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        3. 觸控面板技術有7種

          觸摸面板是一種設備,允許用戶通過觸摸屏直接與計算機互動。將傳感器等可以檢測觸摸動作的功能應用到顯示器中,可以通過檢測手指或觸摸筆的位置向計算機發出指令。本質上是一種集顯示和輸入功能于一體的設備。
          盡管我們經常沒有注意到,但是觸摸面板已經融入了我們生活的方方面面。在日常生活中,喜歡使用智能手機等數碼設備的人會隨時與觸摸面板互動,而操作銀行自動取款機、車站自動售票機、便利商店電子信息亭、大型商場數碼照片打印機、圖書館信息終端、復印機和汽車導航系統的人也是如此。
          推動觸控面板廣泛應用的一個主要因素就是直觀操作方式所帶來的好處。 因為它們可以通過直接觸摸圖標和按鈕進行輸入,因此即使是不習慣使用電腦的人也能夠很容易地理解和使用。 通過將顯示和輸入融合到一個設備之中,觸控面板也有助于設備的小型化和簡化。 由于觸控面板按鈕是軟件而非硬件,它們的界面很容易通過軟件進行改變。
           
          由于觸控面板需要廣泛的功能特點,尤其是顯示可視度、位置感測精度、輸入快速響應、耐久性和安裝成本,因而感測觸摸輸入的不同方法之間特征相差很大。 下面將介紹一些典型的觸控面板感測方法。
           
          電阻膜式觸控面板
          在2010年之前,電阻膜是觸控面板市場上使用最廣泛的感測方法。 基于這種方法的觸控面板被稱為壓敏或模擬電阻膜式觸控面板。 除獨立的液晶顯示器以外,該技術還被用于各種小到中型設備,包括智能電話、移動電話、PDA、汽車導航系統和任天堂DS。
          使用這種方法,可以通過壓力變化來檢測手指、觸控筆或其他物體接觸屏幕的位置。 這種顯示器具有較為簡單的內部結構: 一層玻璃屏和一層薄膜屏,中間具有極小的間隙,每個屏上都附有一層透明電極膜(電極層)。 按壓屏幕的表面會使薄膜與玻璃層的電極接觸,從而產生電流。 通過檢測電壓變化來識別接觸點。
           
           
           
          這種系統的優點包括制造成本低,這是因為其結構簡單。 這種系統的耗電量也低于其他方法,而且由于表面覆膜,其結構也具有良好的防水防塵性能。 因為通過對薄膜施加壓力來進行輸入,所以不僅能用裸露的手指操作,戴上手套或使用觸控筆也可以進行輸入。 這些屏幕也可用于輸入手寫文字。
           
          缺點包括由于膜和兩個電極層導致的低透光率(降低顯示質量);相對較低的耐久性和耐沖擊性;以及較大屏幕尺寸會降低檢測精度。 (可以通過其他方法保持精度,例如,將屏幕劃分成多個區域進行檢測。)
           
           
           
          電容式觸控面板
          電容式觸控面板是繼電阻膜式觸控面板之后的第二大廣泛使用的感測方法。 對應于用于上述模擬電阻式觸控面板的名稱,這些也被稱為模擬電容式觸控面板。 除獨立的液晶顯示器以外,這些通常用于與電阻式觸控面板相同的設備,如智能電話和移動電話。
          采用這種方法時,由傳感器通過感測手指接觸或靜電容量(負載)變化而產生的微小電流變化來確定發生觸摸的點。 由于傳感器能夠在手指靠近屏幕時對人體的靜電容量做出反應,它們也可以對在屏幕上一個區域內移動的觸點進行類似的操作。
           
          有兩種類型的觸控面板采用這個方法: 表面電容式觸控面板和投射電容式觸控面板。 兩種類型的內部結構有所不同。
           
           
           
          表面電容式觸控面板
          表面電容式觸控面板一般用于較大的面板上。 在這些面板內,在玻璃基板上覆有一層透明電極膜(電極層),上面再覆蓋一層保護膜。 對玻璃基板四個角上的電極施加電壓,在整個面板上產生均勻的低壓電場。 通過測量面板四個角靜電容量的變化來確定手指觸摸屏幕的位置坐標。
           
          雖然這種類型的電容式觸控面板具有比投射電容式觸控面板更簡單的結構,因而其成本更低,但它在結構上無法同時檢測兩個或多個點(多點觸摸)。
           
           
          投射電容式觸控面板
          投射電容式觸控面板通常用于尺寸比表面電容式觸控面板更小的屏幕。 它們尤其受到移動設備的關注。 iPhone、iPod Touch和iPad都使用這種方法來實現高精度的多點觸控功能和高響應速度。
          這些觸控面板的內部結構包含一塊基板,基板帶有一個用于處理計算的IC芯片,基板上覆有無數透明電極,組成特殊圖案。 表面覆蓋有絕緣玻璃或塑料膜。 當手指靠近表面時,多個電極之間的靜電容量同時改變,而發生接觸的位置可以通過測量這些電流之間的比率精確識別。
           
          投射電容式觸控面板的一個獨特的特點是,大量的電極能夠精確檢測多個點的接觸(多點觸摸)。 然而,智能電話和類似設備中采用的銦錫氧化物(ITO)投射電容式觸控面板不太適合用于大屏幕,因為更大的屏幕尺寸會導致電阻增加(即,電流的傳輸速度變慢),從而增加觸摸點檢測的誤差和噪聲。
           
          更大的觸控面板采用中心線投射電容式觸控面板,將非常細的電線呈網格狀敷設,以作為透明電極層。 較低的電阻使得中心線投射電容式觸控面板具有極高的靈敏度,它們更適合于大規模生產,而非ITO蝕刻。
           
          在上文中,我們總結了兩種類型的電容式觸控面板之間的差異。 這些面板的共同特征是,與電阻膜式觸控面板不同,它們對衣服或標準觸控筆的觸碰沒有響應。 它們具有優異的防灰塵和防水滴性能,耐用性和抗劃傷性很高。 此外,其透光率也高于電阻膜式觸控面板。
           
          另一方面,這些觸控面板需要使用手指或專用的觸控筆操作。 戴手套時無法對其進行操作,而且它們很容易受到附近金屬結構的影響。
           
          表面聲波式(SAW)觸控面板
          表面聲波式(SAW)觸控面板主要是為解決電阻膜式觸控面板透光率低的缺點,即,實現具有高可視度的明亮的觸控面板。 這種面板也被稱為表面波或聲波觸控面板。 除獨立的液晶顯示器以外,這些產品還廣泛應用于公共場所的設備,例如銷售點終端、自動取款機、電子信息亭。
          這些面板在表面上使用超聲波彈性波的衰減來檢測手指或其他物體在屏幕上的接觸位置。 這些面板的內部結構為,玻璃基板的角上裝有多個壓電換能器,換能器發射超聲波表面彈性波,在面板表面上振動,超聲波被相對安裝的換能器接收。 當屏幕被觸摸時,超聲波被手指或其他物體吸收并產生衰減。 通過檢測這些變化即可確定位置。 當然,在觸摸屏幕時,用戶不會感覺到這種振動。 這些面板具有很高的易用性。
           
          由于這種結構不需要在屏幕上覆蓋膜或透明電極,因而這種類型的觸控面板具有高透光率和可視度的優點。 另外,表面玻璃提供了比電容式觸控面板更好的耐用性和抗劃傷性。 另一個優點是,即使表面被劃傷,面板也能保持對觸摸的敏感性。 (在電容式觸控面板上,表面劃痕有時會中斷信號。) 在結構上,這種類型的面板能夠確保高穩定性和長使用壽命,長時間使用也不會發生變化或位置偏差。
           
          其缺點包括,只能使用能夠吸收超聲波表面彈性波的手指和柔軟物體(如手套)。 這種面板需要專用的觸控筆,并可能對水滴等物質或面板上的小昆蟲等作出反應。
           
          然而,盡管如此,這種觸控面板的缺點仍然相對較少。 最近的技術發展,例如生產技術的改進,正在不斷提高其性價比。
           
           
           
          光學式觸控面板(紅外光學成像觸控面板)
          光學式觸控面板包括多種感測方法。 近年來,采用紅外光學成像觸控面板的產品數量不斷增加,尤其是尺寸較大的面板。這種觸控面板基于紅外圖像傳感器,以通過三角測量感測位置。
          這種觸控面板在面板頂部的左右兩端各裝有一個紅外線LED以及一個圖像傳感器(攝像頭)。 在左、右側的其余位置和底側貼有反射條,沿入射軸反射入射光。 當手指或其他物體觸摸屏幕時,圖像傳感器捕捉到因紅外線被遮擋而形成的陰影。 接觸位置的坐標通過三角測量獲得。
           
          電磁感應式觸控面板
          然而這種類型與上述觸控面板有所不同,讓我們來了解一下電磁感應式觸控面板。 此方法適用于液晶繪圖板、平板電腦以及大頭貼照相亭等設備。
           
          這種輸入方法原本用于不帶顯示器的繪圖板,通過將傳感器與液晶面板相結合而實現高精度的觸控面板。 當用戶使用能產生磁場的專用觸控筆觸摸屏幕時,面板上的傳感器接收到電磁能,從而感測筆的位置。
           
          因為需要使用專用觸控筆,無法使用手指或通用觸控筆來進行輸入,所以這種方法的應用較為有限。 不過,這有好有壞。 它避免了由于周圍環境或無意觸碰屏幕而導致的輸入錯誤。 由于這種技術原本適用于圖形輸入板,所以能夠提供優異的傳感器精確度,舉例來說,在將觸控筆按壓到屏幕(靜電容量)上的時候,能夠通過精確感測壓力來平滑地改變線條寬度。 這種設計方法還使屏幕具有高透光率和耐久性。
           
           
          觸控面板感測方法發展趨勢的總結
          下表概括了我們已經看過的觸控面板的特點。 需要注意的是,即使是基于相同感測方法的設備,實際產品的性能和功能也千差萬別。 這些信息僅為一般產品特性的介紹。 另外,由于觸控面板技術日新月異,技術不斷創新,成本不斷降低,所以下面的信息只是截止到到2010年9月的當前趨勢。
          主要觸控面板感測方法的區別和特點
          感測方法 電阻膜 電容 表面聲波 紅外光學成像 電磁感應
          透光率 較差
          手指觸摸
          手套觸摸
          觸控筆觸摸 較差(專用觸控筆) 良(取決于材料) 良(取決于材料) 優(專用觸控筆)
          耐用性 較差
          防水滴 較差
          成本 適中 較高 適中 較高 較高
           
           
          每一種觸控面板都有自己的長處和短處。 目前沒有任何一種感測方法在各個方面具有絕對優勢。 所以應當根據預期用途和環境因素選擇產品。


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