第四章 觸控面板技術與演進
第一節 觸控面板技術簡介
國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
第四章 觸控面板技術與演進
觸控面板的銷售量，近幾年來快速的成長，所有的觸控面板廠商（包含已進 入此市場的與欲進入此市場的廠商），無不費盡心力研發各項新的觸控面板技 術，以期在此新興且快速成長的市場中，取得競爭優勢，因而觸控面板技術，於 近幾年來快速的變化，市場中的主流觸控面板技術，也持續的在轉移。
各種觸控面板技術皆有其優缺點，同時在不同時期，各種觸控面板技術的 成熟度亦不相同，為了解各家觸控面板企業在不同時期採取的技術策略類型，
則必需先了解觸控面板的相關技術及優缺點，以相關的演進史，才能適切的判 斷出在不同時期各家觸控面板企業所採取的技術策略。
本章即針對以上的資料作說明，共分為觸控面板簡介、各種觸控面板原理 與特性、各種投射電容式觸控面板製程技術結構、主要的投射電容式觸控面板 之特性以及觸控面板技術與應用之演進等五部份作說明。
第一節 觸控面板技術簡介
觸控面板之基本原理為當手指或適當之物體（以下皆以手指簡稱）接觸到 物體表面時，利用物體表面的改變，或是外部感應器，偵測出手指於物體上的相 對位置，再經由控制處理器作出相對應的反應。早期的觸控面板僅能作到單點 觸控，故觸控面板能達成的功能受到侷限，近期發展的觸控面板則能支援多點 觸控，同時，控制處理器的功能也不斷的提昇，故能作到手勢控制，大幅提昇了 觸控面板功能，以及操作的便利性，也擴大了觸控面板之應用。
觸控面板的技術種類繁多，但大致上可以依觸控原理、觸控面板與顯示器 面板結合的方式，或是以觸控面板製程技術來分類。
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
觸控面板以觸控原理來分類，可以分為電阻式、電容式、光學式、超音波 式，以及電磁式等觸控面板，其中，電阻式觸控面板可再分為類比電阻式觸控面 板（一般稱為傳統電阻式，可再分為四線、六線、八線等）以及數位電阻式觸控 面板，而電容式觸控面板亦可再分為投射電容式觸控面板、表面電容式觸控面 板。至於光學式及超音波式亦可再細分成不同原理，分類如圖 4-1（莊政道，民 102），詳細原理會於後續的章節說明之。
資料來源：莊政道（民 102）。
圖 4-1 觸控面板技術類型圖
觸控面板以與顯示面板結合的方式來分類，可以分為外掛式、On Cell 及 In Cell 觸控面板，結構如圖 4-2；所謂的外掛式觸控面板，指的是於製造過程中，
觸控面板與顯示面板分開製造，兩者製造完成後，再經由結合的製程，將觸控面 板與顯示面板結合（或是先與表面玻璃結合之後再與顯示面板結合），由於製程 技術的限制，到目前為止，仍是以外掛的方式與顯示面板結合之方式佔大宗；所 謂的 In Cell，指的是在顯示面板的設計與製造過程中，直接將觸控感應器設計 進入顯示面板的元件中，並與顯示面板元件一同製造，由於目前的顯示面板皆 製作於玻璃基板上，加上顯示面板元件有其電性的要求，故僅有部份原理的觸 控面板（投射電容式、電壓感測式以及光學感測式等三類）可以採用 In Cell 的 模式與顯示面板結合；所謂的 On Cell，指的是將觸控感應器，直接製作於顯示
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
面板的顯示面，目前則僅有投射電容式觸控面板，發展出 On Cell 的模式與顯示 面板結合。
資料來源：莊政道（民 102）。
圖 4-2 以與顯示面板結合的方式區分之觸控面板結構圖
觸控面板以製程技術來分類，可以分為薄膜式、玻璃式，以及外接型觸控面 板。其中薄膜式與玻璃式指的是將觸控感應器製作於塑膠薄膜上或是玻璃上，
又可再分為單面製程技術與雙面製程技術，薄膜式（一般亦稱之為 Film type）
為將觸控感應器製作於塑膠薄膜上，如 G1F、GFF、GF2 等皆屬於此類製程；玻 璃式則是將觸控感應器製作於玻璃基板上，如兩片玻璃式（Glass to Glass，簡稱 G/G 式），單片玻璃式（One Glass Solution，簡稱 OGS）等，而 TOD（Touch On Display）以及 TOC（Touch On Color filter），雖然將觸控感應器直接製作於顯 示面板上，但是仍是製作於玻璃基板表面，故仍可算是此類製程；而外接型觸控 面板則是將觸控感應器完全獨立於顯示面板之外，在顯示面板完成後，於顯示 面板的週邊，加裝觸控感應器，如光學式等即屬於此類。詳細製程技術結構於後 續的章節說明之。
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y 第二節 各種觸控面板原理與特性
本節針對各種觸控面板的觸控原理與結構作說明
一、 類比式電阻式觸控面板原理
類比式電阻式觸控面板的結構如圖 4-3，主要為使用上下二片 ITO 導電層，
中間放置 Spacer 避免訊號在無觸控的情況下誤動作。其觸控原理為當手指按壓 觸控面板時，上下兩片 ITO 導電層會接觸，造成位於該區域的電壓改變，此感 應的類比訊號傳至 AD 控制處理器計算後，即可定位出手指的 X、 Y 座標位置，
並作出相關的對應反應；一般而言，類比式電阻式觸控面板又依線數可區分為 4~8 線（介 面 公 司 網 站 ， 民 102）。
資料來源：介面公 司 網 站 （ 民 102） 。 圖 4-3 類比式電阻式觸控面板原理示意圖
二、 數位電阻式觸控面板原理
數位電阻式觸控面板的結構如圖 4-4，與類比電阻式之結構很類似，也是使 用上下二片 ITO 導電層，中間放置 Spacer，但是，在導電層表面，則會採用 X、
Y 軸方向的導電圖形，如此，基板表面的每一個圖案，都可以視為一個感應器，
負責觸控訊號的傳送；其觸控原理亦為當手指按壓觸控面板時，上下兩片 ITO 導電層會接觸，造成位於該區域的電壓改變，再利用電壓接觸比較，即可定位出
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
手指的 X、 Y 座標位置，並作出相關的對應反應（曾顯權、黃耿祥、楊智惠，
民 100）。
資料來源：曾 顯 權 、 黃 耿 祥 、 楊 智 惠 （ 民 100）。
圖 4-4 數位電阻式觸控面板原理示意圖
三、 表面電容式觸控面板原理
表面電容式觸控面板的結構如圖 4-5，其最外層通常是一層高硬度的 SiO2 防刮材質，接下來則是使用上下二片 ITO 導電層；其觸控原理為利用 ITO 層在 觸控面板表面形成一個均勻的電場，通常有電極及感應器在面板的四個角落，
當手指碰觸到觸控面板時，其觸控面板會有輕微的電容變化，並產生相對誘導 電流，藉由四個角落的感應器偵測電流的強度比例與四個角落距離的差異，再 經由控制處理器計算，即可偵測出手指之 X、 Y 座標位置，並作出相關的對應 反應（曾 顯 權 、 黃 耿 祥 、 楊 智 惠 ， 民 100）。
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
資料來源：曾 顯 權 、 黃 耿 祥 、 楊 智 惠 （ 民 100）。
圖 4-5 表面電容式觸控面板原理示意圖
四、 投射電容式觸控面板原理
投射電容式觸控面板的結構如圖 4-6，其結構與表面電容式觸控面板類似，
最外層通常是一層高硬度的 SiO2 防刮材質，接下來則是使用上下二片 ITO 導 電層，差別在於投射電容式的 ITO 基板表面，佈滿了位於不同平面但相互垂直 之 X 及 Y 方向的透明導線以及傳導金屬線。由於 X、Y 方向的透明導線架構在 不同表面，其相交處形成一電容節點， 當電流經驅動通過其中之一的導線時，
另一層導線及與偵測電容值變化的電子迴路相通，其觸控原理即為利用控制器 先後供電流予不同層之驅動線，因而使各節點與導線間形成一特定電場， 當手 指或觸動媒介接近時，控制器迅速測知在節點與導線間的電容值改變， 進而確 認觸動之位置。由於透明導線在面板上形成不同於表面電容的三維電場， 因此，
觸動不須實際接觸仍可發生；換言之，投射電容式具有 Z 軸分辨能力的觸控應 用技術（曾 顯 權 、 黃 耿 祥 、 楊 智 惠 ， 民 100）。
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
資料來源：曾 顯 權 、 黃 耿 祥 、 楊 智 惠 （ 民 100）。
圖 4-6 投射電容式觸控面板原理示意圖
五、 光學式（紅外線式）觸控面板原理
光學式觸控面板的結構如圖 4-7，其結構主要是在觸控面板四周安置矩陣排 列的紅外線發射器與接收器。其觸控原理為排列在觸控面板四周的紅外線 LED 會同時產生陣列排列的紅外線訊號，形成一個整齊交錯的紅外線網，紅外線 LED 各是獨立且單一的，當物體遮斷紅外線訊號時，就能知道那一個位置的接收器 被遮斷，最後再經由控制處理器即可得知物體的 X、Y 座標位置（曾 顯 權、黃 耿 祥 、 楊 智 惠 ， 民 100）。
資料來源：曾 顯 權 、 黃 耿 祥 、 楊 智 惠 （ 民 100）。
圖 4-7 光學式（紅外線式）觸控面板原理示意圖
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
六、 表面聲波式（超音波式）觸控面板原理
表面聲波式觸控面板的結構如圖 4-8，其結構主要是在觸控面板的 X 及 Y 軸，以及其對邊分別安裝兩種轉換器與反射板。其觸控原理為先由控制器送出 電子訊號到傳送轉換器，再轉換成表面聲波輸出，並直接送至反射板。當物體碰 觸到觸控面板時，表面聲波能量會因被物體吸收而造成訊號衰減，此時，對角反 射板即會接收到異常訊號，再將此訊號送到接收轉換器，轉換回電子訊號後，經 控制處理器依表面聲波衰減量計算出物體的 X、Y 座標位置（曾 顯 權 、 黃 耿 祥 、 楊 智 惠 ， 民 100）。
資 料 來 源 ： 曾 顯 權 、 黃 耿 祥 、 楊 智 惠 （ 民 100） 。 圖 4-8 表面聲波式（超音波式）觸控面板原 理 示意圖
七、 電磁式觸控面板原理
電磁式觸控面板的結構如圖 4-9，其結構包含數位導電玻璃、特定功能積體 電路的電磁板與電磁筆。其觸控原理為利用電磁筆上線圈，在與觸控面板接觸 時會產生磁場的變化，並且算出接觸點的 X、Y 座標（曾 顯 權 、 黃 耿 祥 、楊 智惠，民 100）。
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
資料來源：曾顯權、黃耿祥、楊智惠（民 100）。
圖 4-9 電磁式觸控面板原理示意圖
八、 不同觸控原理之比較
不同觸控原理之特性比較表如表 4-1，以下針對目前最常用的電阻式與投射 電容式觸控面板技術作說明：
(一) 電阻式的優點為售價低，但缺點則為反應速度較慢較不靈敏，且需定期校 正，耐用度低，透光性也較差。
(二) 投射電容式觸控面板的優點為透光性高，耐用性高，支援多點觸控，同時反
(二) 投射電容式觸控面板的優點為透光性高，耐用性高，支援多點觸控，同時反