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觸摸屏設計日益簡(jiǎn)化
作者：
時(shí)間：2014-01-14
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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現今社會(huì )上很多人都頻繁地接觸到觸摸屏。這種裝置最常見(jiàn)于PDA和手機等手持設備和售票終端系統等應用，其中大部分都基于電阻性技術(shù)。電阻性技術(shù)采用一個(gè)柔性外層，其壓觸固定內層時(shí)，會(huì )產(chǎn)生電信號，然后轉換為X-Y坐標位置。此外，還有其它兩種常用技術(shù)：表面聲波 (SAW) 和電容感測技術(shù)，不過(guò)，一直以來(lái)，由于成本和構建的限制，這兩種技術(shù)都僅用在公用信息服務(wù)應用(Kiosk applications) 中。
電阻性觸摸屏非常容易受到損傷，因為其表層是由薄薄的柔性塑料構成的，本身就很容易被利物刮損。至于SAW觸摸屏，由于它需要在邊角以特殊的機械安裝方法安裝聲換能器，因此不適合于移動(dòng)應用。而且，SAW的成本也十分高，但因為無(wú)需透明的有源電極，所以可靠性相當好。
電容性觸摸屏在顯示區域采用了一層周邊電氣連接的導電薄膜。Kiosk類(lèi)的顯示屏是在玻璃表面涂上一層導電物質(zhì)，而較新的“投射式電容”觸摸屏則是在玻璃背面使用一組結構更復雜的涂層，大多數情況下會(huì )有三層，兩層分別用于沿X 和 Y軸的感測；另一層是用于屏蔽LCD模塊本身產(chǎn)生的噪聲。只有投射式電容感測和SAW能夠同時(shí)檢測出多個(gè)手指觸點(diǎn)。
從技術(shù)和經(jīng)濟兩個(gè)層面上來(lái)看，上述的方法各有優(yōu)劣，而應該全面根據應用的需求來(lái)正確選擇，其中主要的決定因素是預算、顯示屏尺寸、機械考慮事項、電氣噪聲問(wèn)題，以及視覺(jué)清晰度和可靠性要求。近來(lái)，能否同時(shí)檢測多個(gè)觸點(diǎn)的能力越來(lái)越受到關(guān)注，現在已成為許多便攜式應用發(fā)展的主要驅動(dòng)力。
當前，增長(cháng)最快、最令人矚目的技術(shù)當屬投射式電容觸摸屏。然而，這種技術(shù)的供貨商極少，相關(guān)專(zhuān)利卻又相當多，包括多觸點(diǎn)算法、感測層圖案和手勢提取方法等方面的專(zhuān)利，為市場(chǎng)新進(jìn)者造成了巨大障礙。本文的主題正是要討論投射式電容感測的技術(shù)。
制備原理
圖1a所示為一個(gè)投射式電容觸摸屏元素的橫截面，可看出其感測層大幅擴展到盡量清晰。這種感測層一般是由一種透明的導電材料制備的，比如真空淀積的銦錫氧化物 (Indium-Tin-Oxide, ITO)，見(jiàn)黑色部分。在最終裝配之前，利用光刻或絲網(wǎng)印刷工藝 (類(lèi)似于PCB的蝕刻方法)，ITO層便會(huì )在塑料薄膜 (通常是PET薄膜) 襯底上蝕刻形成電極圖案。圖中沒(méi)有顯示出屏幕四邊連接ITO模塊，然后往下延伸到電氣連接器的銀墨連線(xiàn)。這些ITO層通過(guò)一種透明的粘膠彼此融合在一起，形成觸摸屏鏡片；粘膠一般為一層薄片，整個(gè)層式結構利用層壓工藝融為一體。
要注意的是，這里有兩個(gè)感測層和一個(gè)屏蔽層，后者是最低層，正好在LCD模塊 (圖中未顯示) 之上。屏蔽層用來(lái)屏蔽LCD模塊產(chǎn)生的噪聲，這種噪聲相當大，會(huì )對與ITO電極有關(guān)的較弱電氣信號造成干擾。
圖1b所示為ITO電極設計的一種常見(jiàn)圖案，其最早見(jiàn)于上世紀80年代初。這種菱形圖案需要兩個(gè)感測層，分別針對X 和 Y軸向，以確定觸點(diǎn)位置。菱形圖案可對暴露在手指觸摸區域下的電極表面進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)把X和Y方向電極軌跡的交叉面積降至最小。這些電極的密度越高，觸摸的空間分辨率也越高。在多觸點(diǎn)技術(shù)中這可是一個(gè)關(guān)鍵因素，尤其是在需要兩根手指極為靠近地操作時(shí)。
三層ITO疊層結構的壓層厚度一般為250mm左右。
雖然這種菱形圖案的效果不錯，可以獲得很好的空間分辨率，但另一方面，信號處理和電極圖案領(lǐng)域取得的先進(jìn)成果，能夠讓設計在同一層上結合X 和 Y電極，而且大多數情況下無(wú)需屏蔽層。這種能力對光學(xué)特性 (每一層都會(huì )吸收和散射部分光) 和更重要的成本和生產(chǎn)良率都有著(zhù)重大的影響。
圖1c所示為單層結構的橫截面示意圖。這種結構較薄，在對疊層結構以微米計的移動(dòng)設備廠(chǎng)商中大獲好評。
圖1d所示是一個(gè)采用1層設計中的典型圖案。這種設計沒(méi)有在透明顯示區域使用交叉結構，而是在四周使用。令人難以想象的是，這種特殊設計有4個(gè)列線(xiàn) (column)，而且行線(xiàn) (row) 數可以不受限制。這些列線(xiàn)是通過(guò)把相似位置的三角形連接在一根軸上，并把它們連接為一個(gè)感測通道而形成。三角形圖案的采用，可以通過(guò)由一種特殊數學(xué)算法決定的內插過(guò)程 (interpolative process)，使垂直于列線(xiàn)的感測轉換順利進(jìn)行。這種方法中運用的內插法降低了對列數的需求。同時(shí)，采用了非常先進(jìn)的信號處理技術(shù)，大大減小了LCD產(chǎn)生的噪聲，從而無(wú)需屏蔽層。
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