2007年10月8日星期一

觸控面板基本原理



觸控技術動作原理

數位式技術觸控原理是以透明導電玻璃(ITO Glass)及透明導電薄膜(ITO Film)各依X、Y軸佈線,上下線路交錯處即形成一開關(Switch),按壓即產生ON/OFF作用,動作較為簡單。

而Film On Glass技術(即類比電阻式),其技術原理是以透明導電玻璃及透明導電薄膜各依X、Y軸佈線,在上下部透明電極設有隔層(dot spacer),以手指、筆或其他介質對上部電極施加壓力,使上下部電極間接流通,產生電位差,上下線路交錯處即形成一開關(Switch),按壓即產生ON/OFF作用,ON/OFF信號再經由排線傳給控制器(Controller)處理,進一步計算施壓處的座標位置。

由於四線電阻式觸控面板其內建之控制器會交替偵測X軸及Y軸之電壓值,X軸及Y軸皆佈滿了電阻網路,此電阻網路上層導電薄膜,藉由手指或筆之壓力,導電薄膜會和下層導電玻璃電阻網路短路,而改變其電壓值,控制器由偵測電壓之變化,進而計算出手指或筆之軌跡。目前較具規模觸控廠家皆自己設計控制器,但其實一般四線電阻式用的控制器已經內建並規格化,廠家可直接出貨至下游模組廠組裝。

工作方式:
當手指觸碰基本原理。Sensor時,會有一類比訊號輸出,由控制器將類比訊號轉換為電腦可以接受的數位訊號,再經由電腦裡的觸控驅動程式整合各元件編譯,最後由顯示卡輸出螢幕訊號在螢幕上顯示出所觸碰的位置。

Sensor:
依照構照和感測形式的不同可區分為 電阻式觸控面板、電容式觸控面板、光學式觸控面板、聲波式觸控面板、電磁式觸控面板

A/D Controller:
目前最泛用的為利用USB埠傳輸的控制器,控制器的功用是將Sensor所傳送過來的類比訊號轉換為數位訊號,再經由驅動程式去判別,利用觸控驅動程式的各種設計和功能增加可以做到各種變化,例如呈現多國語言方便客戶使用,增加手寫辨識功能、多螢幕系統的支援、電腦遊戲的支援等等,除了可以增加觸控螢幕的附加價值之外尚可以依照客戶需求做客製化的軟體設計。

電阻式觸控面板

電阻式觸控面板主要組成包含上下兩組ITO導電層、間隙物及電極。先以ITO玻璃為基板,上面疊合一層ITO Film,中間散佈間隙物支撐,使上下板不會因距離過於貼近而意外導通,邊緣再印上銀電極以提供外接電源。觸控時利用壓力使上下電極導通,經由控制器測知面板電壓變化而計算出接觸點位置。


工作原理:
由ITO Film和ITO Glass所組成,中間由DOT所隔開,在ITO Film和ITO Glass之間通入5V的電壓,藉由手指或觸控筆去觸碰ITO Film形成凹陷然後下層的ITO Glass接觸而產生電壓的變化,再經由A/D控制器轉為數位訊號讓電腦做運算處理取得(X,Y)軸位置,進而達到定位的目地。

電阻式依照性能和普遍性來說主要又可區分為四線式和五線式,四線電阻式線路XY軸分別分布在ITO Film和ITO Glass,當ITO Film被嚴重刮傷時將會形成斷路,而造成觸控面板無法動作。五線式算是四線式觸控面板的改良型,整個電場均勻的建立在ITO Glass,上層ITO Film純粹為一導體,所以當ITO Film遭到刮傷時只有該處無法使用其他部分依然可以動作,但是假使傷及下層ITO Glass依然會造成Touch Panel的故障。

電容式觸控面板

電容式觸控面板是利用透明電極與人體之間的靜電結合所產生之電容變化,從觸控位置所產生之誘導電流來檢測其座標。其感應原理是以電壓作用在螢幕感應區的四個角落並形成一固定電場,當手指碰觸螢幕時,可令電場引發電流,藉由控制器測定,依電流距四個角落比例的不同,即可計算出接觸位置。


工作原理:
電容式觸控面板基本上是為了改良電阻式不耐刮的特性而來的,在結構上最外層為一薄薄的二氧化矽硬化處理層,硬度達到7H,第二層為ITO,在玻璃表面建立一均勻電場,利用感應人體微弱電流的方式來達到觸控的目的,最下層的ITO作用為遮蔽功能,以維持Touch Panel能在良好無干擾的環境下工作。

音波式觸控面板

音波式觸控面板是由傳送轉能器、接收轉能器、反射板及控制器所組成。感應動作方式是先由控制器傳送出電子訊號到傳送轉能器,經由傳送轉能器轉換成超音波送達反射板陣列,在對角的反射板接收到超音波之後,收集音波後再送到接收轉能器轉換成電子信號,接著傳到控制器儲存正常狀態的信號資訊。當使用觸控面板時,接觸物會吸收超音波造成衰減,此時接收到的信號已與未使用時不同,經由控制器比對使用前後的衰減量並計算後得出精確位置。



工作原理:
基本上音波式觸控面板是為了改善電容式觸控面板的缺點而發展出來的,電容式觸控面板有易受雜訊和靜電干擾的特性,且雖然表面硬化處理達到7H,可是Sio2為了不隔絕掉ITO的表面電流,所以會鍍的非常薄,當施加在電容式的外力過大時,依然會有傷到ITO的可能而造成故障,所以發展出來了音波式觸控面板。

音波式觸控面板表面上完全由玻璃組成,三個角落由超音波發射和接收器在中間區域形成一個均勻的聲波力場,利用聲波碰到軟性介質會被吸收掉能量的特型來做觸控定位的目地。

光學式觸控面板

光學式觸控面板原理是利用光源接收、遮斷原理,在面板內佈滿光源,並與接收器排列成矩陣。當光線遭遮斷時,經由接收器所接收的資訊,即可測出接觸點的所在矩陣位置。



工作原理:
光學式觸控面板近幾年藉著LED品質的提升和製程的精進而有捲土重來的現象,光學式觸控面板的工作方式是由四周圍的紅外線發射器和接收器所組成的,X軸和Y軸所產生的紅外線形成矩陣式排列,當不透明物體遮斷其中的光線之後自然就定位出X軸和Y軸了。

資料來源:
http://www.2300.com.tw/column/
http://www.2300.com.tw/etalk/ListSubject.asp
工研院IEK-ITIS計畫 賴彥中 分析師

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