手机触摸屏设计规范

Q/××× ××××—×××× 目录 目 录 前 言 第一章 触摸屏概述 1.1 基本概要 1.2 基本结构 1.3 基本原理 1.4 基本分类 第二章 触摸屏主要技术参数 2.1 光学特性 2.2 电气特性 2.3 机械特性 2.4 结构特性 第三章 设计及装配注意事项 3.1 电路和软件设计注意事项 3.2 结构设计注意事项 3.3 装配注意事项 3.4 使用注意事项 第四章 触摸屏选择指引 第五章 TCL移动触摸屏测试标准 前 言 当前，随着智能手机的推出以及逐渐普及，触摸屏在手机/PDA上的应用越来越频繁，也越来越重要。下图为专业机构提供的触摸屏未来市场需求预测，主要触摸屏厂家2003年市场份额对比和2003年使用触摸屏的产品比例对比。 可见触摸屏在手机等手持产品中的使用将日益普遍，但在触摸屏设计应用方面我司尚无相关的规范和标准，在前期项目开发和生产过程中出现了品质不良等问。为了改善此情况，在公司自主开发的智能手机手机开发经验以及与多家供应商合作的 基础上，编写了此触摸屏设计指引。 一. 触摸屏概述 1.1 基本概要 俗称的触摸屏全称应为透明触摸面板（Transparent Touch Panel），简称TTP。一般置于液晶等画面上起透明开关作用，触摸画面则可直接输入。其做为输入设备具有简单、方便、节省空间等优点。 触摸屏种类很多，有电阻式、电容感应式、红外式、面声波式等等，电阻式因其结构简单，功耗低、成本低等优势，占据了PDA及手机等手持设备上的主要市场，其中最主要是4线电阻式触摸屏。 下面就主要介绍四线式电阻式触摸屏的工作原理，主要技术参数和设计要点等。 1.2 基本结构 电阻式触摸屏主要由上部电极，下部电极，接插件等3个基本结构组成（见图一）。 上部电极：有ITO膜的PET胶片。 下部电极：有ITO膜的PET胶片、玻璃或塑料，上面印刷有规则的绝缘小突起。 接插件： 插入上部和下部电极之间热熔接于TTP与装置之间的连接。 双面胶层：用胶粘力固定上，下部电极并且使上、下部电极保持一定间隔。 ITO(氧化铟)膜：透明导电膜。非常薄，即透明又导电。 图 一 结构及电路连接示意图 1.3 基本原理 电阻式触摸屏是一块多层复合薄膜，由一层玻璃、塑料或PET Film作为基层，表面涂有一层透明的导电层（ITO，氧化铟），上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的PET Film，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绝缘。当手指接触屏幕，两层ITO导电层出现一个接触点导通，可参考动作示意图二。 图二 动作示意图 假设触摸屏为Flim－Glass结构(如下图三所示), X在Glass层检测,Y在Film层检测。如下图四所示，在上面板Film上加一电压则从下面板的Glass上可检出X轴电压，经A/D转换后即可得X轴坐标。同理在下面板Glass上加一电压则可从上面板Film上检出Y轴电压，经A/D转换后即可得Y轴坐标。如此动作交替读取X、Y轴的DATA构成一个位置点的DATA。这就是电阻式触摸屏的基本工作原理。注意的是在上下电极没有接触好时会产生接触电阻，有时接触和非接触反复会导致输入信号混乱，不能形成正常的DATA而出现飞线等异常情况。 在电阻式触摸屏起导通作用的ITO（氧化铟）为弱导电体，特性是当厚度降到1800个埃（埃＝10-10米）以下时会突然变得透明，透光率为80％以上。ITO膜比较薄且容易脆断，涂得太厚又会降低透光且形成内反射降低清晰度，ITO膜外虽多加了一层薄塑料保护层，但依然容易被锐利物件所破坏；且由于经常被触动，ITO使用一定时间后会出现细小裂纹，甚至变形，如其中一点的外层ITO受破坏而断裂，便失去作为导电体的作用. 图三 Film－Glsaa 结构示意图 检测X坐标（Glass） 检测Y坐标（Film） 图四 XY坐标检测示意图 1.4 基本分类 在现有手持电子产品中使用的触摸屏上电极一般为PET Film，下电极材料根据各具体情况和要求而选用Film，Glass或Plastic。根据上下电极材料的不同组合，触摸屏主要可分为Film-Film（FF/FFSA），Film-Glass(FG)，Film-Film-Glass(FFG), Film-Plastic（FP）等。其优缺点可参见下表一： 类别 透过率 机械强度 价格 重量 厚度 其他 FF 较好 好 高 轻 薄 直接有力作用在LCD上影响显示效果 FFSA 较好 好 较FF高 轻 薄 直接有力作用在LCD上影响显示效果 FFG 好 跌落易碎 较FG高 重 较薄 玻璃碎后仍可有效工作 FG 好 跌落易碎 低 重 较薄 FP 差 较好 较高 较轻 厚 FFP 差 较好 较FP高 较轻 厚 塑料层受损后仍可有效工作 表一 分类优缺点对照表 其中上电极PET Film的材料主要有Single layer和Double layer两种，两种材料的厚度一样。其中Single layer其硬度可达3H以上，价格较便宜，流通量大，主要用于一般标准产品。double layer 由两片film组成，相对比较柔软，其特点是硬度较Single Layer小，耐磨性比Single layer高，防飞线性比Single layer强。但相应的其价格也较贵，一般用于较高要求的制品。 二. 触摸屏主要技术参数 2.1 光学特性 因为触摸屏是覆盖在LCD显示屏上方，因此其光学特性对LCD的显示效果有着极其重要的影响。 2.1.1透过率（Transparency） 透过率为触摸屏的一个重要参数，透过率大小与Film和Glass的材料均有关。通常触摸屏透过率在80%至90%之间，随参数要求的提高成本也相应提高，需视具体使用场合选择适宜的透过率。对光学特性要求较高的彩屏手机需要较高的透过率，目前我司要求供应商提供触摸屏透过率为85%左右。85%透过率的触摸屏比80%透过率的触摸屏价格大概高10%. 2.1.2 防牛顿环（Anti-Newton-Ring/ANR） 牛顿环分圆环状的规律性和圆弧状的非规律性牛顿环，当触摸屏材料和设计不当时在使用中尤其在强光如太阳下易看到牛顿环，其会导致文字和直线失真，严重影响显示效果。检验牛顿环标准为用三波长荧光灯，目视距离0.3m以上，以60度角度进行目视检查，一般牛顿环面积大小超过触摸屏面积的1/3，造成文字失真和直线变形的为NG。防牛顿环设计一般是使用Anti-Newton-ring的Film来实现，其价格比一般设计高些。 2.1.3 防反射（Anti-Reflection/AR） AR技术主要是在Glass和Film加附特殊涂层来降低反射而提高透过率。另外还可以通过增加偏振Film和1/4波长阻滞层来降低反射率。具体原理可见下示意图五。加了AR涂层可降低6％左右的反射，提高透过率。而加了偏振Film可降低7％左右的反射但同时透过率也有所牺牲。 图五 低反射技术示意图 2.1.4 防污迹（Anti-Glare/AG） 因为使用中触摸屏表面易产生手指印等污迹且难擦除，而AG技术可以降低TP表面的手指印的附着和更容易擦除所存在的污迹，从而可提供触摸屏的显示效果。 综合ANR,AR,AG技术的FF设计其结构组成可见下图六，FG，FP结构的设计原理一样。 图六 综合AG,AR,ANR的FF设计结构示意图 2.2 电气特性 2.2.1回路电阻 Film 和Glass的引线端电阻不同厂家不同设计均不同，一般范围为Film：150-600Ω，Glass：150-900Ω 2.2.2绝缘阻抗 绝缘电阻一般为20MΩ（DC25V） 2.2.3操作电压 操作电压（Operating Voltage）一般为5V(DC),最大为7V(DC). 2.2.4线性度 线性度（Linearity）一般小于1.5％ 2.2.5抖动时间 抖动时间（Bouncing Time）一般小于10ms。 2.3 机械特性 因为使用触摸屏时是直接在其表面进行写等操作，触摸屏与人和环境是直接接触的，故其机械特性是衡量其使用可靠性和寿命的重要特性。 2.3.1表面硬度 表面硬度一般要求为2H以上。Film为Single Layer材料的比Double Layer的硬度大些。 2.3.2 点击寿命 点击寿命为衡量触摸屏使用寿命的一个重要指标，一般要求依下测试条件进行100万次以上触摸屏的回路电阻，绝缘阻抗和线性度等电气性能仍符合要求。 测试条件： a.点击笔――笔尖为R0.8mm的POM笔 b.点击力度——2.45N(250g力) c.点击速度——1次/s d．电气负荷——无 2.3.3 划线寿命 划线寿命同点击寿命一样为衡量触摸屏使用寿命的重要指标，一般要求依下测试条件进行10万次以上触摸屏的回路电阻，绝缘阻抗和线性度等电气性能仍符合要求。 测试条件： a. 划线笔——笔尖为R0.8mm的POM笔 b. 划线力度——2.45N(250g力) c. 划线速度——60mm/s（单方向划60mm为一次，返回则为第二次） d. 电气负荷——无 2.4结构特性 要保证触摸屏使用的寿命和可靠性在触摸屏的设计时一个重要的要素是要依LCD和外壳主面尺寸来设计。下面就简单介绍触摸屏自身的关键尺寸，结构以及设计时的要求和特点。 2.4.1触摸屏区域划分 假设一触摸屏如图七所示，将其边缘区域A放大则如下图八，其中各区域的特点和设计要求见表二。 图七 触摸屏区域示意图 图八 T/K A区放大图 区域 区域说明 一般设计要求 耐磨性 活动区T/K AA T/k所有的规格都被保证的区域 稍大于LCD的AA区 10万次以上 可视区 T/K VA 呈现透明状可用于输入的领域 大于T/K的AA区1mm以上 避免落笔 绝缘区 T/K Insulation 用来防止上下电极交汇处有误操作的区域 大于T/K的AA区0.5－1mm以上 禁止使用 走线区 Wiring 用于上下电极走线的区域 其宽度与厂家的生产工艺水平有关，一般为1－2mm 禁止使用 表二 T/K区域设计要点 从上表二的设计要点来看要LCD的AA区到边框要有约3mm的距离才能保证触摸屏的可靠性能，所以并不是所有的LCD都适合使用触摸屏。触摸屏与LCD一起的结构配合可见图九。 图九 T/K和LCD配合示意图 2.4.2外壳窗口设计要点 为保证触摸屏的可靠使用，外壳设计与触摸屏的配合也非常重要。一般手机外壳窗口应位于触摸屏的可视区和活动区之间，如下图十所示。 其中要注意外壳和触摸屏之间的缓冲垫圈（棕色部分）一定要在触摸屏的AA区外，同时要考虑装配误差，否则会导致触摸屏误操作，另外一般缓冲垫厚度要大于0.4mm。 图十 外壳与T/K配合示意图 2.4.3触摸屏厚度 不同材料不同设计的厚度均不同，一般来说F-F设计的最薄，F-G设计的次之，F-P设计的相对较厚。具体可参见第一章的基本分类表。实际设计中可依LCD和手机空间进行选取相应设计。现主流触摸屏产品一般PET Film的厚度为0.1－0.2mm，一般为0.17mm左右，Glass的厚度为0.5－3mm，一般为0.5、0.7、1.1mm等，Plastic的厚度为0.8－3mm。 三.设计和装配注意事项 3.1电路及软件驱动设计注意事项 触摸屏控制器的工作原理是平时处于低功耗模式,触摸屏上一端接地(如Y1).点击触摸屏后,X1被拉低至地产生中断请求.进入工作模式后，触摸屏控制器交替 X及Y轴输出基准电压,对另一轴上分压后的电压进行A/D转换后计算得出X,Y轴坐标. 为将X.Y轴坐标映射到LCD上的对应点，必须设定基准,此过程即为校准(或称定位),定位的准确程度决定点击的准确率.因为部分A/D转换器没有温度补偿，参数随温度变化会有所漂移,会造成定位时与使用时同样的测量值并不对应同样的位置，此时需要重新定位。同时为保证设计在工作温度范围内均可正常工作，必须对高低温情况下的触摸屏使用情况进行测试。 另外,在中断输入端子注意加滤波电容滤除干扰信号,并注意该电容值不要太大(一般在0.1UF以下),以免影响触摸屏线形度.在PCB设计时,务必注意触摸屏四线对周围高速数字及射频等干扰信号的隔离. 编写触摸屏控制器驱动程序时,在读取数据时需注意去抖动设计,尤其是在某些灵敏度较低的触摸屏,如果不进行此项处理,因在较小力度点击时接触电阻较大,会导致检测到的位置与实际点击位置不相符,即出现飞线故障.具体方法视实际触摸屏情况进行调整,达到准确与速度的平衡. 3.2 结构设计注意事项 1. 因触摸屏使用不当时会造成线性度变差甚至失效等，故设计时要将触摸屏做为消耗品进行结构设计，结构上要方便拆装。 2. 手写笔头的材料可采用POM或PC，两者对触摸屏的磨损影响不大，但采用POM材料，笔尖本身较不易磨损。 3. 手写笔的笔尖R对触摸的磨损影响很大，建议要大于大于或等于0.8mm。 4. 为避免触摸屏受力时压到LCD显示屏，在触摸屏玻璃与LCD玻璃之间应留有0.3mm的间隙。同时要注意这一间隙的密封防尘，以避免灰尘的进入。 5. 触摸屏的尺寸设计主要是根据LCD的外形尺寸、显示区域、手写笔的直径进行综合考虑确定。下图是一个典型的触摸屏与机壳、海绵垫、手写笔的装配关系图。 触摸屏的主要尺寸设计要点如下： 1 触摸屏的边框尺寸（Frame）设计参见下图： FPC引出侧的边框尺寸MIN 3.5。 其余3侧的边框尺寸NIN 1.5，考虑到支撑的PORON不能做的太窄，建议为2.0以上。 2 有效工作区域（Active Area）尺寸设计。有效工作区域是可以确保正确输入的工作区域。受到触摸屏的工艺要求，有效工作区域与触摸屏的边框需有一定的间隔，参见下图。这一间隔区域称为不稳定区域（Indefinite Area），这一区域是不允许手写笔在此区域点击和书写，更不允许PORON垫或机壳压到，否则后引起输入错乱甚至导致触摸屏损坏。 3 机壳的视窗边界尺寸。机壳的视窗边界尺寸除了有视觉的分割作用外，还有一个很重要的作用是和手写笔一起确定了实际的操作区域。为了确保输入的正确性和避免触摸屏的损坏，实际的操作区域必须小于触摸屏的有效工作区域，即下图中的C尺寸必须小于手写笔的半径。 3.3 装配注意事项 1 确保装配环境的洁净度较好，以免尘等异物残留在LCD和TP之间,拿TP时需戴手套或指套操作。 2 TP取出时要拿触摸屏的玻璃边缘，不要拿FPC部分。 3 插入FPC连接器时不要过力拿弯折FPC引脚，以避免FPC导电引脚断裂而导致功能不良。 4 在装配过程中不要给TP的表面施加过大的力。 5 装配中发现的污渍清洁注意用酒精润湿软布来清洁玻璃表面（下面板）上的污染，用干的软布（不可以沾酒精或其它清洁剂） 清洁PET胶片（上面板）上的污染，不允许酒精等清洁剂渗入上胶片和底玻璃连接处，否则会引起胶片剥离和错误动作。 6.装配时不要将TP迭放以避免TP的边缘刮伤另一片TP的表面。 3.4 使用注意事项 1触摸屏表面是软的、易刮花，操作触摸屏要小心以免划伤。 2 操作触摸屏时禁止使用手写笔外的如指甲、圆珠笔等尖锐硬物来输入内容。 3 使用触摸屏时力度不要过大，一般要求小于250g力即2.45N。 4 触摸屏使用一段时间后输入零点位置会偏移，需重新进行零定位点校准以确保使用效果。 5 对于触摸屏表面上尘、手指印等污迹用干的软布（不可以沾酒精或其它清洁剂）来进行清洁。 6.不要跌落、摔打手机，以避免触摸屏玻璃被打破而失效。 四 触摸屏选择指引 下表三为触摸屏设计选择主要参数推荐值供参考，具体设计尚与LCD尺寸和机壳结构等有关： 　 　 触摸屏设计指引 项目 推荐值 说明 透过率 85% 透过率越高显示效果越好而价格越高 防牛顿环 否 防牛顿环设计价格较高，透过率会降低，一般日本厂家的非防牛顿环的也能满足使用要求，而国内的则差些 回路电阻 Film，Glass 其值有赖于具体的TP设计 绝缘阻抗 20MΩ DC 25V 表面硬度 3H 　 TP结构 FG 可依具体的LCD和特殊要求，如要轻要薄则可选用FP,FF结构 TP厚度 依具体设计 其中Glass厚度推荐用0.7mm，如果空间不够可用0.5mm的Glass，但机械强度会有所降低 Film材料 Single layer 在结构设计保证使用可靠的情况下可采用Single layer AA区长宽 大于LCD AA区0.5mm以上 要保证TP在LCD的AA区内操作是可靠的 走线宽度 1mm 该宽度有赖于厂家的生产工艺水平，日本厂家较国内和台湾（一般2mm左右）可做的较窄 VA区长宽 AA区长宽各加上手写笔半径 设计要保证使用时避免落笔在AA区和VA区之间区域 绝缘阻抗 20MΩ DC 25V 点击寿命 2.45N 100万次 笔尖为R0.8mm的POM笔1次/s的速度进行测试 划线寿命 2.45N 10万次 笔尖为R0.8mm的POM笔60mm/s的速度进行测试 表三 触摸屏设计指引 五．TCL移动触摸屏测试标准 经前期项目磨合，我司中试部已对触摸屏制定了我司的检验标准。 1. 环境试验要求同我司整机测试条件，具体可参考中试试验要求。 2. 点击试验为笔尖为R0.8mm的POM笔，2.45N的力点击100万次后TP表面无明显划痕，电性能仍满足要求。有机械点击和人工点击两种。 3. 划线试验为为笔尖为R0.8mm的POM笔，2.45N的力划线10万次后TP表面无明显划痕，电性能仍满足要求。有机械划线和人工划线两种。 附录： 目前触摸屏生产厂家主要集中在日本，美国，台湾，以及大陆。其中主要原材料基本来自日本，而日本厂家也掌握了最先进的设计和工艺技术，在市场上占据主要地位。 其中第一阵营为日本的GUNZE，NISSHA两家触摸屏制造商，各占据了全球市场15%左右的份额。第二阵营为如FUJITSU，SMK，MATSUSHI，PANASONIC等日本厂商，各占据了4%~5%左右市场份额（可参考引言部分的市场份额分布图）。台湾厂家主要有E-TOUCH（YOUNG-FAST）等，国内厂家有广州华意，恒利达，TRULY等，市场份额相对较小。目前从产品品质看，日本最好，台湾其次，而大陆厂家相对较差。而价格也是相应递减。以同等规格的2.2英寸触摸屏为例，国内厂家的价格大约为￥11.0左右，而台湾厂家为$2.00,日本厂家则为$2.2~$3.0左右。 通过前期一些项目的试验及磨合，日本厂家制造的触摸屏在灵敏度，光学特性，可靠性等方面有较大优势，建议选用主流的且跟我司有长期合作关系的供应商如PANASONIC，NISSHA等厂家的产品。 �移动触摸屏设计规范 图3.2.5 Confidential of TMC page: 2 2