触摸屏TP技术讲解ppt课件

触摸屏知识讲解 讲解人 陈伟明 1 主要讲解内容 1 简单介绍触摸屏 定义 功能 发展应用 名词解释 2 触摸屏的分类 电阻式与电容式 自电容与互电容 3 触摸屏的组成 LENS Sersor FPC IC 辅料 4 触摸屏的结构5 触摸屏生产流程 2 一 简说触摸屏 1 定义 触摸屏简称TP touchpanel 是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置 当接触了屏幕上的图形按钮时 屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置 可用以取代机械式的按钮面板 并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果 一块接收触摸讯号并能处理的面板 2 功能 简单方便地实现人机交互3 发展应用 触摸屏已广泛应用于智能手机 汽车 平板电脑 电子书 笔记本电脑 游戏机 ATM机等领域 3 4 5 曲面触摸屏 6 触摸屏名词 1 尺寸 触摸屏尺寸指所采用可视区的对角线尺寸 通常以对角线的长度来衡量 以英寸单位 1英寸 2 54cm 2 透光率 是指透进触摸屏的光照量与环境光照量的百分比 它直接影响到触摸屏的视觉效果和灵敏性 一般单层玻璃最大透光率为94 3 硬度 是指触摸屏抗磨损的能力 一般用摩氏硬度来表示 1822年德国矿物学家摩氏选出10种矿物 按其硬度从低到高排列成10等级硬度计 1 滑石2 石膏 琥珀3 方解石 珍珠 2 5 4 孔雀石5 磷灰石6 正长石 松石 长石 6 6 5 硬玉 6 5 7 软玉 6 6 5 7 石英石 榴石 6 5 7 25 橄揽石 6 5 7 电气石 6 5 7 5 8 黄玉 绿柱石 尖晶石9 刚玉10 金刚石 除了10种标准矿物外 指甲硬度为2 5 铜针3 小刀5 5 7 8 二 常见触摸屏的分类 1 电阻式2 电容式 主要讲解 3 红外线4 超声波 9 2 1 电阻式触摸屏 电阻式触摸屏主要是利用压力感应进行控制 它的构成是显示屏及一块与显示屏紧密贴合的电阻薄膜屏 这个电阻薄膜屏通常分为两层 一层是由玻璃或有机玻璃构成的基层 其表面涂有透明的导电层 基层外面压着我们平时直接接触的经过硬化及防刮处理的塑料层 塑料层内部同样有一层导电层 两个导电层之间是分离的 当我们用手指或其他物体触摸屏幕的时候 两个导电层发生接触 电阻产生变化 控制器则根据电阻的具体变化来判断接触点的坐标并进行相应的操作 10 2 2 电容式触摸屏 与电阻式触摸屏不同 电容式触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的 电容式触摸屏的感应屏是一块四层复合玻璃屏 玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层导电层 最外层是一薄层矽土玻璃保护层 当我们用手指触摸在感应屏上的时候 人体的电场让手指和和触摸屏表面形成一个耦合电容 对于高频电流来说 电容是直接导体 于是手指从接触点吸走一个很小的电流 这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出 并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比 控制器通过对这四个电流比例的精确计算 得出触摸点的位置 11 自电容与互互容 自电容 在玻璃表面用ITO 一种透明的导电材料 制作成横向与纵向电极阵列 这些横向和纵向的电极分别与地构成电容 这个电容就是通常所说的自电容 在触摸检测时 自电容屏依次分别检测横向与纵向电极阵列 根据触摸前后电容的变化 分别确定横向坐标和纵向坐标 然后组合成平面的触摸坐标 互电容 互电容屏也是在玻璃表面用ITO制作横向电极与纵向电极 它与自电容屏的区别在于 两组电极交叉的地方将会形成电容 也即这两组电极分别构成了电容的两极 区别 单点触摸时无区别 多点触摸有鬼点 12 电容式触摸屏优点 相对电阻式 1 反应灵敏操作更方便 电容式触摸屏支持多点触控 操作更加直观 更具趣味性 2 不易误触 由于电容式触摸屏需要感应到人体的电流 只有人体才能对其进行操作 用其他物体触碰时并不会有所相应 所以基本避免了误触的可能 3 耐用度高 比起电阻式触摸屏 电容式触摸屏在防尘 防水 耐磨等方面有更好的表现 4 电容触摸屏只需要触摸 而不需要压力来产生信号 5 电容触摸屏在生产后只需要一次或者完全不需要校正 而电阻技术需要常规的校正 6 电容方案的寿命会长些 因为电容触摸屏中的部件不需任何移动 电阻触摸屏中 上层的ITO薄膜需要足够薄才能有弹性 以便向下弯曲接触到下面的ITO薄膜 13 2 3 红外线触摸屏 红外线触摸屏原理很简单 只是在显示器上加上光点距架框 无需在屏幕表面加上涂层或接驳控制器 光点距架框的四边排列了红外线发射管及接收管 在屏幕表面形成一个红外线网 用户以手指触摸屏幕某一点 便会挡住经过该位置的横竖两条红外线 计算机便可即时算出触摸点位置 因为红外触摸屏不受电流 电压和静电干扰 所以适宜某些恶劣的环境条件 其主要优点是价格低廉 安装方便 不需要卡或其它任何控制器 可以用在各档次的计算机上 不过 由于只是在普通屏幕增加了框架 在使用过程中架框四周的红外线发射管及接收管很容易损坏 14 2 4 表面声波触摸屏 红外线触摸屏原理很简单 只是在显示器上加上光点距架框 无需在屏幕表面加上涂层或接驳控制器 光点距架框的四边排列了红外线发射管及接收管 在屏幕表面形成一个红外线网 用户以手指触摸屏幕某一点 便会挡住经过该位置的横竖两条红外线 计算机便可即时算出触摸点位置 因为红外触摸屏不受电流 电压和静电干扰 所以适宜某些恶劣的环境条件 其主要优点是价格低廉 安装方便 不需要卡或其它任何控制器 可以用在各档次的计算机上 不过 由于只是在普通屏幕增加了框架 在使用过程中架框四周的红外线发射管及接收管很容易损坏 15 三 触摸屏的组成 1 面板 LENS 2 TPSensor ITO 3 FPC4 IC5 其他辅料 16 3 1面板 LENS 1 面板 镜片 在这里指的是TP表层材料的统称 2 TP常用的面板材料如下 1 钢化玻璃2 PET3 PC PMMA 亚克力 其中PMMA PC PET材质的加工工艺比较简单 一般采用CNC 数控加工 工艺成型 通过电镀 或丝印做表面处理 三种结构玻璃材质较为常用 触摸效果比PC PMMA PET两种效果来得好 工艺也相对复杂 以玻璃材质为例 3 LENS加工工艺简介 切割 切割机 仿型 仿型机 雕刻机 开口 开口机 雕刻机 打孔 雕刻机 开口机 粗磨 粗磨机 抛光 抛光机 清洗 清洗机 强化 强化炉 清洗 清洗机 镀膜 镀膜机 丝印 丝印机 清洁包装 手工 17 钢化玻璃 1 钢化玻璃其实是一种预应力玻璃 为提高玻璃的强度 通常使用化学或物理的方法 在玻璃表面形成压应力 玻璃承受外力时首先抵消表层应力 从而提高了承载能力 增强玻璃自身抗风压性 寒暑性 冲击性等 2 目前一般使用的玻璃厚度规格主要有 0 55mm 0 7mm 0 95mm 其中 0 7mm规格使用最多 各类手机屏 7寸 8寸平板 0 95mm规格一般用在中大尺寸 9寸以及9寸以上 0 55mm规格较少使用 3 钢化玻璃原材料 旭硝子 Asahi 电气硝子 NEG 龙尾 Dragontrail 康宁 Croning 其中 旭硝子玻璃有青玻 白玻之分 18 4 各类材料强度对比 DOL 强化深度 CS 表面应力值 表面硬度旭硝子 DOL 8 CS 450Mpa 表面硬度6H NEG 龙尾 DOL 32 CS 650Mpa 表面硬度 6H 不超过7H 康宁 DOL 40 CS 700Mpa 表面硬度 7H 5 落球测试 以0 7mm常规料为列 旭硝子 64g钢球 50cm高度 中心点三次NEG 龙尾 64g钢球 60cm高度 中心点三次康宁 64g钢球 70cm高度 中心点三次注 并不是说强化深度与表面应力值越高 玻璃的落球标准也就越高 相反的 强化深度越深玻璃会越脆 19 PET PC PMMA1 三种都是薄膜面板材料 主要厚度有 PET 0 188mm 0 25mmPC PMMA 0 5mm 0 65mm 0 8mm 1 0mm其中 PET0 188mm规格很少用做电容屏面板 2 PC PMMA PET表面硬度对比PC 1HPMMA PET 3H另 PC复合板表面硬度可达到4H 20 3 2TPSensor 1 Sensor 传感器 在这里泛指touchsensor 接触性传感器 2 TPsensor 使用ITOGlass或者ITOFilm材料 结合产品的结构与TouchIC设计要求而制作的传感器 因sensor制程工艺的不同 分以下3类 a 黄光sensor 黄光制程 b 激光sensor 激光工艺 c 丝印sensor 丝印工艺 21 1 黄光制程通过对涂布在材料表面的光敏性物质 可称光刻胶或者光阻 经曝光 显影等工序后获的永久性的图形的过程 2 激光工艺采用激光对ITO 银浆线路进行蚀刻 切除等工序后获的需要图形的过程 有些也可搭配酸碱蚀刻 3 丝印工艺采用丝网 钢网对材料印刷 经干 湿蚀刻后获得需要图形的过程 干蚀刻指的是蚀刻膏 湿蚀刻指的是酸碱蚀刻 22 三种工艺各优劣势 1 黄光制程 是最早用于TPsensor的 最初的黄光sensor有单面搭桥与双面ITO两种方式 目前则都是单面搭桥与单层多点的方式 基材多选用玻璃 所以其设备也同玻璃基板分不同带线 黄光sensor工艺成熟 线宽线距可以做到0 02mm 0 03mm 且稳定性好 效率与良率都高 多用于G G OGS产品 由于黄光制程工序多 设备投入大 其价格也是居高不下 2 激光工艺 基材多选用FILM 搭配干 湿蚀刻 主要是对银浆线做镭射切割 也有全部选用激光蚀刻ITO 银浆 但效率较慢 线宽线距可以做到0 04mm 0 05mm 稳定性 效率 良率低于黄光 多用于G F G F F产品 价格适中 3 丝印工艺 采用丝网 钢网 结合干 湿蚀刻制作 玻璃与Film基材都适用 但线宽线距需要做到0 1mm 0 12mm 稳定性 效率 良率都低于黄光 激光 但此类工艺投入最小 价格也最低 综上 3种工艺各有各的优劣势 我们需要结合客户的需求 内部制程能力去选择最合适的那一项 23 24 3 3FPC 1 FPC一般指柔性线路板 是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性 绝佳的可挠性印刷电路板 具有配线密度高 重量轻 厚度薄的特点 产品结构 见右图 a 铜箔基板 基本分成电解铜与压延铜两种 厚度上常见的为1oz1 2oz和1 3oz b 基板胶片 常见的厚度有1mil与1 2mil两种c 覆盖膜保护胶片 表面绝缘用 常见的厚度有1mil与1 2mil 注 同类型的压延铜弯折性都强过电解铜 生产工艺 表面处理 沉金 此金并非纯金 而是镍金 沉金后的产品在抗氧化性能上有显著的提升 25 3 4IC 触摸屏的IC指的是触控芯片 芯片即是IC 是指端面可与摩擦衬片和摩擦材料层做成一体的金属片或非金属片 泛指所有的电子元器件 是在硅板上集合多种电子元器件实现某种特定功能的电路模块 它是电子设备中最重要的部分 承担着运算和存储的功能 触控IC 电容式触摸屏的 大脑 IC就是半导体元件产品的统称 包括 1 集成电路 integratedcircuit 缩写 IC 2 二 三极管 3 特殊电子元件 IC的功能 我们把电容式触摸屏的sensor解释为传感器 那么电容式触摸屏对IC功能的定义即为模数转换器 通过它将sensor上的模拟信号转化为数字信号 26 目前市面上使用较多的电容式触摸屏IC厂商 新思 Synaptics 赛普拉斯 Cypress 爱特梅尔 Atmel 敦泰 FocalTech 汇顶 Goodix 义隆 ELAN 思立微 Silead Mstar等 我司主要使用IC Atmel 27 触控IC的选择IC的选择需要考虑到很多因素 如 1 方案商是否支持过同型号或者同厂家的IC 2 整机商是否认同我们选择的IC 3 IC的价格是否合理 4 选择的IC是否设计上满足要求等等 对于前两点我们可以与方案商 整机商做沟通 尽量选择他们调试且认同的触控IC 至于价格 我们就暂时交给采购整理 了解大概的就OK 相对来说 我们关注的重点放在设计上 我们用互容多点与自容点单手势为列做详细说明 28 案例说明 互容多点 我们了解好客户对产品的需求 做什么样的结构 OGSorG GorG F F 什么样的走线方式 单层多点or单面架桥or双条丝印 等等 接下来我们就选择电容屏的 大脑 触控IC 首先 我们把TP的整个VA区 可视区 分成横竖若干等份 这个若干等份必须要符Sensor设计规范 正常情况是4 6mm之间 这样我们就能得到横为22份 竖为12份 29 根据计算出的等份数 寻找IC通道数相符合或者较为接近的型号 如上图 横为驱动22 竖为感应12 可以选择GT9157与FT5436i两颗IC 注 这里说的通道数接近要求IC的通道数一定要大于计算出来的等份数 IC型号定好后我们还需要看FPC的布线空间 元件摆放区域是否足够 sensor边缘的走线走线空间是否足够 注 FPC布线空间需要自行计算 按照0 06mm的正常线宽线距 记得算上地线 元件区域一半比IC封装大一倍左右最好 如GT9157为6 6 元件区域做到12 12是最方便布线的 当然实际的设计并没有充足的空间去布线 我们可以参考部分极限的设计做参照 30 辅料 1 正 背保护膜 2 LOCA指的是水胶 是液体的 用于硬对硬的Sensor贴合 OCA是类似于双面胶的一种光学胶 它的作用是增强透明度 扩大视野 贴合的 它主要用于FILM FILM 也可用于两片玻璃的贴合 3 ACF是英文AdhesiveConductiveFilm的缩写 它的中文名叫异向导电膜 或称Z方向导电膜 它是一种导电性微粒均匀分布在其中的粘性薄膜 4 背胶 泡棉 31 四 触摸屏的结构 主要的结构分类 1 G F 2 G F F 3 G G 4 OGS 5 ON CELL 6 IN CELL 32 1 G F结构 COVERLENS 0 7 OCA 0 125 FILMSENSOR 0 125 0 95mm 33 2 G F F结构 COVERLENS0 0 7 OCA 0 125 film 0 125 OCA 0 05 film 0 125 1 125mm 34 3 G G结构 COVERLENS 0 7 OCA 0 175 SENSOR 0 4 1 275MM 35 36 三大触摸屏技术In cell On cell和OGS目前 新兴嵌入式触摸屏技术主要可以分为三大阵营 分别是以苹果iPhone5为代表的in cell阵营 以三星为代表的on cell阵营和以HTC 谷歌Nexus7等为代表的OGS阵营 这三大技术在一段时间内将主导智能便携设备 这里对三大技术原理进行分析 1 OGS 全称OneGlassSolution 字面上的意思是单玻璃解决方案 其定义目前比较混乱 而更多的解释把OGS直接等同于TouchonLens 简称TOL 指的是将触控传感器与保护玻璃结合 触控模组的结构可简化成一片玻璃的触控面板技术 OGS技术就是把触控屏与保护玻璃集成在一起 在保护玻璃内侧镀上ITO导电层 直接在保护玻璃上进行镀膜和光刻 由于节省了一片玻璃和一次贴合 触摸屏能够做的更薄且成本更低 目前国内手机品牌厂商中已都采用了OGS技术 不过OGS仍面临着强度和加工成本的问题 由于OGS保护玻璃和触摸屏是集成在一起的 通常需要先强化 然后镀膜 蚀刻 最后切割 这样在强化玻璃上切割是非常麻烦的 成本高 良率低 并且造成玻璃边沿形成一些毛细裂缝 这些裂缝降低了玻璃的强度 目前强度不足成为制约OGS发展的重要因素 37 2 In Cell是指将触摸面板功能嵌入到液晶像素中的方法 即在显示屏内部嵌入触摸传感器功能 这样能使屏幕变得更加轻薄 同时In Cell屏幕还要嵌入配套的触控IC 否则很容易导致错误的触控感测讯号或者过大的噪音 因此 对任一显示面板厂商而言 切入In Cell On Cell式触控屏技术的门槛的确相当地高 仍需要过良品率偏低这一难关 目前采用In Cell技术除了苹果的iPhone5 还有诺基亚的Lumia920 虽然说目前有苹果这一巨头大力推动In Cell技术 但是在未来几年内仍仅限于高端智能手机领域 主要问题还是良品率 因为In Cell一旦损坏损失的不仅仅是触摸屏 显示屏也将连同一起报废 因此厂商对In Cell良率要求更高 3 On Cell是指将触摸屏嵌入到显示屏的彩色滤光片基板和偏光片之间的方法 即在液晶面板上配触摸传感器 相比In Cell技术难度降低不少 三星 日立 LG等厂商在On Cell结构触摸屏上进展较快 目前 On Cell多应用于三星Amoled面板产品上 技术上尚未能克服薄型化 触控时产生的颜色不均等问题 相比In Cell On Cell多了一层触控层 厚度会有一定的增加 显示效果有有限的优势 In Cell在像素内嵌入触摸传感器 可利用于显示的面积部分便会减少 这在一定程度上会导致画质劣化 但这不是一个严重问题 如果一直这样下去 无论是G G抑或G F 或者OGS都终将被On Cell取代 而On Cell只是In Cell的过渡 最终只有In Cell生存下来 38 五 触摸屏生产制作流程 39 谢谢 40