触摸屏基础知识

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行业简介
    触摸屏产品的研究和开发始于60年代的美国，而该技术的成熟和壮大主要应归功于日本的业者，尤其在70年代倍受关注的人机对话系统即是对触摸屏技术的极佳运用，随着运用的不断普及，日本业者开发出适合量产化的触摸屏生产工艺，并逐步控制了全球80%以上的触摸屏生产能力。为了控制触摸屏的生产技术，日本业者一直坚持触摸屏技术不转移的策略。直到90年代，韩国和台湾的厂商才先后在触摸屏的工艺攻关上有所突破，开始在触摸屏市场上有了一席之地，但他们的量产能力和技术水准都还和日本业者有着较大的差距。
    在改革开放的大潮中，特别是进入21世纪以来，随着信息技术和平面显示技术在中国的迅速发展，国内许多企业也开始对触摸屏技术产生了兴趣，有的引进出国留学人才开发触摸屏技术；有的和境外企业合作生产，逐步掌握这项技术。目前已改变了过去触摸屏只能依赖进口的局面。在国内市场上，一开始触摸屏主要是应用于公共场所的信息查询系统上。当初只是显示菜单选择的画面，让顾客逐个点按的简单系统，其软件处理速度和触摸屏耐久性等方面都存在水平较低的问题。近几年，随着国内触摸屏制造、开发能力的增强，以及计算机应用能力的提高和显示技术的进步，业界专家开发出了各种适合个性化用途且具备耐久性和可靠性的触摸屏。现在，在不少公共场所中（如车站的售票机、图书馆的检索终端等）都应用了触摸屏。另外，触摸屏也被应用在现代工厂所使用的机器设备，作为一种操控面板。除此之外，以POS系统为中心的销售处理系统、便携式信息终端和自动记录仪等方面通过采用触摸屏，其工作的便利性得到了大大增强。

应用领域
    电子钟表，电动玩具，计算器，台历；
  手写板，电子字典/书，PDA，商务通；
  电话机，手机；
  家用电器(电磁炉、微波炉、空调、消毒柜等)；
  工业仪器设备操作系统；
  军事指挥系统；
  教育训练设备；
  安全监控系统；
  GPS卫星定位系统；
  餐饮业点餐、订位系统；
  医疗器械及挂号、诊疗、配药系统；
  金融提款、转帐、服务系统；
  各类自动销售系统；
  各类公共场所信息查询系统。
    可进行手写输入的触摸屏在近几年间以每年1000万台的规模急速发展。可以肯定，随着人们对显示类产品功能的要求越来越高，随着工业、医疗、教学、科技、军事现代化的不断推进，触摸屏的应用范围必将越来越广，从而实现显示装置和信号输入装置的一体化、直观化、小型化和集约化。同时由于应用了触摸屏，各种科技含量高的新产品必将相继面市。

触摸屏产品类型介绍
    从目前触摸屏的应用中，人们对触摸屏的性能要求也越来越理性化，不断提高与顾客要求相符的光学特性、耐久性以及可靠性已成为触摸屏制造者不可忽略的因素。在此，先简单介绍一下几种不同类型的触摸屏。触摸屏可分为电阻式、电容式、红外线式、表面声波式、矢量压力传感式和电磁诱导式等。就市场应用的普遍性而言，前四种的应用居多，而在前四种里电阻式触摸屏又占了大半江山。前四种类型的触摸屏各有优缺点，主要是要根据其具体的用途而定。但各类触摸屏一般都必须具备以下四种条件，即：①透光率好，具备可视性；②使用周期长，耐久性好；③与用户整体设计的尺寸相符（包含连接器件），④能与用户所要求的成本相吻合。关于①，应该说，在玻璃基板上方没有薄膜覆盖的情况下，其可视性是最为优异的。表面声波式触摸屏只使用一块玻璃基板，所以其光透过率可以做到90%以上，加之其可以采用较厚的玻璃材料，具有较强的抗击性能，一般在户外应用的信息查询系统和服务系统（以大尺寸为主）等会选择这种类型的触摸屏。关于②，耐久性的判定很难，在不特定人数的公众进行输入的KIOSK等公共系统中，考虑被烟头碰到、被金属划伤等的不良情况，还有就是在容易沾到灰尘和油脂的环境下，可以说最好是使用电容式。关于③、④两点，则是电阻式触摸屏的优势，因为它最能满足个性化设计要求，在产品的整体厚度和显示区域尺寸上易于任意定制，加之和其它触摸屏相比，电阻式触摸屏的成本较低，所以它必然能够独占触摸屏市场的大半江山。触控输入的手机、掌上电脑、电子词典等便携式信息终端是其受到青睐的典型范例。电阻式、电容式、红外线式、表面声波式的工作机理各不相同，所以其结构设计和对材料的选择也都大相径庭，下面就这四种触摸屏的结构和工作机理分别作一些简单介绍。

    电阻式触摸屏

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其结构由两层高透明的导电层组成，通常下层是ITO玻璃（通常称ITO Glass），上层是ITO薄膜材料（通常称ITO Film），中间有细微绝缘点隔开。目前市面上也有两面均采用ITO玻璃或其他透明的ITO材料的产品。当触摸屏表面无压力时，上下层成绝缘状态；一旦有压力施加到触摸屏上，上下层电路导通。这时，控制器通过分别在X坐标方向和Y坐标方向上施加驱动电压，探测出触点的X-Y坐标，从而明确触点的位置。电阻式触摸屏上下两层采用贴合密封，信号的产生是在夹层中间，所以它可以不受尘埃、水、污物的影响，使用性能佳。目前，电阻式触摸屏的生产制造技术也有了长足的进步，大生产的工艺流程已被普遍采用，产品的批次一致性在各类触摸屏中已经具备明显优势，这也是电阻式触摸屏能够满足大批量产品配套的重要原因。在下一节文字中将会对电阻式触摸屏的技术原理进行详细阐述。

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这种触摸屏是把透明的金属层涂在玻璃板上作为导电体，在触摸屏四边有狭长的电极，在导电体内形成一个低电压交流电场。当手指触摸在金属层上时或导电物体触碰时，电容发生变化，使得与之相连的振荡器频率发生变化，通过测量频率变化可以确定触摸位置信息。由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化，故其稳定性较差，往往会产生漂移现象。该种触摸屏的优势就在于不受油污等影响。

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红外线式触摸屏是利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸。红外触摸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。用户在触摸屏幕时，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摸屏操作。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。

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这种触摸屏的四角分别安装竖直或水平向超声波发射换能器及接收换能器，四边亦刻有反射条纹，发出如参照波形般的超声波信号。当手指接触屏幕，便会吸收一部分声波能量，控制器依据减弱的信号计算出触摸点的位置。这种触摸屏的优点是表面声波自身的感应速度很快，屏上每一处能接受多次的触碰，非常耐用。其缺点是表面感应系统的感应转换器在长时间运作下，会因声能所产生的压力而受到损坏。一般羊毛或皮革手套都会接收部分声波，对感应的准确度也受一定的影响。屏幕表面如被刮伤，便会影响声波活动，导致不平均声波，对感应的准确度有一定的影响，并且屏幕表面或接触屏幕的手指如沾有水渍、油渍、污物或尘埃，也会影响其性能，甚至令系统停止运作。
    从市场应用的角度看，电阻式触摸屏比较容易被产品（特别是消费性电子）设计者所采用。

电阻式触摸屏的课题与发展动向
    电阻式触摸屏又可以分为数字式（又称数位式或矩阵式）和模拟式（又称类比式）两种。数字式的输入方式类似于传统的按键开关。而模拟式主要用于手写输入。

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数字式触摸屏的登场，正逐步取代早就在市场上出现的薄膜开关。该触摸屏的做法就是在聚酯膜上用银浆、碳胶等通过丝网印刷法形成电气回路，使上下电气回路相对，在上层ITO导电薄膜和下层ITO导电玻璃之间夹隔绝缘点进行贴合而成的。因为透明的电气回路是由ITO导电层被酸蚀刻所形成的，当然只能在有蚀刻设备的专业触摸屏制造厂家才能被制造。以下是数字式触摸屏的结构图。

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初期透明导电性膜的透光率较低，颜色基本上为黄色系或茶色系。另外，作为透明开关，在高温高湿下其透明电极部的电阻值具有上升的倾向。因此数字式产品只能在像按键方式那样的菜单输入上被采用。进入90年代，作为第1代便携式信息终端的掌上电脑搭载了高端的模拟式触摸屏。其基本构成同数字式产品，不同的是，其主材ITO导电薄膜和ITO导电玻璃的阻值更高。
    以下是模拟式触摸屏的电路工作原理图，下图中的“导电薄膜”即导电涂层。

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90年代后半期，第2代便携式信息终端附加了通信等功能，甚至到了第3代仍然只是担当着作为帮助用户记忆、浏览信息或进行服务的日常生活的辅助工具。与此并行的是液晶显示器的逐年进步，因此对触摸屏的光学特性或耐久性等的要求也会一年比一年苛刻。
电阻式触摸屏的关键在于材料科技，常用的透明导电涂层材料有：
A、ITO涂层，氧化铟，弱导电体，特性是当厚度降到1800个埃（埃＝10-10米）以下时会突然变得透明，透光率为80％，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度时又上升到80％。ITO是所有电阻式触摸屏及电容式触摸屏都用到的主要材料，这两种技术的触摸屏的工作面就是ITO涂层。
B、镍金涂层，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。
根据涂层和出线数目的不同，电阻式触摸屏又分为四线电阻屏和五线电阻屏。它们的共同点是：
A、高解析度，高速传输反应；
B、一次校正，稳定性高；
C、表面硬度高，减少擦伤、刮伤及防化学处理；
D、能进行两种表面处理（即光面和雾面处理）。
不同点在于：
四线电阻触摸屏的两层透明金属层工作时每层均增加5V恒定电压：一个竖直方向，一个水平方向。整个触摸屏总共需四条引线。其使用寿命为单点触摸不少于100万次，划线不少于10万次。
五线电阻触摸屏的基层把两个方向的电压场通过精密电阻网络都加在玻璃的导电工作面上，我们可以简单的理解为两个方向的电压场分时工作加在同一工作面上，而外层镍金导电层仅仅用来当作纯导体，有触摸后分时检测内层ITO接触点X轴和Y轴电压值的方法测得触摸点的位置。五线电阻触摸屏内层ITO需四条引线，外层导体仅仅一条，整个触摸屏引出线5条。其使用寿命为单点触摸不少于3000万次。其缺点就是高价位和对环境要求高。

    因而市场上尤其在消费性电子领域，考虑到其可用性和经济性，主要应用四线电阻式触摸屏。其相关的技术参数如下：

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在掌上电脑和手机等便携式信息终端的快速发展过程中，来自用户的最强烈的要求是轻、薄、不破裂。今后，在有可能成为汽车标准配备的GPS系统或多功能型车载PC等的用途上都希望使用触摸屏。但是存在着温度极限值的问题，关键是如何实现在材料方面的突破。最近有几家制造业者已发明了能够突破常规温度限制的材料，而且已开始在电阻式触摸屏的制造中得到应用。

中国大陆电阻式触摸屏的发展动态
    中国大陆本地触摸屏制造业起步较之日本、韩国和台湾地区，显得偏晚。最初的一些制造商主要分布在珠三角地区，规模相对不大，所供应产品也大多集中在中、低端领域，他们大多以生产电阻式触摸屏为主，这是因为就消费性市场而言电阻式的复合增长远高于其他技术的增长，因此多家都涌入此领域生产和销售，其制造企业基本上是民营或台系企业。但因为规模小，技术底蕴不深，生产环境和相关条件较简陋，所以在技术提升和品质管控方面离国际标准有较大差距，而且多数厂家还是集中在生产数字式触摸屏方面，对高端的模拟式触摸屏涉及偏少。由于其产能不大，质量稳定性差，大单吞吐能力不够，影响与日本、韩国等同业大厂的代工合作。这些不利因素终将限制其长远发展。
    近几年，长三角在和珠三角博弈的过程中日渐占据上风，其作为世界加工厂的地位已呼之欲出。众多的国际大厂落户于上海、苏州、无锡、南京一带，如LG飞利浦、夏普、明基、友达、佳能、精工爱普生、瀚宇、光宝等诸多巨鳄，已在这个地域形成了庞大的新型显示器产业群。对触摸屏厂商而言，这个庞大的产业群蕴藏着强大的现实需求和潜在需求。同时，这也对触摸屏制造厂商提出了新的要求，地缘优势、技术优势和产能优势作为三大不可忽视的因素，必将对触摸屏的发展起到重要的作用。以往小作坊式的生产方式需要再考量，仅仅凭若干所谓“标准”品就可以打遍天下的方式不会再受市场欢迎，仅仅用低价来打动用户的方式难得再会掀起市场的波澜，因为不论从制造商角度还是用户角度，品质才是产品功能得以顺利实现的根本。
    综观目前国内外的触摸屏产品类型，在最具实用性的电阻式触摸屏方面，其产品的规格尺寸从1.8”到19.1”不等，应用范围小到手机屏幕，大到大尺寸液晶显示器，触控产品林林总总。除了配套LCD外，随着OLED显示技术应用的逐步走强，触摸屏也有配套OLED显示的趋势，尤其在小尺寸方面。
    触控式产品未来的市场是推崇多样化的市场，需要制造商能够及时地、竭尽所能地提供个性化定制服务，以应对国际国内的市场需求，触摸屏厂商的重新洗牌将是必然之趋势！目前已经有一些大型的触摸屏厂商开始涌现出来，不断地占领海内外市场，而南京华睿川电子科技有限公司正属其中之一。

飞龙

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