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標題: 觸摸屏設計日益簡(jiǎn)化 [打印本頁(yè)]

作者: conniede 時(shí)間: 2010-10-10 13:35
標題: 觸摸屏設計日益簡(jiǎn)化
現今社會(huì )上很多人都頻繁地接觸到觸摸屏。這種裝置最常見(jiàn)于PDA和手機等手持設備和售票終端系統等應用，其中大部分都基于電阻性技術(shù)。電阻性技術(shù)采用一個(gè)柔性外層，其壓觸固定內層時(shí)，會(huì )產(chǎn)生電信號，然后轉換為X-Y坐標位置。此外，還有其它兩種常用技術(shù)：表面聲波 (SAW) 和電容感測技術(shù)，不過(guò)，一直以來(lái)，由于成本和構建的限制，這兩種技術(shù)都僅用在公用信息服務(wù)應用(Kiosk applications) 中。

電阻性觸摸屏非常容易受到損傷，因為其表層是由薄薄的柔性塑料構成的，本身就很容易被利物刮損。至于SAW觸摸屏，由于它需要在邊角以特殊的機械安裝方法安裝聲換能器，因此不適合于移動(dòng)應用。而且，SAW的成本也十分高，但因為無(wú)需透明的有源電極，所以可靠性相當好。

電容性觸摸屏在顯示區域采用了一層周邊電氣連接的導電薄膜。Kiosk類(lèi)的顯示屏是在玻璃表面涂上一層導電物質(zhì)，而較新的“投射式電容”觸摸屏則是在玻璃背面使用一組結構更復雜的涂層，大多數情況下會(huì )有三層，兩層分別用于沿X 和 Y軸的感測；另一層是用于屏蔽LCD模塊本身產(chǎn)生的噪聲。只有投射式電容感測和SAW能夠同時(shí)檢測出多個(gè)手指觸點(diǎn)。

從技術(shù)和經(jīng)濟兩個(gè)層面上來(lái)看，上述的方法各有優(yōu)劣，而應該全面根據應用的需求來(lái)正確選擇，其中主要的決定因素是預算、顯示屏尺寸、機械考慮事項、電氣噪聲問(wèn)題，以及視覺(jué)清晰度和可靠性要求。近來(lái)，能否同時(shí)檢測多個(gè)觸點(diǎn)的能力越來(lái)越受到關(guān)注，現在已成為許多便攜式應用發(fā)展的主要驅動(dòng)力。

當前，增長(cháng)最快、最令人矚目的技術(shù)當屬投射式電容觸摸屏。然而，這種技術(shù)的供貨商極少，相關(guān)專(zhuān)利卻又相當多，包括多觸點(diǎn)算法、感測層圖案和手勢提取方法等方面的專(zhuān)利，為市場(chǎng)新進(jìn)者造成了巨大障礙。本文的主題正是要討論投射式電容感測的技術(shù)。

1 制備原理

圖1a所示為一個(gè)投射式電容觸摸屏元素的橫截面，可看出其感測層大幅擴展到盡量清晰。這種感測層一般是由一種透明的導電材料制備的，比如真空淀積的銦錫氧化物 (Indium-Tin-Oxide, ITO)，見(jiàn)黑色部分。在最終裝配之前，利用光刻或絲網(wǎng)印刷工藝 (類(lèi)似于PCB的蝕刻方法)，ITO層便會(huì )在塑料薄膜 (通常是PET薄膜) 襯底上蝕刻形成電極圖案。圖中沒(méi)有顯示出屏幕四邊連接ITO模塊，然后往下延伸到電氣連接器的銀墨連線(xiàn)。這些ITO層通過(guò)一種透明的粘膠彼此融合在一起，形成觸摸屏鏡片；粘膠一般為一層薄片，整個(gè)層式結構利用層壓工藝融為一體。

要注意的是，這里有兩個(gè)感測層和一個(gè)屏蔽層，后者是最低層，正好在LCD模塊 (圖中未顯示) 之上。屏蔽層用來(lái)屏蔽LCD模塊產(chǎn)生的噪聲，這種噪聲相當大，會(huì )對與ITO電極有關(guān)的較弱電氣信號造成干擾。

圖1b所示為ITO電極設計的一種常見(jiàn)圖案，其最早見(jiàn)于上世紀80年代初。這種菱形圖案需要兩個(gè)感測層，分別針對X 和 Y軸向，以確定觸點(diǎn)位置。菱形圖案可對暴露在手指觸摸區域下的電極表面進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)把X和Y方向電極軌跡的交叉面積降至最小。這些電極的密度越高，觸摸的空間分辨率也越高。在多觸點(diǎn)技術(shù)中這可是一個(gè)關(guān)鍵因素，尤其是在需要兩根手指極為靠近地操作時(shí)。

三層ITO疊層結構的壓層厚度一般為250mm左右。

雖然這種菱形圖案的效果不錯，可以獲得很好的空間分辨率，但另一方面，信號處理和電極圖案領(lǐng)域取得的先進(jìn)成果，能夠讓設計在同一層上結合X 和 Y電極，而且大多數情況下無(wú)需屏蔽層。這種能力對光學(xué)特性 (每一層都會(huì )吸收和散射部分光) 和更重要的成本和生產(chǎn)良率都有著(zhù)重大的影響。

圖1c所示為單層結構的橫截面示意圖。這種結構較薄，在對疊層結構以微米計的移動(dòng)設備廠(chǎng)商中大獲好評。

圖1d所示是一個(gè)采用1層設計中的典型圖案。這種設計沒(méi)有在透明顯示區域使用交叉結構，而是在四周使用。令人難以想象的是，這種特殊設計有4個(gè)列線(xiàn) (column)，而且行線(xiàn) (row) 數可以不受限制。這些列線(xiàn)是通過(guò)把相似位置的三角形連接在一根軸上，并把它們連接為一個(gè)感測通道而形成。三角形圖案的采用，可以通過(guò)由一種特殊數學(xué)算法決定的內插過(guò)程 (interpolative process)，使垂直于列線(xiàn)的感測轉換順利進(jìn)行。這種方法中運用的內插法降低了對列數的需求。同時(shí)，采用了非常先進(jìn)的信號處理技術(shù)，大大減小了LCD產(chǎn)生的噪聲，從而無(wú)需屏蔽層。

采用不同的布線(xiàn)方法，設計中可以包含多達7個(gè)列線(xiàn)，足以應對幾乎所有可預見(jiàn)應用的要求，包括那些帶基本多觸點(diǎn)能力的應用。而這些圖案是由愛(ài)特梅爾開(kāi)發(fā)并申請專(zhuān)利。

類(lèi)似的結構也可以淀積在玻璃和塑料薄膜上 (圖2)。從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，玻璃是一種比塑料更好的襯底材料，因為它的光學(xué)特性比塑料好，透明度更高，光散射更小。不過(guò)，如何把玻璃層粘接在剛性面板上是一大挑戰，因為很難消除層壓工藝中的空氣。

現在有一些更先進(jìn)的設計是直接在純平觸摸屏上涂敷感測層，完全無(wú)需載體層 (圖3)。利用這種方法可以把整個(gè)面板做得更薄，當然也進(jìn)一步改進(jìn)了光學(xué)特性。每減少一層，就降低了一部分成本和測試時(shí)間，從而提高解決方案的經(jīng)濟效益，更有利于大批量生產(chǎn)。所以單層電極結構非常適合于這類(lèi)構建。

材料疊層的厚度當然取決于層數。一個(gè)典型的三層結構 (X、Y、屏蔽層) 可能厚達450mm，而在玻璃上的單層結構 (圖3) 厚度可能僅25mm。當然，疊層厚度對小型便攜式設備而言至關(guān)重要，每加一層便會(huì )增大模糊度，降低透光度。此外，高層數解決方案還有一個(gè)缺點(diǎn)，即是功耗增加，因為L(cháng)CD背光不得提高亮度以補償光吸收的增加。

在所有情況下，ITO電極都需要經(jīng)由出線(xiàn)端 (tail) 連接，插入到包含感測芯片的PCB 中。但有些情況下，芯片可以直接安裝在出線(xiàn)端上。連接線(xiàn)跡通常由絲網(wǎng)印刷銀墨形成，而有些情況則是由濺射和蝕刻金屬構成，以減小厚度。由于觸摸屏周邊的空間限制，故這些線(xiàn)跡可能非常難于設計。

觸摸屏使用的感測電路和方法完全取決于技術(shù)供應商，英國量研科技公司在1990年末開(kāi)發(fā)的專(zhuān)利技術(shù)“電荷轉移感測”就是可靠技術(shù)的一個(gè)典型實(shí)例。電荷轉移感測技術(shù)可以實(shí)現超低阻抗的感測，有助于減小外部噪聲的影響，它有兩種類(lèi)型：1) 單端模式；2) 橫穿模式。其中橫穿模式的性能最高，因為它能夠輕易識別同一個(gè)觸摸屏元素上多個(gè)觸點(diǎn)的絕對位置，而單端模式卻具有難以避免的含糊性。

這種感測電路還整合了一個(gè)微控制器，其接收原始信號數據并進(jìn)行處理，輸出一個(gè)X-Y位置信號 (在多觸點(diǎn)觸摸屏的情況下，可為多個(gè)輸出)。這種用來(lái)減少數據的算法是基于數學(xué)內插方法的。一般而言，一個(gè)投射式電容解決方案能夠達到10位×10位 (1024×1024) 的分辨率，足以滿(mǎn)足大多數應用的需求。

如果需要手勢和筆跡識別，還可包含其它的一些算法。

2 結論

觸摸屏已成為電子控制表面的一種主流設計趨勢。在全球觸摸屏市場(chǎng)，雖然投射式電容感測技術(shù)仍只占極小部分，但它正以加速方式逐漸獲得采納。這種最為人所期待的技術(shù)將只包含一個(gè)透明感測層，并采用非�？煽康母袦y電路和算法來(lái)提高可靠性并降低成本。投射式電容感測技術(shù)很可能取代電阻性技術(shù)成為下一代主流技術(shù)。

作者: tony741822562 時(shí)間: 2010-10-21 17:29
學(xué)習了

作者: youyou_zh 時(shí)間: 2010-11-21 18:50
呵呵

作者: sjuns 時(shí)間: 2011-1-9 21:15
學(xué)習學(xué)習學(xué)習!

作者: cxyjoe 時(shí)間: 2011-2-17 11:35
學(xué)習了

作者: iwei1900 時(shí)間: 2011-2-20 17:24
別人都把底層做好了，你在上面開(kāi)發(fā)就行了。干活越來(lái)越?jīng)]技術(shù)含量了！

作者: spy007868 時(shí)間: 2013-12-1 09:05
復制下來(lái)�。。。。。。。。。。�！我自己好好學(xué)習�。。。。。。。。。。。。�！

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