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新一代手机输入接口:触摸屏
2007/2/1 11:52:31    产通学院,365PR NET

“手机按键太多”、“手机按键太小又挤在一起,很不方便”,这些是很多用户在使用手机时感觉到的不便。最新多媒体手机上的按键已多达20个,除输入数字和文字的12个按键之外,还有很多功能键,这使用户的使用更加困难。减少按键的数量也一样,因为要经过很多次菜单选择才能使用特定功能,同样不便。如果要体现超薄设计,那么手机按键的使用会更难,而如果要体现多媒体潮流,那么LCD显示屏会扩大,从而削弱手机的携带特性。为了更加方便地使用手机复杂多样的功能和进行革新的设计,触摸屏被业内公认为新一代手机输入接口。

触摸屏能够使手机制造商隐藏数字键区,由于相关技术的发展,触摸屏的效用性目前已经得到了很大提高,触摸时可感觉到实际按键效果的触觉感应技术就是具有代表性的例子之一。诺基亚认为,触摸屏相对于输入亚洲字符来说,比数字键盘更为便捷。由于画面本身可以作为接口,触摸屏不仅允许使用大型LCD显示屏,而且也可以保持超薄的设计,此外,还可以支持更加直观的界面。对于照相功能可提供照相专用菜单,同时对MP3、互联网、通话等都提供不同的界面。

目前,采用触摸屏技术的手机有苹果的iPhone、诺基亚S60、LG电子的普拉达(Prada)、Palm的Treo、摩托罗拉的ROKR E6,索尼爱立信的P1c。

1、手机触摸屏技术

触摸屏是一套透明的绝对定位系统,首先它必须保证是透明的,因此它必须通过材料科技来解决透明问题,像数字化仪、写字板、电器开关,它们都不是触摸屏;其次它是绝对坐标,手指摸哪就是哪,不需要第二个动作,不像鼠标,是相对定位系统。触摸屏能检测手指的触摸动作并且判断手指位置,目前IT设备上的各类触摸屏技术就是围绕“检测手指触摸”而八仙过海各显神通的。

为了操作上的方便,人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时,我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏,然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成;触摸检测部件安装在显示器屏幕前面,用于检测用户触摸位置,接受后送触摸屏控制器;而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收的触摸信息,并将它转换成触点坐标,再送给CPU,它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。

触摸屏由高电阻ITO薄膜和ITO玻璃构成,两者间由透明细小隔离点隔开,轻薄,耗电小,耐磨,不怕灰尘、水汽和油污。按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质,可以把触摸屏分为:这八种主要触摸屏技术是:电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏(表面、投射式)、红外线技术触摸屏、表面声波(SAW)技术触摸屏、光学触摸屏、弯曲波技术触摸屏和数字转换器技术触摸屏。此外,还有八种新兴的触摸屏技术,包括像素光传感器(photo sensor in pixel)、聚合物波导(polymer waveguide)、分布光(distributed light)、应变仪(strain gauge)、多触点(multi-touch)、双重力触摸(dual-force touch)、激光点激发触摸(laser-point activated touch)和3D触摸。

每一类触摸屏都有其各自的优缺点,而手机使用的触摸屏目前只有电阻式、电容性两种。

(1)电阻式触摸屏

电阻式触摸屏利用压力感应进行控制,其主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏。这是一种多层的复合薄膜,它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层,表面涂有一层透明氧化金属(透明的导电电阻)导电层,上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层。它的内表面也涂有一层涂层,在他们之间有许多细小的(小于1/1000吋)的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时,两层导电层在触摸点位置就有了接触,电阻发生变化,在X和Y两个方向上产生信号,然后送触摸屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出(X、Y)的位置,再根据模拟鼠标的方式运作。

电阻触摸屏的优点包括:价格低、分辨率高、鼠标追踪、小目标激活以及不受污垢、灰尘、水或者光线的影响。但不幸的是,电阻触摸屏的图像清晰度仍有很大不足。另外,这类显示屏非常易碎,怕重物或者尖锐物体,这使得其耐用性成为问题。虽然存在这些缺点,但电阻触摸屏的出货量仍将有明显增长。

电阻式触摸屏是最经济实惠和最普通的触摸屏技术,目前触摸屏部件厂商有100多家,其中三分之二以上生产电阻式触摸屏。手机应用的主要是2.0-3.5吋四线电阻屏,由于其它技术的竞争,预计未来五年平均销售价格(ASP)每年将下降10%,其销售额增长率不会太高。该市场到2012年将从2006年的13.9亿美元增长到16.7亿美元,复合年增率为3.1%。随着利润下滑,iSuppli预测近期行业内将出现大量兼并重组活动。 

在2006年销售的触摸屏手机中,大部分使用的都是电阻式触摸屏,比如Palm的Treo、摩托罗拉的ROKR E6、索尼爱立信P1c。

(2)表面电容式触摸屏

电容技术触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的。电容式触摸屏是是一块四层复合玻璃屏,玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO,最外层是一薄层硅土玻璃保护层,夹层ITO涂层作为工作面,四个角上引出四个电极,内层ITO为屏蔽层以保证良好的工作环境。当手指触摸在金属层上时,由于人体电场,用户和触摸屏表面形成一个耦合电容,对于高频电流来说,电容是直接导体,于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流从触摸屏四角上的电极中流出,并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比,控制器通过对这四个电流比例的精确计算,得出触摸点的位置。

电容触摸屏的最大优势是透光率和清晰度优于四线电阻屏。但是,电容屏反光严重,而且,电容技术的四层复合触摸屏对各波长光的透光率不均匀,存在色彩失真的问题,由于光线在各层间的反射,还造成图像字符的模糊。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容易引起电容屏的误动作;用戴手套的手或手持不导电的物体触摸时没有反应,这是因为增加了更为绝缘的介质。另外,电容触摸屏最外面的硅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,不管是伤及夹层ITO还是安装运输过程中伤及内表面ITO层,电容屏就不能正常工作了。

(3)投射式电容触摸屏

iPhone显示屏模块价值约为27美元,相当于8GB iPhone总成本的10.8%。在苹果的宣传当中,iPhone不是通过压点感应来执行用户的操作命令,而是基于电流变化的电容式触摸技术。

投射式电容触摸屏是一种先进的电容触摸屏,两层玻璃当中是一层由金属线构成的网,只要手指轻轻触摸投射式电容屏幕,手机即可执行命令。实际上,投射式电容屏幕甚至不需要人们真正触碰屏幕,这种触摸屏可以在两毫米远处感知用户的手指运动。和需要手写笔或者手指实际触摸的手机相比,投射式电容技术的手机屏幕更加的明亮,因为它们不需要抗划保护膜的保护。

投射式电容触摸屏还拥有代表人机接口重要发展趋势的多点触控(Multi-touch)功能,能够同时处理多根手指命令。多数触摸屏都是按单触点设计的,也就是一次只能记录一个触点。如果同时进行两个或三个触摸动作,多数触摸屏只能记录最后一个触点,或者两个触点之间的区域。多触点触摸屏是能够同时对多个触摸动作进行响应的显示屏,而且可以与光学成像技术集成在一起,包括电阻触摸屏、表面电容触摸屏和投射式电容触摸屏。在iPhone屏幕上,用户只要用两根手指张开或者合拢,就能重新调整窗口大小。

除了iPhone外,目前采用投射式电容触控屏的还有韩国LG的Prada手机,以及泛泰公司(Pantech)的一款手机。在泛泰公司手机当中,键盘下面安装有一颗投射式电容感应器,用户可以在键盘之上对手机进行操作。

目前,投射式电容触摸屏尚且属于一种新技术,当这一技术成熟后,其需求将非常强劲。由于多触点触摸屏正在成为受人欢迎的选择,苹果也为这种技术申请了专利。但是,这种技术的一个瓶颈可能在于苹果拥有该多触点触摸屏专利。苹果是否愿意接受专利费并允许其它厂商使用它的技术,尚不得而知,虽然它只控制着一项专利,而且不涉及全部多触点触摸屏技术。

2、触摸屏市场

iPhone将成为触摸屏手机技术的一种催化剂。随着手机设计向轻薄化、色彩化发展方向,触摸屏将成为手机最普通的功能。

在全球触摸屏市场,电容式触摸屏制造商相对较少,事实上,这一技术目前不支持书写识别,由于电阻式触摸屏价格较低,这意味着电容式触摸屏在价格上与电阻式触摸屏竞争仍然面临着困难。但是,由于许多消费者并不了解电阻式触摸屏和电容式触摸屏之间的差异,苹果iPhone手机并不影响电阻式触摸屏的增长,iPhone手机将推动整个触摸屏手机市场的增长,使整个行业受益。

iSuppli统计显示,2006年具有触摸屏功能的手机销量达到3800万台,占整个手机销售份额的4%,预计这一数字到2012年将达到9000万台。

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