目前主要有几种类型的触摸屏,它们分别是:电阻式(双层),表面电容式和感应电容式,表面声波式,红外式,以及弯曲波式、有源数字转换器式和光学成像式。它们又可以分为两类,一类需要ITO,比如前三种触摸屏,另一类的结构中不需要ITO, 比如后几种屏。目前市场上,使用ITO材料的电阻式触摸屏和电容式触摸屏应用相对广泛。
电阻式触摸屏
ITO 是铟锡氧化物的英文缩写,它是一种透明的导电体。通过调整铟和锡的比例,沉积方法,氧化程度以及晶粒的大小可以调整这种物质的性能。薄的ITO材料透明性好,但是阻抗高;厚的ITO材料阻抗低,但是透明性会变差。在PET聚脂薄膜上沉积时,反应温度要下降到150度以下,这会导致ITO氧化不完全,之后的应用中ITO会暴露在空气或空气隔层里,它单位面积阻抗因为自氧化而随时间变化。这使得电阻式触摸屏需要经常校正。
图一是电阻触摸屏的一个侧面剖视图。手指触摸的表面是一个硬涂层,用以保护下面的PET层。PET层是很薄的有弹性的PET薄膜,当表面被触摸时它会向下弯曲,并使得下面的两层ITO涂层能够相互接触并在该点连通电路。两个ITO层之间是约千分之一英寸厚的一些隔离支点使两层分开。下面是一个透明的硬底层用来支撑上面的结构,通常是玻璃或者塑料。
电容式触摸屏也需要使用ITO材料,而且它的功耗低寿命长,但是较高的成本使它之前不太受关注。Apple推出的iPhone提供的友好人机界面,流畅操作性能使电容式触摸屏受到了市场的追捧,各种电容式触摸屏产品纷纷面世。而且随着工艺进步和批量化,它的成本不断下降,开始显现逐步取代电阻式触摸屏的趋势。
表面电容触摸屏只采用单层的ITO,当手指触摸屏表面时,就会有一定量的电荷转移到人体。为了恢复这些电荷损失,电荷从屏幕的四角补充进来,各方向补充的电荷量和触摸点的距离成比例,我们可以由此推算出触摸点的位置。
感应电容触摸屏与表面电容触摸屏相比,可以穿透较厚的覆盖层,而且不需要校正。感应电容式在两层ITO涂层上蚀刻出不同的ITO模块,需要考虑模块的总阻抗,模块之间的连接线的阻抗,两层ITO模块交叉处产生的寄生电容等因素。而且为了检测到手指触摸,ITO模块的面积应该比手指面积小,当采用菱形图案时,对角线长通常控制在4到6毫米。
PSoC CapSense技术是根据电容感应的原理使用CSA或CSD模块来实现的。PCB板或触摸屏上相邻的感应模块或导线之间会存在寄生电容(见图四中的Cp),当有手指接近或触摸两个相邻感应模块时,相当于附加了两个电容,它们相当于并联在Cp上的电容Cf。利用PSoC的CSA和CSD技术可以检测到这个电容上的变化,从而确定有没有手指触摸。
PSoC已经应用在了多种尺寸的触摸屏中,如果要实现表面电容触摸屏的控制,可以由 CY8C21x34或CY8C24x94系列通过CSD模块来实现,见图五。实现感应电容触摸屏的控制,可以由CY8C20x34系列通过CSA模块,也可由CY8C21x34或CY8C24x94系列通过CSD模块来实现。
在触摸屏产品的设计中,需要对性能和成本进行权衡。电阻触摸屏的成本较低,竞争就很激烈,而且在性能和应用场合上有一定局限。
电容触摸屏已经应用在了iPhone及其它手持设备上,定位单点轨迹 / 模拟鼠标双击是它的基本功能,而对多手指手势操作的识别和应用成为当前市场的热点。在便携式应用中,用户一手拿着设备,只能用另一只手操作,因此识别多手指的抓取 / 平移, 伸展 / 压缩, 旋转, 翻页等手势操作就显得尤为重要。PSoC感应电容触摸屏已经可以实现多点检测,从而支持两手指的手势识别。可以预见支持手势识别的电容式触摸屏将在市场上大放光彩。
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