助力智能终端发展的多点触屏技术介绍

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【摘要】触摸屏作为智能终端重要的组成部分，有着举足轻重的地位。文章简单介绍了四种触摸屏的基本原理和发展趋势，以及苹果和三星智能终端的触摸屏的现状，并对人机交互技术作出了展望。

【关键词】智能终端 多点触屏 电容式触摸屏 投射式电容触摸屏 人机交互

1 引言

2007年苹果公司iPhone手机，开启了近年来智能终端的普及风潮，可以说是引爆了一场智能终端市场的革命。2011年全球移动终端销量约16亿部，超越了PC销量，而移动智能手机销量更是达到4.72亿部；近五年来全球智能手机出货量接近10亿部。2011年我国市场智能终端出货量达到11774万部，超过此前我国历年移动智能终端出货量的总和。再加上移动互联网和云计算的快速发展，智能终端正逐步影响和改变着人们的日常生活。

作为智能终端重要组成部分的显示屏，也进入了快速发展时期。从最初的单色LCD显示屏，到STN、CSTN显示屏，再到TFT显示屏及至触摸屏，显示屏的发展可谓日新月异。触摸屏技术包括电阻式触摸屏、红外线式触摸屏、表面声波式触摸屏，以及现在最火热的可以多点触摸的电容式触摸屏等。触摸屏的发展必将大大地推动智能终端的发展。

2 触摸屏的工作原理及出货量分析

根据其工作原理，触摸屏一般被分为四大类：电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线式触摸屏和表面声波式触摸屏。在智能终端上，如今应用最为广泛的是电阻式触摸屏和电容式触摸屏。下面简单介绍一下这四种触摸屏的工作原理。

2.1 电阻式触摸屏

电阻式触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常吻合的薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，分为表层和基层。薄膜的表层是下表面涂有透明导电层的一层玻璃或硬塑料平板，表层上表面覆盖着一层防刮的塑料层。的基层是上表面涂有透明导电层的一层玻璃或硬塑料平板。在薄膜的表层和基层的导电层之间有许多细小的透明隔离点，把两层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送至触摸屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出（X，Y）的位置，再根据模拟鼠标的方式运作。这就是电阻技术触摸屏的最基本的原理。其典型的结构如图1所示：

根据引出线数的多少，电阻式触摸屏又可以分为四线、五线、六线、八线等类型。不论是四线电阻式触摸屏还是五线电阻式触摸屏等，它们都有如下优点：分辨率高，价格便宜，易于生产，抗干扰能力强，能在恶劣环境下工作，不怕尘埃、水及污垢的影响。但是，由于复合薄膜的外层采用塑胶材料，触摸屏极易被划伤或因受力过大而损坏；电阻式触摸屏的抗刮伤能力差，很大程度地影响了其使用寿命。

2.2 电容式触摸屏

电容式触摸屏是现在最受关注的一种触摸屏类型。其构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，在触摸屏的四边均镀上狭长的电极，从而在导电体内形成一个低电压交流电场。当用户触摸玻璃屏时，触摸屏的表面与人体产生一个耦合电容，由于电容有隔直流通交流的作用，当触摸屏通上高频信号时，手指相当于直接导体，吸走一个很小的电流，而电流会流经触摸屏的四个角上的电极。触点的位置可以由控制器计算这四个电极流经的电流比例得出，因为触摸点到四个电极的距离与流经这四个电极电流的大小是成比例关系的。

电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更能有效地防止外在环境因素对触摸屏造成影响；就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式触摸屏依然能准确算出触点位置。但由于电容随温度、湿度和接地情况的不同而变化，其稳定性较差，往往会产生漂移现象。

电容式触摸屏技术可以进一步细分为表面电容式触摸屏和投射式电容触摸屏。投射式电容触摸屏是支持多点触控功能的面板，基本上都是选择玻璃作为基板，可选择单片或双片组合并于基板上镀上ITO（铟锡氧化物）。目前常见的ITO形状有钻石结构与矩阵式结构两种（如图2），除了苹果iPhone是矩阵式结构之外，其它电容式感应组件一般都属于钻石结构。

2.3 红外线式触摸屏

红外线式触摸屏的四周都排满了红外线发射器与红外线接收器，它们一一对应从而构成红外线矩阵。其安装简单，只需要在显示屏的横向与纵向边框上分别装上红外线发射管和红外线接收管，通过电路驱动红外线发射管发出红外光，便能在屏幕表面形成一个红外线矩阵，位置相对的红外线接收管接收红外光信号。

当用户手指或其他不透明物体触摸显示屏的某一点时，接触物挡住了该点横向和纵向的红外线，红外线接收器会探测到变化的信号并转换成电压。该电压与接收到的红外线的强度成比例关系，通过对接收到的电压信号进行处理就可以确定触摸点的位置坐标。

红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰，适宜于某些恶劣的环境。其主要优点是价格低廉、安装方便，可以用在各档次的智能终端上。此外，由于没有电容充放电过程，响应速度比电容式快，但分辨率较低。

2.4 表面声波式触摸屏

表面声波式触摸屏是利用声波在刚体（如玻璃或金属等）表面传播的特性设计而成的。玻璃平板是表面式触摸屏的触摸部分，它安装在CRT、LED、LCD或PDP显示器屏幕前，可以是平面、球面或柱面，没有任何贴膜和覆盖层，四角分别设有超声波发射换能器及接收换能器，能发出一种超声波并覆盖屏幕表面。

表面声波式触摸屏工作时，控制器产生的一定频率的电信号通过超声波发射换能器转换为超声波能量发出，均匀地在屏幕表面形成声波网面，然后传送到接收换能器并且被转换成电子信号，最后被传到控制器储存。当手指或其他能够吸走或阻挡声波能量的物体接触触摸屏时，一部分声波能量被吸走，导致接收信号产生衰减，通过分析信号的衰减就可以确定触点的位置。

表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率极高，有极好的防刮性，寿命长（5000万次无故障），透光率高（92%），能保持清晰透亮的图像；没有漂移，只需安装时一次校正；有第三轴（即压力轴）响应，最适合公共场所使用。但是屏表面容易被灰尘、液体等玷污，从而导致触摸屏不能正常工作，所以要经常维护，保持屏表面干净。