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分析触摸液晶屏的工作原理及特点
  •    苹果公司旗下iphone4、ipad等产品的大受欢迎引发了触控技术的热潮,就显示器行业而言,目前市场出现了一些触控屏显示器,如AOC E2239FWT、DELL SX2210T等。这些显示器开创了新的操作方式,并且不需要鼠标键盘的支持。在操作这类显示器时,首先必须用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏,然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。

      关于触摸屏,它由检测部件和控制器组成,触摸检测部件安装在显示器屏幕前面,用于检测用户触摸位置,接受后发送到触摸屏控制器。控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息,并将它转换成触点坐标,再发送给CPU,它同时能接收CPU发来的命令并执行。

      按照其工作原理和传输信息的介质,可以把触摸屏分为四种,分别为电阻式、电容感应式、红外线式以及表面声波式。目前显示器市场应用最多的是红外线式触控屏,当然,这其中每一类触摸屏都有其各自的优缺点,下面笔者就对上述的四种类型的触摸屏进行简要介绍分析。

      电阻式触摸屏的工作原理及特点

      电阻式触摸屏利用压力感应进行控制,主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏。这是一种多层的复合薄膜,由一层玻璃或有机玻璃作为基层,表面涂有一层叫ITO的透明导电层,上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层,它的内表面也涂有一层导电层(ITO或镍金),在两层导电层之间有许多细小(小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开绝缘。当手指触摸屏幕时,两层导电层在触摸点位置就有了一个接触,控制器侦测到这个接通并计算出X、Y轴的位置,这就是所有电阻技能触摸屏共同的最基本原理。
      电阻触摸屏的两层ITO工作面必须是完整的,在每个工作面的两条边线上各涂一条银胶,一端加5V电压,一端加0V,就能在工作面的一个方向上形成均匀连续的平行电压分布。在侦测到有触摸后,立刻A/D转换测量接触点的模拟量电压值,根据它和5V的比例公式就能计算出触摸点在这个方向上的位置。

      它有两种类型,分别是4线和5线电阻触摸屏。并且五线电阻屏的运用寿命和透明率与四线电阻屏相比有了一个飞跃,它的触摸寿命是3千5百万次,四线电阻屏则是小于1百万次,且五线电阻触摸屏没有安装风险,同时五线电阻屏的ITO层能做得更薄,因此透光率和清晰度更高,几乎没有色彩失真。

      总的来说,电阻触摸屏是一种对外界完全隔离的工作环境,不怕灰尘、水汽和油污,可以用任何物体来触摸,可以用来写字画画。由于复合薄膜的外层采用塑胶材料,不小心太用力或运用锐器触摸可能划伤整个触摸屏而导致报废。其缺点是:薄弱的机械性能;堆叠厚,相对较为复杂;不能检测多个手指的动作;前面板实现方案易损坏;有限的工业设计选项;光学性能不良;须要用户校准。

      电容式触摸屏工作原理及特点

      电容式触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的。它是一块四层复合玻璃屏,玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO,最外层是一薄层矽土玻璃保护层,夹层ITO涂层作为工作面,四个角上引出四个电极,内层ITO为屏蔽层以保证良好的工作环境。当手指触摸在金属层上时,由于人体电场、用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容。对于高频电流来说,电容是直接导体,于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出,并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比,控制器通过对这四个电流比例的精确计算,得出触摸点的位置。

      电容触摸屏的透光率和清晰度优于四线电阻屏,当然还不能和表面声波屏和五线电阻屏相比。电容屏反光相对严重,而且电容技术的四层复合触摸屏对各波长光的透光率不均匀,存在色彩失真的问题,由于光线在各层间的反射,还造成图像字符的模糊。

      由于电容屏在原理上把人体当作一个电容器元件的一个电极使用,当有导体靠近与夹层ITO工作面之间耦合出足够量容值的电容时,流走的电流就足够引起电容屏的误动作。我们知道,电容值虽然与极间距离成反比,却与相对面积成正比,并且还与介质的的绝缘系数有关。因此,当较大面积的手掌或手持的导体物靠近电容屏而不是触摸时就能引起电容屏的误动作,在潮湿的天气,这种情况尤为严重,手扶住显示器、手掌靠近显示器7厘米以内或身体靠近显示器15厘米以内就能引起电容屏的误动作。

        电容屏的另一个缺点用戴手套的手或手持不导电的物体触摸时没有反应,这是因为增加了更为绝缘的介质。电容屏更主要的缺点是漂移,当环境温度、湿度改变时,环境电场发生改变时,都会引起电容屏的漂移,造成不准确。例如:开机后显示器温度上升会造成漂移;用户触摸屏幕的同时另一只手或身体一侧靠近显示器会漂移;电容触摸屏附近较大的物体搬移后回漂移,你触摸时如果有人围过来观看也会引起漂移;电容屏的漂移原因属于技术上的先天不足,环境电势面(包括用户的身体)虽然与电容触摸屏离得较远,却比手指头面积大的多,他们直接影响了触摸位置的测定。

      需要注意的是,电容触摸屏最外面的矽土保护玻璃防刮擦性很好,但是怕指甲或硬物的敲击,敲出一个小洞就会伤及夹层ITO,不管是伤及夹层ITO还是安装运输过程中伤及内表面ITO层,电容屏就不能正常工作了。

      红外线式触摸屏工作原理及特点

      红外触摸屏是利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸。红外触摸屏在显示器的前面安装一个电路板外框,电路板在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管,一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时,手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线,因而可以判断出触摸点在屏幕的位置。任何触摸物体都可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。

      早期观念上,红外触摸屏存在分辨率低、触摸方式受限制和易受环境干扰而误动作等技术上的局限,因而一度淡出过市场。此后第二代红外屏部分解决了抗光干扰的问题,第三代和第四代在提升分辨率和稳定性能上亦有所改进,但都没有在关键指标或综合性能上有质的飞跃。

      但是,了解触摸屏技术的人都知道,红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰,适宜恶劣的环境条件,红外线技术是触摸屏产品主流的发展趋势。采用声学和其它材料学技术的触屏都有其难以逾越的屏障,如单一传感器的受损、老化,触摸界面怕受污染、破坏性使用,维护繁杂等等问题。红外线触摸屏只要真正实现了高稳定性能和高分辨率,必将替代其它技术产品而成为触摸屏市场主流。

      原来媒体宣传的红外触摸屏一个主要缺点是抗暴性差,其实红外屏完全可以选用任何客户认为满意的防暴玻璃而不会增加太多的成本和影响使用性能,这是其他的触摸屏所无法效仿的。

      表面声波触摸屏工作原理及特点

      表面声波是一种沿介质表面传播的机械波。该种触摸屏由触摸屏、声波发生器、反射器和声波接受器组成,其中声波发生器能发送一种高频声波跨越屏幕表面,当手指触及屏幕时,触点上的声波即被阻止,由此确定坐标位置。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质量;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。

      表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一块平面、球面或是柱面的玻璃平板,安装在CRT、LED、LCD或是等离子显示器屏幕的前面。玻璃屏的左上角和右下角各固定了竖直和水平方向的超声波发射换能器,右上角则固定了两个相应的超声波接收换能器。玻璃屏的四个周边则刻有45°角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。

      此外,表面声波屏需要经常维护,因为灰尘,油污甚至饮料的液体沾污在屏的表面,都会阻塞触摸屏表面的导波槽,使波不能正常发射,或使波形改变而控制器无法正常识别,从而影响触摸屏的正常使用,用户需严格注意环境卫生。必须经常擦抹屏的表面以保持屏面的光洁,并定期作一次全面彻底擦除。

      综上所述,四种触摸屏技术各有各的优势和劣势,且已经在手机行业发展的较为成熟,相信随后在液晶显示器领域有所建树,就目前这几类触摸屏技术特点来看,笔者认为电容式、电阻式触摸屏更加适合应用在液晶显示器上。

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