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2.8 嵌入式触控技术

《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。本节为大家介绍嵌入式触控技术。

作者:温秀颖 译来源:机械工业出版社|2019-02-03 21:11

2.8 嵌入式触控技术 

如“投射电容式触控传感器” 部分所述,术语“嵌入式” 指的是由显示器制造商集成在显示器中的触控功能,而“离散式” 则意味着触控功能是独立于显示器之外制造的。谁提供了触控功能实际上是决定嵌入式触摸屏的根本因素,而并非是技术本身的细节。在决定一个OEM/ODM设备是嵌入式还是分离式的触摸屏产品时,商业问题往往比技术问题更为重要。比如对于智能手机一个嵌入式触摸屏和一个分离式OGS(单片触控面板) 触摸屏的技术差别实际并不大,详见如下所述:

嵌入式触控智能手机显示屏通常比分离式的同款显示屏薄100~150μm。由于使用嵌入式触控的智能手机模型的厚度变化约10mm,100~150μm的差别对大多数用户来说并不显著。

嵌入式和分离式触控性能大致相同。一些显示器制造商仍在迎头赶上,但长久来看这些性能是趋同的。

嵌入式和分离式触控的重量相同,因为两者都使用三块玻璃板(屏幕两块,还有一块玻璃盖板)。

嵌入式和分离式触控的功耗大致相同。随着时间的推移,带有嵌入式触控的更高效的集成应该能使其功耗更低。

嵌入式和分离式触控的成本惊人的相似。因为嵌入式触控可以实现更高效的集成,目前在智能手机控制器和排线上可能节省2~4美元。随着嵌入式触控拓展到平板电脑大小的显示器中,分离式触控由于替换了ITO成本实际上更低,取代的材料可以是金属网。

屏外触点图标(比如安卓智能手机里的“菜单” 图标) 可以用分离式触控轻易创建,因为保护玻璃层总是比实际显示区域要大。但是嵌入式触控必须使用额外的部件(如虚拟按键)来获得屏外触点图标。

嵌入式触控技术发展了至少10年之久。触控新方法仍在不断探索,并不断地并入LCD的组成部分,影响着LCD的设计与应用。主要的触控方法如下:

“指压电容”(又称“电荷传感”,首次由三星批量生产) 的原理是指压产生的屏幕压力导致液晶的介质常数发生改变。变化的介质常数改变了增加到部分或全部像素中的电极对之间的电容。

“光感”,首次由夏普批量生产,指红外光检测器被并入部分或全部像素中。光检测器既可以在强环境光下读取触碰物体的阴影,也可以在弱环境光或黑暗中读取触碰物体的折射背光。

“电压传感” (又称“数字转换”,由三星首创),指X和Y位置的微动开关被并入部分或全部的像素中。屏幕上受到的压力关闭了微动开关,从而定位了压力源。

这些方法中没有哪个是完美的,虽然三星确实推出了数百万个使用指压电容的傻瓜数码相机。它们未能获取完全成功的主要原因如下:

1)信噪比不足,无法实现稳定操作。

2)要求屏幕表面实际上发生弯曲(这样消除了使用玻璃保护层的可能性,因此增加了屏幕的易损坏性)。

3)把屏幕尽可能的压近框架是不可靠的,因为彩色滤光片几乎无法移动。

随着投射电容的互电容广泛用于智能手机分离式触控技术中,显示器行业愈发意识到把投射电容集成到显示器中应用是一个正确的决定,而不是无谓的进行重复劳动。表216总结了三个集成投射电容的嵌入式触控方法。

表216 外嵌、内嵌和混合嵌入式触控技术以及向市场大批量投放每类技术产品的公司


从出货量看,在2010年2月,三星公司是第一个大批量在消费市场发布面板上外嵌式触控的生产商,并将其应用于S8500SuperAMOLDEDTM智能手机(“SuperAMOLED” 是三星自有的主动矩阵OLED的品牌冠名,该产品应用了外嵌式触控技术)。2012年5月,索尼成为首个发布混合内外嵌式触控技术的公司,XperiaPTM和HTCEVODesign4GTM智能手机均使用了该项技术;Synaptics为这些产品2018送彩金的娱乐网站了触摸控制器。2012年9月,苹果公司首次在iPhone5中使用了内嵌式触控。从发明(专利) 的角度说,是应该把所有形式的电容嵌入式触控的发明归功于一家公司(如苹果),还是应该把每种类型的电容嵌入式触控分别归功于某个公司———这还有待观察。

2013年,嵌入式触控主要应用于智能手机(小) 屏幕,原因是该技术在较大屏幕中的应用仍然在2018送彩金的娱乐网站中。到2015年以前,该技术有望升级到笔记本电脑大小的(15in) 显示器中。升级面临的主要问题如下:

更大的屏幕具有更多的电极,因为感应电极和驱动电极的数量是实际屏幕尺寸的一个函数,而不是屏幕的像素分辨率。电极也会更长。这两个因素增加了完成完整触摸屏扫描所需的时间。

更大的屏幕往往有更高的像素分辨率,这缩短了显示屏电子环境的安静时间。嵌入式触控感应通常需要在这些安静的时间内完成(实际上,为了优化时间,触摸控制器和显示控制器经常协同运行)。

这两个问题结合起来———每次扫描需要更多时间,而用于扫描的时间变得更少—一直妨碍着嵌入式触控升级到7in以上的批量产品中,实验室内使用的限制是12in。


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