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手机触摸屏的分类和原理,供大家选择手机时用

上一篇 / 下一篇  2010-06-29 10:33:12 / 个人分类:记事本

必大家很关心的一个问题就是手机的触摸屏寿命是多少吧!还有就是到底是电阻式触摸屏(诺基亚的)好还是电容式触摸屏(iPhone等)好呢……本文从原理阐述讲解,希望对大家的认知有一些帮助!


先说触摸屏的原理
  触摸屏系统一般包括两个部分:触摸检测装置触摸屏控制器。触摸检测装置安装在显示器屏幕前面,用于检测用户触摸位置,接收后送触摸屏控制器;触摸屏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,再送给CPU,它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。
  

        触摸屏技术也经历了从低档向高档逐步升级和发展的过程。根据其工作原理,其目前一般被分为四大类电阻式触摸屏电容式触摸屏红外线式触摸屏表面声波触摸屏

1、电阻式触摸屏
    电阻触摸屏的屏体部分是一块多层复合薄膜,由一层玻璃或有机玻璃作为基层,表面涂有一层透明的导电层(ITO膜),上面再盖有一层外表面经过硬化处理、光滑防刮的塑料层。它的内表面也涂有一层ITO,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。当手指接触屏幕时,两层ITO发生接触,电阻发生变化,控制器根据检测到的电阻变化来计算接触点的坐标,再依照这个坐标来进行相应的操作。电阻屏根据引出线数多少,分为四线、五线等类型。五线电阻触摸屏的外表面是导电玻璃而不是导电涂覆层,这种导电玻璃的寿命较长,透光率也较高。
    电阻式触摸屏的ITO涂层若太薄则容易脆断,涂层太厚又会降低透光且形成内反射降低清晰度。由于经常被触动,表层ITO使用一定时间后会出现细小裂纹,甚至变型,因此其寿命并不长久。
   电阻式触摸屏价格便宜且易于生产,因而仍是人们较为普遍的选择。四线式、五线式以及七线、八线式触摸屏的出现使其性能更加可靠, 同时也改善了它的光学特性。

2、电容式触摸屏
    电容式触摸屏的四边均镀上了狭长的电极,其内部形成一个低电压交流电场。触摸屏上贴有一层透明的薄膜层,它是一种特殊的金属导电物质。当用户触摸电容屏时,用户手指和工作面形成一个耦合电容,因为工作面上接有高频信号,于是手指会吸走一个很小的电流,这个电流分别从屏的四个角上的电极中流出;且理论上流经四个电极的电流与手指到四角的距离成比例,控制器通过对四个电流比例的精密计算,即可得出接触点位置。
    电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器,更能有效地防止外在环境因素对触摸屏造成影响,就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍,电容式触摸屏依然能准确算出触摸位置。但由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化,其稳定性较差,往往会产生漂移现象。
    尽管不像电阻式应用那么广, 电容式触摸屏也是受欢迎的供选类型。这类设备精确、反应快,尺寸稍大时也有较高分辨率, 更耐用(抗刮擦), 因而适合用作游戏机的触摸屏。而且,新出现的近场成像技术改良了电容式触摸屏的性能, 减弱了在它和电阻式触摸屏中可能出现的漂移现象。

3、红外线式触摸屏
    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。

4、表面声波触摸屏
    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。
    这种触摸屏的显示屏四角分别设有超声波发射换能器及接收换能器,能发出一种超声波并覆盖屏幕表面。当手指碰触显示屏时,由于吸收了部分声波能量,使接收波形发生变化,即某一时刻波形有一个衰减缺口,控制器依据衰减的信号即可计算出触摸点位置。
    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;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。

这是目前所拥有的4大类触摸屏。他们的基本技术是一样的

绝对坐标系统
    触摸屏是一种绝对坐标系统,其特点就是当前定位坐标与上一次定位坐标没有关系,每次触摸的数据通过校准直接转化为屏幕上的坐标。不管在什么情况下,触摸屏这套坐标体系对同一点的输出数据都是稳定的。不过,它并不能保证每一次对同一点触摸的采样都相同,即不能保证绝对坐标定位,这就是所谓的漂移问题。

定位
    各种触摸屏都是依靠传感器来工作的,甚至有的触摸屏本身就是一套传感器。它们各自的定位原理和各自所用的传感器决定了触摸屏的反应速度、可靠性、稳定性和寿命。


我们把四类触摸屏的性能做一下比较

    电阻式触摸屏工作在与外界完全隔离的环境中,它不怕灰尘、水气和油污,可以用任何物体来触摸,比较适合工业控制领域使用。缺点是由于复合薄膜的外层采用塑料,太用力或使用锐器触摸可能划伤触摸屏。
    电容式触摸屏的分辨率很高,透光率也不错,可以很好地满足各方面的要求,在公共场所常见的就是这种触摸屏。不过,电容式触摸屏把人体当作电容器的一个电极使用,当有导体靠近并与夹层ITO工作面之间耦合出足够大的电容时,流走的电流就会引起电容式触摸屏的误动作;另外,戴着手套或手持绝缘物体触摸时会没有反应,这是因为增加了绝缘的介质。
    红外线触摸屏是靠测定红外线的通断来确定触摸位置的,与触摸屏所选用的透明挡板的材料无关(有一些根本就没有使用任何挡板) 。因此,选用透光性能好的挡板, 并加以抗反光处理,可以得到很好的视觉效果。但是,受到红外线发射管体积的限制,不可能发射高密度的红外线,所以这种触摸屏的分辨率不高。另外,由于红外线触摸屏依靠红外感应来工作,外界光线变化,如阳光或室内灯等均会影响其准确度。
    表面声波技术非常稳定,而且表面声波触摸屏的控制器靠测量衰减时刻在时间轴上的位置来计算触摸位置,所以其精度非常高。表面声波触摸屏还具有第三轴(z轴),也就是压力轴—通过计算接收信号衰减处的衰减量可得到用户触摸屏幕的力量大小,最多可分为2 5 6级力度。力量越大,接收信号波形上的衰减缺口也就越宽越深,在所有的触摸屏中,只有表面声波触摸屏具有感知触摸压力的性能。



电阻式触摸屏最常用的是四线五线的。

        四线电阻式触摸屏是电阻式家族中应用最广、最普及的一种。其结构由下线路(玻璃或薄膜材料)导电ITO层和上线路(薄膜材料)导电ITO层组成。中间有细微绝缘点隔开,当触摸屏表面无压力时,上下线路成开路状态。一旦有压力施加到触摸屏上,上下线路导通,控制器通过下线路导电ITO层在X坐标方向上施加驱动电压,通过上线路导电ITO层上的探针,侦测X方向上的电压,由此推算出触点的X坐标。通过控制器改变施加电压的方向,同理可测出触点的Y坐标,从而明确触点的位置。
产品规格  
      电路等级        5VDC,35mA  
      表面硬度        3H  
      透 光 率        薄膜对薄膜型 >73%
      薄膜对玻璃型  >83%
      单点寿命         大于100万次
      笔划寿命         大于10万次  
      触点抖动时间   < 5ms
      操作温度         -10 oC ~+60 oC
      分辨率            4096*4096

        
        五线触摸屏的结构与四线电阻式类似,也有下线路(玻璃或薄膜材料)导电ITO层和上线路(薄膜材料)导电ITO层。五线触摸屏的工作原理与四线电阻式不同的是:五线式的X和Y方向上的驱动电压均由下线路的ITO层产生,而上线路层仅仅扮演侦测电压探针的作用。即便上线路薄膜层被刮伤或损坏,触摸屏也能正常工作,所以五线电阻式的使用寿命远比四线式的长
产品规格

      电路等级         5VDC,35mA  
      表面硬度         3H  
      透 光 率         薄膜对薄膜型 >73%
      薄膜对玻璃型   >83%
      单点寿命         大于3500万次
      笔划寿命         大于500万次
      触点抖动时间   < 5ms
      操作温度         -10 oC ~+60 oC
      分辨率            4096*4096


通过以上介绍,我们不难看出,诺基亚系列触屏手机使用的是四线电阻式触摸屏,寿命不如五线式的长。

电阻屏和电容屏相对来说能使用多久呢?他们各自的优缺点是什么呢?我们来看下面的通俗比较:

电容屏:
    电容技术的触摸屏是一块四层复合玻璃屏,设想极好又简单,但是现实问题无法逾越。目前的透明导电材料ITO——氧化金属非常脆弱,触摸几下就会损坏,还不能直接用来作工作层,要靠外部增加一层非常薄的坚硬玻璃。这层玻璃显然是不导电的,直流导电是不行了,改用高频交流信号,靠人的手指头(隔着薄玻璃)与工作面形成的耦合电容来吸走一个交流电流,这就是电容屏“电容”名字的由来:靠耦合电容来工作。
   缺点:
    1、不稳定。耦合电容的方式直接受温度、湿度、手指湿润程度、人体体重、地面干燥程度影响,受外界大面积物体的干扰也非常大,带来了不稳定的结果。
    2、次品率相对电阻屏较高。最外这层极薄的玻璃,正常情况下防刮擦性能非常好,但工艺上要求在真空下制造,这层极薄的玻璃有5%的概率碰上有破洞的产品。
    3、使用寿命相对电阻屏一般来说较短(电阻屏3年,电容屏2年)。  
   优点:
    透光率和清晰度优于电阻屏。
   
电阻屏:
    电阻式触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜,这层薄膜由一层有机胶片作为基层,表面涂一层透明的导电层,上面再盖一层外表硬化处理、光滑防刮的塑料层,它的内表面也涂有一层透明导电层,在两层导电层之间有许多细小(小于0.0254mm)的透明隔离点把它们隔开绝缘。
    优点:
    1.屏和控制系统都比较便宜,反应灵敏度也很好,对外界完全隔离的工作环境,不怕灰尘和水汽,能适应各种恶劣的环境。它可以用任何物体来触摸,稳定性能较好。
    2.使用寿命相对较长。
    缺点:
    1.电阻式的触摸屏由于需要一定的压力,时间长了容易造成表面材料的磨损,影响产品的正常使用寿命;
    2.电阻式的触摸屏它的灵敏度不容易调整,容易出现灵敏度的不均衡,A点灵敏,B点迟钝的现象常会发生
    3.电阻式的触摸屏对付干扰的能力较弱,防止误动作的能力较差。任何东西碰到都会引起动作。

相信通过以上介绍,大家对触摸屏有了深入的了解吧!
小五的触屏就是四线电阻式触摸屏触点单击寿命大于100万次,笔画寿命大于10万次,总体使用寿命可以达到3年,比电容式触摸屏(2年)寿命更长一些。

其实触屏寿命终了,换一个新的触屏就行了, 只是一片四线透明板,值不了几个钱的,售后最多也就一二百吧


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双柳居士的个人空间 引用 删除 双柳居士   /   2011-12-17 10:27:07
长见识了,谢谢!
luojie8833的个人空间 引用 删除 luojie8833   /   2011-10-03 17:53:06
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