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触摸屏工作原理和工控触摸屏基础知识全解析——信利来

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浏览:- 发布日期:2017-11-15 11:32:00【

触摸屏的工作原理和一些基础知识相信一些业内人士比我们更懂,但是呢 小编还是要给那些不是太懂的人士普及下相关知识:

目前主要有几种类型的触摸屏,它们分别是:电阻式(双层),表面电容式和感应电容式,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。它们又可以分为两类,一类需要ITO,比如前三种触摸屏,另一类的结构中不需要ITO, 比如后几种屏。

触摸屏在我们身边已经随处可见了,在PDA等个人便携式设备领域中,触摸屏节省了空间便于携带,还有更好的人机交互性。

目前主要有几种类型的触摸屏,它们分别是:电阻式(双层),表面电容式和感应电容式,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。它们又可以分为两类,一类需要ITO,比如前三种触摸屏,另一类的结构中不需要ITO, 比如后几种屏。目前市场上,使用ITO材料的电阻式触摸屏和电容式触摸屏应用为广泛。

电阻式触摸屏

ITO 是铟锡氧化物的英文缩写,它是一种透明的导电体。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种物质的性能。薄的ITO材料透明性好,但是阻抗高;厚的ITO材料阻抗低,但是透明性会变差。在PET聚脂薄膜上沉积时,反应温度要下降到150度以下,这会导致ITO氧化不完全,之后的应用中ITO会暴露在空气或空气隔层里,它单位面积阻抗因为自氧化而随时间变化。这使得电阻式触摸屏需要经常校正。

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上图是电阻触摸屏的一个侧面剖视图。手指触摸的表面是一个硬涂层,用以保护下面的PET层。PET层是很薄的有弹性的PET薄膜,当表面被触摸时它会向下弯曲,并使得下面的两层ITO涂层能够相互接触并在该点连通电路。两个ITO层之间是约千分之一英寸厚的一些隔离支点使两层分开。下面是一个透明的硬底层用来支撑上面的结构,通常是玻璃或者塑料。

电阻触摸屏的多层结构会导致很大的光损失,对于手持设备通常需要加大背光源来弥补透光性不好的问题,但这样也会增加电池的消耗。电阻式触摸屏的优点是它的屏和控制系统都比较便宜,反应灵敏度也很好。

电容式触摸屏

电容式触摸屏也需要使用ITO材料,而且它的功耗低寿命长,但是较高的成本使它之前不太受关注。Apple推出的iPhone提供的友好人机界面,流畅操作性能使电容式触摸屏受到了市场的追捧,各种电容式触摸屏产品纷纷面世。而且随着工艺进步和批量化,它的成本不断下降,开始显现逐步取代电阻式触摸屏的趋势。

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表面电容触摸屏只采用单层的ITO,当手指触摸屏表面时,就会有一定量的电荷转移到人体。为了恢复这些电荷损失,电荷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,我们可以由此推算出触摸点的位置。

表面电容ITO涂层通常需要在屏幕的周边加上线性化的金属电极,来减小角落/边缘效应对电场的影响。有时ITO涂层下面还会有一个ITO屏蔽层,用来阻隔噪音。表面电容触摸屏至少需要校正一次才能使用。

感应电容触摸屏与表面电容触摸屏相比,可以穿透较厚的覆盖层,而且不需要校正。感应电容式在两层ITO涂层上蚀刻出不同的ITO模块,需要考虑模块的总阻抗,模块之间的连接线的阻抗,两层ITO模块交叉处产生的寄生电容等因素。而且为了检测到手指触摸,ITO模块的面积应该比手指面积小,当采用菱形图案时,对角线长通常控制在4到6毫米。

电容式触摸屏解决方案

目前的电容式触摸屏解决方案中,Cypress PSoC产品以可编程,设计灵活,一致性好, 再加上的PSoC Express / PSoC designer开发环境而处于领先地位。

PSoC CapSense技术是根据电容感应的原理使用CSA或CSD模块来实现的。PCB板或触摸屏上相邻的感应模块或导线之间会存在寄生电容(见图四中的Cp),当有手指接近或触摸两个相邻感应模块时,相当于附加了两个电容,它们相当于并联在Cp上的电容Cf。利用PSoC的CSA和CSD技术可以检测到这个电容上的变化,从而确定有没有手指触摸。

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在触摸屏产品的设计中,需要对性能和成本进行权衡。电阻触摸屏的成本较低,竞争就很激烈,而且在性能和应用场合上有一定局限。

1. 电容触摸屏只需要触摸,而不需要压力来产生信号。

2. 电容触摸屏在生产后只需要一次或者完全不需要校正,而电阻技术需要常规的校正。

3. 电容方案的寿命会长些,因为电容触摸屏中的部件不需任何移动。电阻触摸屏中,上层的ITO薄膜需要足够薄才能有弹性,以便向下弯曲接触到下面的ITO薄膜。

4. 电容技术在光损失和系统功耗上优于电阻技术。

5. 选择电容技术还是电阻技术主要取决于触碰屏幕的物体。如果是手指触碰,电容触摸屏是比较好的选择。如果需要触笔,不管是塑料还是金属的,电阻触摸屏可以胜任。电容触摸屏也可以使用触笔,但是需要特制的触笔来配合。

6. 表面电容式可以用于大尺寸触摸屏,并且相成本也较低,但目前无法支持手势识别;感应电容式主要用于中小尺寸触摸屏,并且可以支持手势识别。

7. 电容式技术耐磨损、寿命长,用户使用时维护成本低,因此生产厂家的整体运营费用可被进一步降低。

电容式触摸屏的发展趋势

电容触摸屏已经应用在了iPhone及其它手持设备上,定位单点轨迹 / 模拟鼠标双击是它的基本功能,而对多手指手势操作的识别和应用成为当前市场的热点。在便携式应用中,用户一手拿着设备,只能用另一只手操作,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。PSoC感应电容触摸屏已经可以实现多点检测,从而支持两手指的手势识别。可以预见支持手势识别的电容式触摸屏将在市场上大放光彩。


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