投射电容式触摸屏的原理及其前景

2/2投射电容式触摸屏的原理及其前景摘要：在大量数字信息充斥于人们日常生活的现代信息社会，人们迫切需要人性化的人机交互界面对信息进行处理。随着投射电容式触摸屏在iPhone等产品上的成功应用，投射电容式触摸屏凭借其高舒适和高互动的人性化用户体验，为信息处理的人机交互界面提供了良好的解决方案。本文首先概况介绍投射电容式触摸屏的基本原理及其优缺点，然后结合当前的触摸屏市场和国家的相关政策，展望其今后的发展前景。关键词：人机交互界面，投射式电容触摸屏，触摸屏。1、前言触摸屏作为一种新型的人机交互界面，以其易于使用、坚固耐用、反应速度快、节省空间等优点，广泛地被应用各种数字信息系统所使用。但长久以来触摸屏应用领域都是电阻式触摸屏的天下，iPhone的全球风靡将投射式电容式触摸屏的使用提升到一个全新的高度，使其在整个市场的影响力迅速提高，并有望夺取了触摸屏的霸主地位。展望未来，投射式电容式触控凭借其丰富和舒适的用户体验，将在今后取得巨大的发展和成就。2、原理电容式触摸屏分为表面电容式(SurfaceCapacitive)与投射电容式(ProjectiveCapacitive)两种。表面电容式触摸屏技术是利用ITO导电膜，通过电场感应方式感测屏幕表面的触摸行为进行。但是表面电容式触摸屏有一些局限性，它只能识别一个手指或者一次触摸。另外，考虑到电极的尺寸，对于小尺寸屏幕是不切实际的。投射电容式触摸屏是传感器利用触摸屏电极发射出静电场线。一般用于投射电容传感技术的电容类型有两种：交互电容和自我电容。自我电容又称绝对电容，是最广为采用的一种方法，自我电容通常是指扫描电极与地构成的电容。在玻璃表面有用ITO(一种透明的导电材料)制成的横向与纵向的扫描电极，这些电极和地之间就构成一个电容的两极。当用手或触摸笔触摸的时候就会并联一个电容到电路中去，从而使在该条扫描线上的总体的电容量有所改变。在扫描的时候，控制IC依次扫描纵向和横向电极，并根据扫描前后的电容变化来确定触摸点坐标位置[1]。在人们日常生活中，各种自我电容作为位置传感器而被广泛采用。最典型的例子是笔记本电脑触摸输入板，该输入板采用X*Y的传感电极阵列形成一个传感格子。当手指靠近触摸输入板时，在手指和传感电极之间产生一个小量电荷。采用特定的运算法则处理来自行、列传感器的信号来确定手指的位置。交互电容又叫做跨越电容，它是在玻璃表面的横向和纵向的ITO电极的交叉处形成电容。交互电容的扫描方式就是扫描每个交叉处的电容变化，来判定触摸点的位置。当触摸的时候就会影响到相邻电极的耦合，从而改变交叉处的电容量，交互电容的扫面方法可以侦测到每个交叉点的电容值和触摸后电容变化，因而它需要的扫描时间与自我电容的扫描方式相比要长一些，需要扫描检测X*Y根电极[2]。苹果公司在iPhone和iPodTouch的触摸屏中采用的即是交互电容技术。此外，在汽车应用中交互电容传感器作为传导性传感器被广泛用作汽油调节。3、特点投射电容式触摸屏相比于电阻屏最大的亮点在于采用手指触摸的方式，而且支持多手势、多点触摸。在追求高舒适和高互动的人性化用户体验的今天，投射电容式触摸屏使用户充分体验多媒体掌控的乐趣。而且手指与触控屏的接触几乎没有磨损，性能稳定，经机械测2/2试使用寿命长达30年。相比于四线电阻式触摸屏，投射电容式触摸屏有着更好的透光率和清晰度[3]。然而，瑕不掩瑜，投射电容式触控屏也面临着以下一些挑战：由于人体成为线路的一部分，因而漂移现象比较严重；电容式感应输入技术在中小尺寸平板显示器上输入或控制点状目标(如点击软键盘上的电话号码或输入中英文字)时的性能有待改进；温度和湿度剧烈变化时性能不够稳定，需经常校准；不适用于金属机柜；当外界有电感和磁感的时候，可能会使触控屏失灵。4、发展前景在以往，因成本和技术等因素，电阻式控制面板被采用的量远远超过电容式触控技术。但在近一阶段，随着工艺进步和批量化，电容式触摸屏的价格正在不断的下降，与电阻式触摸屏的价格差距也越来越小，在价格上逐渐具备了与电阻式触摸屏竞争的能力。随着苹果iPhone、iPodTouch等产品对触摸屏的强力拉动，触摸屏已成为数亿十美元的产业，正处于高度成长中，估计2016年将成长到140亿美元，年复合成长率达18%。电容式触摸屏的销售金额在各种触摸屏中将占到主要份额。目前，投射电容式触摸屏主要应用于各种手机。随着支持触摸屏的Windows7操作系统的发布，将大大促进触摸屏在笔记本和平板电脑等设备上的使用。除此之外，车载多媒体系统、电子书、智能家电和中心尺寸液晶电视等将成为推动投射电容式触摸屏新一轮发展的动力。现阶段，全球主要触摸屏生产大厂多集中在日、美、韩等国家以及我国台湾地区；主要技术、关键零组件和原材料更是基本掌握在日、美厂商手中，中国大陆的触摸屏产业还基本处于起步阶段。但正因如此，整个触控行业未来的上升空间还非常大，它也有望成为我国电子企业今后创新发展、大有作为的重要领域。新型平板显示是国家“十二五”规划中国家未来重点扶持的战略新兴产业，国务院要求要加大财税金融等扶持政策力度。投射电容式触摸屏作为新型平板显示的最佳输入操作界面，将在国家的政策扶持下得到迅猛发展。5、总结由于投射电容式触摸屏给用户带来舒适的用户体验，支持多手势和多点触摸，天生的高透光率及高清晰度，因而得到了消费者的青睐。它必将在市场和国家政策的双重扶持下，健康而快速地发展。参考文献：[1]王立民.投射电容触摸屏技术分析[J].国际光电与显示.2011.[2]JohnFeland.TouchtheFuture：Projected-CapacitiveTouchScreensReachforNewMarkets[C].SID2008国际讨论会论文集,2008,39.[3]史悦.触摸屏技术及应用[M].电子科技大学出版社出版，2002.59.