触摸屏技术简介

觸摸屏簡介PE1D李森InnovatingCustomerValue2IACConfidencial1目錄什麼是觸摸屏觸摸屏的種類ITO介紹各式觸摸屏原理介紹各式觸摸屏的特性比較InnovatingCustomerValue3什麼是觸摸屏觸摸屏只是一片透明薄膜，並沒有任何顯示功能。觸控面板於1971年發明,早期使用於軍方80年代開始技術轉移，陸續用於民間及工業發展目的：取代按鍵＆滑鼠進行人性化的操作或輸入可攜式3C產品金融/商業用途教學/電玩用途公共資訊用途工業用途醫療衛生用途運用範圍InnovatingCustomerValue4觸控面板工作原理觸控面板控制器軟體驅動程式碰觸產生座標產生訊號動作InnovatingCustomerValue5觸摸屏分類根據其工作原理目前一般被分為以下幾大類：電阻式觸摸屏電容式觸摸屏紅外線式觸摸屏表面聲波式觸摸屏光學成像式觸摸屏其中需要ITO:電阻式/電容式不需要ITO:紅外線式/表面聲波式/光學成像式InnovatingCustomerValue6觸控面板市場佔有率電阻式59%電容式22%音波式13%光學式4%其他2%電阻式電容式音波式光學式其他觸控面板各技術之市場佔有率目前電阻式觸摸屏和電容式觸摸屏運用最廣泛。InnovatingCustomerValue7ITO介紹注：ITO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，之後的應用中ITO會暴露在空氣或空氣隔層裏，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。ITO=IndiumTinOxide(氧化銦錫)ITO是銦錫氧化物的英文縮寫，它是一種透明的導電體。錫塗抹在銦氧化物上,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。其混合物一般是90%的銦氧化物(In2O3)和10%的錫氧化物(SnO2)Transparency(透明度)由Tindoping(錫塗抹)和ITOdepositionprocess(ITO沉澱製程的厚度和基材)決定ITO介面纇似傳統的CopperPCB和FPC,但ITO的電阻率高過Copper(銅),弱導電體InnovatingCustomerValue8IACConfidencial8ITO介紹ITO的種類InnovatingCustomerValue9電阻式觸摸屏如圖所示是電阻觸摸屏的一個側面剖視圖。手指觸摸的表面是一個硬塗層，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，並使得下面的兩層ITO塗層能夠相互接觸並在該點連通電路，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。最下面是一個透明的硬底層用來支撐上面的結構，通常是玻璃或者塑膠。电阻式触摸屏的结构1.表面硬塗層2.聚脂薄膜（PET)3.ITO陶瓷層4.間隔點5.玻璃層6.壓力觸摸點圖（1）電阻式觸摸屏結構InnovatingCustomerValue10電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏分类電阻式觸摸屏等效於將物理位置轉換為代表X、Y座標的電壓值的感測器，它將矩形區域中觸摸點(X,Y)的物理位置轉換為代表X座標和Y座標的電壓，這種螢幕可以用四線、五線、七線或八線來產生屏幕偏置電壓，同時讀回觸摸點的電壓。因此電阻式觸摸屏根據引出線可分為:四線式電阻觸摸屏五線式電阻觸摸屏七線式電阻觸摸屏八線式等電阻觸摸屏InnovatingCustomerValue11電阻式觸摸屏四線式四線觸摸屏包含兩個阻性層。其中一層在屏幕的左右邊緣各有一條垂直匯總線，另一層在屏幕的底部和頂部各有一條水平總線，如圖所示InnovatingCustomerValue12電阻式觸摸屏四線式InnovatingCustomerValue13電阻式觸摸屏四線式為了在X軸方向進行測量，將左側總線偏置為0V，右側總線偏置為VREF。將頂部或底部總線連接到ADC，當頂層和底層相接觸時即可作一次測量。由於ITO層均勻導電，觸點電壓與Vdrive電壓之比等於觸點X座標與屏寬度之比。為了在Y軸方向進行測量，將頂部匯流排偏置為VREF，底部總線偏置為0V。將ADC輸入端接左側總線或右側總線，當頂層與底層相接觸時即可對電壓進行測量。由於ITO層均勻導電，觸點電壓與Vdrive電壓之比等於觸點Y座標與屏高度之比。由IC控制X軸與Y軸電極不停的進行切換，并重復快速的抓取XY的電壓，測得的電壓通常由ADC轉化為數位信號，再進行簡單處理就可以做為座標判斷觸點的實際位置，當有移動時，連續的點就會形成一條線。對於四線觸摸屏，最理想的連接方法是將偏置為VREF的總線接ADC的正參考輸入端，並將設置為0V的總線接ADC的負參考輸入端。InnovatingCustomerValue14電阻式觸摸屏五線式針對四線電阻式觸摸屏的缺點，五線電阻式觸摸屏採用的結構是，將X,Y電極都做在附著在玻璃基板上的ITO層，而上層的ITO只作為活動電極。底層ITO的X,Y電極從四個角引出UL,UR,LL,LR，加上上層的活動電極，這樣一共五條線。五線電阻式觸摸屏的優點是玻璃基板比較牢固不易形變，而且可以使附著在上面的ITO充分氧化。玻璃材質不會吸水，並且它與ITO的膨脹係數很接近，產生的形變不會導致ITO損壞。而上層的ITO只用來作為引出端電極，沒有電流流過，因此不必要求均勻導電性，即使因為形變發生破損，也不會使電阻屏產生“漂移”。InnovatingCustomerValue15電阻式觸摸屏五線式InnovatingCustomerValue16電阻式觸摸屏五線式為了在X軸方向進行測量，將左上角UL和左下角LL偏置到VREF，右上角UR和右下角LR接地。由於左、右角為同一電壓，其效果與連接左右側總線差不多,類似於四線觸摸屏中採用的方法。為了沿Y軸方向進行測量，將左上角UL和右上角UR偏置為VREF，左下角LL和右下角RL偏置為0V。由於上、下角分別為同一電壓，其效果與連接頂部和底部邊緣的總線大致相同，類似於在四線觸摸屏中採用的方法。由IC控制X軸與Y軸電極不停的進行切換，并重復快速的抓取XY點的電壓，測得的電壓通常由ADC轉化為數位信號，再進行簡單處理就可以做為座標判斷觸點的實際位置，當有移動時，連續的點就會形成一條線。對於五線觸摸屏，最佳的連接方法是將左上角(偏置為VREF)接ADC的正參考輸入端，將左下角(偏置為0V)接ADC的負參考輸入端。InnovatingCustomerValue17電阻式觸摸屏七線式同四線電阻式觸摸屏一樣，五線電阻式觸摸屏也沒有考慮電極抽頭引線和驅動電極的電路的寄生電阻，這部分電阻並不包含在ITO電阻之內，很可能影響計算的正確性，因此七線電阻式觸摸屏在五線電阻式觸摸屏的基礎上，從左上角UL和右下角LR兩端各引出一條線用來感應實際觸摸屏末端電壓，分別記為Vmax,Vmin，工作原理與五線電阻式觸摸屏相同。執行螢幕測量時，將左上角的一根線連到VREF，另一根線接SARADC的正參考端。同時，右下角的一根線接0V，另一根線連接SARADC的負參考端。導電層仍用來測量分壓器的電壓。InnovatingCustomerValue18八線式電阻式觸摸屏八線式八線觸摸屏除了在每條總線上各增加一根線之外，八線觸摸屏的實現方法與四線觸摸屏相同。對於VREF總線，將一根線用來連接VREF，另一根線作為SARADC的數模轉換器的正參考輸入。對於0V總線，將一根線用來連接0V，另一根線作為SARADC的數模轉換器的負參考輸入。未偏置層上的四根線中，任何一根都可用來測量分壓器的電壓。InnovatingCustomerValue19各式電阻觸摸屏比較InnovatingCustomerValue20電阻式觸摸屏優點•它的屏和控制系統都比較便宜，反應靈敏度也很好，•電阻式觸摸屏是一種對外界完全隔離的工作環境，不怕灰塵和水汽，能適應各種惡劣的環境。•它可以用任何物體來觸摸,穩定性能較好缺點•電阻觸摸屏的外層薄膜容易被劃傷導致觸摸屏不可用•多層結構會導致很大的光損失，對於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。•需經常較正InnovatingCustomerValue21電容式觸摸屏覆蓋層(overlay):大多是鋼化玻璃(0.4～1mm),也有可能是PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯).PET的優勢在於觸摸屏可以做到更薄,而且比現有的塑膠和玻璃材質更加便宜;絕緣層(isolation)1/2/3:玻璃(0.4~1mm),有機薄膜(10~100um),粘合劑,空氣層ITO:典型厚度50~100nm,其方塊電阻大約100~300歐姆範圍;InnovatingCustomerValue22電容式觸摸屏電容式觸摸屏是利用人體的電流感應進行工作的。電容式觸摸屏是一塊四層複合玻璃屏，玻璃屏的內表面和夾層各塗有一層ITO，最外層是一薄層矽土玻璃保護層。當手指觸摸在金屬層上時，由於人體電場，用戶和觸摸屏表面形成以一個耦合電容，對於高頻電流來說，電容是直接導體，於是手指從接觸點吸走一個很小的電流。這個電流分從觸摸屏的四角上的電極中流出，並且流經這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個電流比例的精確計算，得出觸摸點的位置。InnovatingCustomerValue23電容式觸摸屏種類表面式電容投射式電容(感應式電容)InnovatingCustomerValue24電容式觸摸屏表面電容式表面電容觸摸屏只採用單層的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，電荷從螢幕的四角補充進來，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塗層通常需要在螢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塗層下面還會有一個ITO遮罩層，用來阻隔噪音，以保證良好的工作環境。表面電容觸摸屏至少需要校正一次才能使用。InnovatingCustomerValue2525電容式觸摸屏投射式電容投射電容種類•自電容(單層)自電容使用一層單獨的電極，與電容感應電路相連.自電容檢測的是每個感應單元的電容（也就是寄生電容Cp）的變化，有手指存在時寄生電容會增加，從而判斷有觸摸存在InnovatingCustomerValue26IACConfidencial26電容式觸摸屏投射式電容投射電容種類•自電容(單層)重疊區域做絕緣架橋過去InnovatingCustomerValue2727電容式觸摸屏投射式電容投射電容種類•互電容(雙層)互電容中，電容電路需要兩層不同的材料，一層含有攜帶電流的驅動線路，一層含有傳感線路，互電容是檢測行列交叉處的互電容（也就是耦合電容Cm）的變化，如圖2所示，當行列交叉通過時，行列之間會產生互電容（包括：行列感應單元之間的邊緣電容，行列交叉重疊處產生的耦合電容），有手指存在時互電容會減小，就可以判斷觸摸存在，並且準確判斷每一個觸摸點位置。InnovatingCustomerValue2828電容式觸摸屏投射式電容投射電容種類•互電容(雙層)為了檢測到手指觸摸，菱型ITO模塊的面積應該比手指面積越小越好,對角線長通常控制在4到6毫米鏡像點(鬼點)由軟體處理(DSP),過濾掉InnovatingCustomerValue29電容觸摸屏投射式電容圖中，綠色和藍色的ITO模組位於兩層ITO塗層上，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模組分別掃描以獲得觸摸點的位置和觸摸的軌跡。兩層ITO塗層之間是PET或玻璃隔離層，後者透光性更好，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。投射電容觸摸屏檢測到的觸摸位置對