触控屏幕技术动态观察

触控屏幕操控，并不是iPhone或iPod Touch才拥有的特点，早在多年前，触控屏幕已经广泛被用于如工控计算机、POS端点计算机、手持式PDA、博奕机台、嵌入式系统…等计算机设备，这些应用区块的特点是，多半是应用环境不方便使用键盘、鼠标进行输入，或是根本就是仅需简单的按键输入搭配操作，利用触控面板救能解决一大半的操作需求，待需要进阶操控、微调设定时，再利用键盘/鼠标搭配操作。

早期触控屏幕技术发展，由于受限使用区块的用量较少，很难透过大量生产压低面板成本，搭配的技术多半是利用现有液晶或是CRT显示器(面板)，在屏幕上头直接加挂触控控制膜或是触控感应组件，基本显示功能很容易因此而减损视觉效果！早期技术 多半选用成本较低的电阻式触控技术，而电阻式触控概念整合的触控技术，容易因为长期使用让其接触端点磨损，减损触控感应讯号处理速度与质量。

我们对这类触控屏幕操作，多半会有很不好的使用经验，例如，触控输入和实际感应位置产生偏移？或是触控压按屏幕反应迟缓、不明确？甚至是触控反应时有时无，让使用者不断尝试加大指压力道！种种的问题，让旧式设计的触控屏幕处于不断被蹂躏、过度操作的现状下，不仅使用者不满意，对于整合应用的业者，也尽可能避免整合这类功能，改用如轨迹球、光笔…等另类输入装置解决不利使用键盘/鼠标的操控需求。

改良触控技术　操作应用更直觉

目前CE或IT设备，常用的触控屏幕技术共有5大类：电阻式、表面电容式、投射电容式、表面声波式与红外线式…等。前3种技术因为构装体积较小，精密度相对可以做得较高，因此适用于体积较小巧的随身行动装置或是消费性电子上，而就成本而言，电阻式、表面电容式、投射电容式成本并不会太高，不会因为整合这些触控技术而让商品成本增加太多。

至于表面声波、红外线…等技术，在感测触按的精密度表现略逊于电阻式、表面电容式、投射电容式触控，而且构装硬件的体积较大，较适合用于显示区域相对较大，甚至对于触控相对要求较不精密的大型显示面板，像是户外尺寸较大的公众显示器、电子白板…等应用场合。

以目前触控屏幕用量最多的应用来说，小尺寸的电子商品，可以是选用触控技术最丰富多元的应用场合，因为触控技术可以解决过往操控按键过多的问题，加速消费者应用信息产品的学习曲线，甚至提升操作效率与对品牌的正面印象！像是以前1部DV摄影机，少说也要设置20~30种大小操控按键，这种设计无疑是把没有操作经验的首次购买DV者拒于门外。

而有了触控屏幕或触控接口整合，可以将DV操控按键减少一半甚至仅剩10个必要按键就能处理整部DV所有操作，而iPhone更把一部至少需要20键的行动电话设计，减少到仅需3、4键就能搞定，剩余进阶操作全由触控屏幕取代，这已是新一代3C计算机商品的设计趋势，没跟上潮流就会被是场所淘汰。

电阻式触控屏幕

电阻式触控屏幕，在技术原理上或许不能全然以「触控式」屏幕来称呼！因为电阻式的技术原理是利用散布于2片透明薄膜的导电端点，透过屏幕表面的压按动作，去侦测这些端点的导电或是断电状态，导电点即为对应的触控点！

就技术原理来观察，其实电阻式触控更像屏幕布满一堆开关，就技术实际应用面观察，对于触控应该更像是手指接触或是还没接触前，就能感应到手指在屏幕前的位置才更为精确！但电阻式触控技术毕竟还是能完成「类触控」的操作体验，而且此技术也是目前成本较低、使用最广泛的触控技术。

电阻式触控屏幕，是采2层镀上有导电能力的ITO(铟锡氧化物)的PET塑料膜，PET本身具有一定程度的透明度与耐用度，而2片ITO间设有微粒支点，避免未压按屏幕时让2层ITO保有一定的空气层，让ITO间能有一定处于Off未导电状态的空气间隙，而当操作者利用指尖或是笔尖压按屏幕表面(PET膜外层)时，压力将使PET膜内凹，使得2层ITO因变形而使铟锡氧化物导电层接触导电，经由侦测x、y轴电压变化换算出对应的压力点，完成整个屏幕触按处理机制。

目前电阻式触按技术，已知有4线、5线、6线与8线版本，当线数愈多，代表可侦测的触按面积和精密度相对提高，这些触按信息也会送至微处理器运算、执行，因为此技术成本低廉，目前已大量用于电子商品上！

观察电阻式触按技术可以发现，触按重屏幕触发到触控点侦测运算、完成，技术上有物理条件上的限制！怎么说呢？电阻式技术想要增加侦测面积、分辨率，最直接的方法就是增加线数，但线数一拉高就代表处理运算数据相对增加，对处理器将是一大负担，为提升效能成本也是问题。

而触按机制确认主要是由机械式的动作完成，PET膜再怎么强化材质提升耐压、抗变形、耐磨条件，毕竟还是有其极限，如此一来会造成透明度会因使用时间、频率增加表现愈来愈差，至于触按点侦测也会因经常性触点就那几处，造成特定区过度使用磨损，减低铟锡氧化物导电层接触导通效率。

此外，电阻式触控另有其物理性不利条件限制，例如ITO膜一定要预留边框，限制工业设计上的可选择性，触控屏幕厚度、光学效能不足，另无法达到近侧侦查(手指靠近侦测未触按状态)，与技术较难处理多指触按要求，都限制了电阻式触按技术的未来应用条件。

表面电容式(Surface Capacitive)

表面电容式触控技术，是利用具金属边缘的平板铟锡氧化物ITO，透过电场感应方式感测屏幕表面的触控行为进行。由于电场几乎布满整个铟锡氧化物表面，当手指触压屏幕时，它会从面板侧发出电荷，由于电荷感侧是由四处同时进行，因此触控面板不用使用高精密度的铟锡氧化物模板，就能完成整个触按点触发、定位、输出…等程序。

运用表面电容式触控技术，最具标竿的是Microtouch(目前为3M)拥有的电容触控专利，这类型的触控屏幕是William Pepper发明，并于1978年申请取得专利。

但表面电容式并非完美的触控解决方案，虽然表面电容式不须使用铟锡氧化物模板，而且也有电阻式触控没有的近侧感应效果，但实际上，电容式触控却有「手影效应」的问题存在！

所谓「手影效应」是指，当操作者在表面电容感应式触控屏幕进行操作时，若操作者将手腕与手指一同靠近屏幕表面，会使得铟锡氧化物模板表层，面板侧发出过多电荷，使电容产生耦合导致大量感侧错误，因为表面电容屏幕是同性质的堆栈设计。

在这种状况下，会使真正的侦测触点讯号与错误的侦测触点讯号产生混淆，让真实的触点讯号与错误的讯号同时出现在3个讯号区间，错误的讯号致使真实触点侦测无法被正确识别出来，若错误讯号无法有效抑制，将使整个触按、侦测、输出坐标讯息过程，出现许多出乎意料的讯息状态。

除「手影效应」外，表面电容式也有一些应用上的限制！由于是透过屏幕表面电场变化进行触点侦测，使用环境若电磁干扰问题较多，就会因此影响侦测触点的精密度，而长时间应用后，触点侦测也容易产生偏移，因此需要定时或是经常性校准。

比较新颖的做法，虽然同样也是利用透明电极与人体间结合产生的电容变化，从而产生的诱导电流进行侦测触点做表，但透过面板感应区4个角落产生，在面板表面形成均匀电场，手指触动时电场引起的电流由控制器侦测4处流强弱比例，换算出触点位置，透过控制器强化错误讯号抑制技术，将表面电容式触控技术的实用性大幅强化。

表面电容式触控技术，由于不用使用高精密度的铟锡氧化物模板，制造成本可压低，利用电场感应可以在触按者接近屏幕前，即处理近侧感应侦测，这对操作UI使用效率而言，可以增加消费者使用产品的正面体验。

甚至于，由于表面电容式触按感侧没有电阻式的机械结构，因此不会有磨损、ITO层出现类似机械疲乏的触按灵敏度下滑问题，利用控制器即可调整面板对于触压信号的处理灵敏度设计，对面板的使用寿命也有强化效果。

投射电容式(Projective Capacitive)

投射电容式触控技术，根基的技术原理依旧还是以电容感应为主，基本上仍是电容是触控面板的延伸应用观念。技术上是利用经严谨设计1个或多个蚀刻后的铟锡氧化物模板，增加数组(组数愈多感测精度与丰富度相对较高)存在不同平面、同时又相互垂直的透明导线形成类似x、y轴驱动线而构成。

而这些导线都是由电容感测芯片控制，当电流经驱动线驱动其中的导线时，与侦测电容值变化的导线相通，控制芯片依序轮流下载侦测电容值变化数据至主控制器，确认触点位置后，由于透明导线早在面板形成3维电场，因此触点的近测感应不须触按屏幕即可发生，甚至此技术可以做到z轴感应分辨应用。

投射电容式若用较简单的说法，可以说是根据屏幕表面的x、y轴电极讯号分布改变状态，进而计算出屏幕表面实际触点的交叉几何坐标，目前此技术已知已可在5mm厚的面板达到1,024 x 1,024触点侦测分辨率。

Apple的iPhone让触控面板产业重新被重视，以往触控面板控制器技术，多以「4线电阻式」技术为主，而iPhone改采投射电容式技术触控面板，让触控行为侦测更细致，由于具近场侦测与较高的灵敏度，亦可避免刮损及屏幕破裂问题。

据isuppli预测2008年全球触控手机，仍以电组触控技术为主，产值可达4,900万美元，预估2012年将达6,500万美元；投射电容式触控技术，2008产值虽只有1,000美元，占整体市场17%，isuppli估计，2012年投射电容式产值将突破2千万美元，市场比重跃升至23%。

投射式电容拥有支持多点触控优势，只需指腹轻触无须使用触控笔，拥有更高屏幕透光率，整体功耗将更省电，增加使用寿命且无需校正…等优点，电阻式龙头地位将备受挑战。

图示：南韩厂商Mctronix主推红外线触控面板技术，操作方式与红外线影像感测式触控面板类似，且具多点触控操作功能，突破以往红外线触控面板仅能单点操作限制

电容式触控的未来挑战

分析触控技术的未来发展，即便电阻式触控5年内仍占有市场超过5成市占，但电容式感应触控技术拥有更高的感测效果与耐用特性，将逐步侵蚀电阻式感测的市场，甚至有超越的迹象，而在电容式感测技术市场不断扩增，在面板、ITO技术、控制器…等多方条件不断提升、改善，成本也可因此压低，取代电阻式触控感测的机会相当大。

但电容式触控仍有许多值得关注的问题！LCD本身非常靠近铟锡氧化物模板，新的技术甚至直接将两者做在同1个真空堆栈，形成整个面板模块，而为了达到触点侦测功效，铟锡氧化物模板不断地扫描像素，会造成持续散发干扰范围达20khz的干扰讯号。

常见整合制作的实例中，都会在LCD与铟锡氧化物模板间增加屏蔽层设计，这代表着这类整合实例多半至少要有3层式设计(2层分别为x轴、y轴感应，1层为屏蔽层)，造成成本提升是无可避免的结果，甚至也会影响电容感测原本的高透明度优势。

值得注意的是，电容式感应技术已有厂商开发出不用屏蔽层的单层铟锡氧化物模板整合结构，使用单层铟锡氧化物(ITO)能大量降低成本，也不会影响面板透明度，让整合触控技术的面板堆栈厚度更薄，甚至也有降低背光光亮的特性，单层结构对于量产成本、产品良率、应用条件各方面都有相当大的好处。

除了零组件层面问题外，在应用层面的另1个热门重点，就在于电容式触控的「多点触控」应用！由iPhone引发热潮的应用技术，但为了达到多点触控要求，对于铟锡氧化物的ITO层设计也必须进行调整。

表面电容式感应由于使用同质感应层，屏幕上的所有触点信号混合在1个较大信号中，同质层已损坏太多信号，因此无法回报多点触点信息，即便是单端变异也不能区隔2个触点上的差异，更无法进行个别触点追踪。

但2层式投射式电容触控技术，就可以分辨1个以上的接触点，当触点在屏幕上移动时，也能进行独立触点追踪，第3个感应层可以处理模糊不清的触点状态，但相对制作成本就会因此增加！

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