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电容屏与电阻屏的区别以及最新IC触控技术

2017-04-01
类别:业界动态
eye 538
文章创建人 拍明

           首先说电阻屏:

  电阻式触摸屏是一种传感器,它将矩形区域中触摸点(X,Y)的物理位置转换为代表X坐标和Y坐标的电压。很多LCD模块都采用了电阻式触摸屏,这种屏幕可以用四线、五线、七线或八线来产生屏幕偏置电压,同时读回触摸点的电压。

  触摸屏技术

  触摸屏在结构上由一个感应式液晶显示装置组成,这个感应显示器可以接收触控头或者其他触控动作的信号。当这个感应显示器收到了触控信号,整个触控装置会按照事先编写的程序执行不同的指令,实现用户的触控意图。这种技术替代了传统的机械式按钮装置,加上液晶显示器的画面,可以得到十分生动形象的画面和操作享受,受到了越来越多人的欢迎。

  触摸屏技术最早出现在一些工业和商业设备中,例如POS终端机、电梯按钮等。触摸屏技术在很大程度上方便了人机交互,触摸屏本身又很坚固耐用,这些特点都让触摸屏技术有了很大的应用和发展。利用触摸屏技术,用户只要用手指点击相应的触控图案,就可以解决过去繁杂的操作问题,极大的方便了用户。由于近些年i Phone手机的推出,更是刺激了触摸屏相关产业的发展,触摸屏技术也由此被应用到不同的产品中。随着移动互联网、云计算等技术的快速发展,人们对触摸屏技术的需求和要求也日益提高,相信触摸屏技术将会越来越多的出现在不同的电子产品中。除此之外,触摸屏在汽车电子领域和零售业也有很大的发展空间,具相关权威调查,到2012年,用于汽车电子和零售业的触摸屏市场将会达到20亿美元,占触摸屏产业总体市场的20%。同时在PC行业,由于微软操作系统的不断发展,触摸屏技术也将占据着十分重要的角色,再加上医疗领域、公共设施领域等方面,触摸屏控制技术将会得到进一步的普及,有着极好的市场前景。

  中国的触摸屏消费市场有着极大潜力,尤其在数码电子产品市场中,然而在触摸屏产业中,中国的触摸屏产业主要集中在产业链的中下游,目前辽宁沈阳的沈北新区也建立了手机制造中心,吸引了包括晨讯科技等手机触摸屏生产厂家。一方面体现了手机触摸屏这一强大的市场,另一方面又反映了我国触摸屏产业的技术含量偏低,多以加工代工为主。然而在触摸屏产业链中,触摸屏驱动芯片是核心,决定着触摸屏产品的优劣,全球各大芯片设计公司也都在致力研发高精度、低功耗的触摸屏驱动芯片

  电阻式触摸屏

  电阻式触摸屏是一种传感器,基本上是薄膜加上玻璃的结构,薄膜和玻璃相邻的一面上均涂有ITO(纳米铟锡金属氧化物)涂层,ITO具有很好的导电性和透明性。当触摸操作时,薄膜下层的ITO会接触到玻璃上层的ITO,经由感应器传出相应的电信号,经过转换电路送到处理器,通过运算转化为屏幕上的XY值,而完成点选的动作,并呈现在屏幕上。

  电阻触摸屏的工作原理主要是通过压力感应原理来实现对屏幕内容的操作和控制的,这种触摸屏屏体部分是一块与显示器表面非常

  电阻式触摸屏 配合的多层复合薄膜,其中第一层为玻璃或有机玻璃底层,第二层为隔层,第三层为多元树脂表层,表面还涂有一层透明的导电层,上面再盖有一层外表面经硬化处理、光滑防刮的塑料层。在多元脂表层表面的传导层及玻璃层感应器是被许多微小的隔层所分隔电流通过表层,轻触表层压下时,接触到底层,控制器同时从四个角读出相称的电流及计算手指位置的距离。这种触摸屏利用两层高透明的导电层组成触摸屏,两层之间距离仅为2.5微米。当手指触摸屏幕时,平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触,因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场,使得侦测层的电压由零变为非零,控制器侦测到这个接通后,进行A/D转换,并将得到的电压值与5V相比,即可得触摸点的Y轴坐标,同理得出X轴的坐标,这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。

  电路实现

  触摸屏包含上下叠合的两个透明层,四线和八线触摸屏由两层具有相同表面电阻的透明阻性材料组成,五线和七线触摸屏由一个阻性层和一个导电层组成,通常还要用一种弹性材料来将两层隔开。当触摸屏表面受到的压力(如通过笔尖或手指进行按压)足够大时,顶层与底层之间会产生接触。所有的电阻式触摸屏都采用分压器原理来产生代表X坐标和Y坐标的电压。如图3,分压器是通过将两个电阻进行串联来实现的。上面的电阻(R1)连接正参考电压(VREF),下面的电阻(R2)接地。两个电阻连接点处的电压测量值与下面那个电阻的阻值成正比。[4]

  为了在电阻式触摸屏上的特定方向测量一个坐标,需要对一个阻性层进行偏置:将它的一边接VREF,另一边接地。同时,将未偏置的那一层连接到一个ADC的高阻抗输入端。当触摸屏上的压力足够大,使两层之间发生接触时,电阻性表面被分隔为两个电阻。它们的阻值与触摸点到偏置边缘的距离成正比。触摸点与接地边之间的电阻相当于分压器中下面的那个电阻。因此,在未偏置层上测得的电压与触摸点到接地边之间的距离成正比。[4]

  电阻式触摸屏内部渡涂的透明ITO导电薄膜有工艺要求。涂层不可太厚,否则不但会降低透光率,还会形成内反射层,降低清晰度;涂层也不可太薄,否则容易断裂。在使用过程中,由于触摸屏的工作准确性需要依靠电阻网络的精密性来实现,如果某处电阻网络出现了故障将会使此处触摸屏触摸失灵:触摸屏表面经常被触摸,表层薄薄的一层透明ITO导电薄膜会出现细小裂纹,也会导致触摸失灵;透明ITO导电薄膜的外层采用的是塑胶材料,没有保护层,所以安全性较差。但是,从结构上看,电阻式触摸屏是一个相对封闭的系统,因此相比于其他触摸屏,不受外界污染物的影响,比如灰尘、水汽、油溃等,而且适合配带手套或是不能用手直接触摸的场合,因此能够在恶劣环境下正常工作,适合于航空机载显示系统。

  电阻触摸屏的屏体部分是一块多层复合薄膜,由一层玻璃或有机玻璃作为基层,表面涂有一层透明的导电层(ITO),上面再盖有一层外表面经过硬化处理、光滑防刮的塑料层。它的内表面也涂有一层ITO,在两层导电层之间有许多细小(小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开。当手指接触屏幕时,两层 ITO发生接触,电阻发生变化,控制器根据检测到的电阻变化来计算接触点的坐标,再依照这个坐标来进行相应的操作,因此这种技术必须是要施力到屏幕上,才能获得触摸效果。

  电阻屏根据引出线数多少,分为四线、五线等类型。五线电阻触摸屏的外表面是导电玻璃而不是导电涂覆层,这种导电玻璃的寿命较长,透光率也较高。

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  电阻式触摸屏的ITO涂层若太薄则容易脆断,涂层太厚又会降低透光且形成内反射降低清晰度。由于经常被触动,表层ITO使用一定时间后会出现细小裂纹,甚至变型,因此其寿命并不长久。

  电阻式触摸屏价格便宜且易于生产。四线式、五线式以及七线、八线式触摸屏的出现使其性能更加可靠, 同时也改善了它的光学特性。

  再说电容屏:

  电容式触摸屏技术是利用人体的电流感应进行工作的。电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏,玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO,最外层是一薄层矽土玻璃保护层,夹层ITO涂层作为工作面,四个角上引出四个电极,内层ITO为屏蔽层以保证良好的工作环境。 当手指触摸在金属层上时,由于人体电场,用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容,对于高频电流来说,电容是直接导体,于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分别从触摸屏的四角上的电极中流出,并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比,控制器通过对这四个电流比例的精确计算,得出触摸点的位置。

  电容屏要实现多点触控,靠的就是增加互电容的电极,简单地说,就是将屏幕分块,在每一个区域里设置一组互电容模块都是独立工作,所以电容屏就可以独立检测到各区域的触控情况,进行处理后,简单地实现多点触控。[1]

  电容式触摸屏工作原理 电容技术触摸面板CTP(Capacity Touch Panel)是利用人体的电流感应进行工作的。电容屏是一块四层复合玻璃屏,玻璃屏的内表面和夹层各涂一层ITO(纳米铟锡金属氧化物),最外层是只有0.0015mm厚的矽土玻璃保护层,夹层ITO涂层作工作面,四个角引出四个电极,内层ITO为屏层以保证工作环境。[3]

  当用户触摸电容屏时,由于人体电场,用户手指和工作面形成一个耦合电容,因为工作面上接有高频信号,于是手指吸收走一个很小的电流,这个电流分别从屏的四个角上的电极中流出,且理论上流经四个电极的电流与手指头到四角的距离成比例,控制器通过对四个电流比例的精密计算,得出位置。可以达到99%的精确度,具备小于3ms的响应速度。

  投射式电容面板

  投射式电容面板的触控技术投射电容式触摸屏是在两层ITO导电玻璃涂层上蚀刻出不同的ITO导电线路模块。两个模块上蚀刻的图形相互垂直,可以把它们看作是XY方向 连续变化的滑条。由于XY架构在不同表面,其相交处形成一电容节点。一个滑条可以当成驱动线,另外一个滑条当成是侦测线。当电流经过驱动线中的一条导线时,如果外界有电容变化的信号,那么就会引起另一层导线上电容节点的变化。侦测电容值的变化可以通过与之相连的电子回路测量得到,再经由A/D控制器转为数字讯号让计算机做运算处理取得(XY) 轴位置,进而达到定位的目地。

  3M展示60点电容式触摸屏 操作时,控制器先后供电流给驱动线,因而使各节点与导线间形成一特定电场。然后逐列扫描感测线测量其电极间的电容变化量,从而达成多点定位。当手指或触动媒介接近时,控制器迅速测知触控节点与导线间的电容值改变,进而确认触控的位置。这种一根轴通过一套AC 信号来驱动,而穿过触摸屏的响应则通过其它轴上的电极感测出来。使用者们把这称为横穿式感应,也可称为投射式感应。传感器上镀有XY轴的ITO图案,当手指触摸触控屏幕表面时,触碰点下方的电容值根据触控点的远近而增加,传感器上连续性的扫描探测到电容值的变化,控制芯片计算出触控点并回报给处理器。

  电容式触摸屏利用人体的电流感应进行工作,其触摸屏由一块四层复合玻璃屏构成。当手指触摸在触摸屏上时,由于人体电场、用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容,对于高频电流来说,电容是直接导体,于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分别从触摸屏四角上的电极中流出,并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比,控制器通过对这四个电流比例的精确计算,得出触摸点的位置信息。

  电容式触摸屏具有灵敏度高,容易实现多点触控技术等优点。但电容屏缺点也很明显,电容屏的反光严重,而且电容技术的四层复合触摸屏对各波长光的透光率不均匀,存在色彩失真的问题,由于光线在各层间的反射,还造成图像字符的模糊。且对手机用户来说其技术特点决定了其只能使用手指进行操作(现在这个缺点竟然被当成优点来说。。。)。电容屏最大的缺点就是飘移。由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化,所以当环境温度、湿度、环境电场发生改变时,都会引起电容屏的漂移,造成定位不准确。

  多点触摸技术:

  多点触摸的定义来自应用,多点触摸屏的最大特点在于可以两只手,多个手指,甚至多个人,同时操作屏幕的内容,更加方便与人性化.多点触摸技术也叫多点触控技术。比如说IPHONE的用两个手指在屏幕上的划动来对图片进行放大和缩小,但是目前iPhone手机和魅族M8手机仅能允许2个手指同时作用来完成旋转、缩放等功能,最多算是双重触控。多点触摸屏幕的工作原理是在导电层上划分出了许多独立的触控单元,而每个单元通过独立的引线连接到外部电路。由于所有的触控单元呈矩阵形排布,所以无论用户手指接触到哪一个部分,系统都能够对相应手指动作产生反应。

  最新的电容屏多点触控IC----GSL1680

  现在市面上多点触控IC真的很多,不过大多数都是进口的,价格很高,有好多电阻屏厂商想转到电容屏方面实属不易啊,为什么呢,首先进口的成本高啊,然后最主要的还是售后服务,别我买回来几百K的芯片,最后一颗都没办法用,老板更不会跨过太平洋去找服务。所以啦虽然大家都知道电阻屏肯定会被电容屏取代,但还是不敢轻易换成电容屏。机会和风险是并存的,不懂得创新必将失败。思立泰科技(香港)有限公司总部座落在深圳市福田区车公庙,不仅交通便利而且他更领导了一批高素质团队。因为是有大都人自行研究的,所以成本低。多以GSL1680的出现让转型中的问题不再是问题。

  电容屏比较容易实现多点触摸技术。电阻屏其实也可以实现多点触摸技术,目前已经有一家公司在电阻屏上面实现了多于4点的多点触摸了。

 


责任编辑:Davia

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