触摸屏工程应用技巧：发展趋势

1.触摸产品技术展望

触摸屏经历了从低档向高档发展的历程，从红外式触摸屏、4线电阻式触摸屏到电容式触摸屏，现在又发展到表面声波式触摸屏、5线电阻式触摸屏，性能越来越可靠，技术越来越先进，而且随着各行业应用特点的不同，LCD平板显示技术的发展使得红外式触摸屏的优势凸显出来，金融、证券等行业用户对此青睐有加。

经过多年来的发展，触摸屏的功能已从原先简单的查询浏览发展成为集业务查询、上网触摸查询的一体机，应用领域也从最初的邮政、电信、商场到遍布各个行业众多领域。综观IT产品的发展，离不开两个基本要素：市场容量和价格。价格降低会产生一定量的提升，但如果没有实实在在的市场基础，产品的普及、技术和行业的发展都无从谈起。

触摸屏产品由于早期给人的印象仅是信息查询，对行业用户来说是可有可无的，必然影响市场容量。目前各触摸屏厂商都在改进其产品的功能，加大了业务系统的分量。例如，银行的Kiosk一体机已经加入了微型打印机、读卡器等设备，功能上吸收了银行的补登存折、转账等业务，使得系统不再仅仅停留于业务介绍和形象宣传。这一改动显然是有效的，银行系统对这类一体机需求旺盛。目前一体机已出现自助售票系统，应用到铁路公路的售票业务。由于触摸屏产品对开放式环境的适应性，商业系统对销售网络及形象宣传的考虑，ATM和自动售卖机暂时无法替代Kiosk一体机，不过业务型的一体机确定无疑是一种发展方向。

在价格方面的进步主要来自于触摸屏技术和触摸屏软件的发展，由于目前各类触摸屏各具优缺点，应用范围、应用规模都受到制约，用户可能只考虑使用的方便及寿命，生产商却必须不断推陈出新，将更高性能更低价格的产品供应给用户。新的技术产生需要大量的积累，改造原有技术是目前的主流，就像红外式触摸屏的技术创新，开拓了其应用领域和市场。表面声波式触摸屏的改进已经有了一个可喜景象，由于表面声波式触摸屏能产生对压力的感应，无形中增加了控制手段，对触摸屏功能的扩展十分有利，应用范围因此大大拓展。

触摸屏技术的发展也包括应用软件技术的成熟，触摸屏查询离不开触摸屏查询软件，成熟的软件会使用户享受到两种优点：功能完善和低廉价格。随着产品在各行业应用市场的推进，对行业应用的理解不断强化，系统将越来越合体，而价格则由于投入的递减而下降。

触摸屏行业标准的制定不容忽视，这将有利于规模发展和合理竞争，对价格的优化极有帮助。而各行业用户也需在目前条件下，缩减不必要的特殊要求，降低生产商的研发成本，加强在软件应用体系上的投入力度，使硬件产品化和规模化程度提高，应用系统水平提升，真正达到方便所有人，也方便行业用户的目标。

2.触摸屏市场存在的问题

相对于其他成熟的IT产业，触摸屏市场总体来说还处于起步阶段，市场巨大的商机还没有完全显现，所以竞争还很不充分，产业的垄断特征还很明显，因此生产成本和市场价格均存在较大的下降空间。目前全球的触摸屏面板市场几乎都为美国和日本这两个市场所垄断，美国产品的市场销售额目前占到全球触摸屏市场的60％，他们主攻较大尺寸的应用产品，如POS信息查询系统、Kiosk公共查询系统、ATM机等；日本的厂商则在销售量上处于垄断地位，他们的产品市场占有率在全球市场上高达80％。国际市场的竞争尚不充分，国内市场就更是如此。触摸屏虽然是一个前景光明的产业，但是因为市场竞争的不充分，符合规范的竞争机制难以形成，加之产业规模总体来说还比较小，以及技术的发展还不完善等方面的原因，导致触摸屏市场还存在着很多的问题。

（1）软件开发问题

国内的厂商都盯在了触摸屏硬件市场，而没有看到相关软件的商机和由此而产生的问题。由于触摸屏技术具有广泛的适用性，使得各行业对它的需求大大增强，但是适宜于每个行业应用的软件开发明显滞后。比如，现在因设置Kiosk而获利的零售业者几乎没有，虽然经营者已经意识到Kiosk有助于营销的沟通，但如何将其与这些行业原有的数据进行整合却是一个大难题，如果相关的软件开发跟不上，显然会对市场的应用形成重大障碍。

（2）硬件技术问题

虽然国内厂商一直在主攻触摸屏硬件市场，然而却并没有获得多少成绩。触摸屏技术是跨领域多学科的先进技术，具有较高的科技含量，但很多核心技术都来自国外，国内目前应用的技术大多为国外厂商专利到期的技术，在新技术方面还是空白，整体技术实力还很薄弱。

（3）规范问题

触摸屏产业已由当初的玻璃加计算机发展到今天以触摸屏软件、触摸屏面板、Kiosk等多种技术并驾齐驱的多元产业格局，但目前我国多数企业创新能力不足，在简单的硬件技术上都还热衷于模仿。这样的产品质量自然难以过关，会对整个触摸屏产业形成很大的危害。这就急需国家出台标准的技术规范体系，但到目前为止我国仅有触摸屏行业制定的标准，远远不能适应现在触摸屏技术的飞速发展。

（4）市场问题

触摸屏产品市场毕竟还是一个新兴的市场，还没有达到其他IT产品市场的成熟度，生产成本和市场价格都还有较大的下降空间，因此在市场行为上很多企业还热衷于打价格战，这种低层次竞争的结果只能使众多的企业缺乏技术创新，在当前竞争国际化的市场环境中，无疑只会打败仗。另外，能否吸引大型企业的参与也是一个重要方面，目前国内的触摸屏企业整体规模都偏小，难以实现规模生产，导致生产成本偏高，这既制约了用户群体的扩大，也难以应付国际品牌的竞争。

3.触摸屏技术的未来

自20世纪90年代中期以来，几种不同的趋势改变着蓬勃发展的触摸屏市场。首先，触摸屏的价格将不断下降，同时触摸屏的应用领域将得到进一步的发展。这种良好的趋势将提高产品的性能价格比，从而推动了产品的销售。特别是作为个人计算机在未知领域中的应用，可以为不熟练的操作者提供友好的用户界面。

最新触摸屏产品将与最新式的显示器同步推出市场，并在个人计算机芯片研制和高端操作系统的开发上开辟一条新路。2009年陆续出现各种不同触摸屏技术，包含像素感应式（Senso-In-Pixel）、多点触摸式（Multi-Touch），以及Elo/Tyco Electronics公司推出的折射式和RPOInc的聚合物波导式（Polymer Wave Guide）等。

目前触摸屏的应用范围从以往的银行自动柜员机、工控计算机应用市场，迅速扩展到手机、PDA、GPS（全球定位系统）、MP3，甚至平板计算机（UMPC）等大众消费电子领域。展望未来，触摸屏有望成为操作简单、便捷、人性化的人机互动的最佳界面而迅速普及。

目前的触摸屏技术尚存在屏幕所使用的材料透光较差，影响显示画面的清晰度，或者长期使用后出现坐标漂移、影响使用精度等问题。我国的触摸屏产业还基本处于起步阶段，但正因如此，整个触摸行业未来的上升空间还非常大，有望成为我国电子企业今后创新发展、大有作为的重要领域。

触摸屏目前主要还是集中在小尺寸上的应用，未来的发展将是一个触摸和遥控的世界，所以大尺寸触摸屏的发展是目前触摸屏发展的趋势，大尺寸触摸屏的发展有着广泛的空间。

触摸屏技术是一种极有发展前途的交互式输入技术。世界各国对此普遍给予重视，并投入大量的人力物力进行研发，使得新型的触摸屏不断涌现。

1）触摸笔。利用触摸笔进行操作的触摸屏类似白板，除显示界面、窗口、图标外，还具有利用触摸笔签名、标记的功能，系统已做到了自动辨认，这种触摸笔比早期只提供选择菜单用的光笔的功能大大增强。

2）触摸板。触摸板采用了压感电容式触摸屏技术，屏幕面积大（3m×4m），是一种壁挂式系统。触摸板由3部分组成，最底层是中心传感器，用于监视触摸板是否被触摸，然后对信息进行处理，中间层提供了交互用的图形、文字等，最外层是触摸表层，由强度很高的塑料材料构成。当手指点触外层表面时，在1ms内就可以将此信息送到传感器并进行登录处理。触摸板与PC兼容，它还具有亮度高、图像清晰、易于交互等特点，因而被应用于触摸式信息查询系统（如电子公告板），收到了非常好的效果。

总之，触摸屏的发展呈现专业化、多媒体化、立体化和大屏幕化的趋势，随着信息社会的发展，人们需要获得各种各样公共信息。以触摸屏技术为交互窗口的公共信息传输系统通过采用先进的计算机技术，运用文字、图像、音乐、解说、动画、视频等多种形式，直观、形象地把各种信息介绍给人们，给人们带来极大的方便。

触摸屏技术给消费电子领域带来了巨大的变化，设备的界面变得更加友好且易用，只需要手指轻轻地触摸，就能将物理的触碰转变为数字代码。新人机界面引进新产品概念，创新了3C产品的结构设计。在模块化设计概念下，系统整合创意让系统设计者活化了产品系统设计的创意。新技术的引进带动了整个上下游产业链重新组合换位。

可以预见，随着触摸屏技术的迅速发展，触摸屏对于计算机技术的普及利用将发挥重要的作用，触摸屏的应用领域会越来越广，性能会越来越好。了解触摸屏技术的发展趋势，对正确开发触摸屏产品是非常必要的。触摸屏技术的发展趋势是：

1）电阻式触摸屏仍为市场主流。尽管电阻式触摸屏使用寿命并不太长，而且透射率不佳，却是市场上最常用的触摸屏技术。它的低价以及对手指及触摸笔的良好反应性能，使其成为过去5年销售量最高的触摸屏产品。

以目前市场发展而言，电阻式触摸屏具备价格优势，其中三星、LG的新款全屏触摸式手机几乎都是采用电阻式触摸屏。但未来几年内，此种情况可能会发生改变，投射电容式和红外式触摸屏也已经在2007年开始渗透无线手持设备市场。(www.xing528.com)

2）电容式和电阻式触摸屏的价格差距正在缩小，电容式触摸屏技术虽然因iPhone的上市而得以推广，但是应用却不仅限于小尺寸手持装置的触摸屏，在鼠标、键盘等PC相关领域，甚至家电、Kiosk，乃至于生活相关的各式各样的应用，都使电容式触摸更符合未来电子产品的需求。由于应用范围更宽广，也使得电容式触摸屏技术广受看好，认为电容式触摸将取代电阻式触摸成为小尺寸面板应用的主流。

iPhone的多点触摸舍弃传统电阻式触摸，采用电容式触摸屏技术中的投射电容式（Pro-jective Capacitive）技术，就是看中了电容式触摸屏具有更高的透光率，以及色彩表现较优越的效果。

3）面板技术特性将影响其最适合的应用。就触摸屏技术而言，所谓的最适合的应用基本上得从两个角度来讨论：应用类别、使用情境。只要有将屏幕作为输出的地方，基本上都可外挂触摸屏作为输入，但从应用类别来看，触摸屏基本上可分为消费性、工业用及医用，而使用情境则以笔控、指控、手写、笔写、多指、多人与环境的适应性等为主要的考虑重点，所以最适合的应用势必产生结构上的变化。

4）相对于将触摸屏面板设置在液晶面板上使用的原有方法，将触摸屏面板功能与液晶面板一体化的研究日渐盛行。如果能使原本外置的触摸屏面板部件与液晶面板实现一体化，便有可能实现面板的薄型化和轻量化。另外，在将触摸屏面板外置于液晶屏的原有方式中，液晶屏和触摸屏面板之间存在物理空间，因此，在液晶面板和触摸屏面板之间会反射外来光线，导致在室外等明亮的环境下的可视性降低。如果外置的触摸屏面板部件能实现一体化，便可抑制在室外的可视性降低现象。

触摸屏面板和液晶面板的一体化包括“In-cell”方法和“On-cell”方法。In-cell是指将触摸屏面板功能嵌入到液晶像素中的方法。On-cell是指将触摸屏面板功能嵌入到彩色滤光片基板和偏光板之间的方法。

5）Intelli Touch触摸屏技术（智能化触摸屏技术）是一种基于表面声波的技术，它的优点是可以提供最清晰的图像显示效果和触摸屏持久耐用性。1997年表面声波技术一经推出，立刻促使触摸屏工业发生了一个突破性的飞跃。目前表面声波技术是第一种也是唯一的一种可以直接在玻璃显示屏上使用的技术，不需要额外的塑料覆层，不需要传导覆盖层或者特别的阴极射线管斜面基座。只需要在用户和屏幕之间隔一层玻璃的传感层就可以实现。表面声波技术为用户提供无可比拟的清晰度和持久度。Intelli Touch触摸屏技术主要被使用在高清晰度图形处理、公用显示系统中，如电子电话簿、影像游戏、计算机仿真训练系统。

就消费电子产品而言，手机、GPS、多媒体播放器、数码相机等一般手持装置的显示屏都在5in以下，将由传统电阻式笔控为主转为手/笔控、多手指的应用，因此可预见投射电容式触摸屏将成为主流。虽然电阻式目前以其成本优势（0.8～1元/in）占有市场，但投射电容式成本每年以20％～30％的速度下降，可推测到2012年，就5in面板的应用来说，电容式触摸屏将几乎取代电阻式触摸屏。

就中小尺寸（4～10in）的消费电子产品，如导航器、车载、小笔电、UMPC等而言，由于控制IC与面板的贴合技术的门槛较小尺寸的高，因此取代的速度较慢。但值得注意的是，由于消费电子产品手写输入是一个重要的使用情境，因而复合式面板（笔写/手写）的出现会产生新的应用需求。

就工业和商业用触摸屏来说，如IPC、收款机、ATM、POS、医疗仪器面板、电子告示板等，其使用情境不同，其最适合技术也有所不同。设计中主要考虑方面有面板尺寸与使用情境及对环境适应性，如工业计算机需解决手套问题，医学应用则常需笔控输入，需求严苛，电阻式不适合。因此可推测大尺寸触摸屏将以红外式、表面声波式触摸屏为主流，在多指应用的使用情境下，红外式触摸屏则略胜一筹。

至于中尺寸（10～17in）的应用领域，红外式与表面声波式触摸屏的成本无法与电阻式触摸屏竞争，而目前投射电容式触摸屏仍无中尺寸以上的解决方案。故中尺寸在短期内仍以电阻式触摸屏为主流，只有多指触摸的使用情境，目前，4～10in以下的投射电容式触摸屏已开始研发。

未来触摸屏在大尺寸应用领域，将以红外式、表面声波式、电阻式为主。而中尺寸（10～17in）应用领域，仍以电阻式面板为主，在中小尺寸（4～10in以下）应用领域，投射电容式触摸屏将会是主流。

触摸屏强调的是与使用者的互动，因此使用情境更为贴切。在硬件上，多指触摸（多指检测）、手写、笔写、手控、笔控等会是主要趋势，由于目前面板技术还无法同时支持以上功能，因此新的面板技术或者复合式面板（如电阻式＋电容式，或电阻式＋电容，或电磁式＋电容式）将成为各厂商研发的方向，如美国N-ting公司开发电磁式与电容式的组合、美国WACOM公司开发电磁式与电阻式的组合，而电阻式与电容式的组合最具成本与使用情境的优势。

硬件最主要的核心则是控制IC与ITO光学薄膜（ITO Film）的贴合，其中ITO薄膜原是电阻式的技术，需转换到电容式的结构，估计难度不高，目前，日本Nisha公司、我国台湾地区洋华公司、时纬公司等厂商都积极与控制IC厂商（美国新思公司、我国台湾地区升达公司、义隆电子公司）积极配合。但关键是目前未研发出控制IC可支持最终的使用情境。如无IC支持，软件程序是无法完全支持的。

中小尺寸（4～10in以下）的多指触摸、笔/手写并进，都将影响未来应用领域及市场的发展。目前也有多家厂商积极投入到这一领域发展，不同于电阻式触摸屏，原理简单、门槛低，其控制电路无需独立控制IC，而多由系统上的主控CPU以软件处理，投射电容式目前尚无法由系统上的主IC处理而需由独立IC处理，因此也吸引国内外多家IC设计公司相继投入，但投射电容式触摸IC因其门槛相当高，若非具相当的研发实力恐难完成。其主要技术门槛在于：

1）系统噪声的处理。

2）手指上的汗、油、膏、污的克服。

3）Cover Lens或机构保护面的厚度使感应灵敏度降低。

4）人体体质不同造成系统稳定度降低。

5）在小尺寸应用上手指分辨率低，使光标分辨率不易提升，往往是演示容易，量产困难，若无长期经验积累是无法克服量产的稳定问题的。

手势辨识在控制IC，不在系统端。一般是将手指的坐标传到系统，再由系统软件程序辨识手势，虽可行但反应速度较慢，尤其是多指触摸或手输入时更为明显，而当X、Y轴的信号受外部干扰时，坐标的信息将更不可靠，造成手势辨识的困难，使得更复杂的手势无法支持，另外以目前的扫描方式（红外式、投射电容式或设置有X、Y轴扫描方式），为了降低扫描线的数目都采所谓负载接地（Load Grounded）的做法，此做法会造成不同的两手指坐标，而只有一个相同坐标，系统亦不可辨识。而IC内可用其他额外信号辅助判断，此额外信号通常因算法不同，形成各家厂商不同，使整合困难。

为此，触摸屏技术需要一个完整的产业链，因此产业上下游的整合将会是未来发展的重要观察指针。投射电容式本身最大的障碍在于系统整合与应用时的状况，毕竟面板终究得安装在屏幕上，其噪声与系统其他电路所产生的噪声极易对触摸屏产生干扰，造成定位不准，若只是手势应用或许可行，对于未来手写与指针的应用，控制IC便是关键。

因系统机构的设计致使Cover Lens变厚，原则上问题将日益严重。而当面板整合到LCD屏幕面板上的贴合，亦将考验制程的能力，因为目前面板贴合的优良率只有80％～85％，而目前产业上下游整合的商业模式亦不明朗，除美国新思公司与我国台湾地区升达公司、义隆电子公司等有较明显进展外，其他尚未清楚有具体方案。对目前触摸屏技术整个产业链可作如下几点结论：

1）目前触摸屏仍以小尺寸应用为主（尤其是多指触摸），而投射电容式面板势将成为主流而逐渐取代电阻式方案。

2）目前多指应用解决方案多，但可量产者少，其间仍有相当大的距离。

3）控制IC厂商本身的研发能力决定未来电子产品使用情境的发展。

4）选择面板技术是系统厂商最重要的工作。

5）与控制IC厂商的合作关系，关系到触摸屏厂商的生存。

虽较困难，但垂直整合势在必行。总结触摸屏技术，就多指触摸屏技术成本及普遍应用性而言，目前以投射电容式为发展主流，但仍有诸多的障碍需克服解决。

[1]1in＝0.254m。