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全面解析觸摸屏觸摸屏的原理以及基礎

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全面解析觸摸屏觸摸屏的原理以及基礎

發布日期:2017-09-15 作者:zhy 點擊:

 目前主要有幾種類型的觸摸屏,它們分別是:電阻式(雙層),表面電容式和感應電容式,表面聲波式,紅外式,以及彎曲波式、有源數字轉換器式和光學成像式。它們又可以分為兩類,一類需要ITO,比如前三種觸摸屏,另一類的結構中不需要ITO, 比如后幾種屏。目前市場上,使用ITO材料的電阻式觸摸屏和電容式觸摸屏應用更為廣泛。

電阻式觸摸屏

     ITO 是銦錫氧化物的英文縮寫,它是一種透明的導電體。通過調整銦和錫的比例,沉積方法,氧化程度以及晶粒的大小可以調整這種物質的性能。薄的ITO材料透明性好,但是阻抗高;厚的ITO材料阻抗低,但是透明性會變差。在PET聚脂薄膜上沉積時,反應溫度要下降到150度以下,這會導致ITO氧化不完全,之后的應用中ITO會暴露在空氣或空氣隔層里,它單位面積阻抗因為自氧化而隨時間變化。這使得電阻式觸摸屏需要經常校正。

     電阻觸摸屏的一個側面剖視圖。手指觸摸的表面是一個硬涂層,用以保護下面的PET層。PET層是很薄的有彈性的PET薄膜,當表面被觸摸時它會向下彎曲,并使得下面的兩層ITO涂層能夠相互接觸并在該點連通電路。兩個ITO層之間是約千分之一英寸厚的一些隔離支點使兩層分開。下面是一個透明的硬底層用來支撐上面的結構,通常是玻璃或者塑料。

     電阻觸摸屏的多層結構會導致很大的光損失,對于手持設備通常需要加大背光源來彌補透光性不好的問題,但這樣也會增加電池的消耗。電阻式觸摸屏的優點是它的屏和控制系統都比較便宜,反應靈敏度也很好。

電容式觸摸屏

     電容式觸摸屏也需要使用ITO材料,而且它的功耗低壽命長,但是較高的成本使它之前不太受關注。Apple推出的iPhone提供的友好人機界面,流暢操作性能使電容式觸摸屏受到了市場的追捧,各種電容式觸摸屏產品紛紛面世。而且隨著工藝進步和批量化,它的成本不斷下降,開始顯現逐步取代電阻式觸摸屏的趨勢。

     表面電容觸摸屏只采用單層的ITO,當手指觸摸屏表面時,就會有一定量的電荷轉移到人體。為了恢復這些電荷損失,電荷從屏幕的四角補充進來,各方向補充的電荷量和觸摸點的距離成比例,我們可以由此推算出觸摸點的位置。

     表面電容ITO涂層通常需要在屏幕的周邊加上線性化的金屬電極,來減小角落/邊緣效應對電場的影響。有時ITO涂層下面還會有一個ITO屏蔽層,用來阻隔噪音。表面電容觸摸屏至少需要校正一次才能使用。

     感應電容觸摸屏與表面電容觸摸屏相比,可以穿透較厚的覆蓋層,而且不需要校正。感應電容式在兩層ITO涂層上蝕刻出不同的ITO模塊,需要考慮模塊的總阻抗,模塊之間的連接線的阻抗,兩層ITO模塊交叉處產生的寄生電容等因素。而且為了檢測到手指觸摸,ITO模塊的面積應該比手指面積小,當采用菱形圖案時,對角線長通常控制在4到6毫米。

     綠色和藍色的ITO模塊位于兩層ITO涂層上,可以把它們看作是X和Y方向的連續變化的滑條,需要對X和Y方向上不同的ITO模塊分別掃描以獲得觸摸點的位置和觸摸的軌跡。兩層ITO涂層之間是PET或玻璃隔離層,后者透光性更好,可以承受更大的壓力,成品率更高,而且通過特殊工藝可以直接鍍在LCD表面,不過也重些。這層隔離層越薄,透光性越好,但是兩層ITO之間的寄生電容也越大。

     感應電容觸摸屏檢測到的觸摸位置對應于感應到電容變化值的交叉點,對于X軸或Y軸來說,則是對不同ITO模塊的信號量取加權平均得/到位置量,系統然后在觸摸屏下面的LCD上顯示出觸摸點或軌跡。

    當有兩個手指觸摸(紅色的兩點)時,每個軸上會有兩個大值,這時存在兩種可能的組合,系統就無法準確定位判斷了,這就是我們通常所稱的鏡像點(藍色的兩點)。

     另外,觸摸屏的下面是LCD顯示屏,它的表面也是傳導性的,這樣就會和靠近的ITO涂層的ITO模塊產生寄生電容,我們通常還需要在這兩層之間保留一定的空氣層以降低寄生電容的影響。

電容式觸摸屏解決方案

     目前的電容式觸摸屏解決方案中,Cypress PSoC產品以可編程,設計靈活,一致性好, 再加上高/效的PSoC Express / PSoC designer開發環境而處于領/先地位。

     PSoC CapSense技術是根據電容感應的原理使用CSA或CSD模塊來實現的。PCB板或觸摸屏上相鄰的感應模塊或導線之間會存在寄生電容(見圖四中的Cp),當有手指接近或觸摸兩個相鄰感應模塊時,相當于附加了兩個電容,它們相當于并聯在Cp上的電容Cf。利用PSoC的CSA和CSD技術可以檢測到這個電容上的變化,從而確定有沒有手指觸摸。


本文網址:http://tipnutc.com/news/214.html

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