Samuel C. Hurst博士在1971年提出了電子觸控式介面的想法，至1974開始出現最早的觸控面板。早期的相關專利幾乎無一例外都著眼於檢測壓力的電阻式技術。漸漸地，諸如電容式、表面聲波技術還有紅外線遮斷等其他技術都在各自適合的應用中找到了一席之地。

對於成本敏感的消費性應用，尤其是使用小型觸控螢幕的可攜式設備，電阻式觸控螢幕仍占主流地位。表面聲波以及紅外線遮斷觸控螢幕用於這些應用明顯太過昂貴，而傳統的電容式技術又備受長期穩定性不佳、易受潮濕侵蝕、不耐磨損以及由於EMC或其他外界因素導致的誤動作等一系列缺點的困擾。但電阻式觸控螢幕也有其局限性，而且電容式技術也在不斷進步，特別是那些以電荷轉移感測方法為基礎的技術，將會給電子及電氣產品設計師實現觸控螢幕的方式帶來巨大的變化。

電阻式觸控螢幕

如(圖一)所示的阻性觸控螢幕的典型結構中，就能看出其疊層結構很複雜。觸控螢幕朝向用戶一側的表面，可以稱之為外表面，必須覆蓋上由抗刮擦層保護並由許多微小的點隔開的導電和電阻層──這就需要至少四層材料了。另外，有時還需要抗反光層以補償光在導電和電阻層之間間隙中的折射帶來的不期望反射。

《圖一　阻性觸控螢幕的典型結構》

觸摸的壓力使得由銦錫氧化物（ITO）構成的觸控螢幕的導電和電阻層之間產生電氣接觸。這種技術已經相當成熟，以至於有的製造商宣稱其產品上任意一點都可以承受3000萬次以上的觸壓。

對於電阻式觸控螢幕更為嚴格的審視揭露出其真正的局限性。構成螢幕的多層材料會嚴重阻礙光線的透射。實際上，最好的電阻式觸控螢幕的透射率也只能達到75％的水準。如果將從螢幕後方投射過來的背光加大到一個相對較高的水準，透光率較低也就算不上什麼大問題，但這樣做會有額外的功耗，也就需要更大的電池或縮短可攜式設備在兩次充電之間的使用時間。更高功率的背光照明意味著要由更大功率的LED或EL照明燈來產生，也代表著更高的成本。因為電阻式觸控螢幕覆蓋在螢幕外表面，所以很容易遭到損壞。如果用合適的壓力以適當的角度接觸螢幕，其使用壽命的確會很長，但現實中卻並非如此。實際上，電阻式觸控螢幕（尤其是低成本類型）確實在大多數的家用以及工業環境中磨損的非常快，而在需要定期清潔的場合中（例如醫療設備或廚房家電之類的場合）磨損的就更快。整個模組必須有一個頂部壓框來保護螢幕的邊緣，而這又需要進行密封以防止玷污。這通常也就意味著需要在設備面板上打孔。聽起來這沒什麼大不了的，但打孔以及黏著壓框會使得整個組件的成本大為提升。由於電阻式觸控螢幕必須依靠物理壓力才能工作，也就是說磨損是不可避免的。

外表面電容式觸控螢幕

最近幾年，在顯示器外表面採用ITO層的電容式觸控螢幕已經出現，但由於受高居不下的結構和驅動成本的限制，僅限於在諸如資訊站或遊戲機這樣的大螢幕上採用。儘管任何電容式觸控螢幕都消除了機械運動問題，許多早期的實現方案仍需要兩層ITO，因而光的吸收問題依然存在。如果這些薄膜黏著到螢幕的內表面卻又容易受到人手陰影效應的影響，因為用戶意圖觸及的區域之外，如人手下方及其周圍的區域會產生足夠大的電容，從而引發嚴重的定位報告錯誤。均勻沈積的ITO還會導致(圖二)所示的枕形失真，這通常要由低阻抗的邊緣圖案來校正。如果不採用這種邊緣圖案，就需要採用複雜的六階補償演算法並耗費相應的運算能力。由於ITO不耐刮擦，外表面的覆蓋層還是很容易被損壞。這些類型的觸控螢幕還需要在其面板上開窗，以便於接觸到其表面，而這又使得必須採用壓框以及密封措施，同時也帶來了相關的成本。

《圖二　均勻沈積的ITO出現枕形失真》

內表面電容式觸控螢幕

僅需要單個ITO層、成本與電阻式觸控螢幕相當的內表面電容式觸控螢幕的開發是一大進展，其也許能使小型電阻式觸控螢幕成為歷史。它具有更高的透光率、組裝更簡單和便宜，即使在最惡劣的環境中也具有穩定的性能，而且理論上其使用壽命是無限的，還能透過軟體針對不同的應用程式和語言對顯示器進行客製化。(圖三)所示是內表面電容式觸控螢幕顯示器的典型結構，在顯示面板的背面，也就是內表面，覆以單個ITO層。

《圖三　內表面電容式觸控螢幕顯示器典型結構》

機械結構更簡單，透光率更高

如圖三所示，內表面電容式觸控螢幕的機械結構大幅簡化。單層ITO被印製到透明塑膠（PET）膜上，再用透明黏著劑將印好的塑膠膜黏到顯示器的玻璃或塑膠前面板的內表面上。ITO膜是以一種能以高精度定位前面板上的觸碰且沒有人手陰影效應的特殊圖案印製的。一種可行的選擇是各向異性圖案，實際上就是一組由間隙分隔的水準導體條。這種圖案能消除一個軸上的枕形失真，使得用固化在控制晶片中的二階演算法消除剩餘其他軸上的枕形失真變得相對簡單。LCD顯示器或其他圖形設備黏著在ITO層之後。由於前面板上沒有開孔，也不需要壓框和密封措施，同時減少了一個ITO層，也就節省了成本。

內表面觸控螢幕由前面板提供全面的防護，使得其不會被破壞，而且因為沒有機械運動，也沒有磨損的機理。

因為只需要單個ITO層，並且沒有兩層薄膜之間的氣隙，這種觸控螢幕的透光率一般都接近90％。透光率的實質改善，加上對比度的增加意味著可以採納低功耗、廉價的背光系統。更長的電池壽命或使用更小、更便宜的電池。

觸控螢幕在其邊緣周圍與載有感測晶片和少量被動元件的印刷電路板進行連接。可以根據需要對多種連接方法進行靈活選擇。

這種技術有利於創造令人賞心悅目的用戶介面──與外表面觸控螢幕相比，技術對物理設計的限制比先前大幅減少。前面板最大厚度可以達到5mm，並且甚至無需是平坦的。這種技術在彎曲的表面上同樣能正常工作。

工作原理

感測器晶片驅動電荷脈衝通過ITO圖案。ITO層通過顯示器的前面板向外送出電場，而當手指接近時電荷圖案會受到擾動。透過測量從ITO膜的四角收集到或送出的電荷改變就能檢測到手指的位置，然後再使用演算法來將信號處理成XY坐標。這種技術亦稱電荷轉移感測技術。這種技術消除了電阻式和早期電容式觸控螢幕中所有明顯的限制。

由於控制晶片能補償漂移因而克服了老化和環境變化帶來的校準偏離。困擾著早期電容式觸控螢幕顯示器表面的玷污積存也不再是問題。使用突發間隔很長的隨機脈衝進行擴頻充電的方法大幅降低了功耗、射頻輻射以及電磁干擾。另外，由於在薄膜層Y軸上採用多點連接，在空間上隔離了由觸點處人手陰影形成的電容元件，人手陰影效應也被消除了。

這類觸控螢幕方案更進一步的優點就是低功耗。這種技術採用的ITO阻抗為數百千歐姆而不是阻抗為數十歐姆的ITO邊緣圖案。造成的結果就是電流水平以及功耗非常低。行動電話中的顯示器的功耗小於100 uW ，並且即便不扣除開孔和壓框的成本，整個觸控螢幕解決方案的成本在量產時都可以降低到3美元左右。

應用

電容式觸控螢幕目前正被世界上最大的行動電話製造商進行評估，但其潛在應用要廣泛得多。它同樣適用於家用電器、自動控制設備面板以及像醫療設備這樣需要擦拭清潔的應用場合。當需要在LCD顯示器上實現可重配置按鍵，或在感測器容易受到破壞的環境中它就是理想的解決方案。例如，它可用來製造防彈傳感面板，像提款機或其他安全應用。

一家名為Colorado vNet的美國公司使用電容式觸控螢幕技術設計最新的燈光控制器，來為其產品實現易於客製化的面板。此燈光控制器，如(圖四)所示，實現了可重配置的基於多種圖案的電容式觸摸按鈕，提供了最大的靈活性與用戶客製化能力。每一個按鈕可以控制任意數量的動作，並且甚至能重新編程來以不同方式響應短暫的輕拍與長時間的按壓。這就是說，例如，燈光開關按鈕可以用來調節燈光的明暗，從而不再需要額外的按鈕。這種面板非常具有吸引力、耐用、而且對於兒童是安全的。

《圖四　Colorado vNet使用電容式觸控螢幕技術設計的燈光控制器》

也許電容式觸控螢幕技術真正的局限在於無法對尖銳物體的接觸做出反應，這是由於這樣的接觸不能產生可測量到的電荷水準的改變。然而，筆式輸入也有其固有的缺點，這不僅僅限於遺失筆的問題，還有就是到目前為止，對於基於選單的應用和手寫識別而言，手指輸入設備的市場都要大一些。

目前觸控螢幕的市場出現劇烈變化。在今後的兩年中，內表面電容式感測技術可能侵蝕電阻式觸控螢幕的市場，並且在今後5～10年中成為市場主流。（作者為Quantum Research量研集團CEO）

延 伸 閱 讀	未來智慧手機的電源管理技術 觸控螢幕的應用非常廣泛，例如遊客導覽系統、自動櫃員機、銷售點終端機、工業控制系統等。在2000年，六家專門廠商加上幾家大公司的觸控產品部門，總產值高達8億美元。相關介紹請見「 彈指之間」一文。 現今絕大多數的顯示科技都被用來創造更大、更明亮與更便宜的螢幕；然而卻也有一支奇兵，並不以追求「大」而見長，相對地它們提供了前所未有的便利性與直覺性，這就是「觸控螢幕」！你可在「 觸控式螢幕的運作原理 」一文中得到進一步的介紹。 觸控面板為一貼附在映像管或液晶顯示器上的裝置，其功能在於使一般民眾藉由手指或觸控筆輕壓顯示器面板上的選項，即可完成資料傳輸或閱讀螢幕上的訊息。觸控面板的應用範圍相當廣泛。在「 數位時代的「新一點靈」—觸控面板」一文為你做了相關的評析。

市場動態

Cypress Semiconductor宣布，LG行動電話公司（LG Electronics Mobile Communications Company）採用Cypress CapSense電容觸控式感應器介面於其全新LG-KV5900 Cyon滑蓋式手機系列。相關介紹請見「 LG手機採用Cypress CapSense電容觸控式介面」一文。 Zytronic推出一款耐用且無偏移的ZYTOUCH投影電容式觸控（projected capacitive sensing technology）感應器──ZYPOS。由於投影電容式感應技術的應用讓ZYTOUCH可應用在高量產、注重成本的觸控式螢幕領域，包括零售和遊戲業，但其價格比原來的產品更低。你可在「 Zytronic發佈高性能投影電容式觸控感應器」一文中得到進一步的介紹。 美商亞德諾（Analog Devices；ADI）推出一款適合手持消費性電子產品使用的可程式化14通道電容數位轉換器（capacitance-to-digital converter；CDC），讓觸控設計如紙片般薄而又非常可靠，因而改善消費者的使用體驗。在「 ADI推出採用新型電容式數位轉換器」一文為你做了相關的評析。