如今觸摸屏已經融入我們工作生活的方方面面、應用在幾乎所有領域，比如我們的手機、iPad，銀行的ATM機、售貨機、售票機、游戲機、電腦、監視器等幾乎都用上了這項技術。我們現在已經無法想象，如果沒有觸摸屏，我們的生活將會怎樣？我們已經無法忍受物理按鍵手機的不便，無法想象ipad如果沒有觸摸屏，我們該怎么使用。
我們現在已經離不開觸摸屏，但是你知道這項偉大的發明最早是由誰提出的嗎？歷史上第一塊觸摸屏又是由誰設計的呢？觸摸屏是如何發展而來的嗎？今天就讓我們一起來追根溯源。
歷史上第一塊觸摸屏是誰設計的？
首先讓我們把時間回溯到50多年前的1965年，當時英國一本名為《電子通報(Electronics Letters)》雜志刊登了一篇簡短的論文，標題為《觸摸顯示：一種新的電腦輸入/輸出設備(TouchDisplay-A novel input/output device for computers)》。
約翰遜在《Electronics Letters》上發表的文章
文中提出了一種作為輸入/輸出裝置的觸摸顯示設想：就是通過手指在一塊復合玻璃屏上的觸摸產生感應靜電電容，通過電容變化的測量實現對玻璃屏觸摸動作的計算，從而實現觸摸操作。復合玻璃屏設想是由內表面涂覆氧化銦錫(ITO)類的透明金屬氧化物層，四角有四個電極構造而成。這種技術后來被稱為電容式觸摸，而該篇論文也被認為是最早提出觸摸顯示的文字資料，這篇論文的作者是來自英國馬爾文皇家雷達研究所的工程師約翰遜(Eric.A. Johnson)。
約翰遜(Eric.A. Johnson)
在發表了這篇論文之后，約翰遜并沒有停止研究的腳步，而是著力把設想變為現實，經過2年的不斷努力，1967年，他終于制造出了人類歷史上第一塊觸摸屏。他把這個設計過程和原理又寫了一篇論題為《觸摸顯示：編程人機界面(Touch Displays: A Programmed Man-Machine Interface)》的論文，發表在了《人體工程學(Ergonomics)》雜志上。兩年后的1969年，約翰遜的觸摸顯示發明被授予了美國專利(US patent3482241)。
約翰遜1967年制造的第一塊觸摸屏
約翰遜設計的觸摸屏和現在很不一樣，那時只有笨重的CRT顯示屏，沒有液晶、OLED等輕薄的平板屏幕。盡管有些笨重，但卻能顯示出令當時人們認為是魔術般的效果，手指點到哪里，屏幕就會在該處發出亮光，并記錄手指的位置。當時還只能給出一個手指觸摸的位置，屏幕上如有多處接觸，控制器的計算就會發生混亂，而且屏幕只能記錄有接觸或者沒有接觸這兩種感應信息，不能感知手指接觸的力度。
也就是說，當時的電容式觸摸屏每次只能處理單一觸控，距離今天的多點式觸控還有很長的路要走。但想想這畢竟是在上世紀60年代，即使只有基本的單點觸控功能，也已經很有吸引力了。1973年這一技術被英國航空管理局用于空中交通管制系統，直到90年代末。
歷史上第一塊電阻式觸摸屏是誰開發的？
雖然現在電容式觸摸屏大行其道，電阻式觸摸屏已經很少使用，但在2007年蘋果發布第一臺全觸摸屏智能手機iPhone之前，電阻式觸摸屏式占據絕對市場主導地位。因為當時電阻屏的技術更為成熟，成本更為低廉，使用壽命也比電容屏要長。
電阻式觸摸屏的開創者是美國肯塔基大學教授薩姆·赫斯特（Sam Hurst）博士。1971年，他帶領的科研團隊正在研究原子物理學，繁瑣的分析使得研究進展緩慢。赫斯特想了一個辦法來解決這個問題，他用導電紙讀取一對X、Y坐標，偶然發現了利用壓力改變電流傳輸的電阻式觸控，導致了第一個電阻式觸摸屏的誕生。他的學生用這個原型將原來需要幾天時間才能完成的計算在幾個小時內便完成了。赫斯特博士認為，這是一個重大發現，通過進一步改良，這項技術可以與計算機屏幕結合，它將會替代鼠標成為控制計算機的更加便捷的方式。
電阻式觸摸屏的開創者薩姆·赫斯特（Sam Hurst）
之后赫斯特博士創立了自己的公司，并于1977年正式開發了可以應用在計算機上的電阻式觸摸屏，并很快獲得了專利。此后該技術獲得快速發展，有無數公司在其基礎上開發了不同特性的電阻式觸摸屏。
薩姆·赫斯特（右）和同事展示產品
例如在1977年，摩托羅拉公司推出了第一款支持觸摸筆輸入的掌上電腦Palmpilot；1982年，赫斯特博士與西門子合作，將電阻式觸控技術應用于電視機。1996年，Palm公司憑借Pilot系列掌控PDA掌上電腦市場近十年；1999年，摩托羅拉公司推出了第一款集成了電阻式觸控屏的手機A6188，支持手寫中文。一直到2007年，電阻式觸摸屏都是市場上占有絕對優勢的觸摸屏類型。
摩托羅拉電阻式掌上電腦palmpilot
電阻式觸摸屏的原理就是利用壓力感應用控制屏幕的導電狀態。其結構基本上是薄膜加上玻璃，薄膜和玻璃相鄰的一面上均涂有ITO(Indium Tin Oxides，納米銦錫金屬氧化物)涂層，ITO具有很好的導電性和透明性。
當觸摸操作時，薄膜下層的ITO會接觸到玻璃上層的ITO，經由感應器傳出相應的電信號，經過轉換電路送到處理器，通過運算轉化為屏幕上的X、Y值，從而完成點選的動作，并呈現在屏幕上。
電阻式觸摸屏具有很多優勢，比如屏幕和控制系統都比較便宜、反應靈敏度很好，而且是一種對外界完全隔離的工作環境，不怕灰塵和水汽，能適應各種惡劣的環境。它可以用任何物體來觸摸，穩定性能較好。因此在推出后，迅速被市場接受。
歷史上第一塊紅外式觸摸屏是誰開發的？
在電阻式觸控技術發明的同時，基于紅外技術的觸控技術也在進行中。
20世紀70年代，美國Carroll Touch公司最早商業性地開發了紅外式觸摸屏。這種顯示屏把紅外LED陣列置于顯示屏的兩個鄰邊，把光電二極管（PD）置于LED的對邊。當LED開啟時，光電二極管探測到LED的信號，當發生觸摸動作時，系統會根據紅外信號被阻斷來識別觸摸的位置。
PLATO是第一個通用的計算機輔助教學系統，其第四代產品配備了具備觸控功能的半透明等離子顯示器，學生可以通過觸摸屏幕的任意位置來回答問題，PLATO IV也由此成為第一臺在教室使用的觸控計算機。
第一臺用于課堂的觸摸屏電腦PLATO IV
1983年推出的惠普PC-150是最早的商用觸屏電腦之一，屏幕上網格紅外線可記錄手指運動。
但早期的紅外式觸摸屏分辨率低，易受環境干擾而產生錯誤動作，要求在一定的遮光環境中使用，而且感應器會堵塞灰塵，需要經常清潔。由于這些局限性，致使紅外式觸摸屏在發明后相當的長時間內并沒有發展起來，電阻式觸控技術仍然是炙手可熱的應用對象。
歷史上第一塊多點觸摸屏是誰發明的?
觸控技術自發明起就有一個難以解決的技術難點——只能實現單次點擊，無法多點同時觸控。
為了解決這個問題，1982年多倫多大學研發了一種通過內置攝像機追蹤手勢的平板電腦，這項技術使得屏幕可以同時讀取多個觸摸點，但這并不是真正意義上多點觸摸屏。
大約在同一時間，美國計算機設計師邁倫·克魯格（Myron Krueger）開發出了一種光學系統，它可以追蹤手勢運動，這可以說是我們今天使用的觸摸屏中手勢識別功能的先驅，當然這也不是多點觸摸屏。
這第一塊具有多點觸摸功能的屏幕誕生于1984年，這塊屏幕由貝爾實驗室的鮑勃·鮑伊（Bob Boie）制造，他將一組透明的電容觸摸感應器放置在了一個CRT顯示器上，用戶第一次可以用手指直接操作多個圖形目標，而且屏幕的反應時間很短，這可以說是一個偉大的進步。
到了90年代，能夠實現多點觸摸的技術已經愈加成熟，1993年IBM和電話公司BellSouth聯合發布了第一款將觸摸屏與電話相結合的手機產品Simon，該手機采用壓力傳感觸控屏，可替代機械按鍵。如今這款手機被認為是真正意義上帶有日歷、通訊錄和記事本的智能手機。
IBM的Simon觸控智能手機
1998年特拉華大學的教授John Elias和正在攻讀博士學位的Wayne Westerman創立了FingerWorks公司，基于韋斯特斯曼的研究，FingerWorks開發了第一批多點觸控產品，包括TouchStream LP、MacNTouch和iGesture Pad等產品都廣受好評，但是由于價格過高，這些產品在發行之后一直是高端定位，無法真正融入廣大消費者。
為什么說2007年是觸控屏發展的分水嶺
2007年是觸控屏發展的分水嶺。當年3月，LG公司推出首款具有多點觸控功能的電容式觸控屏手機Parada。同年6月，蘋果公司推出具有高分辨率和多點觸控功能的電容式觸控屏手機iPhone。史蒂夫.喬布斯在產品發布會上向人們展示了這個小巧簡潔的手機，時尚的機身和人性化的控制界面設計，尤其是從左往右滑動的經典解鎖界面給人們留下了深刻的印象。
iPhone的出現，第一次讓觸控屏從之前的曲高和寡，步入到大眾消費者之中。在此之后電阻式觸控屏開始走下坡路，電容式觸控屏昂揚向上，很快在智能移動終端確立起自己的核心地位，并逐漸擴展到中大尺寸屏幕設備上。
為什么2007年后電阻觸摸屏會沒落，電容觸摸屏繁榮了呢？
我們先看看電容式觸控技術的原理：它是利用手指等帶電體的觸摸引起靜電電容變化，通過檢測電路計算發生電容變化地方的X軸和Y軸坐標，來確定觸摸的位置。
電容式觸控技術原理
也就是說電容式觸摸屏是根據人體自帶電流電流來感應的，而電阻式觸摸屏是根據壓力感應的。雖然電阻觸摸屏的成本與技術門檻低，但因為其觸控需要按壓使兩面ITO膜內凹，因變形而使ITO層接觸導電使電阻發生變化，所以這種多次變形會讓其壽命較短且性能較差；采用多點觸控方式時，當兩點同時受壓，屏幕的壓力變得不平衡，導致觸控出現誤差，因而多點觸控的實現程度較難；同時較易因為劃傷等導致屏幕觸控部分受損，而且透光率低。這一系列缺點使其不能滿足高端產品的需求。
電容式觸摸屏經過幾十年的發展，各項技術已經逐漸完善。它具有響應速度快、可靠性高、支持多點觸控等優勢，它可以讓人機交互操作變得更加豐富和人性化，因此逐漸占據市場。如今已經是各種智能手機、平板電腦，以及很多中型小型觸摸屏、一體機的標準配置，使用范圍十分廣泛。
大尺寸觸摸屏幕的福音
無論是電容式觸控還是電阻式觸控，在大尺寸觸控顯示方面都面臨著瓶頸。電阻式觸控的技術原理使其無法應用于大尺寸顯示，而電容式觸控在2007年之后的很長時間內一直無法突破30英寸以上屏幕的觸控，雖然現在已經可以做到100英寸左右，但成本和價格較高，這使得紅外觸控技術獲得了發展機遇。
紅外式觸摸屏是基于檢測紅外光線是否被遮擋來檢測和定位用戶觸摸行為的觸摸屏。用戶在觸控屏幕時，手指就會擋住經過該位置的橫豎兩條紅外線，據此可以判斷出觸摸點在屏幕中的位置。
紅外式觸摸屏具有操作簡單、低成本的優勢；同時在顯示器表面沒有電容或電阻觸控所需要的高折射率圖形層或導電功能層，因此反射小、透射高，不影響顯示器的亮度；對觸摸物體也無導電性要求，只需要光學遮擋即可。
不過紅外式觸控也有不足，就是分辨精度不是很高，而且怕強光干擾、灰塵和水，較大的水滴或顆粒物導致產生誤觸摸信號。因此主要應用于40英寸以上中大尺寸、無紅外線和強光干擾的、要求不是非常精密的場所，70英寸以上是紅外式觸摸屏大顯身手的地方。
還有其他觸控方式嗎？
以上我們談到了電阻式、電容式、紅外式三種觸控顯示方式，還有其他觸控方式嗎？
當然了，現在可以實現觸控的技術高達十多種，不過目前比較主流的觸控技術就是前面已經介紹過的三種，以及聲波式、電磁式共五種。
聲波式觸控技術是通過觸摸導致聲波的能量或頻率信號變化來定位的觸控技術。表面聲波式觸控技術不僅探測穩定，能精確地定位X和Y軸坐標的方向，還可以從接收波形的信號的衰減缺口感應Z方向的坐標，對應觸摸壓力的大小。衰減缺口越寬、越深，觸摸壓力越大。表面聲波式觸控技術適合用于大尺寸及非金屬表面，技術門檻與成本價格都比較高，且使用壽命相對較短，還需要提升。
聲波式觸控技術結構圖
電磁式觸控技術基于電磁感應實現觸控感應，觸控模塊需要配套一支能夠發射電磁信號的筆作為信號發射端。這支筆在靠近觸控面板時，發射的電磁信號能被信號接收端的天線陣列感應，并在對應位置的感應線圈中產生電流。電磁式觸控的特點具有其他觸控方式所不具備的極高精度，主要用于需要高精度書寫的領域，但電磁筆的能源模塊、通信模塊能耗較大，組裝難度高、厚度增加，這對大規模產品化產生了影響。
觸控屏幕作為一種人機交互輸入方式，與傳統的顯示器、鍵盤和鼠標輸入方式相比，它的輸入更為簡單、直接、方便、自然，更好地滿足了人機交互體驗的需求，讓屏幕顯示從單行傳播轉化為雙向互動，實現了更為智能化的應用體驗。
如今隨著5G、AI、數字孿生等新技術的發展，加速了柔性顯示、超高清顯示、全息顯示的發展。顯示產業正加速融合到智慧城市、智能工業、智能交通、智能家居、智慧醫療等領域。顯示已無處不在，這使得觸控顯示技術將貫穿萬物互聯，成為未來智能交互的核心。
以下為雜志版本，歡迎下載電子版或在線閱讀：
下載→