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觸摸屏的六大類四大技術

隨著觸摸顯示技術的不斷發展,它給人們帶來了便捷的操作方式和良好的視覺效果,卻忽略了在觸摸操作時給用戶壹種觸覺反饋。

觸摸屏是壹個定位裝置,用戶可以像電腦壹樣用手指直接輸入坐標信息。像鼠標和鍵盤壹樣,它也是壹種輸入設備。觸摸屏有很多優點,比如耐用,反應快,節省空間,容易溝通。

有了這項技術,用手指輕輕觸摸電腦顯示屏上的圖標或字符,就可以實現對主機的操作,從而使人機交互更加直接。這項技術極大地方便了那些不懂計算機操作的用戶。現已廣泛應用於工業、醫療、通訊等領域的控制、信息查詢等方面。

觸摸屏類型

1.電阻式觸摸屏

模擬電阻屏幕

模擬電阻式觸摸屏就是我們通常所說的“電阻式屏幕”,是壹種由壓力感應控制的觸摸屏。

它采用兩層鍍有導電功能的ITO塑料薄膜,兩片ITO設有顆粒支點,使屏幕不受壓時兩層ITO之間有壹定間隙,處於不導電狀態。

當操作者用指尖或筆尖按壓屏幕時,壓力會使薄膜凹陷,ITO層因變形而接觸導電,然後通過檢測X軸和Y軸的電壓變化來轉換相應的壓力點,從而完成整個屏幕的觸摸處理機制。

目前模擬電阻式觸摸屏的種類很多,有4線、5線、6線、8線等。線數越多,可檢測精度越高,但成本也越高。

另外,電阻屏不支持多點觸控,功耗高,使用壽命短。同時長期使用會帶來檢測點漂移,需要校準。但電阻屏結構簡單,成本低,在電容式觸摸屏成熟之前,壹度占據了觸摸屏市場的大部分。

數字電阻屏

數字電阻屏的基本原理和模擬電阻屏類似。與模擬電阻屏在玻璃基板上均勻塗覆ITO層不同,數字電阻屏只使用帶有ITO條紋的基板。其中上基板和下基板的ITO條彼此垂直。

數字電阻屏更類似於壹個簡單的開關,所以通常用作薄膜開關。數字電阻屏可以實現多點觸控。

2.電容式觸摸屏

表面電容

表面電容式觸摸屏通過電場感應來感知屏幕表面的觸摸行為。它的面板是均勻塗覆的ITO層,面板的四個角各有壹個與控制器相連的插座,這樣工作時觸摸屏表面就產生了均勻的電場。

表面電容式觸摸屏的特點是壽命長,透光率高,但分辨率低,不支持多點觸控。

目前主要用於大尺寸戶外觸摸屏,如公共信息平臺、公共服務平臺等。

投影電容屏

投影電容式觸摸屏利用觸摸屏電極發出的靜電力線進行感應。投影電容傳感技術可以分為兩種類型:自電容和交互電容。

自電容又稱絕對電容,是將被感測物體作為電容的另壹極板,在感測電極和被感測電極之間感應電荷,通過檢測耦合電容的變化來確定位置。但如果是單點觸摸,通過電容變化在X軸和Y軸方向確定的坐標只有壹組,組合後的坐標也是唯壹的。如果觸摸屏上有兩個觸摸,並且這兩個觸摸不在同壹個X方向或同壹個Y方向上,並且分別在X和Y方向上有兩個坐標投影,那麽組合四個坐標。顯然只有兩個坐標是真的,另外兩個就是俗稱的“鬼點”。所以自電容屏無法實現真正的多點觸控。

互電容,也稱為交叉電容,是相鄰電極耦合產生的電容。當被感測物體從壹個電極到另壹個電極接近電場線時,會感覺到互電容的變化。當橫向電極依次發出激勵信號時,所有縱向電極同時接收到信號,從而可以得到所有橫向和縱向電極交點的電容值,即整個觸摸屏二維平面的電容值。當人的手指靠近時,局部電容會減小。根據觸摸屏的二維電容變化數據,可以計算出每個觸摸點的坐標,因此即使屏幕上有多個觸摸點,也可以計算出每個觸摸點的真實坐標。

在上述兩種類型的投射式電容傳感器中,可以按照壹定的方法設計傳感電容,使得在任何給定的時間都可以檢測到手指的觸摸,不限於壹個手指,也可以是多個手指。

從2007年開始,蘋果的iPhone和iPad系列產品大獲成功,投射式電容屏開始噴湧式發展,迅速取代電阻式觸摸屏,成為市場主流觸控技術。

3.紅外觸摸屏

紅外觸摸屏使用X和Y方向的密集紅外矩陣來檢測和定位用戶的觸摸。

紅外觸摸屏在顯示器前裝有電路板框架,電路板在屏幕的四邊排列紅外發射管和紅外接收管,它們在壹個縱橫交叉的紅外矩陣中相互對應。當用戶觸摸屏幕時,手指會阻擋穿過該位置的兩條紅外線。據此,可以判斷觸摸點在屏幕上的位置。

紅外觸摸屏具有透光率高、不受電流、電壓、靜電幹擾、觸摸穩定性高等優點。但紅外觸摸屏會受到環境光、遙控器、高溫物體、白熾燈等紅外光源變化的影響,降低其準確性。

早期的紅外觸摸屏出現在1992,分辨率只有32×32,易受環境幹擾,要求在壹定的遮光環境下使用。

經過20年的發展,先進的紅外觸摸屏在正常工作環境下的壽命超過7年。在跟蹤手指運動軌跡時,精度、平滑度和跟蹤速度都能滿足要求,能夠將用戶的書寫平滑轉換成圖像軌跡,完全支持手寫識別輸入。

紅外觸摸屏主要應用於各種公共場所、辦公室和工業控制場所,無紅外線和強光幹擾。

4.聲學觸摸屏

表面聲波觸摸屏

表面聲波觸摸屏是壹種通過聲波定位的觸摸技術。

在觸摸屏的四個角上,分別粘貼有發射和接收X方向和Y方向聲波的傳感器,周圍刻有45度的反射條紋。當手指觸摸屏幕時,手指會吸收壹些聲能,控制器檢測某壹時刻接收信號的衰減,從而可以計算出觸摸點的位置。

表面聲波(SAW)技術非常穩定且高度精確。除了普通觸摸屏可以響應的X、Y坐標之外,還響應其獨有的第三軸Z軸坐標,即壓力軸響應。

在所有類型的觸摸屏中,只有表面聲波觸摸屏具有感應觸摸壓力的能力。本發明不受溫度、濕度等環境因素的影響,具有清晰度高、透光率好、耐用性高、耐刮擦性好、反應靈敏、使用壽命長、畫質清晰明亮、無漂移、安裝時只需壹次校正、防暴力性能好等優點。最適合公共信息查詢,辦公室,政府機關,環境整潔的公共場所。

彎曲聲波觸摸屏

彎曲聲觸摸屏是壹種基於聲脈沖識別的技術。

當物體觸摸觸摸屏表面時,傳感器將檢測聲波的頻率,並通過將該頻率與芯片中預先存儲的標準頻率進行比較來確定觸摸點的位置。

表面觸摸屏的聲波沿基板表面傳播,而曲面聲波在基板內部傳播,因此曲面觸摸屏的抗環境幹擾性能優於表面型。目前曲面觸摸屏壹般用在5英寸以上尺寸的信息亭、金融設備、自動售貨機上。

5.光學成像觸摸屏

光學成像觸摸屏是壹種利用光線定位的觸摸技術。光源和光捕獲傳感器分別設置在屏幕的四個角上。當物體觸摸觸摸屏表面時,光線發生變化,觸摸IC模塊分析光傳感器的變化來確定觸摸位置。

光學成像觸摸屏耐用性高,適合在復雜環境下使用,支持多點觸控,但容易被環境光、灰塵、昆蟲等誤識別。

6.電磁感應觸摸屏

電磁感應觸摸屏的傳感器設置在顯示屏後面,在顯示面上產生電磁區域。當電子筆畫觸摸顯示表面時,傳感器可以通過計算電磁變化來確定觸摸點的位置。

與其他觸摸屏技術相比,電磁感應觸摸屏的精度和分辨率最高,功耗低,重量更輕,特別適合在戰爭環境和建築環境中使用。目前這項技術主要用於美軍。

其他觸摸屏技術:除了上面提到的觸摸技術,還有壓力感應、數字聲波引導、振蕩指針等各種觸摸屏技術。,壹般用於特殊用途。

觸摸屏技術

1.嵌入式觸摸屏結構

目前觸摸屏基本都采用插件式結構。這種結構的顯示模塊和觸摸模塊是兩個相對獨立的器件,然後通過後端鍵合工藝將兩個器件集成在壹起。但這種相對獨立的插件結構會影響產品的厚度,不符合觸控顯示產品的發展趨勢。

於是,嵌入式觸摸屏的概念應運而生。嵌入式結構將觸摸模塊嵌入到顯示模塊中,使得兩個模塊集成在壹起,而不是兩個相對獨立的設備。

與傳統的外部結構相比,嵌入式結構具有以下優點:

只需要兩層ITO玻璃,降低了材料成本,提高了透光率,更輕。

不需要將觸摸屏模塊附著到TFT模塊的後端,這提高了產量。

觸摸屏組和TFT模組同時生產,降低了模組的運輸成本。

此外,嵌入式觸摸屏可以分為兩種類型:內置技術和內置技術。

單元內技術

這兩種技術的定義略有不同,但原理是相似的。這兩種技術都將觸摸屏嵌入LCD模塊中。In-cell技術將觸摸屏集成在彩色濾光片下。由於觸摸傳感器放置在液晶面板內部,占用了壹部分顯示面積,因此犧牲了壹部分顯示效果,同時也使工藝復雜化,難以實現高良品率。

單元技術

On-cell技術是在彩色濾光片上集成壹個觸摸屏,而不是在液晶面板中嵌入觸摸傳感器,只需要在彩色濾光片的底板和偏振片之間形成壹個簡單的透明電極,降低了技術難度。On-cell的主要挑戰是顯示器耦合到傳感層的噪聲量,觸摸屏組件必須使用復雜的算法來處理這種噪聲。On-cell技術提供了將觸摸屏集成到顯示器中的所有好處,例如使觸摸面板更薄,並大大降低了成本,但整體系統成本的降低仍遠不及Incell技術。

嵌入式的概念最早是由TMD在2003年提出的,隨後夏普、三星、AUO、LG等公司相繼提出了這壹概念,並陸續發表了壹些研究成果,但由於技術問題,沒有壹個能夠商業化。

嵌入式觸摸屏已經發展了近10年,離商業化還有壹定的距離。但嵌入式觸摸屏代表了觸摸屏未來的發展方向,積極儲備嵌入式技術的廠商將在未來的市場競爭中處於相對有利的地位。

2.多點觸控技術

2007年,蘋果通過投影電容技術實現了多點觸控功能,提供了前所未有的用戶體驗,體現了與當時其他觸控技術的區別,使多點觸控技術成為市場的壹種趨勢。

目前多點觸控技術已經從兩指縮放、三指滾動、四指移位發展到支持觸摸識別和五點以上多種輸入方式。未來還將開發多點觸控技術,實現對屏幕對象更細致的操控,更加自由。

3.混合觸摸技術

目前觸摸技術雖然種類繁多,但每種技術都有各自的優缺點,沒有壹種技術是完美的。近年來,有人開始提出混合觸摸技術的概念,即在壹個觸摸面上使用兩種或兩種以上的觸摸識別技術,達到各種觸摸技術優勢互補的目的。

目前已經開發出基於電容和電阻的混合式觸摸屏,可以用手寫筆和手指操作,支持多點觸摸等,顯著提高觸摸屏的識別效率。隨著用戶對觸控技術要求的不斷提高,單壹的觸控技術肯定不能滿足人們的需求,所以混合觸控技術壹定會成為未來觸控技術的發展方向之壹。

4.觸覺反饋技術

觸摸顯示技術的不斷發展給人們帶來了便捷的操作方式和良好的視覺效果,但卻忽略了觸摸操作時給用戶的觸覺反饋。

目前對觸覺反饋技術的研究還不多。美國Immersion公司推出名為“力反饋”的觸覺反饋技術。這項技術利用機械馬達產生振動或運動,可以模擬跳躍、物體下落、阻尼運動等觸覺效果。也是目前應用比較廣泛的觸覺反饋技術。

Senseg的“E-sense”技術利用生物電場原理產生觸覺反饋。開發更加逼真的觸覺反饋技術可以給用戶帶來全新的觸摸體驗,所以觸覺反饋技術也是未來觸摸技術發展的壹個方向。