Apple的iPhone手机问世后，引发业界领导厂商对此新款触控萤幕及其多点触控技术的高度兴趣，触控萤幕技术已成为众所瞩目的热门技术。

触控萤幕技术之所以如此风行，是因本身具备多项优点，什可以「小萤幕，大世界」来形容之。此技术还能为小体积的手持设备提供大尺寸的显示萤幕。因此，在考量控制按键和显示萤幕尺寸的设计时，无需牺牲功能和外观。触控萤幕的透明特性可在显示萤幕上实现各种控制功能，尤其是近期最流行的多点触控技术，使用者可在小小一块的触控萤幕上同时在多个位置进行操作，更简单直觉地运用多种功能。

本文将先简述多点触控技术原理，再介绍触控萤幕的物理架构，最后触及多点触控关键技术──触控萤幕控制器。

多点触控技术简介

顾名思义，多点触控就是让触控萤幕可辨别两个或两个以上手指的触控讯息。多点触控技术目前有两种：多点触控手势识别（Multi-Touch Gesture）和多点触控全区输入（Multi-Touch All-Point）。

多点触控手势识别（Multi-Touch Gesture）

目前市面上最常见的应用就是多点触控手势识别技术，也就是两个手指触摸时，可以判断两个手指的相对运动方向。虽然不能判断出他们的具体位置，但可以进行缩放、平移、旋转等操作。这是比较容易建置的多点触控方案，透过座标轴方式，把ITO分为XY轴，可以感应到两点触控操作。

无法准确判断具体位置

但是，感应到触摸和探测到触摸的具体位置是两个不同概念。 XY轴方式的触控萤幕可以探测到第2个触摸点，但是无法辨识第2个触摸点的确切位置。由于单一触摸在每个轴上会产生一个单一最大值，从而判断触摸位置，若有第2个手指触摸萤幕表面，则在每个轴上就会有两个最大值。这两个最大值可以由两组不同的触摸来产生，这样系统就无法准确判断其位置。因此，有的系统会采用时序来进行判断，假设两个手指不是同时放上去的，但是总有同时触碰的情况时，这样系统就无法判断了。这种不是真正触摸的点称为「鬼点」。如图一所示。

《图一　多点触控手势识别的鬼点示意图》

可满足多数触控手势应用需求

多点触控手势识别虽然不能探测触摸的具体位置，但是已能满足许多​​应用需求，例如：对目标的旋转、平移，缩放等等，如图二所示，这些动作是我们常用的。对于这些动作，无须确定两个触摸点的精确位置，只需判断手势的相对位置和相对运动即可。

旋转手势的特点是，两点触摸，一个固定，另一个转动，透过手指转动的过程，构成了弧形轨迹。斜线式两点构成了矩形，矩形形状的变化就决定了旋转方向。平移手势的两个手指在移动过程中相对距离是不变的，并且它们的方向也是一致的。

平移手势有两种，上下平移和左右平移。上下平移的特点是，同一水平线上有两个触摸点，两个手指的方向是向上或向下，从而使目标向上或向下；左右平移的特点是同一直线上有两个触摸点，两个手指的方向是向左或向右，从而使目标向左或向右。

缩放手势的特点是斜线式的两点触摸，两只手指的运动方向是相反的，所以他们会是拉近或拉远。两个触摸点构成了一个矩形，矩形面积会有变化，这种手势可以设定目标放大或缩小以及缩放程度。

《图二　旋转、平移、缩放触控手势示意图》

多点触控全区输入（Multi-Touch All-Point）

多点触控全区输入（Multi-Touch All-Point）是最近比较流行的话题，这种多点触控可以辨识触摸点的具体位置，而不会产生「鬼点」现象。多点触控识别位置可以应用于任何触摸手势识别，可以识别到双手十个手指的同时触摸，也允许其他非手指触摸形式，例如手掌，脸，拳头等等，甚至戴手套也可以，它是最人性化的人机介面方式，很适合多手同时操作的应用，例如游戏控制。

扫描次数是行列数的乘积

多点触控全区输入是最新的触摸感应技术，它的扫描方式不同于多点触控手势识别。多点触控手势识别是使用轴座标方式，是对X、Y轴分别扫描，也就是对行和列进行扫描，扫描次数就是行数和列数之和。对于多点触控全区输入方式，每行和每列交叉点都需单独扫描检测，扫描次数是行数和列数的乘积。例如，一个10条行线和15条列线所构成的触控萤幕，轴座标方式，扫描次数为25次，而多点触控全区输入的识别位置方式则需要150次。

采用行列交叉互电容检测方式

多点触控全区输入这项最新的触摸感应技术，是基于互电容（耦合电容CM）的检测方式，而不是自电容（寄生电容Cp）。自电容检测的是每个感应单元的电容的变化，有手指存在时寄生电容会增加，从而判断有触摸存在；而互电容是检测行列交叉处的互电容变化，对行加入驱动激励信号，列进行感应，如图三所示。当行列交叉通过时，行列之间会产生互电容（包括：驱动和感应单元之间的边缘电容，行列交叉重叠处产生的耦合电容），当手指触碰时，互电容会减小，即可判断触摸存在，并且准确判断每一个触摸点位置，如图四所示。

《图三　行列交叉互电容变化示意图》

《图四　藉由互电容变化判断触摸存在点，并可准确判断每一触摸点位置》

触控萤幕技术与材质介绍

简言之，触控萤幕就是将输入和输出合而为一，不再需要机械式的按键或控制滑杆，其显示萤幕本身就是人机介面。

《图五　触控萤幕模组示意图》

《图六　感应电容式触控萤幕结构》

图五所示为一个触控萤幕模组示意图，整个模组由LCD、触控萤幕、触控萤幕控制器、主控端CPU、LCD控制器所构成。触控萤幕和触控萤幕控制器是整个模组核心所在，所以我们会重点介绍这两个部分。

触控萤幕材质简介

图六是感应电容式触控萤幕各层结构图，从上到下依次是：1.表面护罩；2.覆盖层；3.掩膜层与标示层；4.光学黏贴层；5.第一层感应层与衬底；6.光学黏贴层；7.第二层感应层与衬底；8.空气层或光学黏贴层；9.LCD显示萤幕。

表面护罩

表面护罩厚度通常小于100um。所有塑胶覆盖层上面都需要有较硬的护罩，这是因为手指触摸可能划伤塑胶表面，如果覆盖层是玻璃，则不需使用表面护罩，但玻璃必须是经过化学加强或淬火处理的，表面护罩需要与覆盖层进行光学匹配，以免光损失过多。

覆盖层

覆盖层厚度大约是0～3mm，并不是所有的触控萤幕都需要覆盖层，覆盖层越薄，越可以获得更高的讯号杂讯比（Signal to Noise Ratio）和更好的感应灵敏度。常用材料有：聚碳酸脂、有机玻璃、玻璃。

掩膜层与标示层

第三层是掩膜层与标示层，它的厚度大致是100mm。掩膜层位于覆盖物的下面，可以隐藏布线和LCD的边缘等。在设计中允许增加标示性文字或图示，不过标示物必须相当平整的压在ITO的衬底上，而且标示物的材质需要是非导电体。

光学黏贴层

第四层是光学黏贴层，厚度约：25mm～200mm。光学黏贴层越薄，表示讯号杂讯比越好，高价电常数（er）的光学黏贴层可以更好的感应手指电容，进而也能获得更高的讯号杂讯比。此层通常应用PSA胶。

第一层感应层与衬底

第五层为第一层感应层与衬底，其ITO涂层的厚度均小于100nm，ITO涂层衬底可以是100 um～1mm的玻璃（IR ~ 1.52）或是25mm～300mm PET薄膜（IR ~ 1.65）。越厚的ITO，单位面积电阻越低，讯号杂讯比越好；越薄的ITO，透光率越好。衬底可以是薄膜或玻璃。如果ITO做在玻璃衬底的下表面，玻璃衬底则可作为表面覆盖物。

光学黏贴层

第六层又是一层光学黏贴层，与前一层光学黏贴层比较，这一层光学黏贴层越厚、讯号杂讯比越好，这一层光学黏贴层通常与ACA各向异性导电胶结合使用。

第二层感应层与衬底

第七层是第二层感应层与衬底，它与第一层衬底的材料相同。注意薄膜与玻璃不要混合使用。如果ITO在衬底上表面，厚的衬底可以获得更高的讯号杂讯比；如果ITO在衬底的下表面，薄的衬底使讯号杂讯比更高。同样在边缘区域要求采用ACA异方性导电胶。现在已有单衬底制程来简化生产和降低成本。

空气或光学黏贴层层

第八层是空气或光学黏贴层层，空气的介电常数等于1，这可以减小来自LCD上表面的寄生电容。假如使用光学黏贴层，则可以使安装变得更坚固。使光学参数匹配可以使得光损失更小，并选择尽可能最低介电常数的光学黏贴层，还要保证ITO感应层与LCD上表面之间的距离最小250mm。

LCD显示萤幕

第九层是LCD显示萤幕，对于触控萤幕设计来说，它是一个杂讯源，杂讯来自于背光，LCD图元驱动控制讯号，通常不采用被动点阵屏，这会在LCD的正面产生高压讯号，尽量使用带有Vcom驱动的点阵屏，可构成虚拟或遮罩功能；如果确实需要采用被动点阵屏，则需在触控萤幕中再增加一个ITO遮罩层，遮罩层必须接地，以去除寄生电容CP的影响。

多点触控萤幕控制器

多点触控萤幕控制器是触控萤幕模组的核心，已经有一些厂商开始进行相关研究，例如Cypress的触控萤幕控制器系列，即是感应电容触控萤幕方案，广泛采用可编程系统单晶片架构的PSoC技术，结合了可编程类比、数位周边以及MCU核心的混合信号阵列。

从上述触控萤幕的结构可知，有许多种LCD的厂家和种类，其感应器组件包含玻璃、薄膜、ITO等等，甚至也有不同的ITO的模型。触控萤幕控制器必须与众多的LCD和ITO都能产生良好的搭配应用。厂商的多点触控控制器，透过萤幕尺寸、扫描速度、通讯方式、记忆体大小、功耗等方面作区别，可以满足不同的应用。采用感应电容式触控萤幕技术，不需要安装其他机械组件辅助，也更耐用。因此可以这么说，高弹性、高相容性、具可编程性、能缩短开发周期、让产品快速上市，便是多点触控萤幕控制器能否在市场中胜出的关键。

总结

简而言之，触控萤幕是人机介面的最终选择。不管是单点触控，还是多点触手势，或是多点触控全区输入，皆可运用其强大优势在许多应用上，例如手机、Mp3、GPS等等。这些产品本身就具有体积小，且便于携带的特点。我们可以透过触控萤幕的应用，使小体积产品发挥更多的功能。回顾一下触控萤幕的发展历程，从最初的「Signal-touch」，我们只能运用一个手指进行触摸或滑动，到后来「Multi-touch gesture」的出现，可以识别到两个手指的方向，但还是无法判断出他们的具体位置，只可以进行缩放、平移、旋转等操作。发展到今天，厂商可以做到「Multi-Touch All-Point」，可以识别到多个手指并判断出准确位置，展现真正的多点触控技术，真实触控（True Touch）也就真的名符其实了。

（作者为赛普拉斯Cypress半导体应用工程师）