- 檢測(cè)觸控位置的兩種方式
- 檢測(cè)觸控位置的動(dòng)作原理
- 大型觸控面板技術(shù)發(fā)展
- 阻抗式觸控
- 5線式觸控
- 超音波式觸控
- 紅外線遮光式觸控
檢測(cè)觸控位置的兩種方式
目前觸控面板（TouchPanel）被廣泛應(yīng)用在自動(dòng)提款機(jī)（ATM）、PDA、GPS等可攜式數(shù)位電子產(chǎn)品，操作觸控面板時(shí)使用者可以透過(guò)觸控面板讀取LCD畫面上的影像資料，因此觸控面大多呈透明狀。
檢測(cè)觸控位置的方式，可分為「直接電氣性檢測(cè)」以及「非電氣性檢測(cè)」兩種方式。直接電氣性檢測(cè)方式是在透明素材表面涂佈、蒸鍍導(dǎo)電性物質(zhì)形成透明狀阻抗薄膜，接著將附有透明狀阻抗薄膜的透明素材黏貼在顯示元件表面，利用透明狀電極薄膜達(dá)成檢測(cè)使用者的觸壓位置。非電氣性檢測(cè)方式則有超音波、紅外線遮光、影像識(shí)認(rèn)等方式，非電氣性檢測(cè)方式的觸壓面并未使用透明狀阻抗薄膜，因此具有高穿透性、耐久性等優(yōu)點(diǎn)。
動(dòng)作原理
表1是各種觸控面板結(jié)構(gòu)特性比較一覽。接著將依序介紹觸控面板的結(jié)構(gòu)性特徵與動(dòng)作上的優(yōu)缺點(diǎn)。
表1各種觸控面板結(jié)構(gòu)特性比較
a.阻抗式觸控面板
圖1是傳統(tǒng)阻抗式觸控面板的斷面結(jié)構(gòu)，如圖所示，阻抗式觸控面板是在玻璃板內(nèi)側(cè)設(shè)置大小約5~10μm的隔離柱（spacer），隔離柱表面再黏貼厚度約200μm的PET膜片（sheet），玻璃板表面與PET膜片內(nèi)側(cè)設(shè)有縱橫直交的透明阻抗電極格子ITO（IndiumTinOxide），正常狀態(tài)玻璃板表面與PET膜片兩者被隔離柱隔離無(wú)法導(dǎo)通電氣。
使用者觸壓PET膜片時(shí)，玻璃板表面與PET膜片兩者的透明電極彼此接觸形成電氣導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)只要檢測(cè)兩透明電極阻抗造成的分壓比，就可以計(jì)算使用者觸押的位置。
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b.5線式觸控面板
5線式觸控面板具體結(jié)構(gòu)是在玻璃板表面4個(gè)角落，設(shè)置電極與表面電極形成阻抗網(wǎng)，實(shí)際動(dòng)作則與上述傳統(tǒng)阻抗式觸控面板相同。此種面板主要目的是改善傳統(tǒng)阻抗式觸控面板電極容易剝落、磨損、斷線等缺陷。5線式觸控面板的阻抗膜具有較高穿透率與使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
c.超音波式觸控面板
超音波亦即表面彈性波（SAW；SurfaceAcousticWave），是近幾年常見(jiàn)的類型，其動(dòng)作原理是利用設(shè)置在X軸與Y軸送訊用轉(zhuǎn)換器（Transducer）的振盪特性，使表面彈性波在玻璃表面通行，由于玻璃屬于硬質(zhì)材料，若敲擊玻璃時(shí)振動(dòng)會(huì)類似水波紋在玻璃表面擴(kuò)散，波紋以一定速度傳遞，碰到壁面會(huì)反射并改變方向，超音波觸控面板就是利用轉(zhuǎn)換器對(duì)玻璃面板的角落施加振動(dòng)，面板側(cè)面的軸心并排設(shè)置與軸心呈45度共振元件，該元件會(huì)以一定時(shí)間依序傳送信號(hào)，面向轉(zhuǎn)換器對(duì)向設(shè)置的共振元件，對(duì)收信用轉(zhuǎn)換器進(jìn)行最終性信號(hào)傳送，當(dāng)使用者的手指觸摸玻璃表面時(shí)，該部位的振動(dòng)能量被手指吸收，此時(shí)利用從送訊的時(shí)間比率檢測(cè)能量未傳達(dá)的部位。
與傳統(tǒng)阻抗式觸控面板相較，超音波式的面板穿透率、表面反射光、觸感都比較好；缺點(diǎn)則是爪子、硬棒觸壓面板時(shí)，這類物質(zhì)無(wú)法吸收振動(dòng)能量，因此檢測(cè)上經(jīng)常出現(xiàn)誤判。此外，面板表面若有水滴時(shí)，由于水滴會(huì)吸收振動(dòng)能量，結(jié)果常造成誤判。
d.紅外線遮光式觸控面板
紅外線遮光觸控面板是在顯示面板周圍，縱橫壁面內(nèi)部設(shè)置LED發(fā)光器與收光器，使用者的手指觸摸玻璃表面時(shí)，該部位的的光線被遮蔽，接著利用縱橫壁面內(nèi)部的收光器判讀觸控位置。
紅外線遮光方式觸控面板的光線穿透高達(dá)100％，但缺點(diǎn)是對(duì)異物、外亂光非常敏感，因此容易出現(xiàn)誤判。
e.靜電容量式觸控面板
此類型動(dòng)作原理是捕捉手指觸摸玻璃表面時(shí)，顯示面板的表面電荷變化，依此判讀觸控位置。動(dòng)作時(shí)首先在觸控面板表面形成低壓電界，接著利用觸摸的手指使該部位的電界放電，最后透過(guò)電路與軟體判讀觸控位置。
由于靜電容量方式觸控面板的放電電流非常低，大約只有10~20μA左右，所以不會(huì)對(duì)人體造成傷害，靜電容量方式又稱為「類比容量結(jié)合方式」。
f.電磁誘導(dǎo)式觸控面板
電磁誘導(dǎo)觸控面板使用可以產(chǎn)生磁界的特殊筆，在顯示面板側(cè)邊擷取電磁能量，依此檢測(cè)電磁筆的位置亦即使用者的觸押位置。
以往這種方式大多使用座標(biāo)輸入設(shè)備，電磁誘導(dǎo)觸控面板必需使用專用筆，因此無(wú)誤觸壓或是誤判之虞。即使感測(cè)器設(shè)置在偏離磁界能量通行位置，也能夠感測(cè)磁界能量，一般Tablet都設(shè)置在LCD面板內(nèi)側(cè)，如此就不會(huì)影響感測(cè)器的動(dòng)作，同時(shí)LCD還可以精確顯示畫面。
電磁誘導(dǎo)觸控面板主要缺點(diǎn)是使用者無(wú)法以手指觸控，因此應(yīng)用范圍受到限制。但由于傳統(tǒng)阻抗式觸控面板大型化時(shí)，容易發(fā)生透明薄膜塌陷、皺紋、不平整等困擾，因此最近幾年電磁誘導(dǎo)式觸控面版被廣泛應(yīng)用于大型顯示器。
g.影像識(shí)認(rèn)觸控面板
影像識(shí)認(rèn)觸控面板是在畫面附近設(shè)置兩個(gè)攝影機(jī)擷取影像，透過(guò)影像分析技術(shù)判讀使用者觸押位置。
大型觸控面板技術(shù)發(fā)展
隨著液晶與電漿顯示器的普及化，平面顯示器除了觀賞影像之外，已經(jīng)變成所謂的「多媒體平臺(tái)（MultimediaBoard）」，因此業(yè)者開(kāi)始開(kāi)發(fā)利用筆或是手指操作，就能夠?qū)懭胭Y料的大尺寸觸控面板。
不論觸控面板採(cǎi)用哪種方式，最后目的就是檢測(cè)使用者觸控位置（座標(biāo)軸）（圖2）。
[page]一般認(rèn)為超音波方式不適合應(yīng)用在50吋以上觸控面板，主要原因是這種方式手指必須緊貼在面板表面，使用者無(wú)法感受或有效控制書寫情況，因此超音波觸控面板用途受到限制。
雖然傳統(tǒng)阻抗式薄膜觸控面板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低廉，不過(guò)透明觸控薄膜經(jīng)常曝露在刮傷、破損的操作環(huán)境下。整體來(lái)看，使用容易、不需特殊操作工具、不需黏貼特殊膜片，成為新世代多媒體平臺(tái)用大型觸控面板的必備條件，因此研究人員決定採(cǎi)用光學(xué)方式，具體結(jié)構(gòu)是讓雷射二極體的光線在畫面上通行，依此檢測(cè)筆或是手指觸壓位置（座標(biāo)軸）。光學(xué)方式可以分為「檢測(cè)光線反射位置」以及「檢測(cè)光線被遮蔽位置」這兩種方式。
大型觸控面板採(cǎi)「光線遮蔽方式」，圖3是光學(xué)式大型觸控面板應(yīng)用三角法定位原理的動(dòng)作原理，如圖所示，若知道A-B之間的距離、A點(diǎn)的夾角d，以及B點(diǎn)的夾角，就能夠確定C點(diǎn)的位置，A-B之間的距離為已知數(shù)，只要確定A點(diǎn)的夾角與B點(diǎn)的夾角即可。
為求得與兩角度，因此在顯示器的兩個(gè)角落設(shè)置點(diǎn)光源感測(cè)器（Sensor），從感測(cè)器的點(diǎn)光源產(chǎn)生扇形的「擴(kuò)散探測(cè)光」，會(huì)沿著顯示器的表面形成一層薄狀光簾。
此時(shí)若在顯示器周圍設(shè)置復(fù)數(shù)個(gè)收光器，勢(shì)必會(huì)造成觸控面板制作成本暴增，有鑑于此，研究人員在顯示器周圍黏貼「復(fù)歸性反射板（ReturnReflectorSheet）」，它可以反射來(lái)自顯示器周圍任何方向的光線，亦即從感測(cè)器射出的任何光線都會(huì)折返至感測(cè)器，如果被筆或是手指遮蔽時(shí)，光線就不會(huì)折返至感測(cè)器（圖4）。
圖5是光學(xué)式觸控面板的光路結(jié)構(gòu)，由圖可知，若掌握無(wú)法折返光線的角度，理論上就可以輕易求得使用者觸押面板的位置。
光學(xué)式觸控面板的設(shè)計(jì)必須考量雷射光線對(duì)人眼的安全，因此採(cǎi)用低功率半導(dǎo)體雷射，然而低功率半導(dǎo)體雷射卻會(huì)引發(fā)復(fù)歸光量不足等現(xiàn)象。此外，CCD會(huì)同時(shí)擷取燈泡與太陽(yáng)等外部光線，必需透過(guò)軟體的信號(hào)處理技術(shù)克服。圖6是光學(xué)式觸控面板實(shí)際外觀。一般認(rèn)為，大型光學(xué)式觸控面板非常適合應(yīng)用在教育、運(yùn)動(dòng)以及各種商務(wù)簡(jiǎn)報(bào)等領(lǐng)域。
以上介紹各種觸控面板的結(jié)構(gòu)與動(dòng)作特性，同時(shí)探討大型光學(xué)式觸控面板的動(dòng)作原理與設(shè)計(jì)技巧。
隨著液晶顯示器與電漿顯示器的普及化，平面顯示器除了觀賞影像之外，具備寫入資料能力者，亦即所謂的「多媒體平臺(tái)」，不再是遙不可的奢望，這也意味著未來(lái)觸控面板技術(shù)將日形重要。
