随着社会的发展，电脑的普及，加强人机交互日益成为一个重要的研究课题。人机交互的方式有很多，如语音识别、手势识别、头部跟踪、视觉跟踪等。语音识别对于人来说是简单直观的互交方式，但是也有其固有的缺陷，在人声嘈杂的地方很难精确识别出操作者的语音命令。头部跟踪与视觉跟踪目前己经出现，但是尚未大面积普及应用。现在普及率最高的就是利用触摸屏完成的手势识别，利用直观的操作界面，外加一些简单手势操作，使得对操作界面陌生的初学者可以容易上手，省去在显示屏面前配备鼠标键盘这一类外部设备，节省了成本的同时也方便了用户，所以功能将是以后户外广告屏幕、产品演示屏幕、手机屏幕、点歌屏幕等不可缺少的功能之一。对于大型触摸屏来说，光学触摸屏以其成本不随触摸尺寸明显增加的优势，成为一种对大屏幕触摸的较好解决方案。考虑到以后电视，广告显示屏的尺寸都是向50寸以上发展，研究成本低，性能稳定的光学触摸屏有着重要的意义。
1触摸屏ACF连接原理
COG制造工艺的发展推动了IC的小型化、超薄化以及显示面板的光刻精度的精细化，其中，ACF连接是此项技术能否成功的关键。ACF薄膜的构造成分包括导电粒子、胶粘剂、添加剂等，其中借由导电粒子实现IC与玻璃基板的电路导通，借由胶粘剂保持ACF的粘接性与绝缘性。导电粒子的直径一般为35m，总的体积约占整个薄膜的3%15%，并且未参与导电的粒子被随机而又均匀地分散在ACF膜中，不会互相碰触。ACF连接原理简单来说就是通过导电粒子建立电气连接，机械通过胶体的固化完成互联。首先将ACF膜叠置在刻有ITO（铟锡氧化物）线路的基板上，然后在膜的上表面施加压力，并给予一个合适的温度，从而保证准确、均匀地连接。然后，将IC上具有凸台的一侧朝下放置在的ACF膜的上表面上。最后，在设置好合适的温度与压力后，按压IC芯片，维持此种状态一段时间后完成连接。在此过程中，完好的导电粒子受到挤压后外层绝缘保护被破坏，导电金属层暴露并被夹在IC芯片的凸台和玻璃基板的电路之间，从而连接完成后，ACF连接件达到Z方向的导通，又由于凸台区域外未参与导电的粒子分布密度小，也不会发生碰触，因此电导通不会在X-Y平面上产生，基于此机理完成ACF膜电连接的各向异性。ACF膜中的导电粒子不仅可以实现电子封装中精细间隔线路的电导通，还可以物理上通过粒子的形变实现IC与玻璃基板的物理连接。然而，由于导电粒子是随机分布在ACF中的，导通区域粒子的数量与分布情况也是不一定的，可能由此引致IC芯片与玻璃基板的连接优良问题。Paik等学者对ACF连接件的接触电阻做过研究，实验结果表明接触电阻的大小会受到ACF中导电粒子含量的影响，即意味着触摸屏的导电性能也会有所改变。此外，导电粒子的挤压变形程度与区域内分布情况也会影响接触电阻并进而影响触摸屏的导电效果。虽然COG技术已经很成熟了，但对于这些变量仍无法完全掌控，所以产品质量检测是制造过程中很重要的一环。然而，以目前的情况来看，传统的人工镜检似乎成为了面板行业发展的绊脚石，所以亟需实现产品的自动光学检测来弥补这一块的不足，其首要任务便是要设计出一套针对触摸屏ACF粒子的光学成像系统。
2全球专利申请趋势
经过对全球光学触摸屏领域专利的统计分析，光学触摸屏的发展过程大致可分为三个时期，各时期划分以申请量增长率的变化为标准。
2.1起步阶段（-1971）
在1971年以前，关于光学触摸屏的申请量很少，这是因为当时光学触摸屏仅在少量特殊环境下（比如极端环境）进行了应用。并且，当时的光学触摸屏使用的元器件昂贵且又笨重，限制了该技术进入普通消费者的市场。
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2.2增长阶段（1971-1997）
随着电子器件的不断发展，以及美国出于军事目的而进行了光学触控的研发，并推出了相应产品至市场后，有了市场利益的驱动，光学触摸屏的申请量开始逐年增长。从1971年开始，专利的申请量开始稳步增长。在该阶段，日本和美国是主要的申请地区，两国共占据多达了51%的申请量，其中又以日本申请量最多。这主要是因为早期的光学触摸屏多是由其他光学仪器制造商投资研究的，日本的光学设备的制造技术领先世界，光学领域的大公司进驻光学触摸屏领域使得日本在该领域的发展也是引领世界的。在这个时期，中国国内的申请量较少，关于光学触摸屏的研究尚处于起步阶段。
2.3爆发阶段（1997-）
从1997年开始，关于光学触摸屏的专利申请量呈现爆发式增长。通过查看1997-2001的相关专利可知，快速增长的背后是新的类型的光学触摸屏出现，各大公司为了迅速占领市场，争先恐后地进行新技术的专利布局。理光株式会社，富士通，索尼等光学领域的巨头开始重视并投入大量资金对光学触摸屏进行研究。此外，光学器件成本降低、精度提升也是推动光学触控技术发展的重要助力。在2007年，苹果公司向全球推出了第一代iphone，而该款手机的热销也推动了其他各类型的触摸屏的研究热潮，光学触摸屏也是其中之一。随着消费者对触控技术的认可度的不断提高，光学触摸屏开始大量应用于生活中的各个领域。中国在该领域的申请量后来居上，目前位居第一。这是由于国外的申请人开始重视中国市场，并且国内制造业的兴起也带动了国内各公司针对光学触摸屏的制造工艺提出了许多创新。但是技术上的核心专利依然尚显不足。
结语
在当今时代，人机交互技术出于快速发展阶段，触摸屏作为其中最为明亮的新星，拥有者巨大的发展潜力以及市场。触摸屏技术还不断被开发出新的应用和用途，甚至不局限在图形界面领域。例如目前已有多位申请人提出将接近感测作为触摸屏操作状态参数。该方法使得用户的操作更加便捷，例如设计一种虚拟钢琴，当用户以不同的速度按下时，同一个琴键可以发出不同的音量，从而是该虚拟钢琴更加的逼真。可见，国内在光学触摸屏领域的研究还是大有可为的，中国的申请人应当继续增强创新意识，注重核心专利的研究和申请，进而合理进行专利布局，相信在不远的将来，我国在光学触摸屏领域能够真正与国外公司抗衡进而寻求合作，推动我国技术的发展。
参考文献
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论文作者:魏先钊
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/26
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