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电气工程导论答辩论文

触屏技术

及其发展前景

报

告

交

流

报告人：

电气工程学院电自一班

李昊李晓

报告摘要

本次报告首先介绍现代触摸屏技术的分类，发展及其使用情况，从而选择了目前使用范围较广的电阻式触摸屏技术及电容式触摸屏技术两种触摸屏技术进行了适当的理论阐述与前景展望。

此次报告以手机触摸屏技术为载体，对电阻式，电容式两种技术进行阐述，并采用文字阐述和图示讲解相结合的方式定性，定量的解释相关问题，并结合手机触摸屏技术在现实生活中的使用情况和用户使用问题，分析二者的利弊，进行综合分析。

本次报告中由李晓同学负责触摸屏技术的简介和电阻式触摸屏技术的展示，李昊同学负责电容式触摸屏技术的展示和二者的对比阐述，最终结合其利弊与现实生活中人们的需要进行未来的合理展望与优势体现。

本次报告旨在通过对于现代两种常用的触摸屏技术进行分析、清晰且较全面的综合对比和对于未来触摸屏技术的合理猜想与展望，向大家提供一个了解当代触屏技术与展望未来触屏技术的新平台。

目录

一．触摸屏技术简介································4

二．电阻式触屏技术及其应用························5

三．电容式触屏技术及其应用························13

四．电容电阻触屏技术的比较·······················20

五．触屏技术的发展前景展望·······················21

六．报告总结······································23

一．触摸屏简介

1.触摸屏的主要类型：

按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，我们可以把触摸屏分为4种，分别为：

电阻式、红外线式、表面声波式和电容感应式。

其中，电容感应式又可细分为表面电阻触摸屏和投影电阻触摸屏。

每类触摸屏都有各自的优缺点，各有其适应场合。

2.触摸屏的典型特征：

1.透明度：

透明度直接影响到触摸屏的视觉效果，实际分析时，还包括色彩失真度、反光性和清晰度综合考虑。

透明度越高，其视觉效果越好。

2.绝对坐标：

触摸屏是绝对坐标系统，要选哪就点哪，与鼠标不同，绝对坐标系统是一次到位，并每一次定位坐标都与上一次定位无关。

这样就要求触摸屏系统坐标在同一点输出数据是稳定的，以此保证其定位的稳定性与精确性。

如果不稳定会出现什么问题呢？

点不准，就是专业中所说的“漂移”。

3.检测触摸并定位：

定位是触屏技术的核心环节，各种触屏技术都是依靠各自的传感器来工作的，它决定了触摸屏的反应速度、可靠性、稳定性和寿命。

二．电阻式触摸屏技术

1.传统四线电阻式触摸屏技术

早期手机触摸屏技术，是采用传统的“模拟四线电阻式触摸屏”技术，这种触摸屏由两层涂有透明导电物质的玻璃和塑料构成，手指触摸的表面是一个硬涂层，用以保护下面的PET（聚脂薄膜）层，在表面保护硬涂层和玻璃底层之间有两层透明导电层ITO（氧化铟，弱导电体）构成，如图2.1.1所示。

图2.1.1

具体的工作原理是怎样呢？

我们知道，要想得到触摸点位置，就必须利用定位系统对触摸点精确采集坐标，并传入到数据分析系统中加以分析综合处理，具体是怎样工作的呢？

请看图2.1.2

图2.1.2

我们知道，四线触摸屏包含两个ITO阻性层，其中一层在屏幕的左右边缘各有一条垂直总线，另一层在屏幕的底部和顶部各有一条水平总线。

那么如何测量触摸点的位置呢？

我们可以利用电阻与长度对应成比例的原则，R=kl/S,R为电阻，k为导体电阻率，l为导体长度，S为导体横截面积。

为在X方向进行测量，将左侧总线设置为0V，右侧总线设置为V。

将顶部或底部总线连接到ADC，当顶层与底层相接触时即可做一次测量。

由于ITO层均匀导电，触电电压与V电压之比就等于触点X坐标与屏宽之比。

这样便找到了X坐标，同理也可求出Y坐标，这样触点的位置便可确定。

那么问题出现了，传统的手机电阻触摸屏与手机机壳装在一起，是有凹凸面的，结构不密封，因此会造成外观上的不协调。

在实际需要中，商品需要满足顾客对审美的要求，如何解决这一问题呢？

纯平电阻式技术应运而生了。

2.纯平电阻式技术（TOUCHLENS）

目前市场上具体应用的比较前端的是采用TOUCHLENS技术的一种触摸屏，中文俗称为“镜面式触摸屏”、“纯平触摸屏”等，现在已经得到广泛认可和应用。

其主要解决的问题是传统手机触摸屏与机壳结构不密封，有凹凸面的问题，使手机外观更加美观。

其原理同传统电阻式触摸屏一样，故不详细介绍。

图2.2.1所示为从手机屏幕面所看到的一个纯平效果的例子。

图2.2.1

电阻式单点触控技术还包括五线、七线、八线触摸屏。

其中五线触摸屏使用了一个阴性层（下层A面）和一个导电层（上面B面），在导电层有一个引出线，阴性层的四个角上各有一个引出线。

为在X轴方向进行测量，将左上角和左下角设置到V，右下角和右下角接地。

由于左、右角为同一电压，其效果与连接左右侧的总线差不多，类似于四线模拟屏中采用的方法。

当顶层与底层相接触时，上层的引出线将触点电压送到ADC，便可计算出X方向上的触点位置。

Y方向同理即可。

七线、八线触摸屏与五线触摸屏原理相似，区别在于与ADC连接参考端的正负，这里不再详细论述。

单点触控电阻屏通过检测接触点由ITO电阻分压产生的输出电压大小，来分别判别X和Y坐标的位置，这类电阻屏是无法实现多点触控的，因为多个触点造成的电阻分压情况很复杂，使得触点位置与输出电压之间无法形成统一的规律，所以无法判定。

那么，新的问题摆在了人们面前：

人们对生活的水平越来越高，显然单点触控不能满足人们对科技的追求，既然电阻式单点触控技术已经相当完善，那电阻式究竟能不能实现多点触控呢？

如果能的话，显然这对电阻式的发展将是一个新的推动剂。

答案恐怕在两年之前还是否定的，而在今天，电阻式多点触屏技术有了重要突破，已经实现多点触控的功能。

这对电阻式的发展将是一个新的篇章。

3．模拟矩阵电阻AMR技术

如图2.3.1所示，AMR是沿X与Y两个方向在ITO层蚀刻出一条一条平行排列的区块，相当于将整个触摸屏划分成很多小矩阵区块，每个小矩阵相当于一个小的四线电阻式触摸屏，各个区块彼此独立。

图2.3.1

图2.3.1给出了利用四线电阻触摸屏实现多点触摸技术的方法：

第一个时刻，在X1电极上加上电压，由Y1、Y2、Y3电极读取A、B、C触摸单元所探测到的X坐标；同理，在以后的各个时刻依次读取剩余触摸单元的X坐标。

获得所有触摸单元的X坐标后，再依次给Y电极加上电压，以获得各个触摸单元的Y坐标。

这样，便实现了对多个点的定位。

AMR是一个数字模拟混合系统，因此，在扫描电路、AD转换电路、控制电路的基础上，还需添加各种辅助元件来减小外界噪声对模拟电路的干扰。

特别是对于AD转换，为了提高转换的精准度，有必要在硬件电路上添加下拉电阻，以避免无触摸发生时AD输入端浮接的现象。

数字矩阵电阻DMR技术有效地解决了这一问题。

4．数字矩阵电阻DMR技术

如图2.4.1所示，DMR是将触控面板上下层划分成许多很小的区块，当某一区块被碰触，这一区块就会被启动开关，此时线路会发出指示开关的数字讯号传给控制器，控制器便能计算出触碰位置的坐标。

它采用两层ITO分别作为水平的sensingline（触摸感测线）和垂直的drivingline（加电驱动线），drivingline和sensingline之间的触点就相当于一个开关，在未接触时，它们之间是绝缘的，而接触发生后，两者发生短路，相当于开关闭合。

驱动的时候，其中sensingline通常由一个上拉电阻施加高电平，同时在drivingline上以一定频率依次在各列中施加负脉冲电压，这样当扫描到触点所在的那一列时，由于触点开关闭合，形成直流通路，使得触点所在行的电压被拉低，形成一个负脉冲，这样就检测到了触点的位置。

由于drivingline是依次扫描，所以可以检测到多个触点的位置。

图2.4.1

数字矩阵电阻DMR其实就是一个开关网格，由于各个开关节点彼此独立识别，所以互不干扰，可以实现真正意义上任意多点的多点触摸。

横向数据的并行写入以及不需要AD转换，极大地提高了触摸屏的工作速度。

但是，数字矩阵电阻DMR需要众多的电极和端口，导致其成本远高于模拟矩阵电阻AMR，故仅适用于对系统可靠性和工作速度有特别要求的应用场合。

5.五线多点电阻MF技术

无论是AMR还是DMR，只要上层的导电薄膜被划伤，整个触摸屏就会无法正常使用。

传统五线电阻屏，只有下导电层是电压分布层，上导电层只是电压检测层，所以对上导电层的电阻均匀性没有严格的要求，不存在真实坐标，耐受性较高。

工作时在下导电层的四个角上加电压，这样就可以在下导电层X和Y两个方向产生均匀电压场分布，如图2.5.1所示，当有触摸时，通过上导电层检测接触点电压，然后传送给控制器转换为触摸点X和Y方向的坐标。

图2.5.1

而MF技术触摸屏如图2.5.2所示，采用分段电极设计，取代原来传统五线的补偿电极设计，使用金属走线代替印刷银线，边框可以做得较窄，适合在各种尺寸上应用；通过在上导电层进行分块可以实现多点触摸，支持手写输入，并且具有和四线电阻屏同样优秀的线性。

MF触摸屏上导电层只做检测作用，损伤后只要导通即可使用，点击、划线寿命大大增加。

图2.5.2

以上便是电阻式触摸屏技术的内容，在接下来的电容式触摸屏技术的介绍中，我们还会与将电阻式与电容式技术进行穿插对比，进而加深对电阻式触摸屏技术的理解与掌握。

三．电容式触屏技术

基于近些年iPhone系列产品的畅销，电容式触屏技术正在以飞快的速度席卷全球各个领域。

虽然目前电阻式触屏技术具有低成本，线性好，可实施笔操作等优点，但其多点触控技术尚不成熟，并且电容式触屏相比于电阻式触屏拥有更好的透明度和更长的寿命。

在当今对于手机触屏要求越来越高的年代，这使得电容式技术拥有了广阔的发展前景。

本文将对电容进行如下的介绍：

1：

电容式触摸屏（投影式）的基本概念

投影式触摸屏的基本原理类似于触摸板，其感应块的图形设计由多个镶嵌连接在一起的菱形块组成X轴，Y轴。

首先触摸屏必须是透明的，所以选择了透明并且导电的ITO材料感应块，而衬底则选择了透明而又绝缘的玻璃或薄膜。

如图3.1.1所示。

图3.1.1

（1）双层的ITO结构

此种结构X轴的滑条与Y轴的滑条分别位于两个ITO层，中间夹有透明而又绝缘的玻璃或薄膜，这使得中间的夹层必须非常薄，从而保证X轴Y轴的灵敏度,如图3.1.2所示。

图3.1.2

（2）单层的ITO结构

这种触屏要求在X、Y轴的交叉点处使用金属跳线将这一排的所有菱形块连接起来。

但是这种工艺相当复杂，要求金属跳线非常的细，以至于几乎不能用肉眼看到。

单层触屏相比于双层有更好的透光性，而且X-Y轴拥有相同的手指灵敏度。

另外，两种ITO结构虽然具有不同的优点，但其弊端也是显而易见的。

ITO材料虽然导电，但是它不能像铜等金属材料一样电阻率非常小。

通常一个ITO方块（无论大小）两端的电阻大约为300~500Ω，这使得投影式触屏技术面临重大挑战，尤其是在应对大尺寸的触摸屏。

2．单触点和多触点技术

（1）单触点触屏技术

顾名思义，单触点就是在某一时刻只能检测到触摸屏上的一个手指或笔的触按，即使同时有多个手指触摸它最多也只能检测到一个手指触摸。

当多个手指触摸时，可能会出现一个错误信号或者被认为是一次误操作而被忽略。

单触点实现类似鼠标的大多数功能，如选择指定的区域，单击，双击，上下移动或滚动。

比较新的功能是闪屏功能，即通过捕捉单手手指在屏幕上的快速移动，来实现屏幕的快速切换，这个功能是电阻屏中难以实现的，因为电阻屏需要一定的压力，难以实现快速的移动。

（2）双触点触屏技术

近些年随着iphone等新兴产品的出现，双触点触屏也影响着人们的生活。

在手机上使用双触点可以通过检测两个手指的相对位置变化（手势变化）来实现图像的

缩放和旋转等功能，也可以通过两个手指的上下左右的平行移动来实现图像的选定和他的上下左右平移。

如图3.2.1所示。

图3.2.1

这一点对于3G的手机和需要对图像做一些处理的便携式设备非常有用，另外左右手的同时触摸可以实现触摸屏上动态多功能键的操作，对于带游戏的便携式设备是非常有用

的。

（2）多触点触屏技术

目前多于两个触点的多触点应用还很少，但是全触点触摸屏的实际意义在于它为带触摸屏的便携式设备

的设计师们提供一个发挥创意和想象的空间，说不定在未来的某天就会出现这样一款手机。

本文关于多触点触摸屏技术还会在后文（第五部分）中详细提到。

3.电容式触摸屏对于触摸点位置的确定

前文介绍了电容式触摸屏是由X和Y方向的二维滑条组成，当屏幕上有单点触摸时，在X和Y方向上分别有一个信号的突起，突起点X和Y的交叉点就是手指在屏幕上的位置，

虽然两点触摸时，X和Y方向分别能产生两个信号的突起并不能唯一确定两个手指在屏幕上的位置，这两个信号分别位于一个矩形的两个对角上，如果其中一个为真实的两点触摸，那么另外的两点就成为了鬼点。

如图3.3.1所示

图3.3.1

但是可以清晰的看到当两个手指在同一条Y线上上下平移或同在一条X线上左右平移的手势操作将不会产生歧义，以为在这种情况下没有鬼点的出现。

如图3.3.2

所示。

图3.3.2

4．电容式触屏技术的实际问题

可以说随着时代的发展，电容式技术已经进入了我们生活的方方面面，新式的手机大都换成了电容式触屏。

现结合实际使用情况具体分析如下：

（1）易产生误动作

当较大面积的手掌或手持的导体物靠近电容屏而不是触摸时就能引起电容屏的误动作。

比如一些导电性接

近手掌的物体接触到电容式触屏，系统很可能错误判断

其信号，导致问题出现。

（2）温度湿度影响大

在潮湿的天气，这种情况尤为严重，手扶住显示器、手掌靠近显示器7厘米以内或身体靠近显示器15厘米以内就能引起电容屏的误动作。

（3）易产生漂移

电容式触摸屏屏更主要的缺点是易产生漂移：

当环境温度、湿度改变、环境电场发生改变时，都会引起电容屏的漂移，造成不准确。

如：

开机后显示器温度上升会造成漂移；用户触摸屏幕的同时另一只手或身体一侧靠近显示器会漂移；电容屏的附近较大物体搬移后回漂移，你触摸时如果有人围过来观看也会引起漂移。

（4）容易损坏

电容式触摸屏最外面的矽土保护玻璃防刮擦性很好，但是怕指甲或硬物的敲击，敲出一个小洞就会伤及夹层ITO。

四．两种触屏技术的比较

在第二、三小节中已经分别介绍了电阻式触屏技术和电容式触屏技术的特点，可以看出它们各有利弊。

为了方便读者能更清晰的对比，现将其归纳罗列如下表4-1

表4-1

对比项目

电容式触摸屏技术

电阻式触摸屏技术

价格

高

低

屏幕清晰度

高

低

屏幕安全度

低

高

滑动速度及准确度

高

低

是否支持触摸笔

不支持

支持

环境影响程度

大

小

使用寿命

长

短

发展趋势

迅速

缓慢

结合上表格我们可以清晰的看到，电容式在技术方面和发展前景方面明显优于电阻式触屏技术，但限于当前价格、科技水平和其余环境因素等多方因素的限制，电阻式仍然是触屏技术的主体。

所以这就迫切需要一种兼容二者优势的新技术出现。

五．触屏技术的发展前景展望

本文第四部分使读者清晰的意识到虽然这两种触屏技术遍布了我们生活的各个方面，但是不可否认它们都存在或多或少的不足。

我们有理由、也有必要期待一种新型技术的诞生，为此本小节将提供笔者的几种简单猜想。

（1）全触点技术的应用

在第三小节介绍电容式触屏技术时曾提到全触点触摸屏技术，但是限于当下科技水平和经济因素的限制，使得这种技术的发展与应用有很大局限。

但是在未来，势必有着广阔发展空间。

首先这种触屏技术拥有了电阻式与电容式触屏优点的结合，不仅保证了价格，也同时满足了电容式给人们带来的极大便利。

同时多触点技术比起双触点更加方便，能提供使用者更多的操作空间，和创意展示。

（2）自动识别是否是手指的触屏

在第三部分中已经介绍到：

电容式触屏容易因为一些导电性与肌肤类似的东西接触而导致错误信号的产生，这给用户的使用带来了极大的不便。

但是这种问题并非不可解决，如果在未来能在触摸屏幕下方安置一个温控开关，大多数的物体没有与人体

接近的温度，所以只有屏幕同时被触摸和温度感应时，才会发出信号，这就保证了屏幕获取信息的准确性。

并且，随着测温装置的安防，还可以给手机带来更多的新技术，比如触碰开机，而不是按键式开机。

六．报告总结

本次报告首先从触屏技术的分类发展入手，选取电阻式，电容式两种典型触屏技术为介绍对象，以人们身边的手机为载体，具体，严谨，生动的展示了当代触屏技术的具体框架。

突出了两种触屏技术各自的特点，并加以对比，使读者能更加清晰，全面的了解这两种触屏技术的优劣，以便方便大家的日常生活。

报告图文相结合，在讨论理论知识的同时更加注重实际应用，联系人们的现实生活。

另外，展示这两种技术的发展应用只是本次报告的一个目的，更重要的是提供给大家一个对未来触屏技术联想的新思路。

在报告的第五部分，作者结合现实生活中饭使用者所反应的问题，使用的需求，做出了几个合理的猜想，虽然这些设想看似遥远，很多技术还相当不成熟，但毕竟不失为一次拓宽大家思路的机会。

限于笔者知识和时间所限，文中难免会出现诸多不足甚至是错误，恳请大家见谅。