本文介紹了多點(diǎn)觸控技術(shù)以及觸控屏幕和觸控屏幕控制器。兩種多點(diǎn)觸控技術(shù)多點(diǎn)觸控手勢識別（Multi-Touch Gesture）和多點(diǎn)觸控全區(qū)輸入（Multi-Touch All-Point），各有其特色，觸控屏幕和觸控屏幕控制器是整個模組核心所在。觸控屏幕是人機(jī)介面的最終選擇。不管是單點(diǎn)觸控，還是多點(diǎn)觸手勢，或是多點(diǎn)觸控全區(qū)輸入，皆可運(yùn)用其強(qiáng)大優(yōu)勢在許多應(yīng)用上。今天真正的多點(diǎn)觸控技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，真實(shí)觸控（True Touch）也就真的名符其實(shí)了。
Apple的iPhone手機(jī)問世后，引發(fā)業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)廠商對此新款觸控屏幕及其多點(diǎn)觸控技術(shù)的高度興趣，觸控屏幕技術(shù)已成為叢所矚目的熱門技術(shù)。
觸控屏幕技術(shù)之所以如此風(fēng)行，是因本身具備多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，甚可以“小屏幕，大世界”來形容之。此技術(shù)還能為小體積的手持設(shè)備提供大尺寸的顯示屏幕。因此，在考量控制按鍵和顯示屏幕尺寸的設(shè)計時，無需犧牲功能和外觀。觸控屏幕的透明特性可在顯示屏幕上實(shí)現(xiàn)各種控制功能，尤其是近期最流行的多點(diǎn)觸控技術(shù)，使用者可在小小一塊的觸控屏幕上同時在多個位置進(jìn)行操作，更簡單直覺地運(yùn)用多種功能。
本文將先簡述多點(diǎn)觸控技術(shù)原理，再介紹觸控屏幕的物理架構(gòu)，最后觸及多點(diǎn)觸控關(guān)鍵技術(shù)──觸控屏幕控制器。
1.多點(diǎn)觸控技術(shù)簡介
顧名思義，多點(diǎn)觸控就是讓觸控屏幕可辨別兩個或兩個以上手指的觸控訊息。多點(diǎn)觸控技術(shù)目前有兩種：多點(diǎn)觸控手勢識別（Multi-Touch Gesture）和多點(diǎn)觸控全區(qū)輸入（Multi-Touch All-Point）。
1.1多點(diǎn)觸控手勢識別（Multi-Touch Gesture）
目前市面上最常見的應(yīng)用就是多點(diǎn)觸控手勢識別技術(shù)，也就是兩個手指觸摸時，可以判斷兩個手指的相對運(yùn)動方向。雖然不能判斷出他們的具體位置，但可以進(jìn)行縮放、平移、旋轉(zhuǎn)等操作。這是比較容易建置的多點(diǎn)觸控方案，透過座標(biāo)軸方式，把ITO分為XY軸，可以感應(yīng)到兩點(diǎn)觸控操作。
無法準(zhǔn)確判斷具體位置
但是，感應(yīng)到觸摸和探測到觸摸的具體位置是兩個不同概念。XY軸方式的觸控屏幕可以探測到第2個觸摸點(diǎn)，但是無法辨識第2個觸摸點(diǎn)的確切位置。由于單一觸摸在每個軸上會產(chǎn)生一個單一最大值，從而判斷觸摸位置，若有第2個手指觸摸屏幕表面，則在每個軸上就會有兩個最大值。這兩個最大值可以由兩組不同的觸摸來產(chǎn)生，這樣系統(tǒng)就無法準(zhǔn)確判斷其位置。因此，有的系統(tǒng)會采用時序來進(jìn)行判斷，假設(shè)兩個手指不是同時放上去的，但是總有同時觸碰的情況時，這樣系統(tǒng)就無法判斷了。這種不是真正觸摸的點(diǎn)稱為“鬼點(diǎn)”。如圖一所示。
可滿足多數(shù)觸控手勢應(yīng)用需求
多點(diǎn)觸控手勢識別雖然不能探測觸摸的具體位置，但是已能滿足許多應(yīng)用需求，例如：對目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)、平移，縮放等等，如圖二所示，這些動作是我們常用的。對于這些動作，無須確定兩個觸摸點(diǎn)的精確位置，只需判斷手勢的相對位置和相對運(yùn)動即可。
旋轉(zhuǎn)手勢的特點(diǎn)是，兩點(diǎn)觸摸，一個固定，另一個轉(zhuǎn)動，透過手指轉(zhuǎn)動的過程，構(gòu)成了弧形軌跡。斜線式兩點(diǎn)構(gòu)成了矩形，矩形形狀的變化就決定了旋轉(zhuǎn)方向。平移手勢的兩個手指在移動過程中相對距離是不變的，并且它們的方向也是一致的。
平移手勢有兩種，上下平移和左右平移。上下平移的特點(diǎn)是，同一水平線上有兩個觸摸點(diǎn)，兩個手指的方向是向上或向下，從而使目標(biāo)向上或向下；左右平移的特點(diǎn)是同一直線上有兩個觸摸點(diǎn)，兩個手指的方向是向左或向右，從而使目標(biāo)向左或向右。
縮放手勢的特點(diǎn)是斜線式的兩點(diǎn)觸摸，兩只手指的運(yùn)動方向是相反的，所以他們會是拉近或拉遠(yuǎn)。兩個觸摸點(diǎn)構(gòu)成了一個矩形，矩形面積會有變化，這種手勢可以設(shè)定目標(biāo)放大或縮小以及縮放程度。
1.2多點(diǎn)觸控全區(qū)輸入（Multi-Touch All-Point）
多點(diǎn)觸控全區(qū)輸入（Multi-Touch All-Point）是最近比較流行的話題，這種多點(diǎn)觸控可以辨識觸摸點(diǎn)的具體位置，而不會產(chǎn)生“鬼點(diǎn)”現(xiàn)象。多點(diǎn)觸控識別位置可以應(yīng)用于任何觸摸手勢識別，可以識別到雙手十個手指的同時觸摸，也允許其他非手指觸摸形式，例如手掌，臉，拳頭等等，甚至戴手套也可以，它是最人性化的人機(jī)介面方式，很適合多手同時操作的應(yīng)用，例如游戲控制。
掃瞄次數(shù)是行列數(shù)的乘積
多點(diǎn)觸控全區(qū)輸入是最新的觸摸感應(yīng)技術(shù)，它的掃描方式不同于多點(diǎn)觸控手勢識別。多點(diǎn)觸控手勢識別是使用軸座標(biāo)方式，是對X、Y軸分別掃描，也就是對行和列進(jìn)行掃描，掃描次數(shù)就是行數(shù)和列數(shù)之和。對于多點(diǎn)觸控全區(qū)輸入方式，每行和每列交叉點(diǎn)都需單獨(dú)掃描檢測，掃描次數(shù)是行數(shù)和列數(shù)的乘積。例如，一個10條行線和15條列線所構(gòu)成的觸控屏幕，軸座標(biāo)方式，掃描次數(shù)為25次，而多點(diǎn)觸控全區(qū)輸入的識別位置方式則需要150次。
采用行列交叉互電容檢測方式
多點(diǎn)觸控全區(qū)輸入這項(xiàng)最新的觸摸感應(yīng)技術(shù)，是基于互電容（藕合電容CM）的檢測方式，而不是自電容（寄生電容Cp）。自電容檢測的是每個感應(yīng)單元的電容的變化，有手指存在時寄生電容會增加，從而判斷有觸摸存在；而互電容是檢測行列交叉處的互電容變化，對行加入驅(qū)動激勵信號，列進(jìn)行感應(yīng)，如圖三所示。當(dāng)行列交叉通過時，行列之間會產(chǎn)生互電容（包括：驅(qū)動和感應(yīng)單元之間的邊緣電容，行列交叉重疊處產(chǎn)生的藕合電容），當(dāng)手指觸碰時，互電容會減小，即可判斷觸摸存在，并且準(zhǔn)確判斷每一個觸摸點(diǎn)位置，如圖四所示。
2.觸控屏幕技術(shù)與材質(zhì)介紹
簡言之，觸控屏幕就是將輸入和輸出合而為一，不再需要機(jī)械式的按鍵或控制滑桿，其顯示屏幕本身就是人機(jī)介面。
2.1觸控屏幕材質(zhì)簡介
表面護(hù)罩
表面護(hù)罩厚度通常小于100um。所有塑膠覆蓋層上面都需要有較硬的護(hù)罩，這是因?yàn)槭种赣|摸可能劃傷塑膠表面，如果覆蓋層是玻璃，則不需使用表面護(hù)罩，但玻璃必須是經(jīng)過化學(xué)加強(qiáng)或淬火處理的，表面護(hù)罩需要與覆蓋層進(jìn)行光學(xué)匹配，以免光損失過多。
覆蓋層
覆蓋層厚度大約是0～3mm，并不是所有的觸控屏幕都需要覆蓋層，覆蓋層越薄，越可以獲得更高的訊號雜訊比（Signal to Noise Ratio）和更好的感應(yīng)靈敏度。常用材料有：聚碳酸脂、有機(jī)玻璃、玻璃。
掩膜層與標(biāo)示層
第三層是掩膜層與標(biāo)示層，它的厚度大致是100mm。掩膜層位于覆蓋物的下面，可以隱藏佈線和LCD的邊緣等。在設(shè)計中允許增加標(biāo)示性文字或圖示，不過標(biāo)示物必須相當(dāng)平整的壓在ITO的襯底上，而且標(biāo)示物的材質(zhì)需要是非導(dǎo)電體。
光學(xué)黏貼層
第四層是光學(xué)黏貼層，厚度約：25mm～200mm。光學(xué)黏貼層越薄，表示訊號雜訊比越好，高價電常數(shù)（er）的光學(xué)黏貼層可以更好的感應(yīng)手指電容，進(jìn)而也能獲得更高的訊號雜訊比。此層通常應(yīng)用PSA膠。
第一層感應(yīng)層與襯底
第五層為第一層感應(yīng)層與襯底，其ITO涂層的厚度均小于100nm，ITO涂層襯底可以是100 um～1mm的玻璃（IR ~ 1.52）或是25mm～300mm PET薄膜（IR ~ 1.65）。越厚的ITO，單位面積電阻越低，訊號雜訊比越好；越薄的ITO，透光率越好。襯底可以是薄膜或玻璃。如果ITO做在玻璃襯底的下表面，玻璃襯底則可作為表面覆蓋物。
光學(xué)黏貼層
第六層又是一層光學(xué)黏貼層，與前一層光學(xué)黏貼層比較，這一層光學(xué)黏貼層越厚、訊號雜訊比越好，這一層光學(xué)黏貼層通常與ACA各向異性導(dǎo)電膠結(jié)合使用。
第二層感應(yīng)層與襯底
第七層是第二層感應(yīng)層與襯底，它與第一層襯底的材料相同。注意薄膜與玻璃不要混合使用。如果ITO在襯底上表面，厚的襯底可以獲得更高的訊號雜訊比；如果ITO在襯底的下表面，薄的襯底使訊號雜訊比更高。同樣在邊緣區(qū)域要求采用ACA異方性導(dǎo)電膠。現(xiàn)在已有單襯底製程來簡化生產(chǎn)和降低成本。
空氣或光學(xué)黏貼層層
第八層是空氣或光學(xué)黏貼層層，空氣的介電常數(shù)等于1，這可以減小來自LCD上表面的寄生電容。假如使用光學(xué)黏貼層，則可以使安裝變得更堅固。使光學(xué)參數(shù)匹配可以使得光損失更小，并選擇盡可能最低介電常數(shù)的光學(xué)黏貼層，還要保證ITO感應(yīng)層與LCD上表面之間的距離最小250mm。
LCD顯示屏幕
第九層是LCD顯示屏幕，對于觸控屏幕設(shè)計來說，它是一個雜訊源，雜訊來自于背光，LCD圖元驅(qū)動控制訊號，通常不采用被動點(diǎn)陣屏，這會在LCD的正面產(chǎn)生高壓訊號，儘量使用帶有Vcom驅(qū)動的點(diǎn)陣屏，可構(gòu)成虛擬或遮罩功能；如果確實(shí)需要采用被動點(diǎn)陣屏，則需在觸控屏幕中再增加一個ITO遮罩層，遮罩層必須接地，以去除寄生電容CP的影響。
2.2多點(diǎn)觸控屏幕控制器
v多點(diǎn)觸控屏幕控制器是觸控屏幕模組的核心，已經(jīng)有一些廠商開始進(jìn)行相關(guān)研究，例如Cypress的觸控屏幕控制器系列，即是感應(yīng)電容觸控屏幕方案，廣泛采用可編程系統(tǒng)單晶片架構(gòu)的PSoC技術(shù)，結(jié)合了可編程類比、數(shù)位周邊以及MCU核心的混合信號陣列。
從上述觸控屏幕的結(jié)構(gòu)可知，有許多種LCD的廠家和種類，其感應(yīng)器組件包含玻璃、薄膜、ITO等等，甚至也有不同的ITO的模型。觸控屏幕控制器必須與叢多的LCD和ITO都能產(chǎn)生良好的搭配應(yīng)用。廠商的多點(diǎn)觸控控制器，透過屏幕尺寸、掃描速度、通訊方式、記憶體大小、功耗等方面作區(qū)別，可以滿足不同的應(yīng)用。采用感應(yīng)電容式觸控屏幕技術(shù)，不需要安裝其他機(jī)械組件輔助，也更耐用。因此可以這麼說，高彈性、高相容性、具可編程性、能縮短開發(fā)周期、讓產(chǎn)品快速上市，便是多點(diǎn)觸控屏幕控制器能否在市場中勝出的關(guān)鍵。
總結(jié)
簡而言之，觸控屏幕是人機(jī)介面的最終選擇。不管是單點(diǎn)觸控，還是多點(diǎn)觸手勢，或是多點(diǎn)觸控全區(qū)輸入，皆可運(yùn)用其強(qiáng)大優(yōu)勢在許多應(yīng)用上，例如手機(jī)、Mp3、GPS等等。這些產(chǎn)品本身就具有體積小，且便于攜帶的特點(diǎn)。我們可以透過觸控屏幕的應(yīng)用，使小體積產(chǎn)品發(fā)揮更多的功能?；仡櫼幌掠|控屏幕的發(fā)展歷程，從最初的「Signal-touch」，我們只能運(yùn)用一個手指進(jìn)行觸摸或滑動，到后來「Multi-touch gesture」的出現(xiàn)，可以識別到兩個手指的方向，但還是無法判斷出他們的具體位置，只可以進(jìn)行縮放、平移、旋轉(zhuǎn)等操作。發(fā)展到今天，廠商可以做到「Multi-Touch All-Point」，可以識別到多個手指并判斷出準(zhǔn)確位置，展現(xiàn)真正的多點(diǎn)觸控技術(shù)，真實(shí)觸控（True Touch）也就真的名符其實(shí)了。
