觸控面板也叫觸摸屏(Touch Panel, or Touch Screen, or Touch Pad, etc)，凡是電子設(shè)備都要用到屏幕，如果你不想讓你的屏幕被無聊的鍵盤占據(jù)一半面積，就必須要使用觸摸屏作為人機對話的媒介，觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。

觸控面板最早結(jié)緣于1965年E.A. Johnson一篇簡短的描述電容觸摸屏的文章，繼而1967年深度發(fā)表有圖有真相的文章。再到1970年由兩位CERN(European Council for Nuclear Research)的兩位工程師在1970年代初期發(fā)明的透明觸控面板，并且與1973年投入使用。再后來到1975年一個美國人George Samuel Hurst發(fā)明了電阻式觸控面板并拿到美國專利(#3,911,215)，并與1982年投入商用。

觸控面板的技術(shù)要點

從技術(shù)原理角度來講，觸摸屏是一套透明的絕對定位系統(tǒng)，首先它必須保證是透明的；其次它是絕對坐標，手指摸哪就是哪，不像鼠標需要一個光標作為相對定位用，所以很容易分散注意力，因為你要時時關(guān)注光標在哪里。

究其結(jié)構(gòu)通常是在半反射式液晶面板上(ITO透明導(dǎo)電極)覆蓋一層壓力板，其對壓力有高敏感度，當物體施壓于其上時會有電流信號產(chǎn)生并且定出壓力源位置，并可動態(tài)追蹤。

這種就是我們媒體報道的on-cell技術(shù)?，F(xiàn)在亦有In cell Touch觸控組件集成于顯示面板之內(nèi)，使面板本身就具有觸控功能，不需另外進行與觸控面板的貼合與組裝即可達到觸控的效果與應(yīng)用，主要是Apple在研究。

觸摸屏種類

1. 電阻式觸摸屏

模擬電阻式屏

模擬電阻式觸摸屏就是我們通常所說的"電阻屏"，是利用壓力感應(yīng)進行控制的一種觸摸屏。

它采用兩層鍍有導(dǎo)電功能的ITO塑料膜，兩片ITO設(shè)有微粒支點，使屏幕在未被壓按時兩層ITO間有一定的空隙，處于未導(dǎo)電的狀態(tài)。

當操作者以指尖或筆尖壓按屏幕時，壓力將使膜內(nèi)凹，因變形而使ITO層接觸導(dǎo)電，再通過偵測X軸、Y軸電壓變化換算出對應(yīng)的壓力點，完成整個屏幕的觸控處理機制。

目前，模擬電阻式觸摸屏有4線、5線、6線與8線等多種類型。線數(shù)越多，代表可偵測的精密度越高，但成本也會相對提高。

另外，電阻屏不支持多點觸控、功耗大、壽命較短、同時長期使用會帶來檢測點漂移，需要校準。但是電阻屏結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，在電容式觸摸屏成熟以前，一度占據(jù)大部分觸摸屏市場。

數(shù)字式電阻屏

數(shù)字式電阻屏的基本原理與模擬式的相似，與模擬式電阻屏在玻璃基板上均勻涂布ITO層不同，數(shù)字式電阻屏只是利用帶有ITO條紋的基板。其中，上下基板的ITO條紋相互垂直。

數(shù)字式電阻屏更加類似于一個簡單的開關(guān)，因此通常被當做一個薄膜開關(guān)來使用。數(shù)字式電阻屏可以實現(xiàn)多點觸控。

2. 電容式觸摸屏

表面電容式

表面電容式觸摸屏是通過電場感應(yīng)方式感測屏幕表面的觸摸行為。它的面板是一片涂布均勻的ITO層，面板的四個角各有一條出線與控制器相連接，工作時觸摸屏的表面產(chǎn)生一個均勻的電場。

表面電容式觸摸屏的特點是使用壽命長、透光率高，但是分辨率低、不支持多點觸控。

目前，主要應(yīng)用于大尺寸戶外觸摸屏，如公共信息平臺、公共服務(wù)平臺等產(chǎn)品上。

投射式電容屏

投射電容式觸摸屏利用的是觸摸屏電極發(fā)射出的靜電場線進行感應(yīng)。投射電容傳感技術(shù)可分為兩種：自我電容和交互電容。

自我電容又稱絕對電容，它把被感覺的物體作為電容的另一個極板，該物體在傳感電極和被傳感電極之間感應(yīng)出電荷，通過檢測該耦合電容的變化來確定位置。但是如果是單點觸摸，通過電容變化，在X軸和Y軸方向所確定的坐標只有一組，組合出的坐標也是唯一的。如果在觸摸屏上有兩點觸摸并且這兩點不在同一X方向或者同一Y方向，在X和Y方向分別有兩個坐標投影，則組合出4個坐標。顯然，只有兩個坐標是真實的，另外兩個就是俗稱的"鬼點"。因此，自我電容屏無法實現(xiàn)真正的多點觸摸。

交互電容又叫做跨越電容，它是通過相鄰電極的耦合產(chǎn)生的電容，當被感覺物體靠近從一個電極到另一個電極的電場線時，交互電容的改變會被感覺到。當橫向的電極依次發(fā)出激勵信號時，縱向的所有電極便同時接收信號，這樣可以得到所有橫向和縱向電極交匯點的電容值大小，即整個觸摸屏的二維平面的電容大小。當人體手指接近時，會導(dǎo)致局部電容量減少，根據(jù)觸摸屏二維電容變化量數(shù)據(jù)，可以計算出每一個觸摸點的坐標，因此屏上即使有多個觸摸點，也能計算出每個觸摸點的真實坐標。

在上述兩種類型的投射電容式傳感器中，傳感電容可以按照一定方法進行設(shè)計，以便在任何給定時間內(nèi)都可以探測到手指的觸摸，該觸摸并不局限于一根手指，也可以是多根手指。

2007年以來蘋果公司iPhone、iPad系列產(chǎn)品取得巨大成功，投射式電容屏開始了噴井式的發(fā)展，迅速取代電阻式觸摸屏，成為現(xiàn)在市場的主流觸控技術(shù)。

3. 紅外線式觸摸屏

紅外觸摸屏是利用X、Y方向上密布的紅外線矩陣來檢測并定位用戶的觸摸。

紅外觸摸屏在顯示器的前面安裝一個電路板外框，電路板在屏幕四邊排布紅外線發(fā)射管和紅外接收管，一一對應(yīng)成橫豎交叉的紅外矩陣。用戶在觸摸屏幕時，手指就會擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線。據(jù)此，可以判斷出觸摸點在屏幕的位置。

紅外線式觸摸屏具有透光率高、不受電流、電壓和靜電的干擾、觸控穩(wěn)定性高等優(yōu)點。但紅外觸摸屏會受環(huán)境光線的變化、會受到遙控器、高溫物體、白熾燈等紅外源的影響，而降低它的準確度。

早期紅外觸摸屏出現(xiàn)于1992年，分辨率只有32×32，易受環(huán)境干擾而誤動作，且要求在一定的遮光環(huán)境中使用。

經(jīng)過20年的發(fā)展，目前先進的紅外線式觸摸屏在正常工作環(huán)境下壽命大于7年，在跟蹤手指移動軌跡的時候，精度、平滑度和跟蹤速度都可以滿足要求，用戶的書寫可以十分流暢地轉(zhuǎn)換成圖像軌跡，完全支持手寫識別輸入。

紅外式觸摸屏主要應(yīng)用于無紅外線和強光干擾的各類公共場所、辦公室以及要求不是非常精密的工業(yè)控制場所。

4. 聲波式觸摸屏

表面聲波式觸摸屏

表面聲波式觸摸屏是通過聲波來定位的觸控技術(shù)。

在觸摸屏的四角，分別粘貼了X方向和Y方向的發(fā)射和接收聲波的傳感器，四周則刻有45°的反射條紋。當手指觸摸屏幕時，手指吸收了一部分聲波能量，而控制器則偵測到接收信號在某一時刻上的衰減，由此可計算出觸摸點的位置。

表面聲波技術(shù)非常穩(wěn)定，精度非常高，除了一般觸摸屏都能響應(yīng)的X和Y坐標外，還響應(yīng)其獨有的第三軸Z軸坐標，也就是壓力軸響應(yīng)。

在所有類型的觸摸屏中，只有表面聲波觸摸屏具有感知觸摸壓力的性能。表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，清晰度較高、透光率好、高度耐久、抗刮傷性良好、反應(yīng)靈敏、壽命長，能保持清晰透亮的圖像質(zhì)量，沒有漂移，只需安裝時一次校正，抗暴力性能好，最適合公共信息查詢及辦公室、機關(guān)單位及環(huán)境比較清潔的公共場所使用。

彎曲聲波式觸摸屏

彎曲聲波式觸摸屏是基于聲音脈沖識別的技術(shù)。

當物體觸碰到觸摸屏表面時，傳感器將會探測聲波的頻率，通過將該頻率與預(yù)先存儲在芯片內(nèi)的標準頻率對比，確定觸摸點的位置。

表面式觸摸屏的聲波沿著基板表面?zhèn)鞑?，而彎曲式的聲波在基板?nèi)部傳播，所以彎曲式的抗環(huán)境干擾性能優(yōu)于表面式。目前彎曲式觸摸屏一般用于5寸以上的信息亭、金融設(shè)備和販賣機等。

5. 光學成像式觸摸屏

光學成像式觸摸屏是一種利用光來定位的觸控技術(shù)，在屏幕的四角分別設(shè)置發(fā)光源和光線捕捉感應(yīng)器，當物體觸碰到觸摸屏表面，光線發(fā)生變化，觸控IC模塊分析光線感應(yīng)器的變化確定觸控的位置。

光學成像式觸摸屏耐久性高，適合在復(fù)雜的環(huán)境下使用，并且支持多點觸控，但是容易受到環(huán)境光線、灰塵、昆蟲等的影響發(fā)生誤識別。

6. 電磁感應(yīng)式觸摸屏

電磁感應(yīng)式觸摸屏的感應(yīng)器設(shè)置在顯示屏之后，感應(yīng)器在顯示器表面產(chǎn)生一個電磁區(qū)域，電子筆觸碰到顯示器表面時，感應(yīng)器可以通過計算電磁的改變來確定觸控點的位置。

相比于其他觸摸屏技術(shù)，電磁感應(yīng)式觸摸屏的精確度和分辨率是最高的，耗電量低，更加輕薄，特別適合在戰(zhàn)爭環(huán)境和建筑環(huán)境下使用，目前該技術(shù)主要應(yīng)用在美國軍方。

其他觸摸屏技術(shù)目前市場上除了上述觸控技術(shù)外，還有壓力感應(yīng)式、數(shù)字聲波導(dǎo)向式、振蕩指針式等多種觸控技術(shù)，一般用于特殊用途。

諾基亞將觸控屏帶入手機行業(yè)

蘋果將觸控屏發(fā)揚光大

早在智能手機市場還屬于諾基亞的年代，手機的觸控屏還在用電阻屏技術(shù)。就在2004年11月諾基亞就推出了帶有可觸控的手機——諾基亞7710，其屏幕就是采用電阻屏技術(shù)；在2008年發(fā)布的諾基亞5800 XpressMusic同樣搭載了此項技術(shù)，它也是首款采用觸控技術(shù)的S60平臺。

正是諾基亞5800的問世，才讓廣大消費者知道了“電阻屏”這個概念。手機一經(jīng)推出，就受到了無數(shù)消費者的追捧，“瞬間”成為了“街機”。隨后在2009年發(fā)布的繼任者諾基亞5230更是將這一榮譽“發(fā)揚光大”，其當年銷售量更達到了1.5億部。

2007年1月9日，在大洋彼岸的另一頭，位于美國舊金山的馬士孔尼會展中心，正在舉行蘋果公司全球開發(fā)者大會，喬布斯在臺上展示全新革命性產(chǎn)品iPhone。隨著手機屏幕在喬布斯指尖流暢的滑動，臺下的觀眾尖叫起來，他們在為喬布斯和iPhone吶喊。

這部iPhone則是采用了與諾基亞不同的觸控解決方案——電容式觸控技術(shù)。而這項技術(shù)的關(guān)鍵是在玻璃基板兩面組成電極結(jié)構(gòu)，蘋果通過與臺灣的觸摸屏制造商宸鴻經(jīng)過無數(shù)日日夜夜的鉆研，終于研制出符合要求的電容屏。如果沒有宸鴻的“透明玻璃投射式電容技術(shù)”，iPhone這個劃時代的產(chǎn)品很可能會難產(chǎn)。也正是這個“電容屏”技術(shù)的落地，才讓喬布斯手中的iPhone改變了世界，帶來了更好的觸控體驗。

經(jīng)過多年的發(fā)展，如今的智能手機產(chǎn)品均已搭載電容式觸控屏技術(shù)?，F(xiàn)如今的智能手機不僅擁有更好的觸控體驗，同時在屏幕刷新率、功耗、顯示色彩等方面均有了較大提升?？梢哉f，觸控改變了近30年來人與手機的交互的方式，給我們帶來更為便捷的操作體驗，讓交互變得更加直接。

看到這，肯定會有不少人會疑惑，電阻屏技術(shù)為什么在智能手機設(shè)備上消失了？這就涉及到了觸摸屏技術(shù)難以跨越的障礙———透光率。

因為電阻屏是一種傳感器，其結(jié)構(gòu)就是PET薄膜加上玻璃，在PET薄膜和玻璃之間涂有ITO（氧化銦錫）涂層，ITO具有很好的導(dǎo)電性，當PET薄膜被觸摸時它會向下彎曲，這時候下面的ITO涂層能夠相互接觸并在該點連通電路，再經(jīng)過傳感器傳出相應(yīng)電信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路送到處理器，通過計算就能轉(zhuǎn)換為屏幕上的X、Y值，從而完成點選動作。

眾所周知，玻璃是透光率最好的材料，但電阻屏因為需要有物理形變，所以外層PET膜沒法做成鋼化玻璃或者其它堅硬的材料。故此，無論是耐用性還是透光性都會有很大的光損失，外加多層結(jié)構(gòu)的原因，更是加劇了光損失的特性。同樣是因為結(jié)構(gòu)原因，屏幕結(jié)構(gòu)太多太復(fù)雜，并不利于做出輕薄化的機身，也不符合智能手機的發(fā)展方向。

此外，電阻屏在操作方式上需要用較大力氣才能實現(xiàn)觸控，在操作方式上也不是很理想；同時因為技術(shù)問題，也無法實現(xiàn)更高的分辨率。綜合種種原因，電阻屏已經(jīng)淡出了個人消費電子領(lǐng)域。

當然，電阻屏因為有著抗干擾性強、不易誤觸等優(yōu)點在工業(yè)領(lǐng)域依然受到青睞。比如在工業(yè)場景中環(huán)境比較惡劣，很容易發(fā)生漂移的現(xiàn)象且不能帶手套操作。電阻屏更加適合這種復(fù)雜的工業(yè)場景，可以帶手套操作，可以使用任何物體來觸控，抗電磁干擾能力更強。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，手機不僅僅是作為移動通訊工具來使用，過去那些打電話、發(fā)文字信息等方式如今都被瀏覽網(wǎng)頁、查看圖片、觀看視頻等內(nèi)容所取代，這就對顯示屏的視覺效果提出了很高的要求，這其中屏幕亮度就是一個非常重要的指標。因為玻璃有較高的透光率，所以目前智能手機產(chǎn)品顯示外屏均采用的是玻璃材質(zhì)。相比之下，電容屏不僅技術(shù)非常成熟，而且結(jié)構(gòu)相對簡單，更容易做保功能上也比電阻屏更強大，不僅可以支持更好的多點觸控技術(shù)，特別是顯示效果要比電阻屏好很多，能夠滿足多樣化的交互需求。

如今，觸摸屏技術(shù)也在慢慢發(fā)展，除了電阻式和電容式觸摸屏，現(xiàn)在還出現(xiàn)一種新的觸摸屏技術(shù)，也就是壓感式觸摸屏。例如蘋果公司在2015年9月發(fā)布的iPhone 6s手機，就帶有屏幕壓感技術(shù)，官方稱之為“3D Touch”。 通過在顯示模組的下方增加了一層壓力傳感器，當手指按下后造成屏幕顯示模組細微形變得差異，來感知力度的大小，從而實現(xiàn)三維觸控的新功能。但最后因為功能“感知不強”、成本、軟件適配等原因，最終這個功能被取消。

VR時代的全新觸控技術(shù)

一、力反饋操縱桿：可360度旋轉(zhuǎn)，感知虛擬物體軟硬

2019年的國際消費電子展會（CES）上，瑞士的VR搖桿設(shè)備研發(fā)商Foldaway Haptics展示了一種帶有力反饋的觸覺操縱桿。該款設(shè)備采用折紙狀結(jié)構(gòu)，可以360度旋轉(zhuǎn)并向任何方向傾斜。它能夠像一個普通的操縱桿一樣工作，類似于人們用拇指控制無人機控制器、游戲手柄上的搖桿，更重要的是它能夠在任何方向上推拉用戶的拇指，比一般搖桿的運動幅度更大，方便了用戶的操作。

在本次展會上，Ben Lang使用該款操縱桿和中國臺灣消費電子公司HTC的VIVE頭顯，體驗了Foldaway Haptics開發(fā)的一個小型演示游戲。在游戲中，他看到了一個高度差不多到人類腰部的微型卡通農(nóng)場，還有幾只動物在農(nóng)場里跑來跑去。當他伸手去抓動物時，需要按下拇指桿，將動物“抓”在他的手和拇指之間。抓住動物后，拇指桿會變得僵硬，讓人們確定他們已經(jīng)抓住了一些東西。

每只動物的觸覺特性都略有不同。例如，豬會有點“軟”，它可以讓人們用拇指輕松地推動操縱桿。企鵝“更硬”，所以拇指桿會給人施加更大的阻力。

除了向上和向下方向的力反饋之外，操縱桿不僅可以向后推，還可以依靠人們的手指進行360度旋轉(zhuǎn)。更重要的是它能通過力反饋觸覺技術(shù)將力的方向傳遞給用戶，而其他VR頭顯操縱桿中簡單的震動觸覺無法傳遞方向信息。

二、VR Touch系統(tǒng)：可感知抓取和觸摸等多種觸覺

在2017年第四屆硅谷虛擬現(xiàn)實大會（SVVR 2017）上，法國觸覺反饋硬件開發(fā)商Go Touch VR演示了名為VR Touch的觸覺反饋系統(tǒng)。VR Touch由一塊裝有馬達的扁平塑料片和一個尼龍搭扣松緊帶組成，它可以通過塑料片在人們指尖頂部提供不同的力，并利用松緊帶將塑料片固定在指尖部位。

現(xiàn)在，比較常見的VR力反饋方式是震動，非常適用于各類射擊游戲，能夠用戶提高射擊游戲的體驗感。通常來說，震動擁有很好的提醒作用，例如手機震動可以提醒用戶，但在一個虛擬世界中，人們的注意往往會被多種事物所吸引，震動不能夠給人明顯的反饋。如果用戶在進行一項精度比較高的操作時，震動有可能還會成為一種干擾。

VR世界中的很多操作很難通過震動傳達有意義的、直接的反饋，比如抓取、觸摸和操縱對象等動作，但VR Touch觸覺技術(shù)則在這些方面表現(xiàn)更為出色。它可以讓用戶用手指觸摸和抓取物體感受到力的壓迫，給他們一種物體直接推到他們手指上的錯覺。

此外，Go Touch的觸覺解決方案非常簡單和便宜，因為它的設(shè)計很容易與一副VR手套配對，或者作為一個單獨的模塊綁在人們的手指末端以提供觸覺感受。

三、ThermoReal技術(shù)：在虛擬世界切實感知冷熱

2017年，韓國VR體感外設(shè)制造商TEGway研發(fā)了一項名為ThermoReal的熱觸覺技術(shù)，希望探索熱觸覺技術(shù)在沉浸式游戲中的可行性。

Ben Lang說：“我嘗試過幾種不同的熱觸覺設(shè)備，但都不能真正讓我印象深刻。因為它們不會讓我感覺到特別熱或冷，再加上其需要很長時間才能激活，所以讓我很難因虛擬世界中的某件事感到冷或者熱。但在2017年Vive X Batch 2演示日中，我試用了ThermoReal熱電皮膚，這讓我第一次相信了熱觸覺技術(shù)的可行性。”

ThermoReal是一種基于塞貝克效應(yīng)的熱電發(fā)電機，它的反應(yīng)速度非?？欤軌蛄⒖谭磻?yīng)熱和冷的感覺。不僅是速度，該設(shè)備熱效應(yīng)和冷效應(yīng)的反應(yīng)程度也很厲害，能夠讓人明顯感覺到非常熱，甚至有一種燒傷的錯覺。

像ThermoReal這樣的熱電發(fā)電機很常見。TEGway發(fā)言人認為，他們設(shè)備的外形尺寸是更重要的創(chuàng)新。該設(shè)備采用柔性皮膚狀導(dǎo)體陣列，可以彎曲并纏繞在各種物體的表面，這使其非常適合集成到VR控制器、手套甚至套裝中。

到2020年，該公司已將該技術(shù)應(yīng)用于手臂、手部和VR頭顯的配件中。在演示游戲中，對面的玩家向用戶投擲火球或雪球，用戶接到火球或雪球后就可以通過該款手套感受到溫度變化。如果火球或雪球擊中臉部，用戶依托前額安裝的觸覺單元，就能感覺到拋來物體的溫度。

四、3DHaptics控制器：超精準感知力的方向

2018年，日本觸覺公司MIRAISENS研發(fā)了一款名為3DHaptics的觸覺感知設(shè)備，能讓用戶用一個較小的力精準感知力的方向。對此，Ben Lang談道：“在體驗過3DHaptics控制器后，它做到了一些我以前認為不可能的事情，比如大大提高了用戶感知力的方向的準確率?！?/p>

這款不起眼的原型設(shè)備僅靠使用者的雙手支撐，用振動來產(chǎn)生外力，并在特定方向上推動或拉動使用者的手。它不會提供一個特別大的力量，但其力的方向非常準確。在體驗中，Ben Lang能100%猜對測試人員隨機給出的力的方向。

該公司告訴Ben Lang，與現(xiàn)在大多數(shù)VR控制器中的觸覺引擎相同，3DHaptics控制器只包含兩個進行傳感的線性諧振執(zhí)行器（LRA），不同的是，它可以利用LRA的獨特頻率和波形讓自己能夠準確感知力的方向。為此，MIRAISENS還申請了多項專利以支撐起其底層技術(shù)。

五、HaptX Gloves：采用兩種反饋裝置，觸感極為逼真

美國VR觸感手套廠商HaptX在2017年推出了一款名為HaptX Gloves的可穿戴觸覺反饋設(shè)備。Ben Lang說：“迄今為止，如果說有一款能讓我感覺是真正在觸摸虛擬物體的設(shè)備，那必須是HaptX VR手套?！?/p>

該款手套主要提供了兩種主要的反饋方式：一是壓力反饋，旨在為用戶提供更加細致觸摸感覺。為此，HaptX Gloves采用了微型氣動執(zhí)行器陣列——小網(wǎng)格形狀的充氣氣囊，可以快速準確地充氣和放氣。當用戶在虛擬世界觸摸物體時，這些氣囊就會膨脹并按壓手掌和指尖，讓他們產(chǎn)生一種正在“真實”觸摸的感覺。

二是力反饋，它能推回或阻擋用戶的動作。為此，HaptX Gloves在每個手指上都搭載了一個機械制動器，可以防止手指進一步彎曲。舉個例子，當你抓住棒球時，你的手指會接觸到球的兩側(cè)并被球擋住。該設(shè)備就是模擬了這一點，它會阻止你的手指移動，如果你真的拿到一個實際物體，手指就會停止移動。

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