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觸摸屏原理及基礎(chǔ)知識

觸摸屏在我們身邊已經(jīng)隨處可見了,在PDA等個人便攜式設(shè)備領(lǐng)域中,觸摸屏節(jié)省了空間便于攜帶,還有更好的人機(jī)交互性。

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(yīng)電容式,表面聲波式,紅外式,以及彎曲波式、有源數(shù)字轉(zhuǎn)換器式和光學(xué)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(jié)構(gòu)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(yīng)用最為廣泛。

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(dǎo)電體。通過調(diào)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(diào)整這種物質(zhì)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(yīng)溫度要下降到150度以下,這會導(dǎo)致ITO氧化不完全,之后的應(yīng)用中ITO會暴露在空氣或空氣隔層里,它單位面積阻抗因?yàn)樽匝趸S時間變化。這使得電阻式觸摸屏需要經(jīng)常校正。

圖一是電阻觸摸屏的一個側(cè)面剖視圖。手指觸摸的表面是一個硬涂層,用以保護(hù)下面的PET層。PET層是很薄的有彈性的PET薄膜,當(dāng)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(diǎn)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(diǎn)使兩層分開。最下面是一個透明的硬底層用來支撐上面的結(jié)構(gòu),通常是玻璃或者塑料。

電阻觸摸屏的多層結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致很大的光損失,對于手持設(shè)備通常需要加大背光源來彌補(bǔ)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(yōu)點(diǎn)是它的屏和控制系統(tǒng)都比較便宜,反應(yīng)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(guān)注。Apple推出的iPhone提供的友好人機(jī)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(chǎn)品紛紛面世。而且隨著工藝進(jìn)步和批量化,它的成本不斷下降,開始顯現(xiàn)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(dāng)手指觸摸屏表面時,就會有一定量的電荷轉(zhuǎn)移到人體。為了恢復(fù)這些電荷損失,電荷從屏幕的四角補(bǔ)充進(jìn)來,各方向補(bǔ)充的電荷量和觸摸點(diǎn)的距離成比例,我們可以由此推算出觸摸點(diǎn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(chǎn)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(yīng)該比手指面積小,當(dāng)采用菱形圖案時,對角線長通常控制在4到6毫米。

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