引言
近幾年來手機技術的發展日新月異，隨著手機觸摸屏技術的不斷發展，使我們在操作手機方面的體驗產生諸多變化。早期觸摸屏是以一個高端的形態出現，1999 年摩托羅拉A6188 機型的出現徹底改變了大家對手機操作的觀念，更重要的是手寫技術被引入手機領域，觸摸屏越來越多地被用在手機上。蘋果的iPhONe 出現后，又打破了這一傳統觀念，多指觸摸技術的發展，讓觸摸屏的應用一下子被拉到了一個全新的領域。
1 傳統四線電阻式觸摸屏技術
早期手機觸摸屏技術，如前面提到的摩托羅拉A6188 手機是采用傳統的“模擬四線電阻式觸摸屏”技術，這種觸摸屏由兩層涂有透明導電物質的玻璃和塑料構成，手指觸摸的表面是一個硬涂層，用以保護下面的PET（聚脂薄膜）層，在表面保護硬涂層和玻璃底層之間有兩層透明導電層ITO（氧化銦，弱導電體），分別對應X、Y 軸，它們之間用細微透明的絕緣顆粒絕緣，如圖1 所示。
觸摸產生的壓力會使兩導電層接通，按壓不同的點時，該點到輸出端的電阻值也不同，因此會輸出與該點位置相對應的電壓信號（模擬量），經A/D轉換后即可獲取X、Y 的坐標值，如圖2 所示。這就是電阻技術觸摸屏的最基本原理，此類技術目前已經成熟，因為價格低、易于生產，現在還用于低端的手機中。
2 純平電阻式（TOUCH LENS）技術
傳統的手機電阻觸摸屏與手機機殼裝在一起，是有凹凸面的，結構不密封。現在市場上具體應用得比較前端的是采用TOUCH LENS 技術的一種觸摸屏，中文俗稱為“鏡面式觸摸屏”、“純平觸摸屏”等，現在已經得到廣泛認可和應用，以蘋果iPhone 為主要推動力量，它分為電阻式和電容式，iPhone 就是用電容式技術的，此前市場上應用比較多的是電阻式，其工作原理同傳統電阻式觸摸屏一樣，結構如圖3 所示，圖4所示為從手機屏幕面所看到的一個純平效果的例子。
TOUCH LENS 的主要特點：（1） 觸摸面板與手機機殼表面完全平整、結構密封、防灰塵；（2）能加工不規則形狀，以將手機外觀設計得更美觀；（3）手寫順滑、手感舒服，屏面清潔、外觀漂亮，材質過硬，不容易破碎；（4）因為上下電極層都是膜結構，厚度比傳統觸摸屏更薄，對于結構設計頗具優勢。
3 觸摸屏多點觸控技術的發展
3.1 電阻式多點觸摸屏（Multi -touchresiSTive screen）技術
不管是傳統的四線電阻式觸摸屏還是TOUCHLENS 結構，以上手機只能單點觸摸，不能滿足豐富的觸摸動作體驗，火熱的多點觸摸技術促使電阻式觸摸屏的進一步發展。在電容屏大行其道的今天，電阻式觸摸屏解決方案以其固有的簡單、低成本，支持多種輸入介質（導體、非導體）的優點仍然占據市場的一席之地，和電容式觸摸屏解決方案相比，耐久性和多點觸摸是電阻屏的兩大軟肋，但是目前其中的一個技術難題---多點觸摸，已經有所突破，下面對目前電阻屏多點觸摸應用進行闡述。
當前電阻式多點觸摸技術可大致分為數字矩陣電阻DMR、模擬矩陣電阻AMR 及五線多點電阻MF 三類。
3.2 模擬矩陣電阻AMR 技術
如圖5 所示，AMR 是沿X 與Y 兩個方向在ITO層蝕刻出一條一條平行排列的區塊，相當于將整個觸摸屏劃分成很多小矩陣區塊，每個小矩陣相當于一個小的模擬四線電阻式觸摸屏，各個區塊彼此獨立。如圖6 所示，當手指按壓到對應的區塊時，區塊就會傳出對應比例的電壓，控制器接收到電壓后再將其翻譯成坐標信息。
圖5 給出了利用四線式電阻觸摸屏實現多點觸摸技術的方法：第一個時刻，在X1 電極上加上電壓，由Y1、Y2、Y3 電極讀取A、B、C 觸摸單元所探測到的X 坐標；同理，在以后的各個時刻依次讀取剩余觸摸單元的X 坐標。獲得所有觸摸單元的X 坐標后，再依次給Y 電極加上電壓，以獲得各個觸摸單元的Y 坐標。
模擬矩陣電阻AMR 與純數字的DMR 技術多點觸摸屏系統不同，AMR 是一個數字模擬混合系統，因此，在掃描電路、AD 轉換電路、控制電路的基礎上，還需添加各種輔助元件來減小外界噪聲對模擬電路的干擾。特別是對于AD 轉換，為了提高轉換的精準度，有必要在硬件電路上添加下拉電阻，以避免無觸摸發生時AD 輸入端浮接的現象。
控制電路將控制掃描電路生成恰當的掃描信號，并使得AD 轉換電路在恰當的時候進行數據采樣和轉換。對于AD 轉換電路，可以在串行轉換和并行轉換間做取舍。串行轉換結構簡單，需要的AD 模塊數量少，但是總的轉換頻率低；并行轉換需要的AD 模塊數量稍多，但總的轉換頻率可以得到提高。
于是基本電路構架便可以分為串行和并行兩種，如圖7 所示。值得注意的是，圖6 僅表現了坐標采集轉換電路的基本原理和結構，并沒有畫出為減小各種電器噪聲而添加的元件，如AD 的下拉電阻、濾波電容等。
3.3 數字矩陣電阻DMR 技術
原理上，DMR 是將觸控面板上下層劃分成許多很小的區塊，當某一區塊被碰觸，這一區塊就會被啟動開關，此時線路會發出指示開關的數字訊號傳給控制器，控制器便能計算出觸碰位置的坐標。
如圖8 所示，8×8 數字電阻觸摸屏， 基于Altera 解決方案［1］：它采用兩層ITO 分別作為水平的sensing line（觸摸感測線）和垂直的driving line（加電驅動線），driving line 和sensing line 之間的觸點就相當于一個開關，在未接觸時，它們之間是絕緣的，而接觸發生后，兩者發生短路，相當于開關閉合。驅動的時候，其中sensing line 通常由一個上拉電阻施加高電平，同時在driving line 上以一定頻率依次在各列中施加負脈沖電壓，這樣當掃描到觸點所在的那一列時，由于觸點開關閉合，形成直流通路，使得觸點所在行的電壓被拉低，形成一個負脈沖，這樣就檢測到了觸點的位置。由于driving line 是依次掃描，所以可以檢測到多個觸點的位置。
圖8 觸摸解碼的工作模式
數字矩陣電阻DMR 其實就是一個開關網格，由于各個開關節點彼此獨立識別，所以互不干擾，可以實現真正意義上任意多點的多點觸摸。橫向數據的并行寫入以及不需要AD 轉換，極大地提高了觸摸屏的工作速度。但是，數字矩陣電阻DMR 需要眾多的電極和端口，導致其成本遠高于模擬矩陣電阻AMR，故僅適用于對系統可靠性和工作速度有特別要求的應用場合。
3.4 五線多點電阻MF 技術
無論是AMR 還是DMR，只要上層的導電薄膜被劃傷，整個觸摸屏就會無法正常使用。傳統五線電阻屏，只有下導電層是電壓分布層，上導電層只是電壓檢測層，所以對上導電層的電阻均勻性沒有嚴格的要求，不存在真實坐標，耐受性較高。工作時在下導電層的四個角上加電壓，這樣就可以在下導電層X 和Y 兩個方向產生均勻電壓場分布，如圖9（a）所示，當有觸摸時，通過上導電層檢測接觸點電壓，然后傳送給控制器轉換為觸摸點X 和Y方向的坐標。
傳統五線電阻屏的優點：（1）上導電層電阻均勻性要求較低；（2）上導電層只做檢測作用，損傷后只要導通即可使用，點擊、劃線壽命大大優于四線屏（例如：點擊：四線100 萬次，五線500 萬次；劃線：
四線10 萬次，五線50 萬次）；（3）只在下導電層完成X、Y 坐標的檢測，定位更加準確。缺點：（1）從四角加電壓，容易產生枕形失真；（2）由于補償電極的設計，邊框不可能做得很窄，因此目前一般只在中大尺寸屏上應用，在手機上應用很少。
MF 除了具有傳統五線屏的所有優點之外，還有本身的一些特點，如圖9（b）所示：（1）采用分段電極設計，取代原來的補償電極設計，使用金屬走線代替印刷銀線，邊框可以做得較窄，適合在各種尺寸上應用；（2） 通過在上導電層進行分塊可以實現多點觸摸，支持手寫輸入；（3）具有和四線電阻屏同樣優秀的線性。
MF 需要在Glass 上進行一次ITO 和金屬的濺射和蝕刻（Metal sputtering and etching），因此價格比四線電阻屏要高。電容屏（Cypress）需要濺射兩層二氧化硅、兩層ITO 和一層金屬，然后蝕刻，后續都要進行一定的加工，因此電容屏的價格要比多點觸摸電阻屏高出30~40%.MF 因為是多電極引出，邊框不可能非常窄，現階段可以做到最內側金屬電極到屏邊界2.3mm，還可進一步窄化。另外，其上導電層分塊之間的間隙會影響外觀，目前已經可以將間隙做到30μm 以下，只有特殊角度才可以看得到，并且該間隙對使用沒有任何影響。
目前致力于電阻式多點觸摸解決方案的公司除了Altera，還有Stantum、Touchco、Samsung等，成本低是它的最大優勢，如果能在精確度和可靠性上更進一步，相信電阻式觸摸屏會更受青睞。
4 結論
多點觸摸技術的操作方式把我們帶進了一個人機交互的新紀元，尤其是手機的操作理念正經歷著一場革命。新的觸摸屏技術正向著更簡單、更直觀、更人性化的方向發展，用觸控式的屏幕虛擬鍵盤替代傳統實體鍵盤可以節約手持設備寶貴的體積空間，并且可以在不需要使用鍵盤應用（如電影播放）時獲得更大的可視空間。同時，省去了鍵盤也可以大大簡化廠家的生產工藝，減少材料的浪費。未來是一個觸摸的時代，多點觸摸技術將會帶給人更多的欣喜和體驗。