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電容式觸摸屏原理和技術的特點


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電容式觸摸屏是通過在基材上鍍上一層或者多層導電材料(比如銦錫氧化物ITO)而製成,之後與保護蓋板密封貼合以保護電極。當其它的導電體,比如裸露的手指或者導電筆觸摸到它的錶面,一個電子迴路就在那裡形成,感應器嵌入在玻璃裡面以檢測電流的位置,就這樣完成了一個觸摸操作。

電容式觸摸屏可以分為兩大類:

  • SurfaceCapacitive-錶面電容式

  • Projected Capacitive-投射電容式


錶面電容式

在玻璃基板上鍍上透明導電塗層,然後在導電塗層上增加一層保護塗層。電極被放置在玻璃的四個角上,四個角都被施加上相同的相位電壓,在玻璃錶面形成一個勻強電場。當手指觸摸到玻璃錶面,電流將從玻璃的四個角上流經手指,從四個角上流經的電流比例將被測量以判斷觸摸點的具體位置。測量出來的電流值跟觸摸點到四個角的距離是成反比的。

錶面電容式

特點:

  • 更適合大尺寸的顯示器

  • 對很輕的觸摸都有反應,而且不需要感應實際的物理壓力

  • 由於只有一層玻璃,產品的透過率很高

  • 結構堅固,因為它只由一層玻璃組成

  • 潮濕、灰塵和油污對觸摸效果不會產生影響

  • 視差小

  • 高解析度和高響應速度

  • 不支持裸露手指與帶手套組合操作,不支持裸露手指與手寫筆組合操作

  • 不支持多點觸摸

  • 有可能被噪聲干擾

投射電容式

相比錶面電容式,投射電容式觸摸屏通常用在較小的屏幕尺寸上,內部結構上包括一個集成了IC芯片用於處理資料的線路板,擁有指定圖案的許多透明電極層,錶面上改寫一層絕緣的玻璃或者塑料蓋板。當手指接近觸摸屏錶面,靜電電容在多個電極間同時變化,通過測量這些電流之間的比例,可以精確地判斷出接觸的位置。

投射電容式技術有兩種感應方式:柵格式和線感式。人體能夠導電是因為含有大量的水份,當手指靠近X和Y電極的圖案,在手指和電極間將產生一個耦合電容,耦合電容會使用X和Y電極間的靜電電容發生變化,通過偵測電極間哪個位置的靜電電容發生變化 ,觸摸感應器就能發現具體的觸摸點。

投射電容式

特點:

  • 支持多點觸摸,且支持各種複雜的輸入方式

  • 壽命較長,因為在操作時沒有移動的部件

  • 耐用度高

  • 靈敏度可調節。如果靈敏度調的很高,甚至可以在不接觸或者使用塑料蓋板時操作觸摸屏。蓋板也可以提供額外的保護以及各種靈活的結構設計

  • 如果增加靈敏度,也可以支持戴手套操作

  • 擁有很好的光學特性

  • 對很輕的觸摸都有反應,而且不需要感應實際的物理壓力

  • 觸摸屏一般和控制IC設計在一起

  • 由於它的偵測方式,電容式觸摸屏容易受到電氣噪音的干擾,特別是來自LCD的干擾會更明顯。

  • 需要精確匹配的圖案,因此生產成本較高

投射電容式分為自容式(self
capacitance
)和互容式(mutual capacitance)

  • Self-Capacitance-自容式

自容式是基於測量單個電極的對地電容值。當手指靠近電極,人體電容將改變電極的自電容。在自容式觸摸屏裡面,透明導電材料在一層或者兩層分開的電極被蝕刻上指定的圖案。當電極位於一層上,每一個電極都代表了不同的觸摸坐標,而且分別被連接到控制器。當電極位於兩層上,它們通常被安排作為一層的行和另一層的列,每一行或列的交叉點,代表著唯一的組坐標。不管怎樣,自容式觸摸屏的控制器不能夠測量每一個交叉點的坐標,它只能測量到是哪一行或者哪一列。

當只有一個手指觸摸時,觸摸屏會正常工作,比如,如上圖所示,單點觸摸的位置X2,Y0可以通過依次偵測所有X電極和Y電極而被精確的感應到。測量單個電極而不是交叉點是雙層自容式觸摸屏的主要缺陷-不能清楚地偵測多點觸摸。在X2,Y0和X1,Y3兩個點的觸摸實際產生了四個點坐標,不管怎麼,使用自容式觸摸屏時,兩指手勢操作的缺陷不能完全解決。秘密在軟體裡面-寧願使用模糊不清的報點方式,讓軟體能夠識別報點的移動方向。在這種情況下,它不管是否兩點觸摸生成了四個點坐標,只要能準確的識別出那兩點是遠對或者相向移動的手勢就行了。


  • MutualCapacitance-互容式

互容式在目前來講是用的最多的一種,允許無限的觸摸點,支持更高的解析度,對EMI干擾不敏感而且可以更高效地利用傳感器空間。互容式利用了大多數導電物體在非常接近的時候可以儲存電荷的特性,如果另一個導電體,比如手指,接近兩個導電體,那麼由於人體電容“偷走”了一些電荷,介於兩個導電體之間的電荷場(電容)就會發生變化

在互容式電容觸摸屏裡面,透明導體被在空間上分開的兩層電極上製作出特定的圖案,通常是作為行和列。由於每一行和列的交叉點生成了唯一的觸摸坐標集,控制器單獨地測量每一個交叉點,如上圖,這是互容式電容觸摸屏最主要的優勢-能夠偵測到屏幕上每一個電極交叉點的觸摸感應
不管是自容式還是互容式,都依賴於人體電容和另一個單層或雙層電極單的電荷轉移,所以這種方式的電容感應方式通常被叫做“電荷轉移”。

概念介紹[Opticaldonding-光學邦定]

光學邦定是一種將觸摸屏(或者其它的剛性材料)層壓到LCD顯示屏錶面的組裝方式,通常使用一種特別的粘合劑,在顯示屏和觸摸屏之間將這種形式的光學膠進行固化,形成一種沒有空氣存在的緊密貼合的穩固的連接。光學邦定與傳統的框膠貼合相比有很多優點,最主要的就是增強了光學特性以及增加了結構強度。

優點:

  • 通過移除LCD和觸摸屏之間的反射因素而增加產品的透過率

  • 提升在較亮的環境光下的顯示效果

  • 在較亮的環境光下,可以用更少的能耗獲得更高的亮度

  • 增強機械性能

  • 提供更好的顯示效果與抗震能力

  • 消除了在顯示屏和觸摸屏之間容易進灰及進潮的隱患

  • 低霧化度和低泛黃填充料

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