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电阻、电容触摸屏原理以及基础常识的全解析

文章出处:原创 人气:发表时间:2018-07-02

     现在最主要的几种触摸屏:电阻式(双层)触摸屏,表面电容式以及感应电容式,表面声波式、红外式,以及弯曲波式、有源数字转换器式和光学成像式。然而它们又可以分之为两类,一类则是需要ITO,比如前面的三种触摸屏,另一类的结构之中是不需要ITO的, 比如说后几种类型的屏。目前的市场上,使用ITO材料的电阻式触摸屏以及电容式触摸屏应用是最为广泛的。
    触摸屏在大家的身边已经是随处可见了,在PDA等等个人便携式的设备领域中,触摸屏不仅节省了空间、便于携带,还有更好的人机交互性。
电阻式触摸屏
    ITO 是铟锡氧化物的英文缩写,它其实是一种透明的导电体。它通过调整铟和锡的比例、沉积方法,、氧化程度以及晶粒的大小可以调整这一种物质的性能。薄的ITO材料透明性很好,但是其阻抗高;较厚的ITO材料阻抗比较低,但是它的透明性会变差。在PET聚脂薄膜上沉积的时候,反应温度要下降到150℃以下,这就会导致ITO的氧化不完全,在之后的应用之中ITO会暴露在空气或者空气隔层里,它单位的面积阻抗会因为自氧化而随时间来变化。这就使得电阻式触摸屏需要经常的进行校正。
电阻触摸屏结构
     图一显示的是电阻触摸屏的一个侧面剖视图。其手指所触摸的表面实际是一个硬涂层,用来保护下面的PET层。PET层是很薄且有弹性的PET薄膜,当其表面在被触摸时它会向下弯曲,并且使得下面的两层ITO涂层都能够相互接触并在该点上连通电路。两个ITO层之间是约千分之一英寸厚的一些隔离支点使得两层分开。最下面是一个透明的硬底层,是用来支撑上面的结构,通常材料用的是玻璃或者塑料。
    电阻触摸屏的多层结构是会导致有很大的光损失,对于手持设备通常都需要加大其背光源来弥补透光性不好的问题,但是这样也会增加其电池的消耗。电阻式触摸屏的优点就是在于它的屏和控制系统都比较便宜,反应灵敏度也比较好。
电容式触摸屏
    电容式的触摸屏也是需要使用ITO材料的,而且它的功耗比较低寿命也长,但是较高的成本一直使它之前不太受到关注。Apple所推出的苹果提供的友好人机界面,流畅的操作性能使得电容式触摸屏受到了当前市场的追捧,各种电容式触摸屏的产品纷纷面世。而且随着工艺的进步以及批量化,它的成本也在不断的下降,开始显现出逐步取代电阻式触摸屏的趋势了。
电容触摸屏结构
     表面电容触摸屏只是采用单层的ITO,当手指触摸到屏的表面时,就会有一定量的电荷转移到人体了。为了恢复这些电荷损失,电荷再从屏幕的四角补充进来,各方向补充的电荷量和触摸点的距离成比例,大家可以由此来推算出触摸点的具体位置。
    表面电容的ITO涂层通常都需要在屏幕的周边加上线性化的金属电极,来减小其角落/边缘效应对于电场的影响。有时ITO涂层下面还可能会有一个ITO的屏蔽层,用来阻隔噪音。表面电容触摸屏至少需要校正一次后才能使用。
    感应电容触摸屏和表面电容触摸屏相比,它可以穿透较厚的覆盖层,而且也不需要校正。感应电容式在两层的ITO涂层上蚀刻出不同的ITO模块,需要考虑到模块的总阻抗、模块之间连接线的阻抗、两层ITO模块交叉处所产生的寄生电容等等因素。而且为了检测到手指触摸,ITO模块的面积也应该要比手指面积小,当采用菱形图案时,对角线长通常是控制在4到6毫米左右。
ITO
     在图三之中,绿色和蓝色的ITO模块是位于两层ITO涂层上面的,可以把它们看作是X和Y方向连续变化的滑条,需要对X以及Y方向上不同的ITO模块分别扫描以获得触摸点的位置以及触摸的轨迹。两层ITO涂层之间是PET或者玻璃隔离层,后者的透光性更好,可以承受住更大的压力,成品率更加高,而且通过特殊工艺是可以直接镀在LCD表面的,不过也重一些。这层隔离层越薄,其透光性越好,但是两层ITO之间的寄生电容也就越大。
    感应电容触摸屏所检测到的触摸位置对应于感应到最大电容变化值的交叉点,对于X轴或者Y轴来说,则是对不同ITO模块的信号量取加权平均得到位置量,系统然后在触摸屏下面的LCD上显示出触摸点以及轨迹。
    当有两个手指触摸(红色的两点)时,每一个轴上都会有两个最大值,这时存在两种可能的组合,系统就无法去准确定位判断了,这就是大家通常所称的镜像点(蓝色的两点)。
另外,在触摸屏的下面是LCD显示屏,它的表面也是会传导性的,这样就会和靠近的ITO涂层的ITO模块产生出寄生电容,大家通常还需要在这两层之间保留一定的空气层以降低寄生电容的影响度。
 
电容触摸屏优势
     在触摸屏产品的设计之中,需要对于性能以及成本来进行权衡。电阻触摸屏的成本较低,竞争就很激烈,而且在性能以及应用场合上都有一定局限性。
    1. 电容触摸屏只是需要触摸,而不需要压力来产生出信号。
    2. 电容触摸屏在生产之后只需要到一次或者完全不需要校正,而电阻技术则需要常规的校正。
    3. 电容方案的使用寿命也会长些,因为电容触摸屏之中的部件不需任何移动。电阻触摸屏中,上层的ITO薄膜需要达到足够薄才能够有弹性,以便向下弯曲接触到下面的ITO薄膜。
    4. 电容技术在光损失以及系统功耗上要优于电阻技术。
    5. 选择电容技术还是电阻技术主要是取决于触碰屏幕的物体。如果说是手指触碰,电容触摸屏是一个比较好的选择。如果是需要触笔,不管是塑料还是金属的,电阻触摸屏是可以胜任的。电容触摸屏也是可以使用触笔,但是需要特制的触笔来进行配合。
    6. 表面电容式可以用于大尺寸的触摸屏,并且其成本也较低,但是目前无法支撑手势识别;感应电容式主要是用于中小尺寸的触摸屏,并且还可以支撑手势识别。
    7. 电容式技术耐磨损、寿命长,用户使用时的维护成本低,因此生产厂家的整体运营费用可以被进一步的降低。
电容式触摸屏的发展趋势
    电容触摸屏现在已经是应用在了苹果以及其它手持设备上,定位单点轨迹 / 模拟鼠标双击是它最基本的功能,而对于多手指手势操作的识别和应用成为了当前市场的热点。在便携式的应用中,用户一手拿着设备,只能够用另一只手操作,因此识别多手指的抓取 / 平移, 伸展 / 压缩, 旋转, 翻页等手势操作就显得尤为重要了。
电容触摸屏
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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