触摸屏原理

触摸屏原理技术 触摸屏原理技术*波屏原理* 表面声波触摸屏第一大特点就是抗暴，因为表面声波触摸屏的工作面是一层看不见、打 不坏的声波能量，触摸屏的基层玻璃没有任何夹层和结构应力（表面声波触摸屏可以发展到 直接做在 CRT表面从而没有任何“屏幕”），因此非常抗暴力使用，适合公共场所。 表面声波第二大特点就是清晰美观，因为结构少，只有一层普通玻璃，透光率和清晰度都比 电容电阻触摸屏好得多。反应速度快，是所有触摸屏中反应速度最快的，使用时感觉很顺畅。 表面声波第四大特点是性能稳定，因为表面声波技术原理稳定，而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，所以表面声波触摸屏非常稳定，精 度也非常高，目前表面声波技术触摸屏的精度通常是 4096×4096×256级力度。 表面声波触摸屏的缺点是触摸屏表面的灰尘和水滴也阻挡表面声波的传递，虽然聪明的 控制卡能分辨出来，但尘土积累到一定程度，信号也就衰减得非常厉害，此时表面声波触摸 屏变得迟钝甚至不工作，因此，表 面声波触摸屏一方面推出防尘型触摸屏，一方面建议别 忘了每年定期清洁触摸屏。 表面声波触摸屏能聪明的知道什么是尘土和水滴，什么是手指，有多少在触摸。因为： 我们的手指触摸在 4096×4096×256级力度的精度下，每秒 48次的触摸数据不可能是纹丝 不变的，而尘土或水滴就一点都不变，控制器发现一个“触摸”出现后纹丝不变超过三秒钟 即自动识别为干扰物。 表面声波触摸屏还具有第三轴 Z轴，也就是压力轴响应，这是因为用户触摸屏幕的力量 越大，接收信号波形上的衰减缺口也就越宽越深。目 在所有触摸屏中只有声波触摸屏具有 能感知触摸压力这个性能，有了这个功能，每个触摸点就不仅仅是有触摸和无触摸的两个简 单状态，而是成为能感知力的一个模拟量值的开关了。这个功能非常有用，比如在多媒体信 息查询软件中，一个按钮就能控制动画或者影像的播放速度。 触摸屏原理技术*红外线屏原理* 红外线触摸屏安装简单，只需在显示器上加上光点距架框，无需在屏幕表面加上涂层或 接驳控制器。光点距架框的四边排列了红外线发射管及接收管，在屏幕表面形成一个红外线 网。用户以手指触摸屏幕某一点，便会挡住经过该位置的横竖两条红外线，电脑便可即时算 出触摸点的位置。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最终的发展趋势。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。过去的红外触摸屏的分辨率由框架中的红外对管数目决定，因此分辨率较低，市 场上主要国内产品为 32x32、40X32，另外还有说红外屏对光照环境因素比较敏感，在光照 变化较大时会误判甚至死机。这些正是国外非红外触摸屏的国内代理商销售宣传的红外屏的 弱点。而最新的技术第五代红外屏的分辨率取决于红外对管数目、扫描频率以及差值算法， 分辨率已经达到了 1000X720，至于说红外屏在光照条件下不稳定，从第二代红外触摸屏开 始，就已经较好的克服了抗光干扰这个弱点。第五代红外线触摸屏是全新一代的智能技术产 品，它实现了 1000*720高分辨率、多层次自调节和自恢复的硬件适应能力和高度智能化的 判别识别，可长时间在各种恶劣环境下任意使用。并且可针对用户定制扩充功能，如网络控 制、声感应、人体接近感应、用户软件加密保护、红外数据传输等。原来媒体宣传的红外触 摸屏另外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。 红外线式触摸屏价格便宜、安装容易、能较好地感应轻微触摸与快速触摸。但是由于红 外线式触摸屏依靠红外线感应动作，外界光线变化，如阳光、室内射灯等均会影响其准确度。 而且红外线式触摸屏不防水和怕污垢，任何细小的外来物都会引起误差，影响其性能，不适 宜置于户外和公共场所使用。 触摸屏原理技术*电容屏原理* 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，再在导体层外上一块 保护玻璃，双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。 此外，在附加的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。 用户触摸屏幕时，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，而其强弱与手指及电极的距离成正比，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给触摸屏造成影响，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。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。此外，理论上许多应该线 性的关系实际上却是非线性，如：体重不同或者手指湿润程度不同的人吸走的总电流量是不 同的，而总电流量的变化和四个分电流量的变化是非线性的关系，电容触摸屏采用的这种四 个角的自定义极坐标系还没有坐标上的原点，漂移后控制器不能察觉和恢复，而且，4个 A/D 完成后，由四个分流量的值到触摸点在直角坐标系上的 X、Y坐标值的计算过程复杂。由于 没有原点，电容屏的漂移是累积的，在工作现场也经常需要校准。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。 触摸屏原理技术*近场成像屏原理* 近场成像(NFI, Near Field Imaging)触摸屏的传感机构是中间有一层透明金属氧化物 导电涂层的两块层压玻璃。在导电涂层上施加一个交流信号，从而在屏幕表面形成一个静电 场。当有手指（带不带手套均可）或其他导体接触到传感器的时候，静电场就会受到干扰。 而与之配套的影像处理控制器可以探测到这个干扰信号及其位置并把相应的坐标传给 操作系统。 近场成像触摸屏非常耐用，灵敏度很好，可以在要求非常苛刻的环境中使用，也比较适 用于无人值守的公众场合，但其不足之处是价格比较贵。 触摸屏原理技术*电阻屏原理* 电阻触摸屏的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，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面图有一层透明氧化金属（ITO氧化铟， 透明的导电电阻）导电层，上面在盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层、它的内表 面也涂有一层 ITO涂层、在他们之间有许多细小的（小于 1/1000英寸）的透明隔离点把两 层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，控制器侦测 到这一接触并计算出（X，Y）的位置，再根据模拟鼠标的方式运作。这就是电阻技术触摸屏 的最基本的原理。 电阻屏自进入市场以来，就以稳定的质量，可靠的品质及环境的高度适应性占据了广大 的市场。尤其在工控领域内，由于对其环境和条件的高要求，更显示出电阻屏的独特性，使 其产品在同类触摸产品中占有 90％的市场量，已成为市场上的主流产品。它最大的特点是 不怕油污，灰尘，水。 G－Touch 最新的第四代电阻技术触摸屏与其他电阻屏产品不同之处在于：它以玻璃为 基层板，使得透光率更高，反射折射率更适用于使用者。同时，均匀涂布玻璃板底层的导电 层把吸附在触摸屏上的静电粒子通过地线卸载掉，保证了触摸定位更准确、更灵敏，彻底解 除带电粒子过多引起的漂移现象、定位不准、反应速度缓慢、使它寿命更长(物理测定单点 连续使用可达 15年以上),并具备了免维护的能力，防刮伤度也得到极大提高。确是是一种 品质卓越而价格合理的产品。 四线电阻屏特点： 高解析度，高速传输反应。 表面硬度处理，减少擦伤、刮伤及防化学处理。 具有光面及雾面处理。 一次校正，稳定性高，永不漂移。 四线电阻模拟量技术的两层透明金属层工作时每层均增加 5V恒定电压：一个竖直方向， 一个水平方向。总共需四根电缆。 五线电阻屏特点： 解析度高，高速传输反应。 表面硬度，减少擦伤、刮伤及访化学处理。 同电接触 3000万次尚可使用。 导电玻璃为基材的介质。 一次校正，稳定性高，永不漂移。 五线电阻模拟量技术把两个方向的电压通过电阻网络加在靠里的那层金属层上，靠既检 测电压又检测电流的的方法测得触摸点的位置，而外层 ITO仅当作导体层，共需五根电缆。 其他触摸屏技术介绍 电阻技术触摸屏 1 电阻屏基本原理 电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面配合非常好的电阻薄膜屏，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，表面涂有一层秀明的导 电层，上面再盖有一层外表硬化处理、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，平常绝缘的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后，其中一面导电层接通У轴方向的 5Ⅴ 均匀电压场，另一导电层将接触点的电压引至控制卡进行 A/D转换，得到电压值 后与 5Ⅴ相比即可得触摸点的у轴坐标，同理得出Χ轴的坐标，这就是所有电 阻技术触摸屏共同的最基本原理。（见图） 2 电阻屏技术剖析 两种透明的导电涂层材料：①ITO，氧化铟，弱导电体，特性是当厚度降到 1800个埃（1埃=10的负 10次方米）以下时会突然变得透明，透光率为 80%，再 薄下去透光率反而下降，到 300埃厚度时又上升到 80%。ITO是所有电阻技术触 摸屏及电容技术触摸屏都用到的主要材料，实际上电阻和电容技术触摸屏的工作 面就是 ITO涂层。②镍金涂层，五线电阻触摸屏的外层导电层使用的是延展性好 的镍金材料，外导电层由于频繁触摸，使用延展性好的镍金材料，目的是为了延 长使用寿命，但是成本较为昂贵。镍金导电层虽然延展性好，但是只能作透明导 体，不适合作为电阻触摸屏的工作面，因为它导电性太好，不宜作精密电阻测量， 而且金属不易做到厚度非常均匀。 3 四线电阻技术 四线电阻技术触摸屏的两层导电层都是 ITO，在每层的两边缘各涂一条氧化 银胶，一端加 5Ⅴ电压，一端加 0Ⅴ，即能在工作面的一个方向上形成均匀连续 的平行电压分布。四线电阻触摸屏的两层 ITO工作面工作时都加上 5Ⅴ到 0Ⅴ的 均匀电压分布场，触摸屏的引出线共有 4条，四线电阻由此得名。见图。当 A 面加竖直方向的电压场时，B面作为测量触摸点电压的探头；B面加水平方向的 电压时，A面作探头。 4 五线电阻技术 五线电阻技术触摸屏的基层把两个方向的电压场通过精密电阻网络都加在 玻璃的导电工作面上，我们可以简单的理解为两个方向的电压场分时工作加在同 一工作面上、而外层镍金导电层只仅仅用来当作纯导体，有触摸后分时检测内层 ITO接触点 X和 Y轴电压值的方法测得触摸点的位置。五线电阻触摸屏内层 ITO 需四条引线，外层只作导体仅仅一条，触摸屏的引出线共有 5条。 五线电阻触摸屏的另一个专有技术是通过精密的电阻网络来校正内层 ITO的线 性问题：由于导电镀膜有可能厚薄不均匀而造成电压不均匀分布。 (5)电阻屏性能特点 ★它们都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，这是它们比较大的优势 ★电阻触摸屏的精度只取决于 A/D转换的精度，因此都能轻松达到 4096*4096 · 比较而言，五线电阻比四线电阻在保证分辨率精度上还要优越，但是成本代 价大，因此售价非常高。 电容技术触摸屏 (1)电容屏基本结构 电容技术的触摸屏是一块四层复合玻璃层，如图。玻璃屏的内表面和夹 层各涂有一层 ITO导电层，最外层是只有 0.0015毫米厚的矽土玻璃保护层。 内层 ITO作为屏蔽屋,以保证良好的工作环境,夹层 ITO涂层作为检测定位的 工作层,在四个角或四条边上引出四个电极。 (2)电容屏基本原理 电容屏基本工作原理的最初想法是:人是假象的接地物(零电势体),给工 作面通上一个很低的电压，当用户触摸屏幕时,手指头吸收走一个很小的电 流,这个电流分从触摸屏四个角或四条边上的电极中流出,并且理论上流经这 四个电极的电流与手指到四角的距离成比例,控制器通过对这四个电流比例 的精密计算,得出触摸点的位置。 （3）电容屏技术 电容触摸屏本身实际是一套精密的漏电传感器，带手套的手不能触摸， 由于使用电容方式，导致有漂移现象。电容屏和电阴屏都是电原理工作方式， 电工作方式对于多点触摸，不管是多少点，也不管是连续的还是不连续的都 是取多点触摸的中心点判断，因为电流叠加是分不出来谁是谁的，没有办法。 按照基本原理的思路进行下去，却碰到了难以逾越的障碍：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。材料的问题一时还难以解决，只好委曲求全：在外部增加一层非常薄 的坚硬玻璃，它显然是不能导电的，直流是不行了，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。 问题解决了，但代价是很大的。 首先是"漂移"，因为耦合电容的方式是不稳定的，它直接受温度、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，这些都直接违背了作为触摸屏这种绝对坐标 系统的基本要求，不可避免的要产生漂移，有的电容触摸屏欲求通过 25点校 准法甚至 96点校准法来解决漂移问题，其实是不可能的，漂移是电容工作的 这种方式决定的，即使是在控制器的单片程序上利用动态计算和经验值查表， 也只能是治标不治本。多点校准法最早是大屏幕投影触摸板使用的方法，目 的是消除坐标对应的线性失真，电容触摸屏的线性失真也非常厉害，主要是 因为电容屏的计算建立在四个电流量与触摸点到四个电极的距离成比例的理 想状态上，实际由于受环境电容、线路寄生电容和不同人使用的影响，这咱 比例关系不可能是完全线性的，多点校准法只能解决局域分配的线性问题， 解决不了整体的漂移。 另一个代价是：表面脆弱，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，因为它害怕氢，哪怕有一点氢也会 结合成易脆碎的玻璃，使用中轻轻一敲就成个小破洞，这对电容触摸屏来说 是要命的：破洞周围直径 5CM大小的区域不能使用。实际的真空是不可能有 的,这层极薄的玻璃有 5%的概率碰上有破洞的产品。 再次是清晰度,电容屏反光相对严重,存在色彩失真和图像字符模糊。电容触 摸屏的透光率和清晰度优于四线电阻屏,尤其是一些新的产品。 当然，随着技术的进步，其漂移量已有所减小，对于大多数场合也都是 可以使用的，并且其产品的品种比较全，有普通屏，有防爆屏，也有穿透式 触摸屏等品种。 技术原理综述 以上谈了一些触摸技术领域的概念，当然，只是纯技术原理的一些探讨， 评判一种触摸屏，光是技术原理还只是其中的一部分，触摸屏要应用到各个 领域，还要抵受千触万摸，选用材料的耐用性如何，控制卡、驱动程序和校 准程序怎么样，卡的设计水平和工艺水平，驱动程序跨操作系统平台、跨机 种的通用性、计算机接口与技术趋势的紧跟程度，厂商的技术实力和服务承 诺的可信任度，这些都是理性的评判一种触摸屏，更准确的说：一种产品的 重要因素。 ● 声波触摸屏 （1） 表面声波技术 表面声波，超声波的一种，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。见图。表面声波性能稳定、易 于分析，并且在声波传递过程中具有非常尖锐的频率特性，在许多应用领域 发展的非常成熟。 （2） 表面声波屏 表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一块平面、曲面或是柱面的玻璃平 板，安装 CRT、LED、LCD或是等离子显示器屏幕的前面。这块玻璃平板只是 一块纯粹的强化玻璃，区别于别类触摸屏技术是没有任何贴膜和覆盖层。 （3） 表面声波屏基本原理 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有 45゜角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。见图 （4） 声波屏技术剖析 以右下角的 X轴发射换能器为例：发射换能器把控制器通过触摸屏电缆 送来的电信号转化为声波能量向左方表面传递，然后由玻璃板下边的一组精 密反射条纹把声波能量反射成向上的均匀面传递，声波能量经过屏体表面， 再由上边的反射条纹反射成向右的声波传播给 X轴的接收换能器，接收换能 器将返回的表面声波能量变为电信号。 不难看出，接收信号集合成了所有在 X轴方向历经长短不同路径回归的 声波能量，它们在 Y轴走过的路程是相同的，但在 X轴上，最远的比最近的 多走了两倍 X轴最大距离。 当发射换能器发射一个窄脉冲后，声波能量历经不同途径到达接收换能 器，走最右边的最早到达，走最左边的最晚到达，早到达的和晚到达的这些 声波能量叠加成一个较宽的波形信号，因此这个波形信号的时间轴反映各原 始波形叠加前的位置，也就是 X轴坐标。 在没有触摸的时候，接收信号的波形与参照波形完全一样。当手指或其 它能够吸收或阻挡声波能量的物体触摸屏幕时，X轴途经手指部位向上走的声 波能量被部分吸收，反应在接收波形上即某一时刻位置上波形有一个衰减缺 口。 控制器分析到接收信号的衰减并由缺口的位置判定 X坐标。之后 Y轴同 样的过程判定出触摸点的 Y坐标。除了一般触摸屏都能响应的 X、Y坐标外， 表面声波触摸屏还响应第三轴 Z轴坐标，也就是能感知用户触摸压力大小值。 其原理是由接收信号衰减处的衰减量计算得到。三轴一旦确定，控制器就把 它们传给主机。 因为表面声波技术原理稳定，而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，所以表面声波触摸屏非常稳定，精度 也非常高，目前表面声波技术触摸屏的精度通常是 4096*4096*256级力度。 如何避免尘土和水滴的干扰误判呢？它们也能阻挡表面声波，并造成接 收波形的衰减，聪明的表面声波触摸屏控制器有办法：手指触摸在 4096*4096*256级力度的精度下，每秒 48次的触摸数据不可能是纹丝不变的， 而尘土或水滴很难变化，控制器发现一个"触摸"出现后纹丝不变超过三秒钟 即自动识别为干扰，同时更新参照波形，有效地屏蔽干扰。如果干扰或污染 移去，即波形表现为没有下降反而有局部上升，控制器自动修正新的参照波 形。 前面提到，表面声波触摸屏还具有第三轴 Z轴，也就是压力轴响应，这 是因为用户触摸屏幕的力量越大，接收信号波形上的衰减缺口也就越宽越深。 目前在所有触摸屏中只有声波触摸屏具有能感知触摸压力这个性能，有了这 个功能，每个触摸点就不仅仅是有触摸和无 触摸的两个简单状态，而是 成为能感知力的一个模拟量值的开关了。这个功能非常有用，比如在多媒体 信息查询软件中，一个按钮就能控制动画或影响图像的播放速度。 超声波触摸屏有表面声波触摸屏和体波声波触摸屏，利用的都是电一声 压电换能器作传感器，接收传感器和发射传感器所用的压电晶体不是一种型 号，在制造时的掺杂材料略有不同。发射换能器功率大，接收换能器更加灵 敏。压电换能器的寿命长，工作稳定，正常工作可以保证 10年不出问题。触 摸屏安装后，换能器是隐藏起来的，但是在运输和安装过程中需要小心谨慎， 裸露的换能器晶体不能碰撞挤压。表面声波触摸屏有 X、Y轴两对传感器，利 用屏幕表面的声表面波来检测手指触摸，可以说，工作面是一层看不见、打 不坏的声能，不怕暴力使用，最适合公共信息查询，是目前市场上最受欢迎 的触摸屏产品。 不过表面声波触摸屏也有小的缺憾：触摸屏表面的灰尘和水滴也阻挡表 面声波的传递，虽然聪明的控制卡能分辨出来，但尘土积累到一定程度，信 号也就衰减得非常厉害，此时表面声波触摸屏变得迟钝甚至不工作，因此， 表面声波触摸屏需要定期或不定期清洁反射条纹上积攒的尘土。 要是声波触摸屏既有象表面声波触摸屏那样清晰抗暴，表面又不怕灰尘 水滴就太好了。有！这就是体波声波触摸屏。 体波声波触摸屏，声波能量在触摸屏屏体内--而不是在表面传递，既有表面 声波触摸屏的一切优点，表面又不怕灰尘水滴。体波声波触摸屏的实现方法 有两种，一种是体波触摸屏：声波能量在触摸屏体内传递，用户触摸屏幕时， 会改变触摸点局部的应力分布，应力的改变影响到声速的变化，从而根据接 收波形检测并定位手指触摸点，图： 另一种是内表面声波触摸屏，在表面声波触摸屏外面增加一层悬空的防 刮薄膜，此时的表面声波--当然它还是在玻璃表面前进--变成了夹层表面声 波，手触摸屏时薄膜代替手指阻挡声波，效果和手指直接触摸一样。图： 两种体波声波触摸屏除了 X、Y轴坐标之外，都还能检测用户手指压力的 大小。而体波触摸屏除了表面声波摸屏的一切优点外，还可用笔触摸，更兼 具不怕水、不怕任何污染的好处，甚至可以浸没在水下工作。体波触摸屏技 术非常新，目前还没有成型的产品，它几乎集所有触摸屏的优点于一身，作 为触摸屏的特性实在太诱人，有些公司正在致力加速它的产品化进程，相信 不久就可以奉献给用户。 （5） 表面声波屏性能特点 ★ 表面声波技术稳定，触摸精度高 表面声波技术非常稳定，表面声波触摸屏的控制器靠测量衰减时刻在时间轴 上的位置来确定触摸点，所以表面声波触摸屏非常稳定，精度也高，目前表 面声波技术触摸屏的精度通常是 4096*4096。 ★ 寿命长，清晰透亮 美国权威的电子师杂志的是：同一位置触摸 5千万次无故障，属于 半永久性的产品，极好的防刮性，透光率（〉90%），保持清晰透亮的图像质 量，没有色彩失真。 ★ 压力轴的响应 表面声波触摸屏还具有第三轴 Z轴，也就是压力轴响应。 这是因为用户触摸屏幕的力量越大，接收信号波表上的衰减缺口也就越宽越 深。在所有触摸屏中只有表面声波触摸屏和体波触摸屏具有感知触摸压力的 性能。有了这个功能，每个触点就不仅仅是有触摸和无触摸的两个数字开关 状态，而是成为能感知力的一个模拟量值开关了。 ★ 适用场合 表面声波触摸屏的上述特性和其它触摸技术的触摸屏相比，有较大的优越性， 尤其是能承受各种粗暴的触摸，最适合面对公共场所的触摸屏应用。 常用触摸屏的特性比较简表 类别 性 能 表面声波 电容 红外 五线电阻 四线电阻 清晰度 很好 字符图像稍模 糊 较好 字符图像稍 模糊 反光性 很少 较严重 有 有 透光率 92%（极限） 80%左右 92-100% 80%左右 80%左右 色彩失真 有 有 分辨率 4096*4096 4096*4096 目前最大 1000*720 4096*4096 4096*4096 压力轴响应 √ 漂移 主要缺陷 材质 纯玻璃 多层玻璃或塑 料复合膜 框架透光外壳 多层玻璃或 塑料复合膜 多层玻璃或 塑料复合膜 防刮擦 非常好 一般，怕硬物敲 击 较好，怕锐器 主要缺陷 野蛮使用 不怕 一般 不怕 好，但怕锐器 差 反应速度 10ms 15-24ms 50-300ms 10ms 10-20ms 多点触摸 智能判断 中心点 左上角 中心点 中心点 光干扰 无 无 不能超范围 无 无 电磁场干扰 无 有 无 无 无 缺陷 长时间灰尘积 累 怕电磁场干扰 不能挡住透光 部分 怕锐器划伤 怕划伤 寿命 单点触摸 》5000万次 3000万次 太多传感器 3500万次 500万次 左右 安装风险 有 易碎 外壳 有 易损坏 ITO 触摸屏的概念和特征 触摸屏，从市场概念来讲，就是一种人人都会使用的计算机输入设备， 或者说是人人都会使用的与计算机沟通的设备。人人都会使用，是触摸屏最 大的魔力，这一点无论是键盘还是鼠标，都无法与其相比。人人都会使用， 也就标志着计算机应用普及时代的真正到来。 从技术原理来讲，触摸屏是一套透明的绝对定位系统，首先它必须保证 是透明的，因此它必须通过材料科技来解决透明问题，像数字化仪、写字板、 电梯开关，它们都不是触摸屏；其次它是绝对坐标，手指摸哪就是哪，不需 要第二个动作，不像鼠标，是相对定位的一套系统。 触摸屏有三个基本特征： 1、透明。它直接影响到触摸屏的视觉效果。透明，在触摸屏行业里，只 是个泛泛的概念，很多触摸屏是多层的复合薄膜，仅用透明一点来概括它的 视觉效果是不够的，它至少应该包括四个特性：透明度、色彩失真度、反光 性和清晰度，还能再分，比如反光程度包括镜面反光程度和衍射反光程度， 只不过我们的触摸屏表面衍射反光还没有达到 CD 盘的程度，对用户而言， 这四个特性已经基本够了。 2、绝对坐标系统。触摸屏是绝对坐标系统，要选哪就直接点哪，与鼠标 这类相对定位系统的本质区别是一次到位的直观性。绝对坐标系统的特点是 每一次定位坐标与上一次定位坐标没有关系，触摸屏在物理上是一套独立的 坐标定位系统，每次触摸的数据通过校准转为屏幕上的坐标，这样，就要求 触摸屏这套坐标不管在什么情况下，同一点的输出数据是稳定的，如果不稳 定，那么这触摸屏就不能保证绝对坐标定位，点不准，这就是触摸屏最怕的 问题：漂移。技术原理上凡是不能保证同一点触摸每一次采样数据相同的触 摸屏都免不了漂移这个问题。 3、检测触摸并定位。各种触摸屏技术都是依靠各自的传感器来工作的， 甚至有的触摸屏本身就是一套传感器。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。触摸屏的传感器方式还 决定了该触摸屏如何识别多点触摸的问题，也就是超过一点的同时触摸怎么 办？有人触摸时旁边又有人触摸怎么办？这是触摸屏使用过程中经常出现的 问题，但目前没有很理想的解决办法。 触摸屏的基本工作原理 表面声波触摸屏 表面声波触摸屏的边角有 X、Y轴的声波发射和接收器，表面有 X、Y轴横 竖交叉的超声波传输，当触摸屏幕时，从触摸点开始的被部分吸收，控制器根据 到达 X、Y轴的声波的变化情况，根据声波传输的速度计算出声波变化的起点， 即触摸点。 电阻触摸屏：是一个多层的复合膜，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，上面再盖有一层塑料层，它的内表面也涂有一层透明的 导电层，在两层导电层之间有许多细小的透明隔离点把它们隔开绝缘。当手指触 摸屏幕时，平常绝缘的两层导电层在触摸点位置就有了一个接触，控制器侦测到 这个接通后，其中一面导电层接通 Y轴方向的 5V均匀电压场，另一导电层将接 触点的电压引至控制卡进行 A/D转换，得到电压值后与 5V相比即可得触摸点的 Y轴坐标，同理得出 X轴的坐标。这是所有电阻技术触摸屏共同的基本原理。 电容感应触摸屏：人是假象的接地物（零电势体）给屏幕表面通上一个很低 的电压，当用户触摸屏幕时，手指头吸收走一个很小的电流，这个电流分从触摸 屏四个角或四条边上的电极中流出，并且理论上流经这四个电极的电流与手指到 四角的距离成比例，控制器通过对这四个电流比例的计算，得出触摸点的位置。 红外线触摸屏：红外线触摸屏，是在显示器屏幕的前面安装一个外框，外框 里有电路板，在 X、Y方向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。当有触摸时，手指或其它物体就会挡住经过该处的横竖红外线， 由控制器判断出触摸点在屏幕的位置。 常见触摸屏的触摸感应介质 目前市场上常见的触摸屏有表面声波屏、电阻压力屏、电容感应屏和红外线感应屏，不同的触摸屏对 触摸感应介质有所不同，为帮助使用者操作触摸屏，在此对其感应介质作一介绍。 表面声波触摸屏：手指（戴手套也可、非指甲）、橡皮等较软的能与玻璃完全吻合的物品。 电阻压力触摸屏：手指、光滑的小棍棒等任何能给触屏以几十克压力的物品，锐器除外。 电容感应触摸屏：仅能以肉体如手指（非指甲）操作。 红外线触摸屏：任何直径较小（一般直径 10毫米左右为宜）的能遮挡光线的物品。 任何触摸屏不管您用何种介质触摸，只需要您轻轻触摸即可。 不同触摸屏的简单区别 从屏体本身区别： 表面声波触摸屏：纯玻璃材质，屏体的左上角和右下角各固定了竖直和水平 方向的楔形超声波发射换能器，右上角则固定了两个相应的楔形超声波接收换能 器。屏体的四个周边则刻有 45 度角的精密的反射条纹。到控制器的线一般为圆 形的信号电缆。至于是哪个品牌的屏体，则直接看屏体上的商标和有关标识。目 前有 ELO 和 Generaltouch两种表面声波触摸屏。 电容感应触摸屏：多层复合膜玻璃底层，玻璃屏的内表面和夹层各涂有 ITO 导 电层，最外层是只有 0.0015 毫米厚的矽土玻璃保护层，屏体的四周有不规则分 布的氧化银线段，在屏体的四个角或四条边上引出四个电极，到控制器的线一般 为圆形的信号电缆。屏体的透光度没有玻璃好。屏体看不出规则的麻点。目前只 有Microtouch一种品牌。 电阻压力触摸屏：一般为玻璃（或有机玻璃）底材多层复合膜，玻璃（或有 机玻璃）作为基层，表面涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层外表面经过硬 化处理、光滑防刮的塑料层，它的表面也涂有一层透明的导电层，在两层导电层 之间有许多细小的透明隔离点。电阻屏的外表如果用手触摸用心感触它是软的， 在较好的光线下可以看出屏体上的细小的规则的透明隔离点。到控制器的线一般 为扁平的氧化银信号线。一般（并非绝对）从该信号线中信号线的根数多少，分 为 4线、5线、6线……触摸屏。屏体的透光度没有玻璃好。 电阻压力触摸屏目前市场上主要有四线、五线电阻触摸屏，并有较少品牌的六线 电阻触摸屏，其它多线电阻触摸屏一般需要订购。 四线电阻触摸屏区别于五线、六线电阻触摸屏的最明显处是：四线电阻触摸 屏的屏体出线均是两层线粘贴在一起的（有的屏体出线可能是 5 条），而五、六 线电阻触摸屏的屏体出线均是单层并列的。 五线电阻触摸屏目前市场有：ELO 、Microtouch和 Onetouch等品牌。 四线电阻触摸屏目前市场有：Onetouch、Ronics和 G_touch、Magic、Groovy 等，一些其它品牌的四线电阻触摸屏也正在进入大陆市场，用户应谨慎选购。 六线电阻触摸屏目前以"突破"品牌进入大陆市场为先。 红外感应触摸屏：红外感应触摸屏用户很好识别，红外感应触摸屏一般都有 一个外框，框里有电路板，在 X、Y方向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。红外屏有外挂式和内置式区分，外挂式较厚，一 般在 10 毫米左右；外挂式有纯边框结构的，也有带玻璃托板的，内置式一般都 带玻璃托板。目前国内市场主要有 Unitocuh（国产）和日本的 Minato 品牌（价 格较贵）。 从控制盒区别： 根据控制盒上的产地、商标及型号、产品号等区别是何种触摸屏，有些控制 盒是原厂生产，有些控制盒则是国内一些公司自制，这一般只有专业人士才可以 明显区分。 从触摸屏控制盒（器）与计算机的连接方式上区分： 各种触摸屏与计算机的连接，一般都与计算机的串口相连（也有 USB接口 的），是信号部分；同时触摸屏还需要电源输入部分，由计算机供给。ELO 产品 均从计算机的主板键盘接口取电，属 5V工作电压；Generaltouch表面声波触摸 屏的控制盒需要 12V的电源输入，则需要与计算机的电源直接连接。其它触摸屏 控制盒多从计算机主板的键盘接口取电。 从触摸屏的驱动程序区分： 结合以上几点，再看触摸屏驱动程序的界面即可更准确的区别是何种触摸 屏。 不同触摸屏的适用场合 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。但其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，可能需要定期的清洁服务。 电容感应触摸屏：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。需要经常服务：校准、定位。 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。 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 于固定用户的公共场所，工业控制现场，办公室，家庭等。 红外线感应触摸屏：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。 目前，国内市场触摸产品经销商将触摸屏的透光率过分夸大，这是对购买者 的一种不尊重行为。 应该说，目前最好的透光材料是玻璃，所以我们会看到在所有需要透光 的场所都选择玻璃作为透光材料，如楼房的窗户、汽车、飞机的门窗等，包 括我们的眼镜片都用玻璃。 就玻璃的透光性来说，玻璃有两个表面，光线经过玻璃时，玻璃的每个 表面都将反射掉 3%的光，这样单层玻璃的最大透光率最大只能到 94%。 表面声波触摸屏为纯玻璃透光材质，所以表面声波触摸屏的最大透光率 为 94%。 表面声波屏 电阻压力触摸屏透光率就大打折扣了。电阻压力触摸屏一般由玻璃底层、 两层塑料层和 ITO 涂层，至少有四层（八个面）的光反射，这样看来电阻压 力触摸屏的透光率应在 75%左右。 电阻压力屏 电容触摸屏的透光度也基本上了解啦。 个别经销商介绍某种触摸屏的透光率在 95%或 98%，这显然是不科学的。 当然有些光线本身的穿透性强，如红外线，但这不是我们日常生活和工作中 遇到的光线，更不是显示器显示出的文字和图片的光线。 等离子电视的工作原理 等离子显示屏是由相距几百微米的两块玻璃板，中间排列大量的等离子腔密封组 成的。每个等离子腔都充有惰性气体。对其施加电压，就产生紫外光，激励平板 显示屏上的红绿蓝三基色荧光粉发光。每个等离子腔体等效一个像素，其工作机 理类似普通日光灯。由这些像素的明暗和颜色变化，合成各种灰度和色彩的电视 图像。 所以，成像原理与显像管成像不同的 PDP具有超薄约 8厘米、重量轻、视角宽 （170 度）、高解像度、超清晰、高对比度、高的亮色均匀性、高图像重显率、 多种音效、多种画效、可变色温、不会因地磁影响而有色彩漂移、几何失真及噪 音等优势。此外，高科技玻璃屏具有环保特性：低环境光反射、无 X线辐射。 PDP的关键部件分六大块：等离子显示屏体（PANEL）、屏蔽玻璃（EMI filter）、 电源（PSU）、接口电路（VSC）和驱动电路、外壳 Cover 组成。除了显示屏外， 驱动电路是最重要的构成部分，驱动电路包括信号存储控制和高压驱动两部分。 信号存贮控制是将接口送来的数字图像信号进行子场分离，实现灰度控制。 TFT-LCD显示驱动技术的发展 　　 1 　 引言　 　　自人类进入信息时代以来，信息显示技术在人们社会活动和日常生活中的作用日益明显。 LCD 显示技术具有低电压、微功耗、平板化等特点，并与半导体集成电路技术紧密结合，已成 为信息时代显示技术的主流。其中 TFT-LCD技术又以其大容量、高清晰度和全彩色视频显示成 为 LCD显示的主导技术。　 　　本文介绍了 TFT-LCD的显示原理及其驱动技术，并对其未来研究的热点技术作了介绍和分 析。 2 TFT　　 -LCD显示原理　 LCD　　 显示模式早在上世纪 60年代就已出现，并于上世纪 70年代形成扭曲相列型 TN-LCD 产业，主要应用于电子手表、计算器当中。到上世纪 80年代中期开发的超扭曲相列型 STN-LCD 产品，在显示品质上相比 TN-LCD 有了很大的进步。随着应用领域的不断扩大，TN 和 STN 显 示模式由于其固有的不足已无法适应显示技术的发展，其缺陷主要表现在交叉效应严重、显示容 量小、响应速度慢等。 TFT　　 -LCD显示技术彻底克服了上述两种显示方式的不足，其像素结构如图 1所示。薄膜晶 体管的作用是把显示像素和扫描电极很好的分隔开来。当扫描信号到达某一行时，这一行上所有 的 TFT 单元同时打开，实现数据线和液晶像素之间显示信息的传递，使显示像中存储相应的电 荷，而此时其它行的 TFT 关断而不与数据线相连；当扫描信号撤消时，本行所有像素上储存的 电荷因 TFT关闭而一直保持，直到下一个扫描信号到来。　 　　在显示过程中，由于在某一时刻只有一行单元被选中，其它行都处于非选状态，从而彻底 消除了交叉效应；同时，由于液晶显示像素的存储效应，只有 TFT 单元的泻漏电流足够小，写 入的显示电荷在一帧时间内可基本保持不变，就能实现占空比接近 100%的静态显示效果。因此 TFT-LCD显示方式完全有能力从根本上克服 TN和 STN-LCD显示的固有缺陷。　 　　与MOS管的工作原理相似，在一般情况下，TFT像素工作在饱和区，其导通电流 Ion表示 为： Ion=1/2µCoxW/L(VGS-VT)2 (1) 　　 　　当 TFT处于关断状态时，泄漏电流为　 Ioff =qdsnµW/LVDS (2) 　 　　　　 　　式中 q、n、µ、W、L 和 ds 分别为电子电荷量、电子密度、载流子迁移率、沟道宽度、沟 道长度和有源区沟道厚度。　 　　为了保证显示质量，TFT-LCD器件参数必须满足一定条件。首先，为使像素电容能在每一 行寻址时间内完成充电过程，信号取样 TFT的导通电阻 Ron　应满足下式　 Ron ·Ci<　 　　式中：Ci、tw 分别为像素电容、行周期。为了使关断时液晶像素上的显示电荷在一帧时间 内基本保持不变，还要求 TFT管的漏电流足够小，即有 Roff ·Ci>>tF (4) 　 　　　　 TF　　 为帧周期的大小，由以上关系得到 TFT像不比开关比 Ron/Roff　应满足以下关系：　 Roff/Ron >>tF/tw (5) 　 　　　　 　　一般情况下，要求开关比至少大于 104，在显示品质良好的 TFT-LCD中，开关比要求大于 106。　 　　通过以上分析，为了得到良好的显示结果，要求尽量提高导通电流 Ion，降低泄漏电流 Ioff。 由式（1）可知，可以通过提高载流子迁移率 µ、栅极电容 Cox、沟道宽长比W/L以主降低阈值 电压 VT来增大 Ion，但从式（2）得出，提高 µ和沟道宽长比又受到漏电流 Ioff的制约，而且W 和 L的变化还分别受开口率和光刻精度的限制。　 　　到目前为止，TFT-LCD中薄膜晶体管主要采用 a-Si材料，原因是它适合普通半导体工艺制 造，而且成本低廉。但 a-Si有其固有的一些缺陷：a-Si中电子的迁移率 µ很低，而 TFT器件的 开态电流与 µ和宽长比成正比，因此 a-Si TFT中开态电流的增大主要依靠提高沟道的宽长比来 实现，这一方面增大了面积和成本，同时在一定程度上降低了整个显示器件的开口率，影响了显 示的品质。 Poly　　 -Si中载流子的迁移率较 a-Si明显增加，因此在相同的开态电流下可以极大的减小 TFT 单元尺寸，而且由于 Poly-Si可以实现 TFT显示屏与周边驱动电路的集成，从而不仅使整个器件 的体积更小、成本更低，而且提高了系统的稳定性和成品率。 　　综上所述，在设计 TFT器件时，要综合考虑上述各种因素和工艺能力以及成本的影响，以 选定合理的器件及参数。 3 　　 TFT-LCD驱动技术分析　 　为了驱动一块 TFT液晶显示屏，需要两组信号：显示数据信号以及行扫描信号。从驱动系统 的角度来看，这两组信号分别由两种驱动芯片来实现：显示数据驱动器和行扫描驱动器。 　　数据驱动器负责 R、G、B三色数据信号的接收、采样和保持，经 D/A转换后输出实际驱动 信号；扫描信号驱动器产生逐行扫描信号，从而实现对 LCD显示像素的寻址。目前的数据驱动 器一般都采用数字式接口形式，虽然模拟式接口在理论上能得到更好的显示效果，但由于和现有 接口不匹配且实现起来难度较大，在实际中很少采用。因此数字式接口可实现与现有接口之间的 良好匹配，三基色数字信号经过移位转变成并行数据，可储在显示 RAM当中。在锁存脉冲的控 制下，显示 RAM中数据经过 D/A转换后驱动液晶显示屏。　 　　在 TFT-LCD中，采用三个子像素组成一个像点的办法来实现彩色显示，每个子像素对应三 基色中的一种。目前子像素一般排列在水平方向（即行驱动电极上）. 　　若每个子像素用 8位二进制数据表示，则能显示共 28=256级灰度，因此一个像素共计有（28） 3=16M　 种色彩。如此大的高精度数据量对驱动器的设计提出了很高的要求。从显示规模上看， 一方面，在帧频不变的情况下，显示容量的不断增大导致像素电容充电时间不断减小，而在此同 时数据驱动器的移位时钟频率必须提高，目前常见的频率已经达到 40～60MHz，频率再高，EMI 电磁干扰就会非常严重。另一方面，为了获得高响应速度，数据驱动器的输出必须具有很强的驱 动能力，目前一般在输出级采用电压跟随器来实现，由此带来很大的静态功耗。从显示精度上看， 显示色彩的对比度取决于驱动电压的精度，在一个子像素上要求体现出 256级稳定的电平差别， 对模拟运放精度的设计提出了极高的要求。因此，提供数据的并行处理能力和各级运放的精心设 计是决定数据驱动器品质的关键所在。　　　 在液晶显示中，为了防止液晶老化，需要采用交流驱动信号。目前比较常用的有帧反转、行反 转、列反转和像素反转技术。前两种方法功耗较小，但在驱动电压极性转换时在扫描电极上产生 很大的压降，导致电极之间的信号串扰而影响显示效果；列反转和像素技术通过提高驱动电压极 性转换的频率，使电压极性转换时产生的电流仅在相临的像素之间流动，从而提高了像素电压到 达稳定点的速度，减小了水平方向上的串扰，明显改善了显示质量，其缺点是功耗比较大。一般 在分辨率高、对显示品质要求较高的场合下考虑采用列反转和像素反转技术，否则采用帧反转或 行反转也可满足要求。 　　综合上面的分析可以得出，只有液晶材料和驱动技术上都加以精心设计，才能获得好的显 示品质。　 4 　　 结语　 TFT　　 -LCD产业由于材料性能、制造水平的不断提高，在近几年得到了长足的发展，市场占 有率很高，已成为平板显示的主导产品。随着相关技术的进步，我们期待着使用纸张式信息终端 进行随时随地交流的时代早日到来。