大尺寸触摸屏面临的几大设计挑战

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大尺寸触摸屏面临的几大设计挑战

[li]2017年1月18日[/li][li]
[/li][li]Andrew Morrison博士[/li]

对触摸屏而言，大就是美。触摸屏的应用越来越多，面临的设计挑战也在变大，比如如何为用户提供更好的触摸体验，特别是大屏幕的触摸体验。多点触摸精度非常重要，即便是在最大的显示屏上。但如何实现此目标呢？据BusinessResearch公司的“2015年全球触摸屏市场”报告显示，自2009年以来，投影电容(P-CAP)技术占据了手机和平板电脑的最高数量触摸类别。这种成功的驱动力是一组引人注目的功能集，包括通过耐用全玻璃表面实现的有效无限使用寿命、印刷边框全平面设计(无需聚光圈)和高级灵敏度等。P-CAP制造商当前在最大85"的屏幕上采用此技术。他们侧重四个领域以推进触摸性能和用户界面设计。分别是速度、精度、抗EMI和集成。

                               
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图1：大尺寸触控面板的影响已经完全由PX Group集团基于其商店理念, 已被设在南美洲的移动之星公司Movistar的旗舰店所设置的 50”或 46”大小触控面板的触控电视墙所印证。

更快的速度和提高的精度


消费者手机必须在约4.5"对角的屏幕上记录一到两次触摸，47"对角的商用触摸屏可通过现在常见的1mm精度记录10到40次触摸。对角翻倍时，16:9格式屏幕的区域大约是四倍。为保持相同触摸检测性能，47"屏幕上的触摸处理器必须比4.5"手机处理多得多的输入。防止手掌误触、姿势识别和其他功能进一步提高了对触摸处理器的要求。

                               
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图2：在首尔巴士站上的这些户外触控面板透过8毫米保护玻璃承受夏季平均29°C的高温以及冬季平局的7.3°C的低温，如此环境下触控面板依然运作正常,没有问题。
但触摸屏尺寸进一步增加，在多玩家赌场游戏桌、博物馆的互动展览、多用户设计/架构工作站、零售卖场的目录和 EPOS台、汽车展厅以及银行分支机构面板中，55"~85"正在成为主流。在这些屏幕尺寸上提供出色的触摸体验，意味着增加触摸检测电极的数量。最新固件(韧体)中的高级触摸检测演算法将触摸检测电极的数量翻倍，可支持256个，而标准多触摸控制器支持128个(针对最大47"的更小屏幕)。因此触摸传感器中的电容传感矩阵可以更密集，反过来可通过更高精度确定个别同步触摸事件的位置，甚至是在最大的基于MPCT的85英寸触摸屏上。
这为触摸控制器提供最多支持40个同步触摸点的能力，每个点之间的触摸分隔小于10mm (即小于指尖的宽度)。它们在当前可用的完整范围MPCT传感器尺寸都可实现此结果。
要将此数据传送到主机PC而没有可见的延迟，触摸控制器必须具有充分的处理功能。触摸屏通常最终具有和系统自身一样强大的处理器 – ARM32位Cortex很受欢迎。由于固件的精心设计，仍可收集、处理在大屏幕上实现这种性能水平需要捕获的其他数据，并在5ms内输出到主机PC。

4K的延迟


UHD(4K)屏幕日益流行并成功与触摸传感器集成。不过，有时看到的延迟实际是由于早期4K屏幕的性能，而并非触摸控制器。
今天触摸屏使用的典型HD显示屏像素刷新率约为120Hz。控制超大数量像素所需的数据处理要求意味着大部分当前4K显示屏在60Hz或更小操作。这让处理实时触摸事件成为挑战，例如围绕屏幕拖动光标，因为显示屏板上处理能力被刷新背景图像有效消耗。因此UHD显示屏上的一个移动触摸事件，如划线，看起来手指的拖痕比在HD显示屏上更明显。即便以毫秒速度报告触摸事件的P-CAP触摸屏也将被此延迟捕获。随着刷新率更高的更新4K显示屏进入市场，此问题将消失。但在那之前必须认真考虑UHD显示屏上运行的触摸应用程序的种类，以及对用户体验的可能影响。

                               
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图3：位于英国伦敦时尚高街眼镜商 Kite GB 旗舰店开拓性的、带触控体验并联网的产品, 使用的就是Zytronic整合强化玻璃的42”触控面板。

对抗EMI的改进


尽管电磁干扰(EMI)可能只是工业环境中触摸屏系统的问题，但事实上存在EMI的各种商业应用也可能对触摸操作产生不利影响。例如列车经过时，车站中诸如票务和自动售货机等自助亭将受到EMI中浪涌的影响。同样，部署在电源不稳定或没有良好调节区域中的触摸屏，也将受到主电源电缆瞬间干扰的影响。
特别是4K显示屏当前产生更高的EMI，原因是管理更高像素密度需要的驱动电路复杂性提高。这会导致显示屏放射的干扰或“噪音”最多比普通HD显示屏高3~4倍。它会造成触摸屏和它们的控制电子元件从周围噪音确定信号(或触摸)的问题，即降低信噪比，从而削弱真正触摸事件的识别。
这些环境中需要的触摸控制器部署的电子设计和触摸检测固件的主要改进，是确保在高水平保持信号完整性。P-CAP触摸技术，例如Zytronic胜创利公司的专属投影电容式技术(PCT)具有微精电极的X-Y矩阵，嵌入一个分层玻璃基片，并使用频率调制检测传导电极中的分钟电容变化。对抗EMI的一种方法是在触摸控制器中执行“智能”频率扫描功能。操作频率在0.7MHz和2.2MHz之间动态移动，以避免检测的环境“噪音”阻止检测触摸事件。

更出色的集成


尽管触摸亭是相当大的设备，但通常令人惊奇的是屏幕后面的小空间提供美学需求和其他元素，以便有时需要结合到设备中。如果触摸控制器的体积可保持最小，则有明显的优势。因此减小PCB尺寸也很重要，让控制器成为一个芯片集产品，以便设计人员可以考虑将触摸控制器嵌入现有的系统母板上。

                               
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图4：如果觉得Zytronic胜创利公司的触控面板太笨重，则SpinTouch International国际有限公司和Rok Interactive公司精心制作的Mozayo多点触摸平板的优雅设计,已清楚说明这样的说法是完全不正确的。

其他发展


触摸屏包括四个关键元素：嵌入屏幕的触摸传感器、触摸控制器、玻璃和系统界面。在我关注前两项的同时，玻璃技术和系统界面也发生有趣的进步。
材料技术让玻璃非常薄，但又非常坚固。最新进展包括玻璃中的抗微生物元素，确保玻璃上的任何细菌死亡而不是繁殖。随着日常接触细菌污染表面产生的健康恐慌，用户无疑更加注意潜在卫生标准不佳的他人使用的触摸屏的风险，并且这将变得日益流行。
在系统界面方面，最显著的近期发展可能是符合支付卡行业(PCI)安全要求的首款加密PIN触摸屏应用程序的启动。该应用程序加密用户在触摸屏界面上进行的所有PIN输入，以便在自动柜员机(ATM)、销售点(POS)设备和无人值守的付款终端提供更安全的消费者互动。这样潜在消除ATM和消费亭为PIN输入结合机械键盘的需求– 这是它们设计的真正显著优势。

高灵敏度


基本而言，诸如PCT和MCPT等P-CAP触摸技术的关键贡献是其高灵敏度。它可透过超厚重叠层、保护玻璃甚至厚手套检测触摸，因此具有无法超越的Z轴灵敏度和控制水平。配合良好设计的触摸控制器，它可提供可靠直观的触摸体验，对高达40次触摸精确响应，识别姿势并拒绝意外接触。P-CAP控制器IC的持续改进配合使用可打印传感墨水和纳米材料的传感器开发，可能进一步扩展这种通用触摸技术系列的功能和使用。

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