触摸屏技术简介ppt课件.ppt
觸 摸 屏 簡 介,PE1D 李森,2,IAC Confidencial,1,目錄,什麼是觸摸屏觸摸屏的種類ITO 介紹各式觸摸屏原理介紹各式觸摸屏的特性比較,3,什麼是觸摸屏,觸摸屏只是一片透明薄膜，並沒有任何顯示功能。觸控面板於1971年發明,早期使用於軍方80年代開始技術轉移，陸續用於民間及工業發展目的：取代按鍵滑鼠進行人性化的操作或輸入,可攜式3C產品,金融/商業用途,教學/電玩用途,公共資訊用途,工業用途,醫療衛生用途,運用範圍,4,觸控面板工作原理,觸控面板,控制器,軟體驅動程式,碰觸,產生座標,產生訊號,動作,5,觸摸屏分類,根據其工作原理目前一般被分為以下幾大類：電阻式觸摸屏電容式觸摸屏紅外線式觸摸屏表面聲波式觸摸屏光學成像式觸摸屏其中需要ITO:電阻式/電容式不需要ITO:紅外線式/表面聲波式/光學成像式,6,觸控面板市場佔有率,觸控面板各技術之市場佔有率,目前電阻式觸摸屏和電容式觸摸屏運用最廣泛。,7,ITO 介紹,注： ITO在PET聚脂薄膜上沉積時，反應溫度要下降到150度以下，這會導致ITO氧化不完全，之後的應用中ITO會暴露在空氣或空氣隔層裏，它單位面積阻抗因為自氧化而隨時間變化。這使得電阻式觸摸屏需要經常校正。,ITO = Indium Tin Oxide (氧化銦錫)ITO 是銦錫氧化物的英文縮寫，它是一種透明的導電體。 錫塗抹在銦氧化物上,通過調整銦和錫的比例，沉積方法，氧化程度 以及晶粒的大小可以調整這種物質的性能。其混合物一般是90%的 銦氧化物(In2O3)和10%的錫氧化物(SnO2)Transparency(透明度) 由Tin doping(錫塗抹)和ITO deposition process(ITO沉澱製程的厚度和基材)決定ITO介面纇似傳統的Copper PCB和FPC, 但ITO的電阻率高過Copper(銅), 弱導電體,8,IAC Confidencial,8,ITO 介紹,ITO的種類,9,電阻式觸摸屏,如圖所示是電阻觸摸屏的一個側面剖視圖。手指觸摸的表面是一個硬塗層，用以保護下面的PET層。PET層是很薄的有彈性的PET薄膜，當表面被觸摸時它會向下彎曲，並使得下面的兩層ITO塗層能夠相互接觸並在該點連通電路，兩個ITO層之間是約千分之一英寸厚的一些隔離支點使兩層分開。最下面是一個透明的硬底層用來支撐上面的結構，通常是玻璃或者塑膠。,电阻式触摸屏的结构1.表面硬塗層2.聚脂薄膜（PET)3.ITO陶瓷層4.間隔點5.玻璃層6.壓力觸摸點,圖（1）電阻式觸摸屏結構,10,電阻式觸摸屏,電阻式觸摸屏分类 電阻式觸摸屏等效於將物理位置轉換為代表X、Y座標的電壓值的感測器，它將矩形區域中觸摸點(X,Y)的物理位置轉換為代表X座標和Y座標的電壓，這種螢幕可以用四線、五線、七線或八線來產生屏幕偏置電壓，同時讀回觸摸點的電壓。因此電阻式觸摸屏根據引出線可分為: 四線式電阻觸摸屏 五線式電阻觸摸屏 七線式電阻觸摸屏 八線式等電阻觸摸屏,11,電阻式觸摸屏,四線式四線觸摸屏包含兩個阻性層。其中一層在屏幕的左右邊緣各有一條垂直匯總線，另一層在屏幕的底部和頂部各有一條水平總線，如圖所示,12,電阻式觸摸屏,四線式,13,電阻式觸摸屏,四線式為了在X軸方向進行測量，將左側總線偏置為0V，右側總線偏置為VREF。將頂部或底部總線連接到ADC，當頂層和底層相接觸時即可作一次測量 。由於ITO層均勻導電，觸點電壓與Vdrive電壓之比等於觸點X座標與屏寬度之比。為了在Y軸方向進行測量，將頂部匯流排偏置為VREF，底部總線偏置為0V。將ADC輸入端接左側總線或右側總線，當頂層與底層相接觸時即可對電壓進行測量。由於ITO層均勻導電，觸點電壓與Vdrive電壓之比等於觸點Y座標與屏高度之比。由IC控制X軸與Y軸電極不停的進行切換，并重復快速的抓取XY的電壓，測得的電壓通常由ADC轉化為數位信號，再進行簡單處理就可以做為座標判斷觸點的實際位置，當有移動時，連續的點就會形成一條線。對於四線觸摸屏，最理想的連接方法是將偏置為VREF的總線接ADC的正參考輸入端，並將設置為0V的總線接ADC的負參考輸入端。,14,電阻式觸摸屏,五線式針對四線電阻式觸摸屏的缺點，五線電阻式觸摸屏採用的結構是，將X,Y電極都做在附著在玻璃基板上的ITO層，而上層的ITO只作為活動電極。底層ITO的X,Y電極從四個角引出UL,UR,LL,LR，加上上層的活動電極，這樣一共五條線。五線電阻式觸摸屏的優點是玻璃基板比較牢固不易形變，而且可以使附著在上面的ITO充分氧化。玻璃材質不會吸水，並且它與ITO的膨脹係數很接近，產生的形變不會導致ITO損壞。而上層的ITO只用來作為引出 端電極，沒有電流流過，因此不必要求均勻導電性，即使因為形變發生破損，也不會使電阻屏產生“漂移”。,15,電阻式觸摸屏,五線式,16,電阻式觸摸屏,五線式為了在X軸方向進行測量，將左上角UL和左下角LL偏置到VREF，右上角UR和右下角LR接地。由於左、右角為同一電壓，其效果與連接左右側總線差不多,類似於四線觸摸屏中採用的方法。為了沿Y軸方向進行測量，將左上角UL和右上角UR偏置為VREF，左下角LL和右下角RL偏置為0V。由於上、下角分別為同一電壓，其效果與連接頂部和底部邊緣的總線大致相同，類似於在四線觸摸屏中採用的方法。由IC控制X軸與Y軸電極不停的進行切換，并重復快速的抓取XY點的電壓，測得的電壓通常由ADC轉化為數位信號，再進行簡單處理就可以做為座標判斷觸點的實際位置，當有移動時，連續的點就會形成一條線。對於五線觸摸屏，最佳的連接方法是將左上角(偏置為VREF)接ADC的正參考輸入端，將左下角(偏置為0V)接ADC的負參考輸入端。,17,電阻式觸摸屏,七線式同四線電阻式觸摸屏一樣，五線電阻式觸摸屏也沒有考慮電極抽頭引線和驅動電極的電路的寄生電阻，這部分電阻並不包含在ITO電阻之內，很可能影響 計算的正確性，因此七線電阻式觸摸屏在五線電阻式觸摸屏的基礎上，從左上角UL和右下角LR兩端各引出一條線用來感應實際觸摸屏末端電壓，分別記為Vmax, Vmin，工作原理與五線電阻式觸摸屏相同。執行螢幕測量時，將左上角的一根線連到VREF，另一根線接SAR ADC的正參考端。同時，右下角的一根線接0V，另一根線連接SAR ADC的負參考端。導電層仍用來測量分壓器的電壓。,18,八線式電阻式觸摸屏,八線式八線觸摸屏除了在每條總線上各增加一根線之外，八線觸摸屏的實現方法與四線觸摸屏相同。對於VREF總線，將一根線用來連接VREF，另一根線作為SAR ADC的數模轉換器的正參考輸入。對於0V總線，將一根線用來連接0V，另一根線作為SAR ADC的數模轉換器的負參考輸入。未偏置層上的四根線中，任何一根都可用來測量分壓器的電壓。,19,各式電阻觸摸屏比較,20,電阻式觸摸屏,優點 它的屏和控制系統都比較便宜，反應靈敏度也很好， 電阻式觸摸屏是一種對外界完全隔離的工作環境，不怕灰塵和水汽，能 適應各種惡劣的環境。 它可以用任何物體來觸摸,穩定性能較好缺點電阻觸摸屏的外層薄膜容易被劃傷導致觸摸屏不可用多層結構會導致很大的光損失，對於手持設備通常需要加大背光源來彌 補透光性不好的問題，但這樣也會增加電池的消耗。需經常較正,21,電容式觸摸屏,覆蓋層 (overlay):大多是鋼化玻璃(0.41mm),也有可能是PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯).PET的優勢在於觸摸屏可以做到更薄,而且比現有的塑膠和玻璃材質更加便宜;絕緣層(isolation)1/2/3:玻璃(0.41mm) ,有機薄膜(10100um),粘合劑,空氣層ITO:典型厚度50100nm, 其方塊電阻大約100300歐姆範圍;,22,電容式觸摸屏,電容式觸摸屏是利用人體的電流感應進行工作的。電容式觸摸屏是一塊四層複合玻璃屏，玻璃屏的內表面和夾層各塗有一層ITO，最外層是一薄層矽土玻璃保護層。 當手指觸摸在金屬層上時，由於人體電場，用戶和觸摸屏表面形成以一個耦合電容，對於高頻電流來說，電容是直接導體，於是手指從接觸點吸走一個很小的電流。這個電流分從觸摸屏的四角上的電極中流出，並且流經這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個電流比例的精確計算，得出觸摸點的位置。,23,電容式觸摸屏,種類表面式電容投射式電容(感應式電容),24,電容式觸摸屏,表面電容式表面電容觸摸屏只採用單層的ITO， 當手指觸摸屏表面時，就會有一定量的電荷轉移到人體。為了恢復這些電荷損失，電荷從螢幕的四角補充進來，各方向補充的電荷量和觸摸點的距離成比例，我們可以由此推算出觸摸點的位置。表面電容ITO塗層通常需要在螢幕的周邊加上線性化的金屬電極，來減小角落/邊緣效應對電場的影響。有時ITO塗層下面還會有一個ITO遮罩層，用來阻隔噪音，以保證良好的工作環境。表面電容觸摸屏至少需要校正一次才能使用。,25,25,電容式觸摸屏,投射式電容投射電容種類自電容(單層)自電容使用一層單獨的電極，與電容感應電路相連.自電容檢測的是每個感應單元的電容（也就是寄生電容Cp）的變化，有手指存在時寄生電容會增加，從而判斷有觸摸存在,26,IAC Confidencial,26,電容式觸摸屏,投射式電容投射電容種類自電容(單層),重疊區域做絕緣架橋過去,27,27,電容式觸摸屏,投射式電容投射電容種類互電容(雙層)互電容中，電容電路需要兩層不同的材料，一層含有攜帶電流的驅動線路，一層含有傳感線路，互電容是檢測行列交叉處的互電容（也就是耦合電容Cm）的變化，如圖2所示，當行列交叉通過時，行列之間會產生互電容（包括：行列感應單元之間的邊緣電容，行列交叉重疊處產生的耦合電容），有手指存在時互電容會減小，就可以判斷觸摸存在，並且準確判斷每一個觸摸點位置。,28,28,電容式觸摸屏,投射式電容投射電容種類互電容(雙層),為了檢測到手指觸摸，菱型ITO模塊的面積應該比手指面積越小越好,對角線長通常控制在4到6毫米,鏡像點(鬼點)由軟體處理(DSP), 過濾掉,29,電容觸摸屏,投射式電容 圖中，綠色和藍色的ITO模組位於兩層ITO塗層上，可以把它們看作是X和Y方向的連續變化的滑條，需要對X和Y方向上不同的ITO模組分別掃描以獲得觸摸點的位置和觸摸的軌跡。兩層ITO塗層之間是PET或玻璃隔離層，後者透光性更好，可以承受更大的壓力，成品率更高，而且通過特殊工藝可以直接鍍在LCD表面，不過也重些。這層隔離層越薄，透光性越好，但是兩層ITO之間的寄生電容也越大。投射電容觸摸屏檢測到的觸摸位置對應於感應到最大電容變化值的交叉點，對於X軸或Y軸來說，則是對不同ITO模組的信號量取加權平均得到位置量，系統然後在觸摸屏下面的LCD上顯示出觸摸點或軌跡。當有兩個手指觸摸（紅色的兩點）時，每個軸上會有兩個最大值，這時存在兩種可能的組合，系統就無法準確定位判斷了，這就是我們通常所稱的鏡像點（藍色的兩點）,鏡像點可由軟體（DSP）過濾掉。另外，觸摸屏的下面是LCD顯示幕，它的表面也是傳導性的，這樣就會和靠近的ITO塗層的ITO模組產生寄生電容，我們通常還需要在這兩層之間保留一定的空氣層以降低寄生電容的影響。,30,電容觸摸屏,投射式電容自電容 vs 互電容感應檢測自電容感應檢測適用於軸坐標式觸摸屏的觸摸感應檢測檢測每個感應單元的電容(Cp)變化有手指觸摸時, 感應單元的電容增加激勵和感應的是同一感應單元互電容感應檢測適用於觸摸屏的多點觸摸識別位置掃描檢測行列交叉處的互電容(耦合電容Cm)變化有手指觸摸時互電容減小行加驅動激勵信號, 列進行感應, 反之亦然,31,31,電容觸摸屏,投射式電容原理 Z=1/jwC, 當手觸摸時, C變大, Z變小, 所以信號相對鄰近信號會比較大, 因此找出對應的行和列,32,電容式觸摸屏優缺點,優點支持多點觸控。容式觸摸屏的多點觸控，則可以將用戶的觸摸 分解為採集多點信號及判斷信號意義兩個工作，完成對複雜動作的判斷；透光率和清晰度優於四線電阻屏，當然還不能和表面聲波屏和五線電阻屏相比；電容觸摸屏最外面的矽土保護玻璃防刮擦性很好。,33,電容式觸摸屏優缺點,缺點漂移, 也就是不準確或誤動作, 我們利用軟體處理(DSP), 過濾掉當溫度, 濕度, 環鏡改變時, 電場會隨之改變而引起投射式電容Touch Panel的漂移, 像.1.開機後顯示器溫度上升2.使用者觸摸螢幕的同時另一隻手或身體的一側靠近顯示器3.電容式觸摸屏附近有較大的物體移動4.使用者觸摸時如果有人圍過來觀看其原因屬於技術上先天的不足, 使用者的身體雖然與觸摸屏離得比較遠, 卻比手指頭的面積大上許多, 進而造成漂移產生不準確或誤動作投射式電容式觸摸屏在原理上把人體當作一個電容的一個電極使用, 所以當有導體靠近與ITO(功能層)耦合產生足夠動作的電容大小時，就會造成誤動作。因為電容大小雖然與極間距離成反比, 卻與相對面積(大面積的導體, 像手掌/身體)成正比, 並且還與介質的的絕緣系數(像潮溼的天氣會容易傳導)成反比經驗上, 當手扶住顯示器時, 手掌靠近顯示器7cm以內或身體靠近顯示器15cm以內就會容易引起誤動作,34,表面聲波式觸控屏,表面声波是超声波的一种，它是在介质(例如玻璃或金属等刚性材料)表面浅层传播的机械能量波。通过楔形三角基座（根据表面波的波长严格设计），可以做到定向、小角度的表面声波能量发射。 表面声波性能稳定、易于分析，并且在横波传递过程中具有非常尖锐的频率特性，近年来在无损探伤、造影和退波器等应用中发展很快。,35,表面聲波式觸控屏,組成元件 ：組成元件: 發射器、接收器、反射板。工作原理： 在面板的X、Y兩軸上及其對邊各安裝發射器及反射板、接收器，利用位於面板角落的發射器把來自控制器得訊號轉換成超音波，位於四邊的反射板則負責產生駐波，一旦手指接觸面板就會吸收到部分的駐波，此時駐波波形因此改變，控制器便能依此定出手指的座標。表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率极高，有极好的防刮性，寿命长(5000万次无故障)，透光率高(92)，能保持清晰透亮的图像；没有漂移，只需安装时一次校正；有第三轴(即压力轴)响应，最适合公共场所使用。 表面声波触摸屏易受水滴、灰尘的影响，改进的方法是加防尘条，或者增加对污物的监控，准确识别出有效的操作和污物之间的区别。另外，由于声波屏能感受压力，无形中增加了控制手段，对屏功能的扩展十分有利，其应用范围因此而大大拓展。,36,红外线式触摸屏,組成元件：玻璃基板、紅外線發射源、紅外線、接受器。工作原理 : 红外触摸屏的四边排布了红外发射管和红外接收管，它们一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指会挡住经过该位置的横竖两条红外线，控制器通过计算即可判断出触摸点的位置。 红外触摸屏也同样不受电流、电压和静电干扰，适宜于某些恶劣的环境。其主要优点是价格低廉、安装方便，可以用在各档次的计算机上。此外，由于没有电容充放电过程，响应速度比电容式快，但分辨率较低。,37,光学成像式触摸屏,用個放在角的小CMOS或CCD 攝影機取光線條，當有物體在光線條出現時將產生陰影，用陰影計算出判斷觸控點的位置。和傳統的技術相較，這樣的裝置在面板並沒有任何額外電，所以並容損壞，並且可支援多點觸控功能。其主要缺點為解析較低，誤判性較大。由於越大尺寸的觸控面板成本效越大，以及攝影機在小尺寸面板上較難對焦，因此較適用在大尺寸面板上。,38,38,各式 Touch Panel的比較,39,各类技术之比较,40,謝謝！,
