Als neues Eingabegerät ist der Touchscreen derzeit die einfachste, bequemste und natürlichste Art der Mensch-Computer-Interaktion.
Der Touchscreen, auch „Touchscreen“ oder „Touchpanel“ genannt, ist ein induktives Flüssigkristallanzeigegerät, das Eingabesignale wie Kontakte empfangen kann; Wenn die grafischen Tasten auf dem Bildschirm berührt werden, kann das taktile Feedbacksystem auf dem Bildschirm verschiedene Verbindungsgeräte nach vorprogrammierten Programmen steuern, mit denen mechanische Tastenfelder ersetzt und über LCD-Bildschirme lebendige Audio- und Videoeffekte erzeugt werden können. Die Hauptanwendungsbereiche der Touchscreens von Ruixiang sind medizinische Geräte, Industriebereiche, Handheld-Geräte, Smart Home, Mensch-Computer-Interaktion usw.
Gängige Klassifizierungen von Touchscreens
Heutzutage gibt es mehrere Haupttypen von Touchscreens auf dem Markt: Resistive Touchscreens, oberflächenkapazitive Touchscreens und induktiv-kapazitive Touchscreens, akustische Oberflächenwellen-, Infrarot- und Biegewellen-Touchscreens, aktive Digitalisierer und optische Bildgebungs-Touchscreens. Es kann zwei Arten davon geben: Eine Art erfordert ITO, wie etwa die ersten drei Arten von Touchscreens, und die andere Art erfordert kein ITO in der Struktur, wie etwa die letztgenannten Arten von Bildschirmen. Derzeit sind auf dem Markt am häufigsten resistive und kapazitive Touchscreens mit ITO-Materialien im Einsatz. Im Folgenden werden Kenntnisse im Zusammenhang mit Touchscreens vorgestellt, wobei der Schwerpunkt auf resistiven und kapazitiven Bildschirmen liegt.
Touchscreen-Struktur
Eine typische Touchscreen-Struktur besteht im Allgemeinen aus drei Teilen: zwei transparenten Widerstandsleiterschichten, einer Isolationsschicht zwischen den beiden Leitern und Elektroden.
Widerstandsleiterschicht: Das obere Substrat besteht aus Kunststoff, das untere Substrat aus Glas und das Substrat ist mit leitfähigem Indiumzinnoxid (ITO) beschichtet. Dadurch entstehen zwei ITO-Schichten, die durch einige isolierende Zapfen mit einer Dicke von etwa einem Tausendstel Zoll getrennt sind.
Elektrode: Sie besteht aus Materialien mit ausgezeichneter Leitfähigkeit (z. B. Silbertinte) und ihre Leitfähigkeit ist etwa 1000-mal höher als die von ITO. (Kapazitives Touchpanel)
Isolationsschicht: Es wird eine sehr dünne elastische Polyesterfolie PET verwendet. Wenn die Oberfläche berührt wird, biegt sie sich nach unten und ermöglicht den Kontakt der beiden darunter liegenden Schichten der ITO-Beschichtung, um den Stromkreis zu verbinden. Aus diesem Grund kann der Touchscreen eine Touch-Taste erreichen. kapazitiver Oberflächen-Touchscreen.
Resistiver Touchscreen
Vereinfacht ausgedrückt handelt es sich bei einem resistiven Touchscreen um einen Sensor, der das Prinzip der Druckmessung nutzt, um eine Berührung zu erreichen. Widerstandsbildschirm
Resistives Touchscreen-Prinzip:
Wenn der Finger einer Person auf die Oberfläche des Widerstandsbildschirms drückt, biegt sich die elastische PET-Folie nach unten, sodass die obere und untere ITO-Beschichtung einander berühren und einen Berührungspunkt bilden. Ein ADC wird verwendet, um die Spannung des Punktes zu erfassen und die Koordinatenwerte der X- und Y-Achse zu berechnen. Resistiver Touchscreen
Resistive Touchscreens verwenden normalerweise vier, fünf, sieben oder acht Drähte, um eine Bildschirmvorspannung zu erzeugen und den Meldepunkt zurückzulesen. Hier nehmen wir hauptsächlich vier Zeilen als Beispiel. Das Prinzip ist wie folgt:
1. Legen Sie eine konstante Spannung Vref an die Elektroden X+ und X- an und verbinden Sie Y+ mit einem hochohmigen ADC.
2. Das elektrische Feld zwischen den beiden Elektroden ist gleichmäßig in Richtung von X+ nach X- verteilt.
3. Wenn sich die Hand berührt, kommen die beiden leitenden Schichten am Berührungspunkt in Kontakt und das Potenzial der X-Schicht am Berührungspunkt wird an den mit der Y-Schicht verbundenen ADC geleitet, um die Spannung Vx zu erhalten. Widerstandsbildschirm
4. Durch Lx/L=Vx/Vref können die Koordinaten des x-Punktes ermittelt werden.
5. Verbinden Sie auf die gleiche Weise Y+ und Y- mit der Spannung Vref, um die Koordinaten der Y-Achse zu erhalten, und verbinden Sie dann die X+-Elektrode mit dem hochohmigen ADC, um sie zu erhalten. Gleichzeitig kann der Vierdraht-Resistiv-Touchscreen nicht nur die X/Y-Koordinaten des Kontakts ermitteln, sondern auch den Kontaktdruck messen.
Denn je größer der Druck, desto voller der Kontakt und desto kleiner der Widerstand. Durch Messung des Widerstandes kann der Druck quantifiziert werden. Der Spannungswert ist proportional zum Koordinatenwert und muss daher kalibriert werden, indem berechnet wird, ob eine Abweichung im Spannungswert des (0, 0)-Koordinatenpunkts vorliegt. Widerstandsbildschirm
Vor- und Nachteile des Resistiven Touchscreens:
1. Der resistive Touchscreen kann bei jedem Betrieb nur einen Berührungspunkt beurteilen. Bei mehr als zwei Berührungspunkten ist eine korrekte Beurteilung nicht möglich.
2. Resistive Bildschirme erfordern Schutzfolien und relativ häufigere Kalibrierungen, aber resistive Touchscreens werden nicht durch Staub, Wasser und Schmutz beeinträchtigt. Resistives Touchscreen-Panel
3. Die ITO-Beschichtung des Resistiv-Touchscreens ist relativ dünn und leicht zu brechen. Wenn es zu dick ist, verringert es die Lichtdurchlässigkeit und verursacht interne Reflexionen, die die Klarheit verringern. Obwohl das ITO mit einer dünnen Kunststoffschutzschicht versehen ist, lässt es sich dennoch leicht schärfen. Es wird durch Gegenstände beschädigt; Und da es häufig berührt wird, treten nach einer gewissen Nutzungsdauer kleine Risse oder sogar Verformungen auf der ITO-Oberfläche auf. Wenn eine der äußeren ITO-Schichten beschädigt wird und bricht, verliert sie ihre Funktion als Leiter und die Lebensdauer des Touchscreens wird verkürzt. . Resistives Touchscreen-Panel
kapazitive Touchscreens, kapazitive Touchscreens
Im Gegensatz zu resistiven Touchscreens ist die kapazitive Berührung nicht auf Fingerdruck angewiesen, um Spannungswerte zur Erkennung von Koordinaten zu erzeugen und zu ändern. Es nutzt hauptsächlich die Strominduktion des menschlichen Körpers für seine Arbeit. kapazitive Touchscreens
Kapazitives Touchscreen-Prinzip:
Kapazitive Bildschirme funktionieren durch jedes Objekt, das eine elektrische Ladung enthält, einschließlich der menschlichen Haut. (Die vom menschlichen Körper getragene Ladung) Kapazitive Touchscreens bestehen aus Materialien wie Legierungen oder Indiumzinnoxid (ITO), und Ladungen werden in mikroelektrostatischen Netzwerken gespeichert, die dünner als Haare sind. Wenn ein Finger auf den Bildschirm klickt, wird eine kleine Strommenge vom Kontaktpunkt absorbiert, was zu einem Spannungsabfall an der Eckelektrode führt, und der Zweck der Berührungssteuerung wird durch die Erfassung des schwachen Stroms des menschlichen Körpers erreicht. Aus diesem Grund reagiert der Touchscreen nicht, wenn wir Handschuhe anziehen und ihn berühren. projiziert-kapazitiver Touchscreen
Klassifizierung des kapazitiven Bildschirmsensortyps
Je nach Induktionstyp kann sie in Oberflächenkapazität und projizierte Kapazität unterteilt werden. Projiziert-kapazitive Bildschirme können in zwei Typen unterteilt werden: selbstkapazitive Bildschirme und gegenseitig kapazitive Bildschirme. Ein Beispiel ist der gebräuchlichere gegenseitige kapazitive Schirm, der aus Antriebselektroden und Empfangselektroden besteht. kapazitiver Oberflächen-Touchscreen
Oberflächenkapazitiver Touchscreen:
Die oberflächenkapazitive Technologie verfügt über eine gemeinsame ITO-Schicht und einen Metallrahmen und nutzt Sensoren an den vier Ecken sowie einen dünnen Film, der gleichmäßig über die Oberfläche verteilt ist. Wenn ein Finger auf den Bildschirm klickt, fungieren der menschliche Finger und der Touchscreen als zwei geladene Leiter, die sich einander nähern und einen Koppelkondensator bilden. Bei hochfrequentem Strom ist der Kondensator ein direkter Leiter, sodass der Finger vom Kontaktpunkt einen sehr geringen Strom zieht. Der Strom fließt von den Elektroden an den vier Ecken des Touchscreens. Die Stärke des Stroms ist proportional zum Abstand vom Finger zur Elektrode. Der Touch-Controller berechnet die Position des Berührungspunkts. projiziert-kapazitiver Touchscreen
Projizierter kapazitiver Touchscreen:
Es werden ein oder mehrere sorgfältig gestaltete geätzte ITO verwendet. Diese ITO-Schichten werden geätzt, um mehrere horizontale und vertikale Elektroden zu bilden, und unabhängige Chips mit Sensorfunktionen werden in Reihen/Spalten gestaffelt, um eine Achsenkoordinaten-Sensoreinheitsmatrix mit projizierter Kapazität zu bilden. : Die X- und Y-Achsen werden als separate Zeilen und Spalten von Koordinatenerfassungseinheiten verwendet, um die Kapazität jeder Rastererfassungseinheit zu erfassen. kapazitiver Oberflächen-Touchscreen
Grundparameter des kapazitiven Bildschirms
Anzahl der Kanäle: Die Anzahl der Kanalleitungen, die vom Chip mit dem Touchscreen verbunden sind. Je mehr Kanäle vorhanden sind, desto höher sind die Kosten und desto aufwändiger ist die Verkabelung. Traditionelle Eigenkapazität: M+N (oder M*2, N*2); gegenseitige Kapazität: M+N; gegenseitige Zellkapazität: M*N. kapazitive Touchscreens
Anzahl der Knoten: Die Anzahl gültiger Daten, die durch Stichprobenerhebung ermittelt werden können. Je mehr Knoten vorhanden sind, desto mehr Daten können erfasst werden, die berechneten Koordinaten werden präziser und die unterstützte Kontaktfläche ist kleiner. Eigenkapazität: gleich der Anzahl der Kanäle, gegenseitige Kapazität: M*N.
Kanalabstand: Abstand zwischen benachbarten Kanalmitten. Je mehr Knoten vorhanden sind, desto kleiner ist die entsprechende Tonhöhe.
Codelänge: Nur durch gegenseitige Toleranz muss das Abtastsignal erhöht werden, um Abtastzeit zu sparen. Das Gegenkapazitätsschema kann Signale gleichzeitig auf mehreren Antriebsleitungen haben. Wie viele Kanäle Signale haben, hängt von der Codelänge ab (normalerweise sind 4 Codes die Mehrheit). Da eine Dekodierung erforderlich ist und die Codelänge zu groß ist, hat dies einen gewissen Einfluss auf das schnelle Gleiten. kapazitive Touchscreens
Projiziert-kapazitives Bildschirmprinzip kapazitive Touchscreens
(1) Kapazitiver Touchscreen: Sowohl die horizontalen als auch die vertikalen Elektroden werden durch eine Single-Ended-Erkennungsmethode angesteuert.
Die Glasoberfläche des selbst erzeugten kapazitiven Touchscreens nutzt ITO zur Bildung horizontaler und vertikaler Elektrodenarrays. Diese horizontalen und vertikalen Elektroden bilden jeweils Kondensatoren mit der Erde. Diese Kapazität wird allgemein als Eigenkapazität bezeichnet. Wenn ein Finger den kapazitiven Bildschirm berührt, überlagert sich die Kapazität des Fingers mit der Kapazität des Bildschirms. Zu diesem Zeitpunkt erkennt der selbstkapazitive Bildschirm die horizontalen und vertikalen Elektrodenanordnungen und bestimmt die horizontalen bzw. vertikalen Koordinaten basierend auf den Kapazitätsänderungen vor und nach der Berührung und kombiniert dann die Berührungskoordinaten zu einer Ebene.
Die parasitäre Kapazität erhöht sich, wenn der Finger sich berührt: Cp'=Cp + Cfinger, wobei Cp- die parasitäre Kapazität ist.
Durch die Erkennung der Änderung der parasitären Kapazität wird die vom Finger berührte Stelle bestimmt. kapazitive Touchscreens
Nehmen Sie als Beispiel die doppelschichtige Eigenkapazitätsstruktur: Zwei ITO-Schichten, horizontale und vertikale Elektroden sind jeweils geerdet, um Eigenkapazität und M+N-Steuerkanäle zu bilden. Kapazitiver IPS-LCD-Touchscreen
Bei selbstkapazitiven Bildschirmen ist die Projektion in X- und Y-Achsenrichtung eindeutig, wenn es sich um eine einzelne Berührung handelt, und auch die kombinierten Koordinaten sind eindeutig. Wenn zwei Punkte auf dem Touchscreen berührt werden und die beiden Punkte in unterschiedlichen XY-Achsenrichtungen liegen, werden 4 Koordinaten angezeigt. Aber offensichtlich sind nur zwei Koordinaten real und die anderen beiden werden allgemein als „Geisterpunkte“ bezeichnet. Kapazitiver IPS-LCD-Touchscreen
Daher bestimmen die Hauptmerkmale des selbstkapazitiven Bildschirms, dass er nur an einem einzigen Punkt berührt werden kann und keine echte Multi-Touch-Berührung erreichen kann. Kapazitiver IPS-LCD-Touchscreen
Gegenseitiger kapazitiver Touchscreen: Das Sendeende und das Empfangsende sind unterschiedlich und kreuzen sich vertikal. kapazitiver Multi-Touch
Verwenden Sie ITO zur Herstellung von Quer- und Längselektroden. Der Unterschied zur Eigenkapazität besteht darin, dass eine Kapazität dort entsteht, wo sich die beiden Elektrodensätze schneiden, d. h. die beiden Elektrodensätze bilden jeweils die beiden Pole der Kapazität. Wenn ein Finger den kapazitiven Bildschirm berührt, beeinflusst er die Kopplung zwischen den beiden am Berührungspunkt angebrachten Elektroden und verändert dadurch die Kapazität zwischen den beiden Elektroden. kapazitiver Multi-Touch
Bei der Erkennung der gegenseitigen Kapazität senden die horizontalen Elektroden nacheinander Anregungssignale aus und alle vertikalen Elektroden empfangen gleichzeitig Signale. Auf diese Weise können die Kapazitätswerte an den Schnittpunkten aller horizontalen und vertikalen Elektroden ermittelt werden, also die Kapazitätsgröße der gesamten zweidimensionalen Ebene des Touchscreens, sodass diese realisiert werden kann. Multi-Touch.
Die Koppelkapazität nimmt ab, wenn ein Finger sie berührt.
Durch die Erfassung der Änderung der Kopplungskapazität wird die vom Finger berührte Position bestimmt. CM – Koppelkondensator. kapazitiver Multi-Touch
Nehmen Sie als Beispiel die doppelschichtige Eigenkapazitätsstruktur: Zwei ITO-Schichten überlappen einander, um M*N-Kondensatoren und M+N-Steuerkanäle zu bilden. kapazitiver Multi-Touch
Die Multi-Touch-Technologie basiert auf miteinander kompatiblen Touchscreens und ist in die Multi-TouchGesture- und Multi-Touch-All-Point-Technologie unterteilt, bei der es sich um eine Multi-Touch-Erkennung der Gestenrichtung und der Fingerberührungsposition handelt. Es wird häufig bei der Gestenerkennung von Mobiltelefonen und der Zehn-Finger-Berührung verwendet. Warteszene. Es können nicht nur Gesten und die Mehrfingererkennung erkannt werden, sondern auch andere Berührungsformen, die keine Finger erfordern, sowie die Erkennung mit Handflächen oder sogar Händen mit Handschuhen sind möglich. Die Multi-Touch-All-Point-Scanmethode erfordert ein separates Scannen und Erkennen der Schnittpunkte jeder Zeile und Spalte des Touchscreens. Die Anzahl der Scans ist das Produkt aus der Anzahl der Zeilen und der Anzahl der Spalten. Besteht ein Touchscreen beispielsweise aus M Zeilen und N Spalten, muss er gescannt werden. Die Schnittpunkte sind M*N-mal, so dass die Änderung jeder gegenseitigen Kapazität erfasst werden kann. Bei einer Fingerberührung verringert sich die gegenseitige Kapazität, um die Position jedes Berührungspunkts zu bestimmen. kapazitiver Multi-Touch
Kapazitiver Touchscreen-Strukturtyp
Die Grundstruktur des Bildschirms ist von oben nach unten in drei Schichten unterteilt: Schutzglas, Touch-Schicht und Anzeigefeld. Bei der Herstellung von Mobiltelefonbildschirmen müssen Schutzglas, Touchscreen und Display zweimal verklebt werden.
Da das Schutzglas, der Touchscreen und der Bildschirm jedes Mal einen Laminierungsprozess durchlaufen, wird die Ausbeute erheblich reduziert. Wenn die Anzahl der Laminierungen reduziert werden kann, wird die Ausbeute bei der vollständigen Laminierung zweifellos verbessert. Derzeit neigen die leistungsstärkeren Display-Panel-Hersteller dazu, On-Cell- oder In-Cell-Lösungen zu fördern, das heißt, sie neigen dazu, die Touch-Schicht auf dem Display zu platzieren; Während Hersteller von Touch-Modulen oder vorgelagerten Materialherstellern tendenziell OGS bevorzugen, was bedeutet, dass die Touch-Schicht auf Schutzglas hergestellt wird. kapazitiver Multi-Touch
In-Cell: bezieht sich auf die Methode der Einbettung von Touchpanel-Funktionen in Flüssigkristallpixel, d. h. der Einbettung von Berührungssensorfunktionen in den Bildschirm, wodurch der Bildschirm dünner und leichter werden kann. Gleichzeitig muss der In-Cell-Bildschirm mit einem passenden Touch-IC ausgestattet sein, da es sonst leicht zu fehlerhaften Touch-Sensing-Signalen oder übermäßigem Rauschen kommt. Daher sind In-Cell-Bildschirme rein in sich geschlossen. kapazitiver Multi-Touch
On-Cell: bezieht sich auf die Methode der Einbettung des Touchscreens zwischen dem Farbfiltersubstrat und dem Polarisator des Bildschirms, also mit einem Berührungssensor auf dem LCD-Panel, was viel weniger schwierig ist als die In-Cell-Technologie. Daher ist der Oncell-Bildschirm der am häufigsten verwendete Touchscreen auf dem Markt. Kapazitiver IPS-Touchscreen
OGS (One Glass Solution): Die OGS-Technologie integriert den Touchscreen und das Schutzglas, beschichtet die Innenseite des Schutzglases mit einer leitfähigen ITO-Schicht und führt Beschichtung und Fotolithographie direkt auf dem Schutzglas durch. Da das OGS-Schutzglas und der Touchscreen miteinander integriert sind, müssen sie normalerweise zuerst verstärkt, dann beschichtet, geätzt und schließlich geschnitten werden. Das Schneiden von gehärtetem Glas auf diese Weise ist sehr mühsam, mit hohen Kosten verbunden, hat eine geringe Ausbeute und führt zur Bildung einiger Haarrisse an den Kanten des Glases, die die Festigkeit des Glases verringern. Kapazitiver IPS-Touchscreen
Vergleich der Vor- und Nachteile kapazitiver Touchscreens:
1. In Bezug auf Bildschirmtransparenz und visuelle Effekte ist OGS am besten, gefolgt von In-Cell und On-Cell. Kapazitiver IPS-Touchscreen
2. Dünnheit und Leichtigkeit. Im Allgemeinen ist In-Cell das leichteste und dünnste Modell, gefolgt von OGS. On-Cell ist etwas schlechter als die ersten beiden.
3. In Bezug auf die Bildschirmfestigkeit (Schlagfestigkeit und Fallfestigkeit) ist On-Cell am besten, OGS an zweiter Stelle und In-Cell am schlechtesten. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass OGS Corning-Schutzglas direkt in die Touch-Schicht integriert. Durch den Verarbeitungsprozess wird die Festigkeit des Glases geschwächt und der Bildschirm ist außerdem sehr zerbrechlich.
4. In Bezug auf die Berührung ist die Berührungsempfindlichkeit von OGS besser als die von On-Cell/In-Cell-Bildschirmen. In Bezug auf die Unterstützung von Multi-Touch, Fingern und Stylus ist OGS tatsächlich besser als In-Cell/On-Cell. Zelle. Da der In-Cell-Bildschirm außerdem die Touch-Schicht und die Flüssigkristallschicht direkt integriert, ist das Erfassungsrauschen relativ groß und für die Filter- und Korrekturverarbeitung ist ein spezieller Touch-Chip erforderlich. OGS-Bildschirme sind nicht so sehr auf Touch-Chips angewiesen.
5. Technische Anforderungen, In-Cell/On-Cell sind komplexer als OGS und auch die Produktionssteuerung ist schwieriger. Kapazitiver IPS-Touchscreen
Touchscreen-Status Quo und Entwicklungstrends
Im Zuge der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie haben sich Touchscreens von früheren Resistivbildschirmen zu kapazitiven Bildschirmen entwickelt, die heute weit verbreitet sind. Heutzutage haben Incell- und Incell-Touchscreens längst den Mainstream-Markt erobert und werden in verschiedenen Bereichen wie Mobiltelefonen, Tablets und Automobilen häufig eingesetzt. Die Einschränkungen herkömmlicher kapazitiver Bildschirme aus ITO-Folie werden immer offensichtlicher, wie z. B. hohe Widerstandsfähigkeit, leichtes Brechen, schwieriger Transport usw. Insbesondere in gekrümmten oder gebogenen oder flexiblen Szenen sind die Leitfähigkeit und Lichtdurchlässigkeit kapazitiver Bildschirme schlecht . Um die Nachfrage des Marktes nach großformatigen Touchscreens und die Bedürfnisse der Benutzer nach leichteren, dünneren und besser in der Hand liegenden Touchscreens zu erfüllen, sind gebogene und faltbare flexible Touchscreens entstanden, die nach und nach in Mobiltelefonen, Auto-Touchscreens usw. verwendet werden. Bildungsmärkte, Videokonferenzen usw. Szenen. Der flexible Touch mit gebogener Oberfläche wird zum zukünftigen Entwicklungstrend. Kapazitiver IPS-Touchscreen
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 13.09.2023