摘要:本文综述了电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外式触摸屏和声波式触摸屏等触控技术的发展现状,提出内嵌式结构、多点触控、混合式触控技术和触觉反馈将是今后触摸屏发展的方向。
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1 概述
现今在各种电子产品市场中,移动电话、平板电脑、个人数字助理、MP3/MP4等便携式电子产品,以及电脑家用电器等都在逐渐开始使用触摸屏作为用户和电子设备数据沟通的界面。触摸屏作为一种定位和输入设备,用户在使用时可以对显示的物件进行触摸、拖拽和手势等操控,这样使人机交互变得更加简单、直观和人性化,同时也符合电子产品轻薄化的发展趋势。触摸屏正在取代鼠标、键盘等传统输入设备,成为电子产品的重要组成部件。
2 触摸屏技术发展现状
2.1 电阻式触摸屏 电阻式触摸屏结构为上下两层镀有导电功能的透明ITO(铟锡氧化物)膜,两片膜间设有空气层间隙,当屏幕处于未被按压的状态时,上下膜不接触,触摸屏处于未导电状态,而当操作者以指尖或笔尖压按屏幕时,上下膜发生形变接触导电,再通过侦测X轴和Y轴电压变化值定位出触控点的坐标,完成屏幕的触按处理机制。一般电阻式触摸屏为4线结构,随着技术发展逐渐出现5线、6线与8线等多种类型,线数越多,可侦测的精密度越高,电阻屏的性能也就越优异。电阻屏具有结构简单、成本较低,制造方法成熟等优点,曾经是市场的主流技术,得到广泛的应用。但是电阻屏功耗大、寿命较短、易出现检测点漂移,特别是不支持多点触控,已不能满足触控技术的发展和人们的需要,其地位目前已被电容式触摸屏取代。
2.2 电容式触摸屏 电容式触摸屏技术分为表面电容式和投射式两种。表面电容式触摸屏的原理是利用电场感应方式感测屏幕表面。其面板是一片均匀镀刻的ITO层,面板的四角各有一条输出线与控制器连接在一起,使用时触摸屏表面会有一个电场,如果接地的物体触碰到屏表面,面板表面的电场就会发生电荷的转移,通过侦测这个电荷的转移就可以准确的定位触碰点的坐标。表面电容式触摸屏具有使用透光率高、寿命长、但是不支持多点触控、分辨率低,目前主要应用于大尺寸户外用触摸屏,如各类公共信息和服务平台。
投射电容式触摸屏原理是借助电极发射出的静电场线来感应的。投射电容技术包括自我电容和交互电容两种,它们的投射电容式传感器中,传感电容在设计中遵循了相关的方法,在规定的时间内就能侦测到触摸,该触摸与以往不同的就是不仅能识别出单指,还能识别多根手指。自2009年以来,美国苹果公司生产的iPhone、iPad为其赢得了良好的效益,推动了投射式电容屏技术不断走向繁荣,没用多长时间内就取代了电阻式触摸屏,现在已经是市场上应用最多的触控技术。
2.3 红外线式触摸屏 红外式触摸屏原理是在X,Y方向上设置一定数量的红外线矩阵来侦测定位用户的触摸。红外触摸屏在正面位置安装一个电路板外框,外框四边排布红外线发射管和接收管,发射管和接收管一一对应成垂直的矩阵。触摸屏幕时,触摸物体就会阻挡该位置的横竖两条红外发射线,相对应位置就不能接收到红外线,就可以定位出触摸点在屏幕的位置。红外线式触摸屏优点是透光率高、抗干扰能力强、触控稳定性高,缺点是红外触摸屏的准确度易受环境光线变化的干扰。目前先进的红外线式触摸屏寿命得到大幅提高,在对手指移动轨迹进行跟踪时,相关要求规定的精度、平滑度、跟踪速度都能实现,可以进行手写识别输入,还能很好的转换成图像轨迹。红外式触摸屏主要是在没有强光线干扰的公共场所、办公室或者是不需要精密要求的工业控制场所中使用。
2.4 声波式触摸屏 声波式触摸屏包括两种:表面声波式触摸屏和弯曲声波式触摸屏。表面声波式触摸屏是利用声波定位的一种触控技术。触摸屏四角设置有发射和接收声波的传感器,当手指触摸屏幕时,手指吸收部分声波能量,传感器就可以侦测信号在衰减,由此计算出触摸点的位置。表面声波触摸屏技术比较稳定,具有很高的精度,除了可以响应X和Y坐标外,还能响应第三轴z轴坐标,也就是压力轴响应。表面声波触摸屏的透光率好,耐用性强,反应灵敏,寿命长,不影响图像质量,一般在办公室、机关单位等环境比较清洁的公共场所使用。弯曲声波式触摸屏是一种声音脉冲识别技术。弯曲式的声波在沿基板内部传播,因此弯曲声波式触摸屏可以排除衣物、灰尘和昆虫等环境因素造成的误识别。目前弯曲式触摸屏主要应用于中大尺寸的信息亭、金融设备等。
3 触摸屏市场前景
根据市场研究机构Displaysearch调查,投射式电容触控技术在2010年正式超越电阻式触控技术,成为产值比重最高的触控面板技术。Displaysearch数据显示,2009年触控面板的出货量和产值达到6.07亿片、43.32亿美元,2010年成长到8亿片、61.77亿美元,2011年因平板电脑也采用投射式电容触控面板,使出货量和产值提高到9.87亿片、76.46亿美元,2012年达11.61亿片、89亿美元,2013年13.41亿片、101.46亿美元,2014年15.38亿片、113.31亿美元,2015年17.35亿片、124亿美元,2009年到2015年以年复合增长率25%的速度成长。
4 触摸屏发展趋势
4.1 多点触控技术 2007年以来,美国苹果公司iPad、iPhone系列产品能够在激烈的市场竞争中获得巨大的成功,就是因为采用的投射式电容式触摸屏可支持多点触控,给用户带来了更加丰富的触控体验,开启了多点触控技术应用的新风潮。多点触控技术已经从最初的仅支持2点缩放,逐渐发展实现3指滚动、4指拨移、5指以上触控式别以及多重输入方式等。今后多点触控技术将向更细致的屏幕物件操控以及更具自由度的方向发展。
4.2 内嵌式触摸屏结构 当前触摸屏采用后道贴合的工艺将显示模块和触控模块整合为一体,这种结构成为外挂式。外挂式结构简单,易于规模化生产,但是外挂式结构在厚度上难以控制的更为轻薄。不符合触摸屏产品越来越轻薄化的发展方向。所以,我们现在要研究的主要是内嵌式结构触摸屏,他可以将触控模块嵌入显示模块内,这样两个模块就会合在一起,不再是一种相对独立的关系。与传统的外挂式结构相比较,内嵌式结构有其自身的优势:ITO玻璃层数变少了,透光率变得更高,也越来越轻薄,不用再进行触摸屏模组和TFT模组的后道贴合,提高良品率、触摸屏组与TFT模组同时生产,减少部件的运输费用。
4.3 混合式触控技术 目前虽然存在多种类型的触控技术,但是每种技术都存在难以解决的“先天缺陷”。为解决这一问题,近年来开始研究混合式触控技术,即在一块触摸屏中同时使用多种触控技术,达到消除单一触控技术存在的缺陷问题。目前有报道电容/电阻式混合触摸屏,该屏有效的解决了电阻屏不支持多点触控和电容屏不支持手写的问题。现在我们需要更高的触控技术,从当前对触控技术的要求来看,单一的触控技术显得落后了,在未来的发展中,混合式触控技术将占据优势地位。
4.4 触觉反馈技术 现在有文献报道的触觉反馈技术研究还比较少。美国Immersion公司发明的“Force-feedback”技术主要是借助机械马达来振动,包括模拟跳动、物体掉落和阻尼运动等触觉效果;Senseg公司的“E-sense”技术是借助生物电场的原理产生触觉反馈。通过这一技术能够得到更好的触觉反馈效果,因此触觉反馈技术将会是触控技术发展的一个重要方向。
5 总结
触摸屏控技术主要分为电阻式、电容式、红外式和声波式触摸屏四种,其中电容式触摸屏是目前市场的主流,预计到2015年电容式触摸屏的产值将会达到124亿美元。未来触摸屏技术将向多点触控、内嵌式结构、混合式触控技术和触觉反馈技术四个方向发展。
本文摘自小洋房集团新闻网,原文地址:http://www.szbaping.com


 

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