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2.4.1.3 投射电容式传感器

《实感交互:人工智能下的人机交互技术》第2章触觉感知,本章试图为应用于人机交互界面的触控技术提供一个明确的定义。本节为大家介绍投射电容式传感器。

作者:温秀颖 译来源:机械工业出版社|2019-02-03 20:31

2.4.1.3 投射电容式传感器

投射电容式传感器由一套透明的可传导电极的导电玻璃组成,这样的构成可以让控制器确定触摸点的位置。在自电容触摸屏里,导电玻璃通常被制造成一层或者两层,每一层上都存在着电极。当只有单层电极时,每一个电极都代表着一对不同的坐标并且和控制器相连接。当具有两层导电层时,电极以行和列的形式排列。每一行和每一列的交点代表着一对独一无二的接触点坐标。但是就如前一节所提到的,在自电容触屏中,检测的是每一个单独的电极而不是电极的交叉点,因此该结构的多点触控的功能是受限的。

在互电容式触摸屏里,有两种最常见的电极的分布形式:

1)在空间上被绝缘层或薄膜或玻璃基板分隔开的纵横交错的垂直网格。

2)连锁菱形结构,相邻正菱形的两角由导线相连。

当该菱形结构用于两个隔开的表面时,每个表面的操作是很直接的。但为了使触摸屏尽可能的薄,该结构最常用于单一的共面层。这时的搭桥就需要额外的处理步骤以实现在跨越点处的绝缘。

图29展示了典型的互电容式触摸屏的叠层。为了使其和本章内其他类似的图示尽可能的简单易懂,我们做了如下的一些简化:

1)电极分布(第三行和第五行) 呈分离的矩形网格状而不是更为常见的连锁菱形状;第三行显示了Y电极的端视图,第五行则是一个X电极的侧视图。

2)常用的光学透明黏合剂(OCA)省略;在第二行和第三行中间通常夹有OCA。3)图示的触摸屏使用玻璃基板;许多移动设备(特别是较大型的) 的基板通常有两层聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜,每个对应每组电极。

4)LCD内的薄膜晶体管(TFT) 下面各层次(如底部偏光器、增亮膜、背光等) 均
省略。

图29的一个重要方面是展示了触摸屏在叠层中增加了第四层玻璃。所有LCD都使用两层玻璃,而基本上每个移动装置都增加第三层玻璃(或塑料) 作为保护和装饰层覆盖在LCD上。增加第四层玻璃总的来说没有必要,因为其增加了重量、厚度和设备成本。有以下两种移除第四层玻璃的基本方法:

1)触摸屏产业使用的方法,统称为“单玻璃方案” (OGS),但是不同公司的具体叫法不同,比如有叫“传感器玻璃盖片”的。

2)LCD产业使用的方法,称为“嵌入式触控”。这些方法之间存在直接竞争。图210展示了OGS,其中触摸屏电极被移至装饰玻璃盖片(“镜片”) 的底面。该方案中,触摸屏制造商要么从合适的供应商处购买装饰玻璃盖片,要么就垂直整合和获取生成玻璃盖片必要的设备或技术。然后触摸屏制造商生产触控模块(传感器和控制器),把装饰玻璃盖片作为一个基板使用并将整个装配销售给移动设备OEM/ODM (触摸屏制造商可能也会购买设备OEM/ODM规定的LCD并整合两者,以使OEM/ODM增值)。OGS的好处是制造商可以持续从生产触控模块中获取利润而不是把利润送给LCD产业。

图211展示了最简化形式的嵌入式触摸屏(称为“外嵌”),其中第四层玻璃盖片因为触摸屏电极被装在彩色过滤玻璃片上、LCD顶层偏光镜下而得以移除。注意外嵌结构具有与图29和图210所示的投射电容式结构完全相同的功能,只是电极的位置不同。外嵌方案的优势与OGS完全相同:移动设备由于移除第四层玻璃而更轻薄。外嵌方案对LCD制造商的优势是由于触控功能的附加值增加,他们的利润也将增加(但是触摸屏制造商的利润将减少)。

嵌入式触控的另一个有利因素是,触控传感器与LCD的整合使我们开始考虑把触控控制器与屏幕驱动器整合到一个单独的ASIC中,或至少建立起两个芯片的直接联系以促进协作。产量是外嵌式触控的重大问题,因为在彩色过滤玻璃盖片上存储电极大大地增加了玻璃盖片的价值;如彩色过滤存储或解除电极存储有缺陷,两者都要丢弃。生产线管理也会成为LCD制造商面对的更为复杂的问题,因为他们可能需要推出10种不同的模型,每种要有500万的数量并装饰上独特的玻璃盖片,而不是给设备生产商输送5000万相同的LCD。

目前普遍认为触控功能与LCD的整合会自然驱使触控技术优化,成本降低。以上讨论明显指出了嵌入式触控并不一定比OGS更好。两者各有需要考虑的因素,且有些因素不仅是技术层面的,更是涉及市场和运行层面的问题。触控模块制造商与LCD制造商之间的竞争将成为各种嵌入式触控技术发展的主要因素。在2013年第二季度的触控预测中,DisplaySearch估计各类嵌入式触控到2017年前将仅占到所有投射电容式触屏单位出货量的26%。


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