Home

Teknisk översikt

En introduktion till de olika vanliga typerna av pekskärmsteknik och metoden för deras funktion. Styrkor och svagheter hos varje teknik kommer också att diskuteras för att ge en bättre förståelse för vilken typ som skulle vara bäst att använda i en viss applikation.

Pekskärmsteknik ger alla samma funktion men varierar avsevärt i olika typer och deras arbetssätt. De har alla specifika fördelar såväl som brister och att välja rätt typ för en specifik applikation kan vara svårt om du inte är väl förtrogen med de olika typerna av teknik och deras operativa överväganden. Detta dokument är avsett att ge en översikt över de vanliga typerna av pekskärmstekniker samt deras fördelar och svagheter. Ber om ursäkt för bristen på grafik men dessa inlägg har storleksbegränsningar.

Detta är den vanligaste typen av pekskärm som används idag, till stor del för att den har goda driftsegenskaper och är billig. Resistiv beröring finns i 4, 5 och 8 trådvarianter. Termen "tråd" används för att ange hur många kretselement som avslutas till kabeln för anslutning till gränssnittselektroniken. 4 och 8 trådresistiva är liknande i drift med 8-tråden egentligen bara en 4-trådsvariation. Alla resistiva tekniker har liknande konstruktioner. Det vill säga de är analoga omkopplare. De är konstruerade av ett transparent substrat - vanligtvis glas med en ledande beläggning ovanpå vilken är fäst ett flexibelt transparent omkopplingsskikt - vanligtvis en polyesterfilm med liknande ledande beläggning. Detta perimeterfästa omkopplingsskikt hålls fysiskt borta från underlaget med mycket små "distansprickar". Om du håller en resistiv beröringssensor upp mot ljuset kan du vanligtvis se dem. För att aktivera sensorn applicerar du tryck på omkopplarskiktet med ett finger eller penna för att tvinga den flexibla polyestern mellan distanspunkterna för att komma i kontakt med underlaget. På 4-trådstekniken erhålls beröringens position genom spänningsfallsmätning. Substratskiktet och omkopplingsskiktet har båda en transparent ledande förstoftad beläggning som vanligtvis är indiumtennoxid (ITO), vilket är att föredra eftersom det är ganska transparent samtidigt som det erbjuder låga arkmotstånd, vanligtvis från 15 - 1000 ohm / kvadrat. De flesta resistiva pekskärmar använder ITO-beläggningar runt 300 ohm / kvadrat eftersom det är en bra avvägning mellan hållbarhet och optisk transparens. Ovanpå vart och ett av dessa två lager appliceras ledande bussstänger vid kanten, vanligtvis skärmade med ledande silverbläck. Ett lager har dessa staplar placerade vertikalt åt vänster och höger för X-Plane-elementet och det andra har dem placerade upptill och nedtill för Y-Plane-elementet. Således 4 barer anslutna med 4 ledningar. Styrenhetens gränssnitt kommer att applicera en ström genom staplarna i ett av dessa plan - säg X-planet in genom vänster stapel och ut till höger. Med denna ström som strömmar genom ITO-beläggningens 300 ohm / kvadratiska arkmotstånd på X-Plan-substratet kommer det att finnas ett spänningsfall mellan de 2 barerna. När tryck appliceras för att korta X- och Y-lagren tillsammans, plockas en spänning upp av Y-planet och mäts av styrgränssnittet. Ju närmare du kommer den ena eller den andra stapeln på X-planet, desto högre eller lägre kommer spänningen att bestämma en X-koordinat. För att få en Y-koordinat görs samma operation i tur och ordning men den här gången driver Y-planet med X-planet som tar upp spänningsmätningen. 4 Trådteknik kan fungera på mycket låg effekt eftersom de är spänningsdrivna och inte kräver mycket ström så de är önskvärda för användning i bärbara batteridrivna enheter. De har också fördelen att kunna använda större delen av sensorns yta som det aktiva området där beröringar kan kännas. Silverbussstängerna kan vara mycket smala för att inte ta mycket plats i kanterna. Dessutom kan de anslutande spårvägarna för silverbläck skiktas ovanpå separerade med UV-dielektrikum vilket ger en mycket kompakt konstruktion. Detta är också ett viktigt övervägande i applikationer som handhållna enheter där storleken är mycket begränsad. Eftersom 4-tråd är spänningsdriven kan det inte finnas någon variation i de ledande skiktens elektriska egenskaper eller spänningsavläsningen från dessa X- och Y-lager kommer att förändras och orsaka en positionsdrift i beröringspunkten. Flera faktorer kan orsaka detta, varav den vanligaste är uppvärmning och kylning av sensorn från miljöförhållanden. Detta blir bara ett märkbart problem med extrema temperaturvariationer och på stora formatstorlekar som 12,1 "sensorer och större. Det märks verkligen inte på små format som 6,4" och mindre. Det verkliga problemet med 4-tråd är sensorns livslängd. Det är inte så bra. Vanligtvis kan du förvänta dig 4 miljoner beröringar eller mindre på samma plats med fingeroperation. Med en penna är det mycket värre. En 4-trådssensor kan förstöras med bara några hårda slag av en fin spetspenna. Detta beror på att ITO för polyesterbrytarskiktet är sprött. ITO är en keramik och är lätt sprucken eller "sprucken" när den böjs för mycket. Denna sprickbildning sker vanligtvis på polyesteromkopplingsskiktet eftersom det upprepade gånger böjs in i substratskiktet mellan distanspunkterna för att få elektrisk kontakt. Med upprepad böjning, särskilt på en mycket använd plats som en enter-knapp på en applikation, kommer ITO att spricka i det området och kommer inte att leda ström lika bra, vilket gör att arkmotståndet på den platsen ökar. Denna skada händer mycket snabbare om en penna används eftersom böjningen av omkopplarskiktet vid pennans lilla punkt är mycket skarpare. Om detta händer kommer spänningsmätningen av X- och Y-planet över eller runt denna punkt att vara högre än den borde göra beröringspunkten som om den är längre bort från en bussstång än den verkligen är. Denna förlust av noggrannhet är icke-linjär och kan inte återställas med omkalibrering eftersom du kan ha ett driftproblem. Nya tekniker som Pen Based ITO Polyester Film applicerar ITO på en oregelbunden yta belagd på polyestern först för att undvika en slät platt ITO-beläggning som lättare kan knäckas. Detta förbättrar problemet men löser det inte. En variant av 4-tråden är 8-tråden som hävdar "är baserad på 4-tråds resistiv teknik med varje kant som ger ytterligare en avkänningslinje som en stabil spänningsgradient för pekskärmskontrollen. Funktionaliteten hos ytterligare 4 linjer är att erhålla den faktiska spänningen som genereras av drivspänningen, så pekskärmskontrollen kan automatiskt korrigera driftproblemet som beror på den hårda miljöexponeringen eller långvarig användning ". Jag måste erkänna att jag är lite osäker på hur denna operationsteori fungerar. Det har aldrig förklarats för mig på ett sätt som är vettigt, men jag är säker på att det fungerar. 5-trådstypen är i mitt sinne den verkliga lösningen på ITO-frakturproblemet. Det är inte beroende av spänning för att få sitt X- och Y-läge, utan snarare strömflöde. En 5-tråd är konstruerad av samma omkopplingslager av 4-tråden men istället för motsatta par av X- och Y-bussstänger använder en 5-tråd elektroder som placeras på de fyra hörnen av substratskiktet som representerar 4 av de 5 trådarna. Det övre ITO-polyesteromkopplingsskiktet är ett enda jordplan som representerar den 5: e tråden - alltså 5 ledningar. Styrenhetens gränssnitt applicerar en låg spänning på de 4 hörnelektroderna. Ingenting händer förrän det jordade omkopplingsskiktet trycks ner i substratet, då börjar strömmen strömma från de 4 hörnen. Om du skulle röra direkt i mitten av sensorn skulle du få identiskt strömflöde från varje hörn eftersom beröringspunkten är samma avstånd från varje hörn och därför skulle motståndet över ITO-beläggningen från hörnet till beröringspunkten vara detsamma. Ju närmare du kommer ett hörn, desto högre blir strömflödet när avståndet och motståndet från beröringspunkten till hörnet minskar. Avståndet och motståndet från de andra tre hörnen ökar, vilket gör att strömflödet minskar när beröringspunkten rör sig bort. Beroende på strömmen som strömmar från varje hörn kan styrenhetens gränssnitt avgöra var beröringspunkten är. 5-tråden påverkas inte alls lika mycket av ITO-frakturering eftersom den inte behöver bibehålla faktiska värden på strömflödet för att förbli linjär. Till exempel, om vår beröringspunkt är direkt i mitten av skärmen, kan vi se strömflöden på säg 50 mA genom varje hörnelektrod. Det är totalt 200 mA där varje hörn representerar 25% av totalen. Om strömflödet är lika i alla fyra hörnen än beröringspunkten måste vara i mitten. Vad händer om ITO spricker i mitten av skärmen och förlorar 90% av sin förmåga att leda ström. Tja, då kommer bara 20 mA ström att strömma genom de fyra hörnen med 5 mA genom varje hörn, vilket fortfarande är en 25% representation av det totala strömflödet genom varje hörn så linjäriteten förblir densamma. 5-tråden ser på hörnströmflödesvärdena som relationella till varandra och inte bokstavliga värden som spänningsavläsningarna i en 4-tråd så att ITO kan spricka men det kommer inte att göra någon skillnad för linjäriteten på en 5-tråd. ITO skulle behöva spricka till en punkt där styrenhetens gränssnitt inte kunde detektera ett strömflöde när omkopplingsskiktet trycktes ned. En typisk 5-trådsresistiv kan uppnå 35 miljoner beröringar vid samma punkt med fingeraktivering. Återigen, mindre med en penna. En D Metro i Kanada erbjuder en Armored resistiv teknik som ersätter polyester switch skiktet med ett glas / polyester laminerat switchskikt som är styvare än polyester. Bortsett från den uppenbara ythållbarheten kan det styvare glas- / poly-omkopplaren inte böjas tillräckligt kraftigt för att orsaka ITO-frakturering av omkopplingsskiktet så att denna typ kan hålla 10 gånger längre än vanliga 5-trådstyper. På grund av de två lager av ITO som krävs i resistiv teknik är transparens inte lika bra som i andra typer av pekskärmar. Optisk överföring är normalt cirka 82% för resistiv. Resistiv kanske inte är lämplig för vissa fientliga miljöer eftersom polyesterbrytarskiktet kan skadas av vassa föremål. Dessutom är polyesterbrytarskiktet inte fuktsäkert utan fuktbeständigt, vilket innebär att vid hög luftfuktighet med upprepad uppvärmning och kylning kan fukt röra sig genom polyesterbrytarskiktet och kondensera inuti luftutrymmet mellan omkopplaren och substratskikten och orsaka ett fel. Vissa resistiva sensorer i storformat har problem med "kudde". Detta är när polyesteromkopplingsskiktet expanderar i förhållande till glassubstratet och antingen deformeras eller puffar upp och inte ligger platt på glassubstratet. Detta är ganska ofta bara en kosmetisk defekt men kan orsaka falsk aktivering om omkopplingsskiktet deformeras tillräckligt. Detta problem beror vanligtvis på uppvärmning och kylning där polyestern har en högre expansions- och kontraktionskoefficient jämfört med glassubstratet och kommer att expandera i storlek mer än glaset vid uppvärmning. Förutom lägre ljustransmission adresserar den pansarresistiva tekniken från A D Metro alla ovanstående brister. Resistiv teknik är tryckaktiverad vilket innebär att den kan användas med ett finger, tung handske, penna eller något annat redskap som är en mycket önskvärd funktion. Det kräver mycket lite ström och är mycket pålitligt och snabbt. Den är Z-axelkapabel vilket innebär att den kan upptäcka när du applicerar olika mängder tryck på en beröringspunkt, vilket är praktiskt om du har en applikation där du vill påskynda en operation genom att bara applicera mer tryck på en peksknapp som att öppna en ventil snabbt eller långsamt i en processtyrningsapplikation till exempel. Det påverkas inte av smuts, några föroreningar och det har smygande elektriska driftsegenskaper vilket gör det till en favorit med militära applikationer.

Konstruktionen av en kapacitiv liknar något en 5-tråds resistiv, men den har inget omkopplingsskikt. Det finns bara ett ledande belagt substrat med 4 hörnelektroder som liknar 5-tråden. Den ledande beläggningen som används är vanligtvis inte ITO utan snarare Antimon Tennoxid (ATO) som har ett högre arkmotstånd på cirka 2 000 ohm / kvadrat vilket är bättre lämpat för kapacitiv teknik. ATO-beläggningen har vanligtvis en silikatbeläggning som bränns på cirka 50 ångström för att skydda den från att gnugga bort under användning. Styrelektroniken applicerar en RF-frekvens på de fyra hörnelektroderna. Aktivering uppnås genom att röra fingret mot skärmens yta med kopplingen av fingerytan med ATO-ytan under, vilket skapar en kapacitiv koppling med vilken radiofrekvensen kan strömma igenom. Din kropp sprider RF i atmosfären som en antenn. Ju närmare du kommer ett hörn, desto mer radiofrekvens kommer att strömma genom det. Genom att titta på radioaktiviteten från varje hörn kan handkontrollen beräkna var fingret vidrör. På grund av omgivande elektromagnetisk störning (EMI) och radiofrekvensstörning (RFI) från andra radio- och elektriska enheter i området måste mycket signalbehandling göras för att filtrera bort omgivande RF-brus vilket gör styrenhetens gränssnitt mer komplext och kräver mer strömförbrukning. Trots detta är kapacitiv fortfarande relativt snabb. Den har en mycket lätt beröring och är idealisk för dra och släpp-applikationer. Eftersom ytan är glasbeständig är den vandalbeständig och används i stor utsträckning i kioskapplikationer inklusive spelautomater. Den har en bra optisk överföring på cirka 90%. Det påverkas inte av smuts eller förorening om det inte är tillräckligt illa för att det stör den kapacitiva kopplingen av fingret. Den kan inte användas med tunga handskar eller någon penna eller pekredskap om den inte är bunden och elektriskt ansluten till styrenheten. Om ditt finger är för torrt kanske det inte fungerar eftersom hudfuktighet behövs för en bra kapacitiv koppling. Om ytan är repad kan det leda till att sensorn misslyckas i det repade området eller misslyckas helt om repan är tillräckligt lång. EMI och RFI kan orsaka att den går ur kalibrering. Det är inte Z-axelkompatibelt. Den är inte lämplig för mobil drift eftersom omgivningen kring EMI och RFI ändras för ofta vilket skulle förvirra styrenhetens gränssnitt. Den är inte lämplig för militära applikationer som kräver smygande drift eftersom den avger RF. Det kräver specifika monteringsöverväganden eftersom höljen och metallramar kan störa dess funktion. Projicerad kapacitiv: Projicerad kapacitiv inklusive Near Field Imaging (NFI) är konstruerad av ett glassubstrat med en ITO- eller ATO-beläggning som etsas bort för att lämna ett rutmönster bestående av X- och Y-linjeelement. Vissa mönster använder inbäddade metallfilament som inte är synligt märkbara för att få samma rutnät. Det gallermönstrade substratet har en skyddande glasplatta bunden till ytan av gallersubstratet. Ett AC-fält som tillämpas på rutnätet. När ett finger eller en ledande penna vidrör sensorytan störs fältet så att styrenhetens gränssnitt kan lokalisera var på rutnätet fältet störs mest. Kontrollgränssnittet kan sedan beräkna beröringens position. Denna teknik är mycket hållbar och kan inte skadas till den punkt där den inte fungerar om inte substratnätet är trasigt. Det kan känna beröringar genom ett fönster. Det kan fungera utomhus. Det påverkas inte av smuts. Den kan användas med handskar. Det är dock dyrt. Den har en relativt låg upplösning. Det kan zappas lätt genom elektrostatisk urladdning. Den har ingen riktig taktil känsla, vilket betyder att den kan aktiveras innan du rör vid den. Det är känsligt för EMI- och RFI-störningar, vilket gör dess tillförlitlighet problematisk.

Denna teknik kräver ingen elektrisk signalbehandling på sensorytan och använder inga ledande beläggningar. Den använder ultraljudsljud för att känna beröring. En SAW-sensor består av ett sensorsubstrat som har fäst på sin omkrets en piezoelektrisk emitter tillsammans med 2 eller 3 mottagare. Längs hela sensorkantens omkrets löper också reflektionsåsar som används för att studsa ultraljudsljud fram och tillbaka över sensorytan. För att upptäcka beröringar skickar den piezoelektriska givaren ut skurar av ultraljudsljud som reflekteras av omkretsryggarna fram och tillbaka över hela sensorns yta. Eftersom ljudets hastighet är något konstant är det känt när den ursprungliga ljudutbrottet tillsammans med alla reflekterade skurar från omkretskanterna ska komma fram till varje mottagare. Om ett finger eller annan ljudabsorberande penna kommer i kontakt med sensorns ansikte absorberas eller reflekteras en del av det ljudet och saknas när styrenheten förväntar sig att höra dem komma fram till mottagarna. Dessa saknade incidenter är det som gör att styrenhetens gränssnitt kan avgöra var beröringen måste placeras på sensorns ansikte för att blockera dessa ljudincidenter från att komma fram till mottagarna när de förväntas. Denna teknik erbjuder 97% ljusöverföring eftersom sensorsubstratet bara är rent glas. Det erbjuder också en mycket lätt beröring och fungerar bra för dra och släpp-funktioner. Den har en glasyta som är mycket hållbar och inte lätt vandaliseras. Den kommer att fungera med kraftigt handskar men inte med en hård penna eller något redskap som inte kan absorbera ljud. Om du kliar det tillräckligt djupt kan ultraljudsvågorna falla in i köldens dal och studsa ut i rymden och orsaka en död fläck på ena sidan av repan. Det är känsligt för smuts och damm som saktar ner eller blockerar ultraljudsljudet. Vattendroppar stör dess funktion - så kan insekter lockas till skärmens ljus. Det kan inte effektivt förseglas från smuts eller fukt eftersom sådan packning skulle blockera ultraljudsljudet. Skumpackning med öppen cell kan inte täta från fukt och kommer fortfarande så småningom att täppa till med smuts som orsakar blockering av ultraljudsljudet. Förändringar i luftfuktighet och temperatur kommer att orsaka en förändring i luftdensiteten som påverkar hastigheten i vilken ultraljudsljudet kan färdas vilket kan orsaka problem med noggrannheten. Infraröd matris: Detta är en av de första beröringsteknikerna som någonsin utvecklats. Det är mycket enkelt att använda och har återvänt som en livskraftig lösning för beröring eftersom det är bättre lämpat för platta skärmar. IR-matris består av en ram där är monterad en rad med 30 till 40 IR-fotosändare längs ena sidan och antingen topp eller botten matchad med IR-fotomottagare inriktade längs motsatt sida och topp eller botten. Styrenhetens gränssnitt strober IR-sändarna både i X- och Y-planet för att ge ett rutnät av ljusstrålar som kan brytas av ett finger eller något beröringsredskap. När en beröring görs av ett finger eller pekredskap kommer en eller flera ljusstrålar i matrisen att brytas och styrenhetens gränssnitt kan berätta var beröringen är placerad för att blockera just dessa strålar. Partiell blockering av ljusstrålar till ena eller andra sidan av beröringen gör det också möjligt för styrenhetens gränssnitt att lösa till en ganska hög upplösning, men penndiametern måste vara tillräckligt stor för att blockera minst en fotoemitterljusstråle samt en del av en intilliggande för att styrenhetens gränssnitt ska se en förändring i position. Tekniken föll i onåd när andra tekniktyper kom online eftersom skärmar för flera år sedan var sfäriska CRT: er med radiekurvaturer på 22,5 "eller mindre. Det fanns ett betydande parallaxproblem när man försökte använda IR-matris med raka och plana ljusstrålar på en böjd CRT-skärm. IR-matrisens pekskärm skulle aktiveras långt innan fingret nådde ytan på CRT, särskilt i hörnen, vilket gör det besvärligt att använda. Detta är naturligtvis inte längre ett problem med universaliteten hos platta bildskärmar idag och är anledningen till att IR-matrisen gör något av en comeback. Den erbjuder en mycket lätt beröring och är lämplig för dra och släpp-applikationer. Om en ramversion används utan skyddande glassubstrat är den optiska överföringen 100% vilket är önskvärt i alla applikationer. Den har bra upplösning och är mycket snabb. Det påverkas inte av snabba förändringar i temperatur eller fuktighet. Det är mycket linjärt och korrekt. Tekniken har dock ingen taktil känsla och aktiveras innan fingret kommer i kontakt med skärmytan. Det behöver mycket utrymme för att ligga både i tjocklek och i rambredd, så speciell husdesign av skärmen kan vara nödvändig för att rymma ramen. Den har många komponentelement som utgör en högre risk för komponentfel. Det påverkas av smuts som kan blockera ljusstrålarna. Flygande insekter som lockas till displayljuset kan falskt aktivera sensorn.

Förstärkta glassubstrat bör också beröras här eftersom det är en kritisk faktor i många applikationer och inte särskilt väl förstådd av många. Det finns två typer av förstärkt glas som vanligtvis används. Den första och vanligaste är värmehärdat glas som allmänt kallas säkerhetsglas. Detta glas tillverkas genom att införa ett glas som vanligt sodakalkglas i en ugn där det värms upp till nära smältning och sedan extraheras från ugnen och snabbt luftblästras för att kyla den yttre ytan medan den inre kärnan förblir varm. Detta krymper glasets yttre yta i spänning till den inre kärnan vilket gör den mycket stark, ungefär som att trycka på en ballong. När den yttre ytan knäcks släpps spänningen och glaset exploderar i ofarliga små bitar, därav termen säkerhetsglas. Denna typ av glas är inte lämplig för skärmar eftersom härdningsprocessen förvränger glaset lite och äventyrar dess optiska egenskaper. Kemiskt förstärkt glas är mycket bättre lämpat för visningsändamål eftersom processen inte snedvrider glaset. Vanligt sodakalkglas nedsänktes i ett bad av kaliumnitrat vid ca 500 grader Celsius i 8 till 16 timmar. Ett utbyte av saltmolekyler för kaliummolekyler sker i glasets yta. Ju längre badet desto djupare utbytet. Den resulterande ytan av molekylärt utbyte resulterar i en ytspänning på 20 000 till 50 000 PSI eller upp till 6 gånger styrkan hos vanligt glödgat sodakalkglas. Till skillnad från värmehärdat glas kan du skära kemiskt förstärkt glas men du kommer att förlora förstärkningsegenskaperna från cirka 1-1,5 tum från kanten vilket gör det värdelöst för småformatsensorer. Om du vill ha ett förstärkt glassensorsubstrat i litet format måste glaset först skäras i storlek och sedan kemiskt stärkas för att behandla kanterna också. Det finns inte heller någon tjockleksbegränsning med kemisk förstärkning till skillnad från värmehärdad. Med värmehärdning, om du kommer under 3 mm i tjocklek, blir det svårt att kyla den yttre ytan tillräckligt snabbt utan att kärnan svalnar tillsammans med den så korrekt ytspänning blir i allmänhet ouppnåelig under 3 mm i tjocklek. Du kan använda värmehärdat eller kemiskt förstärkt glas för substrat på 4 eller 8 trådresistiva sensorer eftersom dessa sensorer bearbetas med silverfärger och dielektrikum som inte kräver uppvärmning vid tillverkningen av substratskiktet. Du kan inte använda värmehärdat eller kemiskt förstärkt glas för 5-tråds eller kapacitiv teknik eftersom bearbetningen av silvermönstring och spårvägar är gjorda av silvermetall vilket ger ett nödvändigt lågt inre motstånd för korrekt drift av 5-tråd och kapacitiv. Silvret måste smältas på ITO-glaset i en bränningsprocess. Denna bränning skulle frigöra ytspänningen i värmehärdat glas och minska den avsevärt i kemiskt förstärkt glas. Om du vill ha ett ordentligt förstärkt substrat på en 5-tråd eller kapacitiv måste du laminera en värmehärdad eller kemiskt förstärkt bakglasplatta till sensorsubstratet för att ge en förstärkt bärare för 5-trådssensorn. Även om vi inte har kunnat diskutera alla pekskärmstekniker och deras styrkor och svagheter, hoppas man att tillräckligt med information har lämnats om de mer allmänt tillgängliga typerna så att du kan ange den bästa för dina behov.