最新多点触摸屏技术介绍-多点位置识别肖学军高级应用工程师郑赞高级应用工程师林荣茹触摸屏产品经理彭涛触摸屏资深系统工程师•感应电容触摸屏（Projected Capacitive Touchscreen）•人机接口的选择•手势（Gestures）•单点触摸（Single-Touch）•多点触摸（Multi-Touch）•多点触摸识别位置（Multi-Touch All-Point）•触摸屏物理结构•Cypress TrueTouch™触摸屏控制器•在线问答•感应电容触摸屏（Projected Capacitive Touchscreen）•人机接口的选择•手势（Gestures）•单点触摸（Single-Touch）•多点触摸（Multi-Touch）•多点触摸识别位置（Multi-Touch All-Point）•触摸屏物理结构•Cypress TrueTouch™触摸屏控制器•在线问答消费类电子人机接口发展•1997: 摩托罗拉Startac手机& Palm PDA •外形美观的通讯或管理工具•基于电阻触摸屏•1998: RIM 黑莓（Blackberry）•带有完整的键盘•一种新颖的方式来解决人机接口的困扰•2004: 超薄而雅致的摩托罗拉RAZR•很漂亮但是键盘输入不方便•2006: 使用感应电容触摸屏的LG Prada •屏幕很硬抗损坏•精度很好无需校验•2007: 苹果iPhone•从单点触摸进入多点触摸时代为什么会选择触摸屏节省空间–显示屏就是用户接口用户接口方式多样化单点触摸& 多点触摸设计更美观产品差异化为什么选择感应电容触摸屏Projected Capacitive Touchscreen线性度精确度可测尺寸透明度耐用性多点触摸?红外ÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌNo表面声波(SAW)ÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌNo 表面电容ÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌNo电阻性ÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌNo 感应电容ÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌYesÌ最差ÌÌÌÌÌ最好最理想的触摸屏方案,尤其是消费类电子议程•感应电容触摸屏（Projected Capacitive Touchscreen）•人机接口的选择•手势（Gestures）•单点触摸（Single-Touch）•多点触摸（Multi-Touch）•多点触摸识别位置（Multi-Touch All-Point）•触摸屏物理结构•Cypress TrueTouch™触摸屏控制器•在线问答手势Gestures•什么是Gesture?Gesture:首先强调的是动作而不是具体位置•Gestures举例•点击•双击•点击并拖拉•放大•旋转Gesture 类型•三种基本类型•单点触摸•多点触摸•多点触摸识别位置•上述三种类型依次•增强用户控制•加强错误处理•增加触摸点数识别•增加硬件&软件需求单点触摸•模仿鼠标控制•点击、选择•双击、选择&激活•点击& 拖拉、选择& 移动•通常由鼠标驱动支持•任何触摸屏种类都可以支持这种方式•一般不支持字符输入•需要额外的软件/固件多点触摸•使用两个（或以上）手指•例如: 放大& 旋转•大多数种类触摸屏不支持这个功能•电阻性•表面电容•表面声波(SAW)•弯曲波•声学脉冲识别(APR)•…...•可能不需要识别触摸点位置多点触摸手势•都需要感应矩阵•轴坐标式(自电容感应)•所有触摸点(互电容感应)•轴坐标式感应单元•分立的行和列•以两个交叉的滑条实现•X 轴滑条•Y 轴滑条•检测每一格感应单元的电容变化轴坐标式感应单元矩阵X-轴滑条Y -轴滑条•类似于触摸板•行Sensor 组成Y 轴•列Sensor 组成X 轴•行和列在不同的层滑条可以检测多点触摸•滑条可以检测到多个触摸•单轴感应•不开启滑条复用•可以显示触摸的中心点位置轴坐标式矩阵可以检测多点触摸•交叉中心= 触摸点•每个轴上都有一个中心点= 单个触摸点•每个轴上都有两个中心点= 两个触摸点•真的是这样吗?单个触摸点两个触摸点轴坐标式多点触摸定位问题• 2 个触摸= 4 个交叉点•轴坐标式XY矩阵可以检测出两个（或以上）触摸的存在•只能确定单点触摸的位置•当有第二个触摸存在时就增加了两个“鬼点”•不能确定真正的触摸点是哪一组•轴坐标式可以支持多点触摸•仅限于识别多点手势，方向•很难解决“鬼点”问题•这种多点触摸仍旧很有用•平移–上/下，左/右•缩放–放大/缩小•旋转–向左/向右•很多其他的动作•操作特点•同一水平线有两个触摸点•手指的方向是向上或向下•不需要确定触摸的精确位置•只需确定手势相对位置和相对运动•操作特点•两个触摸点在同一垂直线•手指的方向是向左或向右•不需要确定触摸的精确位置•只需确定手势相对位置和相对运动轴坐标式缩放手势•操作特点•斜线式两点触摸操作•构成了一个矩形•两个手指靠近或远离•矩形变化面积•设定放大或缩小•缩放的程度•不需要确定触摸的精确位置•只需确定手势相对位置和相对运动轴坐标式旋转手势•操作特点•两点触摸•一个固定•另外一个转动•手指转动过程构成了弧形轨迹•斜线式两点构成了矩形•矩形形状的变化决定了旋转方向多点触摸的“鬼点”消除•几种常见的消除方法•基于逻辑的消除方法•分时法•分区法(将触摸区域物理分割成多个区域)•多点触摸识别位置方法*•基于时间的多点触摸的“鬼点”消除方法(分时法)•假设多点触摸操作是分时发生的•触摸操作间隔需要几毫秒时间•第二触摸点操作会产生对应的“鬼点”•真正的第二个触摸点与第一个触摸点呈对角状态,所以通过分时方法即可消除鬼点*多点触摸识别位置方法不存在“鬼点”现象多点触摸的分区式“鬼点”消除方法•要求整个触摸屏物理上分割成几个区域•每个触摸屏可能有2个, 3个, 或4个区域•每个区域定位一个单点触摸操作•可以消除触摸点移动时产生的“鬼点”•通过判断触摸进入/退出相应区域，可以从“鬼点”中分辨出真实点多点触摸识别位置手势•多点触摸识别位置可以应用于任何触摸手势的检测•可以检测双手的10个手指的同时触摸•最人性化的人机接口•所有的手指都可以同时操作•允许其它非手指触摸形式的检测•手掌/脸/拳头（戴手套也可）•适用于游戏操作•允许多手操作多点触摸识别位置•下一代的触摸感应技术•基于互电容而非自电容的触摸检测方法•可以检测到触摸坐标点•需要更多的触摸扫描次数•轴坐标方式•行和列只需扫描检测一次•扫描次数: 行数+列数•多点触摸识别方式•每行和每列交叉点都需单独扫描检测•扫描次数: 行数* 列数•例子: 一个10根行线,15根列线所构成的触摸屏:•轴坐标方式触摸扫描次数总共需要25次•多点触摸识别方式总共需要150次扫描检测多点触摸识别位置的触摸截屏图画对角线5个手指多点触摸识别位置应用•多个平台支持•集成于操作系统中•也可以应用于类似系统中自电容vs. 互电容感应检测•自电容感应检测•适用于轴坐标式触摸屏的触摸感应检测)变化•检测每个感应单元的电容(CP•有手指触摸时,感应单元的电容增加•激励和感应的是同一感应单元•互电容感应检测•适用于触摸屏的多点触摸识别位置扫描)变化•检测行列交叉处的互电容(耦合电容CM •有手指触摸时互电容减小•行加驱动激励信号,列进行感应自电容行或列感应检测•自电容的触摸感应检测方法需要每行和每列都进行检测•行与列之间存在多个固有的寄生电容(C P )•行与列距离越近,寄生电容C P 越大行行行行列A 列A列B 列B列C 列C互电容感应检测点•当行列交叉通过时,行列之间会产生互电容•驱动和感应单元之间形成边缘电容•行列交叉重叠处会产生耦合电容•注意：感应单元的自感应电容依然存在,但不必进行测量C MC M C MC M C M议程•感应电容触摸屏（Projected Capacitive Touchscreen）•人机接口的选择•手势（Gestures）•单点触摸（Single-Touch）•多点触摸（Multi-Touch）•多点触摸识别位置（Multi-Touch All-Point）•触摸屏物理结构的最佳方式•Cypress TrueTouch™触摸屏控制器•在线问答感应电容触摸屏各层结构1.表面护罩2.覆盖层3.掩膜层&标示层4.光学胶5.第一层感应单元与衬底6.光学胶7.第二层感应单元与衬底8.空气层或光学胶9.LCD显示屏12597 4683表面护罩•<100μm•所有塑料覆盖层上面都需要硬护罩•手指触摸会划伤触摸表面•硬度至少要达到3H等级•如果覆盖层是玻璃可以不需要表面护罩•玻璃必须经过化学加强或淬火处理•表面护罩需要与覆盖层进行光学匹配,以免光损失过多•其它护罩材料•防反射型(AR)表面护罩•防炫型(AG)表面护罩•防污型(AS)表面护罩•注意:许多防反射型表面护罩采用透明的金属氧化物材料.•这些表面护罩材料会阻碍电容触摸感应•采用有机护罩替代覆盖层•0~3mm•不是所有的触摸屏都有•采用玻璃作为第一触摸感应层的衬底•ITO 的护罩必须放在反面•用户是在衬底上进行触摸,而不是护罩•掩膜变得困难•采用高介电常数的材料,使得手指感应电容量最大化•折射率(IR)•与其它层和光学胶进行匹配•尽量减小光损失•薄=SNR高,更好的感应灵敏度•常用材料•聚碳酸脂,有机玻璃, 玻璃掩膜层与标示层•厚度：大致100μm•掩膜层处于覆盖物的后面•隐藏布线,LCD的边缘等•允许增加保护性标示•例如: 图标,产品标志,文字等•标示物必须相当平整•必须平整压在ITO的衬底上.•标示物材料应该是非导电的:•可以与ITO布线部分结合在一起•避免碳之类的黑色材料光学胶•厚度：25μm~ 200μm•技术特性•薄=SNR好•光学参数匹配= 光损失少•高介电常数(ε) = SNR好r•更好的感应手指电容•通常应用PSA 薄膜•PSA -压敏胶第一层感应单元与衬底•ITO 涂层<100nm (IR ~1.5)•衬底•100μm~1mm 的玻璃(IR ~ 1.52)•25μm~ 300μm PET 薄膜(IR ~ 1.65)•技术特性•厚的ITO = 面电阻低= SNR好•薄的ITO = 更好的透光率•薄膜衬底•灵活，容易制成薄片•低温沉淀，ITO要求更薄•玻璃衬底•200μm以上良品率更高•光学性能好•如果ITO做在下表面，玻璃衬底可以作为表面覆盖物光学胶•厚度：25μm~200μm•技术特性•光学参数匹配=光损失少•厚= SNR好•低介电常数(ε) = SNR好r•交叉电容小•通常应用PSA 薄膜•PSA -压敏胶•通常与各向异性导电胶结合使用•ACA-各向异性导电胶•两种应用形式•ACF–各向异性导电薄膜•ACP–各向异性导电涂层第二层感应单元与衬底•与第一层衬底的材料相同•薄膜与玻璃不要混合•IR不匹配会导致用户可以看到ITO模型•ITO 在衬底上表面•厚的衬底= SNR好•ITO 在衬底的下表面•薄的衬底= SNR好•同样在边缘区域要求采用异向导电胶*现在已有单衬底工艺空气或光学胶层= 1•空气介电常数εr•减小了来自LCD的寄生电容•厚度由触摸屏的硬度决定•当手指触摸触摸屏时，不能接触到LCD屏•否则会产生牛顿环效应•需要周围密封，以防进灰尘•大约有8%光损耗，除非表面作了防反射处理•光学胶•安装更坚固•光学参数匹配可以使得光损失更小•介电常数ε尽可能最低r•ITO感应单元与LCD上表面之间的距离最小250μmLCD•噪声源•背光,LCD像素驱动控制信号•不要采用被动点阵屏•LCD的正面会有高压信号•尽量使用带Vcom的有源点阵屏•Vcom构成虚地或屏蔽功能•如果确实需要采用被动点阵屏•在触摸屏中再增加一个ITO屏蔽层•屏蔽层必须接地,去除寄生电容C的影响PITO图形化•ITO 需要设计成一定的图形•一层为行感应阵列•另一层为列感应阵列•同样的模型既可以应用于轴坐标式触摸屏,也可以应用于多点触摸识别位置的触摸屏•常用酸蚀刻的方法实现图形化•也可以采用激光烧蚀方法•ITO模型有各种形状ITO 图形形状三角形菱形三角形六角形条形三角形•图形之间的相互连线避免过长•Pad之间的连线有很多小方块•右边显示的是六角形的连接示意图•连线由1.5~3个方块组成•连线长= 连线电阻大•大电阻= 扫描时间长•菱形是最常见的形状•连线短(连线~2个方块长度)•使用超过20年•请参照美国专利. 4,550,221•多个模型连接构成行/ 列阵列•行/ 列边缘形状•每行和每列的模型应该是完整的菱形•每行/列的两端总是半个菱形/三角形•如果空间允许,行/列结束处可以向外扩展一些•增加屏边缘感应灵敏度•行列可以进行拉伸或缩小,以使得行列长度符合区域要求•半菱形的形状不要过多•每个行/列至少有一个半菱形图形•灵敏度高的菱形对角线长度建议~5 mm行/ 列结构•每行/列的开始与结束采用半个菱形•这可以避免有些行/列的感应面积不一样•避免引起扫描检测不一致•行/列感应单元需与触摸屏控制器连接•连线布在屏的四周•每行和每列都需引出一根连线•又长又薄的连线必须是金属连线•长的ITO有很大阻值•连线通常统一引到触摸屏的某个固定位置Flex TailConnection•通常采用银墨水•丝印或喷墨处理•连线宽度/ 间距典型值:250 μm(中心距500 μm)•行/列多= 边缘宽度要更宽• E.g., 10列要求5.25mm的布线空间•也可以采用光刻镀铝处理•通常应用于玻璃衬底•线宽可以小于50 μm•行/列金属连接覆盖整个模型的连接边好坏引线•自电容检测方法•所有的行列引线都从同一边引出•满足中心点计算要求•互电容的检测方法可以从屏的两边引线自/互电容布线互电容布线。