浅谈触摸屏技术

浅谈触摸屏技术

王瑾香1,李楠2（等同第一作者）

1.国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心 四川成都  610213

2.国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心 天津 300304

摘要:触摸屏在消费类电子产品应用越来越广泛，经过数十年的发展，触摸屏技术已经完全成熟并趋于饱和。其按照触控原理可将触摸屏分为电容式触摸屏、光电式触摸屏、声波式触摸屏、电阻式触摸屏、电磁式触摸屏。本文对不同类型的触摸屏技术进行分析，并对触摸屏技术的应用和发展前景进行总结和展望。

关键词:触摸屏技术，触摸屏应用，触摸屏分类

一、触摸屏技术概述

1.1 电阻式触摸屏

电阻式触摸屏结构为上下两层镀有导电功能的透明ITO（铟锡氧化物）膜，两片膜间设有空气层间隙，当屏幕处于未被按压的状态时，上下膜不接触，触摸屏处于未导电状态，而当操作者以指尖或笔尖压按屏幕时，上下膜发生形变接触导电，再通过侦测X 轴和Y 轴电压变化值定位出触控点的坐标，完成屏幕的触按处理机制。一般电阻式触摸屏为四线结构，随着技术发展逐渐出现五线、六线与八线等多种类型，线数越多，可侦测的精密度越高，电阻屏的性能也就越优异[1]。

电阻屏具有结构简单、成本较低，制造方法成熟等优点，曾经是市场的主流技术，得到广泛的应用。但是电阻屏功耗大、寿命较短、易出现检测点漂移，特别是不支持多点触控，已不能满足触控技术的发展和人们的需要，其地位目前已被电容式触摸屏取代。

1.2 电容式触摸屏

电容式触摸屏是利用人体的电流感应进行工作。电容式触摸屏可分为表面电容式和投射电容式。投射电容式触摸屏是在玻璃表面用一层或多层ITO 制作X 轴和Y 轴电极矩阵，其原理为手指作为一个导体，当手指触摸电容式触摸屏表面时，人手指与触摸屏之间会形成耦合电容，触摸点的电容值会发生变化，通过扫描X轴和Y轴电极矩阵，检测触摸点电容量的变化，计算出手指所在位置。投射式电容根据其扫描方式可分为自电容式和互电容式，投射电容式最常见的应用是多点触控技术。

自电容式触摸屏的X 轴和Y 轴电极矩阵分别与地形成电容，当手指触摸电容屏，手指电容与电极电容叠加，使电极电容量增加。检测时，自电容式触摸屏依次分别检测X 轴和Y 轴电极矩阵，根据触摸前后电容量的变化，分别确定X 轴坐标和Y 轴坐标，得出电容屏的触摸点坐标。自电容式触摸屏无法实现真正的多点触摸。

互电容式触摸屏的X 轴和Y 轴电极矩阵交叉处形成电容，即X 轴和Y 轴电极分别构成了电容的两极，两组电极交叉的地方将会形成电容，当手指触摸电容屏，与触摸点附近的两个电极产生耦合电容，造成这两个电极之间电容量的变化。检测时，Y 轴电极矩阵分时依序发出信号，X 轴电极矩阵同时接收信号，从而得到所有X 轴和Y 轴电极矩阵交叉点的电容值，根据电容量的变化，可计算出每一个触摸点坐标，可以支持多指触摸检测。

1.3光电式触摸屏

光电式触摸屏分为矩阵式和衰减内反射式。矩阵式以红外线检测技术为基础，在屏幕的水平与垂直方向分别安装有若干组红外发射管和接收管，组成了红外检测光栅，当没有手指或其它物体遮挡时，所有的红外接收管都能收到相对的红外发射管发射的红外线，这是正常的无触摸时的状态，如果有手指或其它物体进入检测区，就会遮挡住若干条红外光栅，则对应的红外接收管就收不到的红外信号或受到的红外信号会衰减很多，该红外接收管输出的信号就会发生变化，根据这种变化即可检测出触摸点的坐标值和触摸屏的触摸状态。

衰减内全反射技术，把红外光源发出的光耦合到一块导光板，由于导光板的折射率和空气存在差异，光线在导光板内发生全反射效应。当有物体触碰到导光板时，全反射被破坏，红外光从导光板泄漏，光感元件通过检测光从导光板泄漏的位置，来判断触摸发生的位置。

红外线式触摸屏具有透光率高、不受电流、电压和静电的干扰、触控稳定性高等优点，但是红外触摸屏会受环境光线的变化、会受到遥控器、高温物体、白炽灯等红外源的影响，而降低它的准确度。红外式触摸屏主要应用于无红外线和强光干扰的各类公共场所、办公室以及要求不是非常精密的工业控制场所。

1.4声波式触摸屏

表面声波式触摸屏是通过声波来定位的触控技术。在触摸屏的四角，分别粘贴了X 方向和Y 方向的发射和接收声波的传感器，四周则刻有45°的反射条纹。当手指触摸屏幕时，手指吸收了一部分声波能量，而控制器则侦测到接收信号在某一时刻上的衰减，由此可计算出触摸点的位置。表面声波技术非常稳定，精度非常高，除了一般触摸屏都能响应的X和Y坐标外，还响应其独有的第三轴Z 轴坐标，也就是压力轴响应。表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因素影响，清晰度较高，透光率好、高度耐久、抗刮伤性良好、反应灵敏、寿命长，能保持清晰透亮的图像质量，没有漂移，只需安装时一次校正，抗暴力性能好，最适合公共信息查询及办公室、机关单位及环境比较清洁的公共场所使用[2]。

1.5电磁式触摸屏

电磁感应式触摸由电磁笔、电磁感应天线板、电磁感应控制板实现。电磁笔为信号发射端，电磁感应天线板为信号接收端。其基本原理是通过电磁笔发射电磁信号，和显示屏幕背后的电磁感应板进行交互，当电磁笔靠近触控屏时，触控屏后面的电磁感应板会感应到笔的电磁信号从而使电磁感应板根据水平方向和垂直方向的天线阵列接收信号，电磁感应控制板通过磁通量的变化计算获得笔所在的

X、Y 坐标位置。

二、触摸屏技术的应用

近年来，触摸屏在消费类电子产品应用越来越广泛，触摸屏在如手机、媒体播放器与导航仪等手持式装置渗透率增长相当快速，触摸屏在较大尺寸应用如一体式电脑、上网本/平板电脑、教育与培训、公共信息广告牌与自主登机等方面增长很快。触摸屏已成为数十亿美元的产业，而且仍处于高度成长中，这也是大家关注触摸产业的主要因素。

手机是触摸屏的最大应用领域，以往功能性手机将会迅速被智能触摸屏手机取代，在全球应用和体验式消费驱动下，智能手机和平板电脑将出现快速增长。智能终端产业的变革迫使绝大多数传统的手机厂商都在研发生产触摸屏智能终端。

三、触摸屏的发展前景

3.1混合式触控技术

随着用户对触控技术要求的提高，单一的触控技术已经无法满足人们的需要。近年来有人提出了混合式触控技术的概念，在一块触控面上采用两种或者两种以上的触控技术，以实现多种触控技术间互补优劣的目的。随着用户对触控技术要求的不断提高，单一的触控技术肯定不能满足人们的需要，所以混合式触控技术必定会成为未来触控技术的发展方向之一。

3.2触觉反馈技术

触控显示技术的不断发展给人们带来便捷的操作方式和良好的视觉效果同时，却忽略触摸操作时给用户一个触觉反馈。开发出更加逼真的触觉反馈技术，可以给用户带来新的触控体验，因此触觉反馈技术也是今后触控技术发展的一个方向。

四、总结

本文对触摸屏技术领域中五类触摸屏技术进行的技术现状及优缺点分析，对于未来的触摸屏发展趋势进行了预测。随着触摸屏技术的发展成熟，触摸屏已经在生产生活中得到了广泛的应用，目前主流的触摸屏为电容式触摸屏，但其技术水平已经非常成熟并趋于饱和，相信不久的将来会有更加便捷有效的人机交互技术，实现触控技术的新革命。

参考文献

[1]触摸屏技术简介[J]. 胡廷义.家庭电子,2000(06)

[2]触摸屏技术的性能与发展[J]. 刘熠凡.科技资讯,2017(32)