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电容屏和电阻屏原理与性能应用以及优缺点比较

2017-07-20
类别:行业趋势
eye 347
文章创建人 拍明
      随着iphone手机的热销,在我们的身边出现了越来越多的触摸屏手机,而各大手机厂商为了应对苹果iphone手机的冲击,纷纷推出了自己品牌的触摸屏手机。并且屏幕越来越大,功能也越来越多。而在触摸屏中触摸屏的材质又分为截然不同的两种,分别是电容屏屏幕手机和电阻屏屏幕手机。

如何区分电容屏屏幕手机和电阻屏屏幕手机:

方法一:支持多点触摸的必然是电容屏手机。(由于多点触摸需要系统软件的支持,所以不支持多点触摸的也有可能还是电容屏。)

PS:不要怪自己的手机是电容屏但是为什么不支持多点触摸,那是因为多点触控不仅需要硬件的支持(电容屏)还需要相应的系统软件支持(比如iphone的系统,GoogleAndroid系统等)

方法二:有触摸笔的必定是是电阻屏手机。(当然部分电阻屏手机并没有随机配置触控笔的)

方法三:用指甲可以触控的是电阻屏手机。

代表手机:

电容屏手机:iphone HTC HD2 Nokia N8 Samsung I9000 Sony Ericsson X10

电阻屏手机:HTC Diamond2Nokia N97Samsung I8000 Sony Ericsson X2

触摸屏原理:

从技术原理角度讲,触摸屏是一套透明的绝对定位系统:因此他必须具备三个特性:

第一是透明性能:透明材质的好坏会直接影响到触摸屏的视觉效果,主要体现在屏幕的反光性和清晰度。

其次是绝对坐标系统:我们传统的鼠标是一种相对的定位系统,定位只参照前一次的鼠标位置的坐标,而触摸屏需要选哪里就指哪里,这是一种相对的坐标系统,两者在坐标的本质上有绝对区别。

第三是检测与定位:触摸屏技术是依靠屏幕下面的传感器工作的,因此定位的原理和所采用的传感器决定了触摸屏的大部分技术指标,包括反应速度、可靠性、稳定性和寿命等。

电容式触摸屏利用人体的电应进行工作,其触摸屏由一块四层复合玻璃屏构成,并在表面贴上一层透明的特殊金属导电物质。当手指触摸在触摸屏上时,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。这个电流分别从触摸屏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,得出触摸点的位置信息。

电阻屏触控工作方式:

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),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,在XY两个方向上产生信号,控制器根据检测到的电阻变化来计算接触点的XY坐标,再依照这个坐标来进行相应的操作,因此这种技术必须是要使用硬物施力到屏幕上,才能获得触控效果。

触摸屏系统一般包括两个部分:触摸检测装置和触摸屏控制器。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。

随着科技的进步,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、红外线式触摸屏和表面声波触摸屏。

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),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。

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。

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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。

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。

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。

触摸屏的基本技术

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。各类触摸屏的技术特性如表1所示。

各种触摸屏基本技术对照表

触摸屏的性能比较

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),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。

应用场合

根据对触摸屏的结构、原理和性能特点的分析,不同触摸屏的适用场合如下所示。

四线电阻触摸屏:不怕灰尘、油污和光电干扰,怕划伤是其主要缺陷。适用于有固定用户的公共场所,如工业控制现场、办公室、家庭等。

五线电阻触摸屏:极好的灵敏度和透光度,较长的使用寿命,不怕灰尘、油污和光电干扰,适用于各类公共场所,尤其适用于要求精密的工业控制现场等。

电容感应触摸屏:由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化,故其稳定性较差,往往会产生漂移现象。怕电磁场干扰、漂移,不易在工业控制场所和有干扰的地方使用。可使用于要求不太精密的公共信息查询;需要经常校准、定位。

红外线感应触摸屏:分辨率较低,但不受电流、电压和静电干扰,适宜某些恶劣的环境条件;适用于无红外线和强光干扰的各类公共场所、办公室以及要求不是非常精密的工业控制现场。

表面声波触摸屏:纯玻璃材质、透光性最好、使用寿命长、抗划伤性好,适用于未知用户的各类公共场所。但怕长时间的灰尘积累和油污的浸染,所以使用于环境干净的场所更好。否则,需要定期的清洁服务。

发展趋势

触摸屏技术方便了人们对计算机的操作使用,是一种极有发展前途的交互式输入技术。世界各国对此普遍给予重视,并投入大量的人力物力进行研发,新型触摸屏不断涌现。

触摸笔:利用触摸笔进行操作的触摸屏类似白板,除显示界面、窗口、图标外,触摸笔还具有签名、标记的功能。这种触摸笔比早期只提供选择菜单的光笔功能大大增强。

触摸板:触摸板采用了压感电容式触摸技术,屏幕面积最大。它由三部分组成:最底层是中心传感器,用于监视触摸板是否被触摸,然后对信息进行处理,中间层提供了交互用的图形、文字等,最外层是触摸表层,由强度很高的塑料材料构成。当手指点触外层表面时,在千分之一秒内就可以将此信息送到传感器并进行登录处理。除与PC兼容,它还具有亮度高、图像清晰、易于交互等特点,因而被应用于指点式信息查询系统(如电子公告板),收到了非常好的效果。

总之,触摸屏的发展呈现专业化、多媒体化、立体化和大屏幕化等趋势。随着信息社会的发展,人们需要获得各种各样公共信息。以触摸屏技术为交互窗口的公共信息传输系统通过采用先进的计算机技术,运用文字、图像、音乐、解说、动画、录像等多种形式,直观、形象地把各种信息介绍给人们,给人们带来极大的方便。可以预见,随着触摸屏技术的迅速发展,触摸屏的应用领域会越来越广,性能会越来越好。

1、电容触摸屏的介绍

电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层,再在导体层外加上一块保护玻璃,双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。

电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极,在导电体内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时,由于人体电场,手指与导体层间会形成一个耦合电容,四边电极发出的电流会流向触点,而电流强弱与手指到电极的距离成正比,位于触摸屏幕后的控制器便会计算电流的比例及强弱,准确算出触摸点的位置。电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器,更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。

电容式触摸屏是在玻璃表面贴上一层透明的特殊金属导电物质。当手指触摸在金属层上时,触点的电容就会发生变化,使得与之相连的振荡器频率发生变化,通过测量频率变化可以确定触摸位置获得信息。由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化,故其稳定性较差,往往会产生漂移现象。该种触摸屏适用于系统开发的调试阶段。

2、电容触摸屏的优缺点

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)

优点:

透光率和清晰度优于电阻屏。

.电阻式触摸屏

1.电阻式触摸屏

电阻式触摸屏是一种传感器,它将矩形区域中触摸点(X,Y)的物理位置转换为代表X坐标和Y坐标的电压。很多LCD模块都采用了电阻式触摸屏,这种屏幕可以用四线、五线、七线或八线来产生屏幕偏置电压,同时读回触摸点的电压。

电阻式触摸屏基本上是薄膜加上玻璃的结构,薄膜和玻璃相邻的一面上均涂有ITO(Indium Tin Oxides,纳米铟锡金属氧化物)涂层,ITO具有很好的导电性和透明性。当触摸操作时,薄膜下层的ITO会接触到玻璃上层的ITO,经由感应器传出相应的电信号,经过转换电路送到处理器,通过运算转化为屏幕上的XY值,而完成点选的动作,并呈现在屏幕上。

2.电阻式触摸屏优缺点

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。


责任编辑:Davia

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