大型触控面板技术动向

之前已经跟各位介绍过中小型触控面板大致的技术动向，事实上大型触控面板的应用近来也有显着发展，并且在教育或商务市场颇有潜力。本文将探讨其相关技术要点，并且逐一说明不同类型触控面板的动作原理。检测触控位置的两种方式
目前触控面板（Touch Panel）被广泛应用在自动提款机（ATM）、PDA、GPS等可携式数位电子产品，操作触控面板时使用者可以透过触控面板读取LCD画面上的影像资料，因此触控面大多呈透明状。

检测触控位置的方式，可分为「直接电气性检测」以及「非电气性检测」两种方式。直接电气性检测方式是在透明素材表面涂佈、蒸镀导电性物质形成透明状阻抗薄膜，接着将附有透明状阻抗薄膜的透明素材黏贴在显示元件表面，利用透明状电极薄膜达成检测使用者的触压位置。非电气性检测方式则有超音波、红外线遮光、影像识认等方式，非电气性检测方式的触压面并未使用透明状阻抗薄膜，因此具有高穿透性、耐久性等优点。动作原理
表1是各种触控面板结构特性比较一览。接着将依序介绍触控面板的结构性特徵与动作上的优缺点。
　

表1 各种触控面板结构特性比较
　

a. 阻抗式触控面板
图1是传统阻抗式触控面板的断面结构，如图所示，阻抗式触控面板是在玻璃板内侧设置大小约5~10μm的隔离柱（spacer），隔离柱表面再黏贴厚度约200μm的PET膜片（sheet），玻璃板表面与PET膜片内侧设有纵横直交的透明阻抗电极格子ITO（Indium Tin Oxide），正常状态玻璃板表面与PET膜片两者被隔离柱隔离无法导通电气。

使用者触压PET膜片时，玻璃板表面与PET膜片两者的透明电极彼此接触形成电气导通状态，此时只要检测两透明电极阻抗造成的分压比，就可以计算使用者触押的位置。
　

b. 5线式触控面板
5线式触控面板具体结构是在玻璃板表面4个角落，设置电极与表面电极形成阻抗网，实际动作则与上述传统阻抗式触控面板相同。此种面板主要目的是改善传统阻抗式触控面板电极容易剥落、磨损、断线等缺陷。5线式触控面板的阻抗膜具有较高穿透率与使用寿命长等优点。

c. 超音波式触控面板
超音波亦即表面弹性波（SAW；Surface Acoustic Wave），是近几年常见的类型，其动作原理是利用设置在X轴与Y轴送讯用转换器（Transducer）的振盪特性，使表面弹性波在玻璃表面通行，由于玻璃属于硬质材料，若敲击玻璃时振动会类似水波纹在玻璃表面扩散，波纹以一定速度传递，碰到壁面会反射并 改变方向，超音波触控面板就是利用转换器对玻璃面板的角落施加振动，面 板侧面的轴心并排设置与轴心呈45度共振元件，该元件会以一定时间依序传 送信号，面向转换器对向设置的共振元件，对收信用转换器进行最终性信号 传送，当使用者的手指触摸玻璃表面时，该部位的振动能量被手指吸收，此 时利用从送讯的时间比率检测能量未传达的部位。

与传统阻抗式触控面板相较，超音波式的面板穿透率、表面反射光、触感都比较好；缺点则是爪子、硬棒触压面板时，这类物质无法吸收振动能量，因此检测上经常出现误判。此外，面板表面若有水滴时，由于水滴会吸收振动能量，结果常造成误判。

d. 红外线遮光式触控面板
红外线遮光触控面板是在显示面板周围，纵横壁面内部设置LED发光器与收光器，使用者的手指触摸玻璃表面时，该部位的的光线被遮蔽，接着利用纵横壁面内部的收光器判读触控位置。

红外线遮光方式触控面板的光线穿透高达100％，但缺点是对异物、外乱光非常敏感，因此容易出现误判。

e. 静电容量式触控面板
此类型动作原理是捕捉手指触摸玻璃表面时，显示面板的表面电荷变化，依此判读触控位置。动作时首先在触控面板表面形成低压电界，接着利用触摸的手指使该部位的电界放电，最后透过电路与软体判读触控位置。

由于静电容量方式触控面板的放电电流非常低，大约只有10~20μA左右，所以不会对人体造成伤害，静电容量方式又称为「类比容量结合方式」。

f. 电磁诱导式触控面板
电磁诱导触控面板使用可以产生磁界的特殊笔，在显示面板侧边撷取电磁能量，依此检测电磁笔的位置亦即使用者的触押位置。

以往这种方式大多使用座标输入设备，电磁诱导触控面板必需使用专用笔，因此无误触压或是误判之虞。即使感测器设置在偏离磁界能量通行位置，也能够感测磁界能量，一般Tablet都设置在LCD面板内侧，如此就不会影响感测器的动作，同时LCD还可以精确显示画面。

电磁诱导触控面板主要缺点是使用者无法以手指触控，因此应用范围受到限制。但由于传统阻抗式触控面板大型化时，容易发生透明薄膜塌陷、皱纹、不平整等困扰，因此最近几年电磁诱导式触控面版被广泛应用于大型显示器。

g. 影像识认触控面板
影像识认触控面板是在画面附近设置两个摄影机撷取影像，透过影像分析技术判读使用者触押位置。

大型触控面板技术发展
随着液晶与电浆显示器的普及化，平面显示器除了观赏影像之外，已经变成所谓的「多媒体平台（Multimedia Board）」，因此业者开始开发利用笔或是手指操作，就能够写入资料的大尺寸触控面板。

不论触控面板採用哪种方式，最后目的就是检测使用者触控位置（座标轴）（图2）。
　

一般认为超音波方式不适合应用在50吋以上触控面板，主要原因是这种方式手指必须紧贴在面板表面，使用者无法感受或有效控制书写情况，因此超音波触控面板用途受到限制。

虽然传统阻抗式薄膜触控面板结构简单、制作成本低廉，不过透明触控薄膜经常曝露在刮伤、破损的操作环境下。整体来看，使用容易、不需特殊操作工具、不需黏贴特殊膜片，成为新世代多媒体平台用大型触控面板的必备条件，因此研究人员决定採用光学方式，具体结构是让雷射二极体的光线在画面上通行，依此检测笔或是手指触压位置（座标轴）。光学方式可以分为「检测光线反射位置」以及「检测光线被遮蔽位置」这两种方式。

大型触控面板採「光线遮蔽方式」，图3是光学式大型触控面板应用三角法定位原理的动作原理，如图所示，若知道A-B之间的距离、A点的夹角d，以及B点的夹角，就能够确定C点的位置，A-B之间的距离为已知数，只要确定A点的夹角与B点的夹角即可。
　

为求得与两角度，因此在显示器的两个角落设置点光源感测器（Sensor），从感测器的点光源产生扇形的「扩散探测光」，会沿着显示器的表面形成一层薄状光帘。

此时若在显示器周围设置复数个收光器，势必会造成触控面板制作成本暴增，有鑑于此，研究人员在显示器周围黏贴「復归性反射板（Return Reflector Sheet）」，它可以反射来自显示器周围任何方向的光线，亦即从感测器射出的任何光线都会折返至感测器，如果被笔或是手指遮蔽时，光线就不会折返至感测器（图4）。
　

图5是光学式触控面板的光路结构，由图可知，若掌握无法折返光线的角度，理论上就可以轻易求得使用者触押面板的位置。
　

光学式触控面板的设计必须考量雷射光线对人眼的安全，因此採用低功率半导体雷射，然而低功率半导体雷射却会引发復归光量不足等现象。此外，CCD会同时撷取灯泡与太阳等外部光线，必需透过软体的信号处理技术克服。图6是光学式触控面板实际外观。一般认为，大型光学式触控面板非常适合应用在教育、运动以及各种商务简报等领域。
　

结语
以上介绍各种触控面板的结构与动作特性，同时探讨大型光学式触控面板的动作原理与设计技巧。

随着液晶显示器与电浆显示器的普及化，平面显示器除了观赏影像之外，具备写入资料能力者，亦即所谓的「多媒体平台」，不再是遥不可的奢望，这也意味着未来触控面板技术将日形重要。