2013年觸摸屏的技術(shù)分類

中國(guó)產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告網(wǎng)訊： 

    內(nèi)容提要：在中大尺寸觸摸屏市場(chǎng)上，可使用的觸摸技術(shù)最為豐富，除電阻屏外，表面電容屏、聲波屏、紅外屏三類技術(shù)一直是這個(gè)市場(chǎng)上的主流技術(shù)，而近年來(lái)大尺寸觸摸屏中的光學(xué)屏部分迅速崛起。相對(duì)而言，紅外屏在較大尺寸觸摸屏上應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更為明顯，光學(xué)屏則在超大尺寸觸摸屏中具有顯著優(yōu)勢(shì)，2009 年約20%的20-50 英寸觸摸屏采用紅外屏，約50%左右的50 英寸以上觸摸屏采用光學(xué)屏。”

    最初的觸摸技術(shù)只有紅外技術(shù)。近年來(lái)新的觸摸技術(shù)不斷涌現(xiàn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)已經(jīng)有20 多種。目前市場(chǎng)上存在的主流觸摸屏包括：電阻式技術(shù)觸摸屏（簡(jiǎn)稱“電阻屏”）、電容感應(yīng)式技術(shù)觸摸屏（包括表面電容技術(shù)和投射式電容技術(shù)，簡(jiǎn)稱“電容屏”）、表面聲波技術(shù)觸摸屏（簡(jiǎn)稱“聲波屏”）、紅外線技術(shù)觸摸屏（簡(jiǎn)稱“紅外屏”）、光學(xué)影像式觸摸屏（簡(jiǎn)稱“光學(xué)屏”）和彎曲波技術(shù)觸摸屏（簡(jiǎn)稱“彎曲波屏”）。各種觸摸技術(shù)擁有各自的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用領(lǐng)域，不存在一種可以滿足所有細(xì)分市場(chǎng)應(yīng)用需求的技術(shù)。 

    （1）電阻屏 

    電阻屏傳感器的主要部分由兩塊表面涂有ITO （氧化銦錫）的透明導(dǎo)電膜疊合而成，覆蓋在顯示器表面。平時(shí)兩導(dǎo)電層不連通，電壓保持恒定，使用時(shí)利用壓力導(dǎo)通，導(dǎo)致電阻變化，電壓相應(yīng)發(fā)生變化，控制器利用偵測(cè)到的電壓變化，計(jì)算出接觸點(diǎn)坐標(biāo)。 

    電阻屏又可分為四線電阻屏、五線電阻屏和八線電阻屏。四線電阻屏是目前使用最多的觸摸屏，主要用于小尺寸屏低端市場(chǎng)，在中尺寸屏幕上有少量應(yīng)用，但很少應(yīng)用于大尺寸屏幕。五線電阻屏和八線電阻屏的制造成本較高，使用量較小。此外，一種壓感式電子白板被市場(chǎng)分析歸類為電阻屏，這種電阻屏不透明，不能覆蓋在顯示器表面，僅用于大尺寸的投影式電子白板。 

    （2）電容屏 

    電容式觸摸屏目前市場(chǎng)上主要為表面電容式觸摸屏和投射電容式觸摸屏，以表面電容式觸摸屏為例，其傳感器由一層涂覆在玻璃表面的ITO 透明導(dǎo)電膜和附著在其邊緣的狹長(zhǎng)電極組成。工作時(shí)接通低壓交流電場(chǎng)，當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，手指與導(dǎo)電層形成耦合電容，由四邊電極發(fā)出的電流流向觸點(diǎn)，控制器根據(jù)電流的變化比例和強(qiáng)弱就可計(jì)算出觸摸點(diǎn)的位置。 

    表面電容屏在較小的中尺寸觸摸屏中具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，使用量較大。投射電容屏是近年來(lái)發(fā)展較快的一種新型電容式觸摸屏，價(jià)格較高，適用于中高端的小尺寸屏幕，在較大尺寸的商店櫥窗展示上也有應(yīng)用，是較具發(fā)展前途的一種技術(shù)。 

    電阻屏和電容屏都需要在基板上涂覆ITO 導(dǎo)電鍍層，對(duì)圖像清晰度和透明度都有一定的影響；涂層的局部劃傷也會(huì)影響整體使用；電容屏僅對(duì)手指觸摸產(chǎn)生響應(yīng)。這些不足限制了電阻屏和電容屏的市場(chǎng)應(yīng)用范圍。 

    （3）聲波屏 

    表面聲波技術(shù)觸摸屏的傳感器主要部分是安裝在顯示器的三個(gè)角的一組發(fā)射和接收超聲波的換能器。發(fā)射換能器不斷發(fā)射電聲脈沖形成超聲波，超聲波沿著玻璃表面?zhèn)鞑�，被收集回接收換能器。接收換能器平時(shí)接收到的表面聲波總波形保持恒定，當(dāng)手指或軟性物體觸摸屏幕時(shí)，部分聲波能量被吸收，于是接收信號(hào)波形相應(yīng)發(fā)生變化，經(jīng)由控制器比對(duì)后計(jì)算出觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)。聲波屏具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，在中尺寸觸摸屏中應(yīng)用較多，由于超聲波換能器的精密機(jī)械構(gòu)造，聲波屏耐用性受到一定的限制。 

    （4）紅外屏 

    紅外線技術(shù)觸摸屏的傳感器主要部分是安裝在顯示器四邊的紅外線發(fā)射管（LED 燈）和紅外接收管。平時(shí)紅外光能被接收器正常偵測(cè)到。當(dāng)觸摸屏幕時(shí)，部分接收器接收到的紅外信號(hào)發(fā)生變化，控制器通過(guò)對(duì)接收信號(hào)發(fā)生變化的接收器位置進(jìn)行計(jì)算，得到觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)。紅外式觸摸技術(shù)是最早商用的觸摸屏技術(shù)之一，全球已知較早的相關(guān)技術(shù)專利為美國(guó)的“InfraRed light beam X-Y position encoder for display devices”（專利號(hào)US3775560），由伊利諾伊大學(xué)基金會(huì)持有，于1972 年2 月申請(qǐng)，1973 年11 月獲授權(quán)，現(xiàn)已過(guò)專利保護(hù)期。國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人所申請(qǐng)的最早的觸摸屏專利“紅外觸摸屏光電檢測(cè)定位系統(tǒng)”（專利號(hào)CN95105303.5），1995 年申請(qǐng)，1996 年獲授權(quán)，專利持有人為珠海科健實(shí)業(yè)有限公司，發(fā)明人為公司現(xiàn)任董事長(zhǎng)劉新斌先生，是當(dāng)時(shí)最新的第二代脈沖方式可抗陽(yáng)光工作的紅外觸摸屏技術(shù)，該專利因未按時(shí)繳納年費(fèi)，于2000 年9 月失效。從仿生學(xué)角度看，紅外線觸摸技術(shù)因?yàn)閭鞲衅鹘M合方式最為豐富，在高精度、高分辨率、多點(diǎn)觸摸、高速響應(yīng)等方面大有潛力可挖。早期的紅外線觸摸屏存在抗光性差、分辨率過(guò)低、觸摸高度高等諸多缺陷，即便如此，由于壽命長(zhǎng)、可靠性高、防暴性好、透光率最好，紅外線技術(shù)觸摸屏一直受到金融、工控行業(yè)的青睞，比如早期的ATM 取款機(jī)。 

    紅外屏最突出的優(yōu)勢(shì)就是結(jié)實(shí)耐用，具有良好的抗暴性、可靠性。密閉式結(jié)構(gòu)使其具有良好的防臟污、防水性能。紅外屏不存在實(shí)體的“屏幕”，只是一個(gè)與顯示屏幕邊框相適應(yīng)的方框，不與觸摸物發(fā)生直接的物理接觸，提高了耐用性。此外，紅外屏不需要實(shí)體覆層、導(dǎo)電薄膜，工作所需的紅外線不影響顯示屏的透光率和畫質(zhì)。由于價(jià)格相對(duì)較高，紅外屏主要用于中高端中大尺寸屏幕，在要求高可靠性的高端小尺寸屏中也有少量應(yīng)用。 

    （5）光學(xué)屏 

    光學(xué)影像式觸摸屏的傳感器主要部分是安裝在顯示器邊緣的兩個(gè)或多個(gè)光學(xué)攝像頭，可以從不同的視角感應(yīng)觸摸物體，通過(guò)角坐標(biāo)定位計(jì)算出觸摸點(diǎn)的位置。 

    光學(xué)影像式觸摸技術(shù)已知較早的相關(guān)專利為“Non-contact X,Y digitizer usingtwo dynamic RAM imagers”（專利號(hào)US4507557），該專利于1983 年4 月申請(qǐng)，1985 年3 月獲授權(quán)，1993 年3 月因未續(xù)繳專利維持費(fèi)而失效。目前新西蘭NextWindow 公司和本公司均擁有商業(yè)化的光學(xué)觸摸屏核心技術(shù)。光學(xué)屏的突出特點(diǎn)是分辨率高、書寫效果好。由于對(duì)于任何尺寸的屏幕，都只需要固定數(shù)量的攝像頭和相應(yīng)組件，因此在大尺寸觸摸屏中，光學(xué)影像式觸摸屏具有成本優(yōu)勢(shì)，尺寸越大，優(yōu)勢(shì)越明顯。由于這些特點(diǎn)，光學(xué)屏近年來(lái)發(fā)展迅速。但是光學(xué)屏抗暴性、防護(hù)性等性能一般，通常用于用戶較穩(wěn)定的場(chǎng)合。 

    （6）彎曲波屏 

    彎曲波屏又稱彎曲波技術(shù)觸摸屏，使用一個(gè)平面玻璃和四個(gè)附在玻璃背面的壓電換能器作為聽筒，通過(guò)檢測(cè)觸摸屏幕時(shí)發(fā)生的機(jī)械振動(dòng)以及傳導(dǎo)到不同聽筒的時(shí)間差來(lái)判斷觸摸并識(shí)別觸摸點(diǎn)的位置。彎曲波技術(shù)包括EloTouch 在2006 年推出的聲脈沖識(shí)別觸摸屏（APR，acousticpulse recognition），和3M 在2007 年正式推出的分期信號(hào)技術(shù)觸摸屏（DST，dispersive signal technology）。本公司在國(guó)內(nèi)取得了彎曲波技術(shù)發(fā)明專利“檢測(cè)振動(dòng)源位置坐標(biāo)的定位系統(tǒng)和方法”（專利號(hào)：02104009.5，2002 年2 月申請(qǐng)，2006年4 月獲授權(quán)）。 

    彎曲波屏適用于從PDA 大小的設(shè)備到40 英寸顯示設(shè)備。在信號(hào)捕捉過(guò)程中，可以防止手掌誤觸。由于使用了純玻璃結(jié)構(gòu)，其圖像的品質(zhì)高，透光率高，且防水、防污、防一般物體刮擦。但彎曲波屏不能識(shí)別手指的停留和移開動(dòng)作以及存在會(huì)受到外部聲音干擾的問(wèn)題，使用范圍受到一定的影響。下表是根據(jù)市場(chǎng)上常見(jiàn)的主流觸摸屏總結(jié)的產(chǎn)品特點(diǎn)及使用環(huán)境的比較情況。

    總之，沒(méi)有一種觸摸技術(shù)既能滿足全部性能要求，又適應(yīng)于所有使用環(huán)境和所有終端設(shè)備，目前市場(chǎng)上已有的各種觸摸技術(shù)各有其優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。不同尺寸、不同終端設(shè)備的性能要求和使用環(huán)境要求存在差異，各種觸摸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)對(duì)比隨之變化，因此各種觸摸技術(shù)呈現(xiàn)不同的細(xì)分市場(chǎng)分布特征。簡(jiǎn)而言之，在中小尺寸觸摸屏市場(chǎng)上電阻屏占據(jù)傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)地位，但近年來(lái)投射式電容屏在較小尺寸觸摸屏市場(chǎng)上迅速崛起。2009 年，超過(guò)1/4 的5 英寸以下觸摸屏使用了投射式電容。在中大尺寸觸摸屏市場(chǎng)上，可使用的觸摸技術(shù)最為豐富，除電阻屏外，表面電容屏、聲波屏、紅外屏三類技術(shù)一直是這個(gè)市場(chǎng)上的主流技術(shù)，而近年來(lái)大尺寸觸摸屏中的光學(xué)屏部分迅速崛起。相對(duì)而言，紅外屏在較大尺寸觸摸屏上應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更為明顯，光學(xué)屏則在超大尺寸觸摸屏中具有顯著優(yōu)勢(shì)，2009 年約20%的20-50 英寸觸摸屏采用紅外屏，約50%左右的50 英寸以上觸摸屏采用光學(xué)屏。”