現在、タッチスクリーンにはいくつかの種類があります。それらは、抵抗(二重層)、表面容量性および誘導性容量性、表面音響波、赤外線、および曲げ波、アクティブデジタイザ、および光学イメージングです。.それらは2つのタイプに分けることができます。1つのタイプの構造は、最初の3つのタイプのタッチスクリーンのようなITOを必要とし、他方のタイプの構造は、後者のタイプのスクリーンのようなITOを必要としない。
タッチスクリーンは私たちの周りのいたるところにあります。PDAなどのパーソナルポータブルデバイスの分野では、タッチスクリーンはスペースを節約し、持ち運びが容易であり、人間とコンピュータの相互作用も優れています。現在市場に出回っている抵抗膜方式タッチスクリーンおよびITO材料を使用した静電容量式タッチスクリーンが最も広く使用されている。
抵抗膜方式タッチスクリーン
ITOは、透明な導電体である酸化インジウムスズの英語の略語です。この物質の性質は、スズに対するインジウムの比率、堆積方法、酸化の程度、および結晶粒のサイズを調整することによって調整することができる。薄いITO材料は良好な透明性を有するが、高インピーダンスを有する。厚いITO材料はインピーダンスは低いですが、透明性が低下します。PETポリエステルフィルムに蒸着する場合、反応温度は150度以下に低下し、ITOの不完全な酸化につながります。その後のアプリケーションでは、ITOは空気または空気バリアにさらされ、その単位面積インピーダンスは自己酸化によって変化します。時間の変化。このため、抵抗膜方式タッチスクリーンを頻繁に校正する必要があります。
図1は、抵抗膜方式タッチスクリーンの側面断面図である。指で触れる表面は、下層のPET層を保護するためのハードコーティングです。PET層は、表面に触れると下向きに曲がる薄くて柔軟なPETフィルムで、下のITOコーティングの2層が互いに接触し、この時点で回路を接続することができます。2つのITO層の間には、2つの層を分離するために厚さ約1000分の1インチの分離支点があります。底部には、上記の構造を支持する透明な硬質底層、通常はガラスまたはプラスチックがある。
抵抗膜方式タッチスクリーンの多層構造は、多くの光損失を引き起こす。ハンドヘルドデバイスの場合、通常、光透過性の低下の問題を補うためにバックライト光源を増やす必要がありますが、これはバッテリ消費も増加させます。抵抗膜方式タッチスクリーンの利点は、そのスクリーンおよび制御システムが比較的安価であり、応答感度も非常に良好であることである。
容量性タッチ画面
容量性タッチスクリーンはまた、ITO材料、およびその低消費電力と長寿命を使用する必要がありますが、コストが高いため、以前はあまり心配しなくなりました。AppleのiPhoneが提供するフレンドリーなマンマシンインターフェースとスムーズな操作性能により、静電容量式タッチスクリーンは市場で人気があり、さまざまな静電容量式タッチスクリーン製品が次々と登場しています。そして、プロセスが進行し、大量生産するにつれて、そのコストは低下し続け、抵抗膜方式タッチスクリーンを徐々に置き換え始めます。
表面容量性タッチスクリーンはITOの単層のみを使用し、指が画面の表面に触れると、一定量の電荷が人体に伝達される。これらの電荷損失を回復するために、充電は画面の四隅から補充される。各方向に加算される電荷の量はタッチポイントの距離に比例し、これからタッチポイントの位置を計算できます。
表面容量ITOコーティングは、通常、電界に対するコーナー/エッジの影響を低減するために、スクリーンの周囲に線形化された金属電極を必要とする。場合によっては、ITOコーティングの下にITOシールド層があり、ノイズを遮断します。表面静電容量式タッチスクリーンは、使用する前に少なくとも1回較正する必要があります。
表面静電容量式タッチスクリーンと比較して、誘導性静電容量式タッチスクリーンは、より厚いカバー層を貫通することができ、補正を必要としない。誘導容量型は、ITOコーティングの2つの層に異なるITOモジュールをエッチングします。モジュールの総インピーダンス、モジュール間の接続線のインピーダンス、およびITOモジュールの2つの層の交点で発生する寄生容量を考慮する必要があります。また、指のタッチを検出するには、ITOモジュールの面積を指の面積よりも小さくする必要があります。ダイヤモンドパターンを使用する場合、対角線の長さは通常4〜6mmに制御されます。
図3では、緑と青のITOモジュールがITOコーティングの2つの層上に配置されています。これらは、X 方向と Y 方向に連続的に変化するスライダーと見なすことができます。X 方向と Y 方向の異なる I モジュールを別々にスキャンする必要があります。タッチ ポイントの位置とタッチの軌跡を取得します。ITOコーティングの2つの層の間には、PETまたはガラス分離層がある。後者は、より良い光透過率を有し、より大きな圧力に耐えることができ、そしてより高い収率を有する。特殊な工程で液晶表面に直接メッキすることもできますが、重いです。この絶縁層が薄いほど光透過率は良くなりますが、ITOの2層間の寄生容量は大きくなります。
静電容量式タッチスクリーンによって検出されるタッチ位置は、最大静電容量変化値が感知されるクロスポイントに対応する。X軸またはY軸の場合、異なるITOモジュールの信号量の加重平均が位置量を取得し、次いでシステムはタッチスクリーンの下にあります。タッチポイントまたはトラックがLCDに表示されます。
2本の指が触れている場合(2つの赤い点)、各軸に2つの最大値があります。現時点では、2つの可能な組み合わせがあり、システムは正確に位置を特定して判断することはできません。これは、通常、ミラーリングドット(2つの青いドット)と呼ばれるものです。
さらに、タッチスクリーンの底部はLCDディスプレイであり、その表面も導電性である。これにより、隣接するITO被覆ITOモジュールに寄生容量が生じます。通常、2つの層の間に特定の空気層を予約する必要があります。寄生容量の影響を低減します。
静電容量式タッチスクリーンソリューション
現在の静電容量式タッチスクリーンソリューションの中で、サイプレスPSoC製品は、プログラマブルで柔軟な設計、良好な一貫性、および効率的なPSoC Express / PSoCデザイナー開発環境を備えた主導的な地位にあります。
PSoC CapSense技術は、容量性センシングの原理に基づいてCSAまたはCSDモジュールを使用して実装されています。PCBまたはタッチスクリーン上の隣接する検出モジュールまたはワイヤ間に寄生容量があります(図4のCpを参照)。指が隣接する2つのセンシングモジュールに近づいたり触れたりすると、2つの静電容量を追加することと同じです。PSoCのCSAおよびCSD技術を使用して、この静電容量の変化を検出し、指のタッチがあるかどうかを判断することができます。
PSoCタッチスクリーンソリューションの利点は、以下にも反映されています。
1.これはシングルチップソリューションであり、従来のソリューションと比較して外付け部品を削減し、システムの全体的なBOMコストを削減します。
2. I2C-USBブリッジやその他の関連ツールをPSoC Express / PSoCデザイナー開発環境と組み合わせることで、開発時間とコストを大幅に節約できます。
3. PSoCの内部IOおよびさまざまなアナログ/デジタルモジュールは動的に再構成することができ、回路図およびPCBを変更することなく新しい要件を満たすように設計を更新することができます。また、I2C/UART/SPI/USBなどの各種通信インタフェースにも対応しており、各種インタフェースでホストに簡単に接続できるため、システムアップデートのコストを削減できます。
4. PSoCは、外部環境の変化(RF干渉/温度変化/電力変動など)に応じて柔軟にパラメータを設定することができ、LCDディスプレイ、携帯電話、デジタルカメラ、白物家電のタッチコントロールに広く使用されています。
5.PSoCは、タッチの制御に加えて、LEDバックライト制御、モータ制御、電源管理、I / O拡張などの付加価値機能も実現できます。
PSoCは、様々なサイズのタッチスクリーンに適用されています。表面容量性タッチスクリーンの制御を実現する場合は、図5に示すように、CY8C21x34またはCY8C24x94シリーズを使用して、CSDモジュールを介して実現できます。誘導性容量性タッチスクリーンの制御は、CSAモジュールを介してCY8C20x34シリーズによって、またはCSDモジュールを介してCY8C21x34またはCY8C24x94シリーズによって実現することができる。
タッチスクリーン製品の設計では、性能とコストを比較検討する必要があります。抵抗膜方式タッチスクリーンのコストは低く、競争は激しく、性能と用途には一定の制限があります。
1.静電容量式タッチスクリーンはタッチのみを必要とし、信号を生成するための圧力は必要としません。
2.静電容量式タッチスクリーンは、生産後に1回だけ、またはまったく校正を必要としませんが、抵抗技術は定期的な校正を必要とします。
3.静電容量式タッチスクリーン内の部品は動きを必要としないため、静電容量式ソリューションの寿命は長くなります。抵抗膜方式タッチスクリーンでは、上部ITO膜は、下部ITO膜に接触するように下方に曲がるように可撓性があるほど十分に薄い必要がある。
4.静電容量技術は、光損失とシステム消費電力の点で抵抗技術よりも優れています。
5.容量性技術または抵抗技術の間の選択は、主に画面に触れるオブジェクトに依存します。指で触れる場合は、静電容量式タッチスクリーンがより良い選択です。プラスチックであろうと金属であろうと、スタイラスが必要な場合は、抵抗膜方式のタッチスクリーンがその仕事をすることができます。静電容量式タッチスクリーンはスタイラスを使用することもできますが、協力するには特別なスタイラスが必要です。
6.表面容量性タイプは、大型のタッチスクリーンに使用でき、相対的なコストも低いですが、現在はジェスチャー認識をサポートできません。誘導容量型は、主に中小規模のタッチスクリーンに使用され、ジェスチャー認識をサポートすることができます。
7.容量性技術は耐摩耗性があり、長寿命であり、ユーザーがそれを使用するときのメンテナンスコストが低い。したがって、製造業者の全体的な運用コストをさらに低減することができる。
静電容量式タッチスクリーンの開発動向
静電容量式タッチスクリーンは、iPhoneやその他のハンドヘルドデバイスに適用されています。マウスのダブルクリックをシミュレートするシングルポイントトラックの配置/シミュレーションは、その基本的な機能であり、マルチフィンガージェスチャー操作の認識と適用は、現在の市場でホットスポットとなっています。ポータブルアプリケーションでは、ユーザーは片手でデバイスを持ち、もう片方の手でしか操作できません。そのため、多指での把持/平行移動、伸縮/圧縮、回転、ページめくりなどのジェスチャー操作を認識することが特に重要です。PSoC誘導容量性タッチスクリーンは、2本指のジェスチャー認識をサポートするために、すでに多点検出を達成することができます。ジェスチャー認識をサポートする静電容量式タッチスクリーンが市場で輝くことは予測可能です。
