮮明。電容觸控式螢幕的雙玻璃使得透光性較高，防塵、防水、耐磨等方面較好，耐用度高。
電容觸控屏技術分為兩種：表面電容技術和投射電容技術。
表面電容技術，即它的架構相對簡單，採用一層ITO 玻璃為主體，外圍至少有四個電極，在玻璃四角提供電壓，在玻璃表面形成一個均勻的電場，檢測出觸控座標的位置。因為它採用了一個同質的感應層，而這種感應層只會將觸控屏上任何位置感應到的所有訊號匯聚成一個更大的訊號，此類架構決定了表面電容式技術無法實現多點觸控功能。
投射電容技術仍是以電容感應為主，但相較於表面電容式觸控式螢幕，投射電容式觸控式螢幕採用多層ITO 層，形成矩陣式分佈，以X 軸、Y軸交叉分佈做為電容矩陣，當手指觸碰螢幕時，可通過X、Y軸的掃描，檢測到觸碰位置電容的變化，進而計算出手指之所在。基於此種架構，投射電容可以做到多點觸控操作。
電容式觸控式螢幕以支援多點觸控和識別迅速在消費行動式終端裝置中得到廣泛應用，電容式觸控式螢幕的應用也不會僅僅是現有的手機、隨身影音播放器等產品。
五、未來的觸控技術
從1974開始出現世界最早的電阻式觸控式螢幕以來，觸控式螢幕的技術經歷了從低檔向高檔發展的歷程，應用範圍也較多體現在工業控制和消費電子產品上。觸控式螢幕技術未來的主要發展方向可以由技術和應用這兩方面來介紹。
在應用層面上發展多觸點觸控技術，提高使用效率;另外還提出了混合式觸控技術和觸覺反饋技術的概念，前者旨在在一塊觸控面上採用兩種或者兩種以上的觸控識別技術，達到多種觸控技術之間實現優劣互補的目的，後者在可以為人們帶來便捷的操作方式和良好的視覺效果的同時， 給使用者一個觸覺反饋。
在技術層面，觸控式螢幕與平板顯示器FPD產業的進一步結合已經成為必然。內嵌式結構觸控技術要利用多種技術將觸控感測器與顯示器件融為一體，對相關器件的設計和製造都會提出更大的變革，雖然目前還沒有實現商業化，但是這種結構的觸控技術仍然是未來觸控技術的發展方向。
六、結束語
觸控技術是集光學、化學、電子學、材料學等學科技術於一體的技術，為使用者提供便捷、穩定和精確的人機互動操作方式是新技術追求的動力，伴隨著移動網際網路技術，人們的日常生活已經接入“觸”手可及的後資訊化時代。
參考文獻
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[2] 吳非. 觸控式螢幕的現狀及發展趨勢 [J]. 價值工程. 2011 ***16***
篇二
觸控式螢幕多點觸控技術揭祕
摘要：本文介紹多點觸控技術原理，觸控式螢幕的物理結構，多點觸控關鍵技術一觸控式螢幕控制器。
摘要：觸控式螢幕;多點觸控;手勢;手指;TrueTouch
兩種多點觸控技術
多點觸控顧名思義就是識別到兩個或以上手指的觸控。多點觸控技術目前有兩種：Multi-Touch Gesture和Multi-Touch All-Point。通俗地講，就是多點觸控識別手勢方向和多點觸控識別手指位置。
識別手勢方向
我們現在看到最多的是Multi-TouchGesture，即兩個手指觸控時，可以識別到這兩個手指的運動方向，但還不能判斷出具體位置，可以進行縮放、平移、旋轉等操作。這種多點觸控的實現方式比較簡單，軸座標方式即可實現。把ITO***氧化銦・錫透明導電膜***分為X、Y軸，可以感應到兩個觸控操作，但是感應到觸控和探測到觸控的具體位置是兩個概念。XY軸方式的觸控式螢幕可以探測到第2個觸控，但是無法瞭解第二個觸控的確切位置。單一觸控在每個軸上產生一個單一的最大值，從而斷定觸控的位置，如果有第二個手指觸控式螢幕面，在每個軸上就會有兩個最大值。這兩個最大值可以由兩組不同的觸控來產生，於是系統就無法準確判斷了。有的系統引入時序來進行判斷，假設兩個手指不是同時放上去的，但是，總有同時觸碰的情況，這時，系統就無法猜測了。我們可以把並不是真正觸控的點叫做“鬼點”，如圖1所示。
識別手指位置
Multi-Touch All-Point是近期比較流行的話題。其可以識別到觸控點的具體位置，即沒有“鬼點”的現象。多點觸控識別位置可以應用於任何觸控手勢的檢測，可以檢測到雙手十個手指的同時觸控，也允許其他非手指觸控形式，比如手掌、臉、拳頭等，甚至戴手套也可以，它是人性化的人機介面方式，很適合多手同時操作的應用，比如遊戲控制。Multi-Touch All-Point的掃描方式是每行和每列交叉點都需單獨掃描檢測，掃描次數是行數和列數的乘積。例如，一個10根行線、15根列線所構成的觸控式螢幕，使用Multi-Touch Gesture的軸座標方式，需要掃描的次數為25次，而多點觸控識別位置方式則需要150次。
Multi-Touch All-Point基於互電容的檢測方式，而不是自電容，自電容檢測的是每個感應單元的電容***也就是寄生電容Cp***的變化，有手指存在時寄生電容會增加，從而判斷有觸控存在，而互電容是檢測行列交叉處的互電容***也就是耦合電容Cm***的變化，如圖2所示，當行列交叉通過時，行列之間會產生互電容***包括：行列感應單元之間的邊緣電容，行列交叉重疊處產生的耦合電容***，有手指存在時互電容會減小，就可以判斷觸控存在，並且準確判斷每一個觸控點位置。
觸控式螢幕技術
觸控式螢幕簡單講就是輸入和輸出合二為一，不再需要機械的按鍵或滑條，顯示屏就是人機介面。
圖3所示為一個觸控式螢幕模組示意圖，整個模組由LCD、觸控式螢幕、觸控式螢幕控制器、主CPU、LCD控制器構成。觸控式螢幕和觸控式螢幕控制器是整個模組的核心所在，所以以下重點介紹這兩個部分。
表面護罩通常小於100um厚度。所有塑料覆蓋層上面都需要硬護罩，這是因為手指觸控會劃傷塑料表面，如果覆蓋層是玻璃可以不需要表面護罩，但玻璃必須經過化學加強或淬火處理，表面護罩需要與覆蓋層進行光學匹配，以免光損失過多。
覆蓋層可以是0～3mm厚，並不是所有的觸控式螢幕都需要覆蓋層，覆蓋層越薄，越可以獲得更高的信噪比和更好的感應靈敏度。常用材料有：聚碳酸脂、有機玻璃和玻璃。
第三層是掩膜層與標示層，它的厚度大致是100mm。掩膜層位於覆蓋物的下面，可以隱藏佈線和LCD的邊緣等。在設計中允許增加標示性文字或圖示，不過標示物必須相當平整地壓在ITO的襯底上，而且標示物材料應該是非導電的。
第四層是光學膠，厚度約為25～200mm。光學膠越薄，信噪比越好，高介電常數***er***的光學膠可有更好的感應手指電容，從而也能獲得更高的信噪比。通常應用PSA壓敏膠。
第五層為感應單元與襯底，ITO塗層的厚度小於100nm，ITO塗層襯底可以是100um～1mm的玻璃***IR～1.52***或是25mmN300mm PET薄膜***IR～1.65***。越厚的ITO，單位面積電阻越低，信噪比越好;越薄的ITO，透光率越好。襯底可以是薄膜或玻璃。如果ITO做在玻璃襯底的下表面，玻璃襯底可以作為表面覆蓋物。
第六層又是一層光學膠，與前一層光學膠比較，這一層光學膠越厚信噪比越好，這一層光學膠通常與ACA-各向異性導電膠結合使用。
第七層也是感應單元與襯底，它與第一層襯底的材料相同。注意薄膜與玻璃不要混合使用。如果ITO在襯底上表面，厚的襯底可以獲得更高的信噪比;如果ITO在襯底的下表面，薄的襯底使信噪比更高。同樣在邊緣區域要求採用異嚮導電膠。現在已有單襯底工藝來簡化生產和降低成本。
第八層是空氣或光學膠層，我們知道，空氣的介電常數等於1，這可以減小來自LCD上表面的寄生電容。假如使用光學膠，可以使安裝更堅固。光學引數匹配可以使得光損失更小，需要選擇儘可能最低介電常數的光學膠，還要保證ITO感應單元與LCD上表面之間的距離最小250mm。
最後是LCD屏，對於觸控式螢幕設計來說，它是一個噪聲源，噪聲來自於背光，LCD畫素驅動控制訊號，通常不要採用被動點陣屏，這會在LCD的正面產生高壓訊號，儘量使用帶Vcom的有源點陣屏，這可構成虛地或遮蔽功能;如果確實需要採用被動點陣屏，需要在觸控式螢幕中再增加一個ITO遮蔽層，遮蔽層必須接地，以去除寄生電容CP的影響。
多點觸控式螢幕控制器
多點觸控式螢幕控制器是觸控式螢幕模組的核心，本文以Cypress的觸控式螢幕控制器為例進行介紹。
Cypress的觸控式螢幕控制器是Truetouch系列，它基於已經被廣泛應用的PSoC***可程式設計系統晶片***技術。PSoC是集成了可程式設計模擬和數字外圍以及MCU核的混合訊號陣列，所以PSoC的靈活性、可程式設計性、高整合度等特性同樣適用於Truetouch方案。
TrueTouch方案是感應電容觸控式螢幕方案。前面已介紹了這種觸控式螢幕的結構。可以說LCD的廠家和種類有很多，感應器件也很多，玻璃、薄膜、ITO等，甚至ITO的模型也有多種。Truetouch基於PSoC技術，所以PSoC的靈活性使得它和眾多的LCD和ITO都能很好配合。
Cypress Truetouch方案的“True”是怎麼來的?回顧一下觸控式螢幕的發展歷程，從最初Single-touch一隻能有一個手指進行觸控或滑動;後來Multi-touch gesture也產生了一可以識別到兩個手指的方向，但還不能判斷出他們的具體位置，可以進行縮放、平移、旋轉等操作;發展到今天一Cypress的True touch可以做到Multi-touch all-point，可以識別到多個手指並判斷出準確位置，是真正的多點觸控，這是True的由來。
Truetouch的產品系列可以分成三類：單點觸控，多點觸控識別方向***multi-touch gesture***以及多點觸控識別位置***multi-touch all-point***。每一類又有各種型號，在螢幕尺寸、掃描速度、通訊方式、儲存器大小、功耗等方面作了區別，可以滿足不同的應用。Truetouch系列是基於PSoC技術的，所以這些器件可以使用簡單方便但功能強大的PSoC designer軟體環境進行設計。
TrueTouch方案的價值主要體現在以下幾個方面：保持了觸控式螢幕固有的美觀、輕、薄特點，可以使客戶的產品脫穎而出;採用感應電容觸控式螢幕技術，不需機械器件，更耐用;擁有完整的系列，從單點觸控，到多點觸控識別方向，再到多點觸控識別位置;基於PSoC技術，使用靈活，可以和眾多的LCD和ITO配合使用;PSoC所有的價值在Truetouch裡都能體現，例如靈活性，可程式設計性等等，可以縮短開發週期，使產品快速上市，還有整合度高，可以把很多外圍器件整合到PSoC***即Truetouch產品***，這樣不僅可以降低系統成本以外，還可以降低總體功耗，提高電源效率。
結語
本文介紹了多點觸控技術以及觸控式螢幕和觸控式螢幕控制器。可以說，觸控式螢幕是人機介面的最終選擇。不管是單點觸控，還是多點觸控識別方向，或多點觸控識別位置，它們在很多應用中都優勢明顯，例如手機、MP3、GPS等等。這些產品本身就要求具有體積小便於攜帶的特點，如何能夠使小體積產品發揮更多的功能，這就依賴於觸控式螢幕的應用。