什么是触摸屏？

作为主要的用户交互门户，触摸面板极大地有助于感知移动设备的质量和整体可用性。通过不断创新，这些组件的功能和复杂性都在增长。

许多触摸屏制造商不断寻求新技术并改进现有技术，不断致力于满足客户在新的和创新应用和环境中不断增长的需求。

我们概述了触摸面板在当今企业移动数据终端中扮演的角色，并介绍了不同类型的触摸面板、它们的设计方式和功能。

它还讨论了每种类型的触摸屏在为用户提供直观的用户界面和环境灵活性方面的优势和局限性。

触摸屏的类型

早在消费类智能手机大规模部署之前，触摸面板的使用就已经流行起来控制企业数字助理（EDA）。

这些组件被称为“触摸屏”、“触摸屏”或“数字化仪”，都是将物理参考空间中的输入位置转换为数字空间中的输入的传感器组的一部分。

这些传感器通常是透明的，并与LCD显示器集成在一起，以创建触摸用户界面（触摸UI），现在从汽车到家用恒温器无处不在。当今产品上的触摸屏类型可分为两组：电阻式和电容式。

电阻式触摸屏

电阻式触摸传感技术已经建立了较长的时间。这种类型的触摸屏因其结构简单、耐用性和环境灵活性而常用。

顾名思义，电阻式触摸屏通过将触摸面板的物理压缩转换为电阻率的变化来感测位置。

设计和功能

电阻式触摸屏由两层薄膜构成，由气隙隔开。两种薄膜都具有彼此面对的导电表面。

每个导电表面检测一个方向上的位置;例如，顶部薄膜可以检测垂直位置，底部薄膜可以检测水平位置。当对触摸屏施加输入力时，顶部薄膜向内塌陷超出气隙，与底部导电表面发生物理接触。

由此产生的电气连接会改变上下导电表面上的电阻值。器件内的微控制器将这个新的电阻值测量为电压变化，对应于新的垂直和水平位置。上下导电表面的测量每秒发生多次，以跟踪输入，例如手写笔，因为它在触摸面板上移动。

电阻式触摸屏限制

微裂纹和机械磨损

由于电阻式触摸屏依赖于顶膜的物理运动来创建电气连接，因此这种类型的触摸屏容易受到机械磨损。这种机械磨损的发生是因为顶膜的每一次物理运动都会导致导电表面出现小的微裂纹。

一旦这些微裂纹变得足够大，破坏顶部和底部薄膜之间的电气连接，触摸屏可能会发展出无法操作的区域，或者似乎在与激活的位置不同的位置做出响应。表现出这些症状的电阻式触摸屏已经物理磨损。

微裂纹依赖

这些裂纹形成的原因和时间取决于许多因素，包括：

用于压缩薄膜的力（有时称为激活力）

压缩过程中的温度条件

用于压缩胶片的对象（触笔、手指或其他对象）的几何形状，如下所述：

加速微裂纹的常见根本原因是使用圆珠笔激活电阻式触摸屏。

普通圆珠笔的笔尖由直径约为0.5毫米的钢球组成。这种钢球比移动计算机手写笔的尖端更硬，更小，后者由塑料制成，直径约为1.6mm。

当使用圆珠笔等小直径仪器时，即使是典型的激活力（250-450克）也会导致导电层产生较大的应力。这种高应力导致微裂纹的加速形成。

由于硬钢球还会在触摸屏相对较软的顶膜上留下划痕，因此会造成额外的损坏。

电阻式触摸屏的优势

有助于电阻式触摸屏持续相关性的优势包括：

它们能够在不断变化的环境条件下感知用户输入。对顶部薄膜的物理接触和随后的压缩的依赖会产生一个难以无意中激活的传感器。雨滴、雪或其他降水不能产生足够的力来压缩触摸屏的顶部薄膜;因此，这些环境条件不会影响操作。

对物理接触的依赖允许戴任何类型的手套的用户激活触摸面板，这些手套允许施加足够的力来压缩顶部薄膜。

电容式触摸屏

电阻式触摸屏使用的基于力的激活方案非常坚固，具有环境灵活性，但不允许多个触摸输入。（投射式）电容式触摸屏的开发是为了支持多点触控输入，从而创建更直观的用户界面。

基于手势的输入（如捏合缩放）减少了执行设备交互所需的步骤数并简化了用户界面。最终用户的这种简化是以增加触摸屏硬件和控制软件级别的复杂性为代价的。

设计和功能

电容式触摸屏是一种非接触式传感器，它利用电容的变化来测量输入位置。触摸屏由两个主要子组件组成：传感器和盖板玻璃。

在结构上，传感器可以构建在玻璃或柔性聚合物薄膜上;出于说明目的，本文档仅介绍使用胶片传感器的触摸面板。

与电阻式触摸传感器一样，电容式传感器由两片薄膜组成。每张胶片都以单一方向感应输入;沿水平轴或垂直轴。对于单一取向，薄膜的导电表面被蚀刻以创建导电电池的网格图案。每个电池在传感器表面上方投射一个静电场。

当导电物体（例如人的手指）被带入投射的静电场时，一些电荷被电容耦合到物体上。然后，微控制器测量新电容作为电压变化，然后将其转换为触摸面板上的位置，最终转换为显示器上的位置。

微控制器集成电路和固件

由于该技术每秒多次独立测量每个导电单元，因此所有电容式触摸屏都需要专用的微控制器IC。该IC运行的固件可以控制触摸面板功能的许多细节。这包括导电物体将被注册为触摸的传感器的距离（灵敏度），将注册为触摸的物体的大小（分辨率）以及位置将更新的频率。独特调谐的固件和IC以不同的方式与移动设备操作系统交互;因此，对这些项目的更改通常需要更新操作系统驱动程序。

电容式触摸屏限制

在电容式触摸屏上最难防止的故障模式是点撞击造成的损坏。点撞击以多种方式发生，但最常见的是当设备跌落到不平坦的表面，例如砾石或沥青时。

当设备面朝下时，着陆表面上的小突起会接触触摸面板。由于这种突起的接触面积非常小，因此触摸屏上的局部应力可以达到足以使化学强化玻璃破裂的水平。这些类型的故障可以通过设备设计来缓解，但仍然是导致整体电容式触摸屏损坏的主要原因。

电容式触摸屏的优势

性能优化

传感器图案设计、控制器 IC 和控制器固件都有助于影响触摸屏的整体性能特征。可以调整这些因素，以允许触摸面板在各种环境中运行，例如在雨中或输入对象不导电时（戴手套的手）。

调优提出了一个复杂的优化问题，可以提高性能，但并不总是完美无缺。触摸面板可以针对已知的客户环境进行专门优化，以最大限度地提高灵活性。

在触摸屏供应商不断创新的这一领域，新产品将利用最佳解决方案来满足客户的需求。

机械强度和弹性

传感器本身提供了电容式触摸屏的功能方面，而盖板玻璃则提供了结构和机械弹性。盖板玻璃的厚度通常是传感器的两倍，尽管在某些工业应用中，它甚至更大。

传感器和盖板玻璃通常使用光学透明粘合剂（OCA）层压在一起，使传感器具有均匀的机械强度。在过去十年中，随着“化学强化”玻璃的引入，盖板玻璃的强度有所提高。这种类型的玻璃增加了触摸屏弯曲而不破裂的能力，并且还可以抵抗刮擦。弯曲强度是开发产品时的重要特性，需要承受从不同高度跌落的跌落。

在跌落过程中，产品的结构变形，导致触摸屏弯曲;由化学强化玻璃制成的触摸屏可以承受更大的弯曲，而不会在盖板玻璃上产生裂缝。此外，与非强化玻璃相比，化学强化玻璃具有更高的表面硬度;这导致相对较高的耐刮擦性。

存在许多化学强化玻璃制造商，但康宁大猩猩玻璃目前被认为是最具弹性的。

制造商继续根据客户的声音选择新产品上使用的触摸屏类型。当前的趋势表明，客户需要直观的用户界面和环境灵活性。这些需求推动了电容式触摸屏（允许防水和戴手套操作）主导了当前的产品路线图。因此，电阻式触摸屏的集成度有所下降，尽管它们继续在使用低复杂度用户界面的设备中发挥利基作用。