三大觸控螢幕主流技術圖解

作者 | 發布日期 2014 年 05 月 05 日 13:36 | 分類 光電科技 , 零組件 , 面板
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點點點、滑滑滑,從售票機到平板電腦,觸控式螢幕已經非常普及在我們的生活之中了。為什麼只是在玻璃板上動動手指,電腦就能知道你想做什麼呢?這篇文章要告訴你觸控螢幕的運作原理。



用力按效果好──電阻式

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觸控螢幕依原理不同,可以分成電阻式、電容式、波動(聲波、紅外線)式等。電阻式觸控螢幕的基板是二層玻璃,內側皆鋪上鍍有氧化銦錫的導電層,上下層間以一些絕緣的「隔球」隔開,最外面再加上薄薄的防刮板。使用者透過按壓,讓上下層接觸而發出訊號,所以上層是材質較軟、觸摸後會有微小凹陷的薄玻璃或塑膠,下層則是比較硬的厚玻璃;隔球可以避免用久了以後材料變形,就算不碰也會造成短路而自行啟動。

電阻式螢幕在兩層導電層之間有電壓差異,形成一個電場;按壓時會讓上下層的電極接觸,造成短路和電阻改變,此時控制器測得面板電壓變化,而計算出接觸點位置、進而輸入對應指令。簡單來說,使用者觸摸螢幕表面時,上層受到手指或筆尖的壓力略微下凹、與下層接觸;電腦透過電阻變化,反推出接觸點在哪裡、代表什麼功能。

因為電阻式螢幕透過壓力操控,所以不一定要用手來控制,筆、信用卡等都可以操作,即使戴上手套也沒關係;不過如果「摸」得太輕,電阻式螢幕不會有反應,要用輕戳才行。電阻式螢幕成本低廉、技術門檻低,在附觸控筆的個人數位助理(PDA)、店家的點餐櫃檯、電子字典、信用卡簽名機等都很常見。

然而,操作電阻式觸控螢幕時需要輕敲,久而久之它容易故障、不太耐用,而且靈敏度也不太好,畫畫、寫字並不流暢。

 

愈滑愈順手──電容式

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近年來造成滑手機風潮的,則是電容式觸控螢幕,它由多層材料結合構成,最外層是高硬度的防刮材質,中間層則是導電基板;表面電容式螢幕以周圍四邊或四個角當做電極放電,在表面上形成均勻電場。

電容是形容某物體「儲存電荷的能力」。當使用者接觸螢幕時,由於人體會導電,因此影響了面板的電容量;此時面板中的控制器就會依據四個角落所引發的電流變化差異,推算出手指的位置和該處代表的功能。

目前的智慧型手機、平板電腦大多都是電容式螢幕,它的優勢在於反應速度比電阻式快得多,使用者可以用手指輕鬆的「滑手機」,不必像使用電阻式螢幕一樣要用戳的。然而,電容式螢幕只能用可以導電的物體操控,市售配合的觸控筆筆尖也是金屬纖維做的,你可以試著拿布娃娃的手操作看看,手機不會有任何反應。此外如果有較大面積的導電體(如手掌或旁人)接近,或導體靠得很近時,沒摸到就能引起電容式螢幕動作;當環境溫度、濕度改變(例如過熱)時,電場也改變,可能造成電容式螢幕控制不準確。

電阻、電容式螢幕的電極形狀、位置都需要一番設計,才能製造出均勻電場,所以這兩款面板都很難做大,最大大約20幾吋。

 

觸控大螢幕──波動式

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要把觸控式螢幕做大,就有賴這第三種運作原理:波動式觸控螢幕,它大體來說可分為表面聲波、紅外線兩種,原理很類似。

表面聲波式螢幕是在玻璃基板的角落安裝超音波發射器和接受器,基板的四邊則加裝反射條;當手指或軟性物質觸碰面板時會阻隔超音波,造成訊號衰減,衰減前與衰減後比對,就能計算出觸碰的位置。紅外線螢幕則是在玻璃面板相對的邊上安裝多個紅外線發射器和接收器,運作時形成紅外線網格;使用者操作時遮斷紅外線訊號,看哪個偵測器收不到訊號,就能得知觸碰點位置。

波動式螢幕最怕髒,灰塵、油汙甚至液體都會干擾波動傳遞,或造成錯誤判讀,所以使用者要不時擦拭一下。另外,紅外線螢幕不會受到電流、電壓和靜電干擾,但對外界光照比較敏感,在光影變化大時,會受干擾或誤判。

(本文由《科學少年》授權轉載;撰文/林三永;首圖圖片來源:Flickr-Jeff Kubina by-sa-small)

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