关键一步:确保触摸显示屏设备的质量

话题:
作者:
Anne Corning

在黑莓(BlackBerry®)手机风靡一时的时候,我购买了自己的第一台触摸屏笔记本电脑。看起来就像魔法一样神奇——只需快速点击几下或者滑动手指就可以打开文件、在屏幕上移动东西以及浏览互联网。现在,大多数智能手机、电子书阅读器和一些MP3播放器都提供触控功能,许多笔记本电脑和车载显示器也提供这种功能。触摸屏(英文为Touchscreen、Touch screen或touch-screen)设备市场已经成为一个竞争激烈的领域,据预计,该市场将以8.9%的复合年增长率(CAGR)持续增长,到2027年,全球营收将达到1211亿美元。1

随着触摸屏技术的日益普及以及显示器在日常生活中的应用激增,触摸屏技术的应用越来越广泛。如今,常见的触摸交互位置包括:

  • 气泵
  • 自动柜员机(ATM)
  • 信息和零售亭
  • 展览和会议中心
  • 汽车中控显示屏
  • 洗车中心
  • 停车终端
  • 运动场
  • 超市自助结帐
  • 建筑目录
  • 餐厅
  • 公共交通亭
  • 医疗设备和器械
  • 博物馆展品
  • 等等

用于智能手表、澳大利亚皇家利物浦医院寻路亭以及汽车导航系统(左上方起,顺时针方向)的触摸显示屏示例。 (信息亭图片 来源

触摸屏技术的兴起

尽管消费类电子设备上的触摸屏只是在最近十年左右才变得普遍,但首款触摸屏早在1965年就发明出来了。来自英国皇家雷达研究所(位于英格兰马尔文市(Malvern))的Eric A. Johnson提出了电容式触摸屏的初始设计。2

这种触摸屏采用了一个绝缘层(比如:玻璃),并涂有透明导电膜(比如:氧化铟锡(ITO))。当用户触摸导电膜时,人体将充当电导体,使设备能够记录接触点。电容式触摸屏具有高度的灵敏性,甚至可以对指甲触摸作出反应。但是,这种触摸屏只能与导电材料搭配使用(举例来说,它们对塑料触控笔没有反应),此外还存在每次只能记录一个触摸点的局限性。


电容式触摸屏(左)和电阻式触摸屏(右)图示。( © Noritake Itran

20世纪70年代,美国肯塔基大学(University of Kentucky)的G. Samuel Hurst博士和他的同事们开发了一种新的设计——电阻式触摸屏。3 。这种显示屏采用两个金属薄膜导电层,两层之间存在微小的气隙。当施加压力时(用手指或触控笔按下屏幕),两个导电层将被推压到一起,形成一个电路。设备将读取电压数值,并将其作为一个接触位置进行记录。电阻式触摸屏的生产成本比电容式触摸屏便宜,操作算法也相对简单。然而,它们缺乏输入精度(尤其是在用于大屏幕的情况下),并且可能缺乏屏幕整体清晰度。

触摸屏发展简史。(图片 © Ars Technica

2007年,苹果公司推出第一代iPhone,它以触摸屏取代了实体键盘,这给智能手机行业带来了彻底变革。当iPad于2010年面世后,触摸屏技术真正开始普及。微软公司于2012年发布的Windows® 8操作系统专注于启用触摸屏设备,这巩固了该技术的市场地位。自那时起,每家PC制造商都在其产品线中增添了触摸屏型号4 ,现在几乎所有的手机和平板电脑都提供这种功能。

触摸屏类型

除了上述电阻式和电容式触摸屏外,其他用于生产触摸感应显示器的技术还包括:

  • 红外线(也称为光学触摸屏)。 光学触摸屏将红外发射器与红外图像传感器搭配使用,用于连续扫描触摸屏。当有物体与屏幕接触时,它会阻挡传感器接收到的部分红外线。然后根据传感器输入和数学三角测量计算出接触位置。光学触摸屏提供高投射率,并支持多点触摸交互。由于它们使用的是红外传感器,而不是利用电导率,因此它们可以使用任何类型的材料(比如:塑料触控笔)进行操作。
  • 表面声波。这类屏幕通过追踪超声波来识别屏幕上的点位置。它们由“一块玻璃板、一个发射器和两个压电接收器组成。发射器产生的超声波在屏幕上移动和进行反射,然后被接收超声波的压电接收器读取。当接触到玻璃表面时,有些声波被吸收,而有些声波则被反射回来,并被压电接收器探测到”。5声波触摸屏具有高投射率和较长的使用寿命,因此它们通常用于需要更坚固耐用型显示器的场所,比如:医疗设施、赌场和拱廊以及银行自动柜员机。
  • 近场成像(NFI)。 NFI触摸屏通过感应电磁场中的干扰来进行操作。当有物体(比如:人的手指)移动到屏幕上时,玻璃上的电场将会发生变化。NFI屏幕非常坚固耐用,适用于军事和其他极端操作环境。它们可以探测到来自任何物体的触摸,比如:钢笔或触控笔,甚至包括戴着手套的手。
  • 电磁引导。 电磁引导触摸屏会发出一种电荷,这种电荷会与一种特殊的触控笔产生反应。触控笔发出信号,使触摸屏能够通过液晶屏下方的电磁感应传感器精确地识别其位置。不同于电容式触摸屏,这种类型的显示器可以对高精度操作作出反应,但是它只能与指定的触控笔搭配使用。


光学、表面声波、电磁引导和NFI触摸屏技术图示(左上角起,顺时针方向)。(NFI图片来源;其他3张图片 © Noritake Itran

有些触摸屏提供额外的功能,以增加其功能性能力,包括:

  • 多点触控 – 屏幕可以探测到多个输入接触点的存在。“10点”触摸屏将可以分别区分一个人的所有十个手指。
  • 压力灵敏度 – 屏幕可以探测到施加到其上的压力量,从而增添另一层输入信息。具有此功能的设备包括苹果智能手表(“压感触控”)、iPhone 6S(“3D触控”)和用于数字艺术应用的绘图平板电脑。
  • 手势识别 – 触摸屏可以将某些手指动作识别为单独的命令,比如:双击以选择文本、按压以进行缩放。
  • 触觉 – 屏幕可以重现伴随用户动作的触感,例如,当用户触摸屏幕时会产生振动。
  • 耐指纹性 –我们每个人都花了很多时间来清洁设备触摸屏上的指纹和污迹。一些新型屏幕具有疏油(“抗油”)涂层,可防止指纹油脂粘附在屏幕表面上。

触摸屏技术领域的最新创新成果包括:

  • 超薄触摸屏膜。 来自澳大利亚皇家墨尔本理工大学(RMIT University)的研究人员们已利用液态金属化学技术将3D触摸屏膜缩小到几乎二维的程度。超柔性的纳米薄膜电子材料可以像报纸一样印刷和铺开,用于未来的触摸屏。 了解更多…
  • 喷涂式触摸屏。卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)的科学家们已经开发出一种名为Electrick的喷雾剂,该喷雾剂由一种导电的碳基材料组成。喷到物体上后,它可以使物体导电,然后可以对其进行测量以追踪用户手指的动作。该喷雾剂可应用于多种表面,包括塑料、家具甚至…果冻。6 了解更多…
  • 可穿戴的触摸屏。 似乎触摸屏果冻还不够,Levi Strauss & Co与谷歌(Google)合作开发了‘智能牛仔服’。所生产的首件概念服装将是一款将导电纤维编织进左袖口的夹克,以使其具有触摸灵敏度。触摸输入通过蓝牙袖扣发送到用户的手机上。这款夹克预计将于2020年秋季以350美元的价格发售。7

触摸显示屏的质量控制

跟任何消费类显示器产品一样,触摸屏设备也需要进行严格的质量检测,以确保其功能、性能和外观符合品牌标准和客户期望。自触摸屏设备进入大众市场以来,瑞淀一直帮助制造商们检测 产品表面和显示器上的外观缺陷,以确保设计和生产质量。将ProMetric® 成像光度计或色度计 与 TrueTest™ 软件 搭配使用,可提供与人类视觉感知和灵敏度相匹配的自动化检测解决方案,确保制造商能够向消费者提供他们所期望的高质量设备。

瑞淀的ProMetric® I 系列成像色度计 (左)和 ProMetric Y 系列成像光度计 (右)。

瑞淀的 先进视觉解决方案可以精确地检测出透明基材(比如:透明塑料、薄膜或玻璃)上或内部的颗粒 和异物,而触摸显示屏的多个层可能都包含这类材料。瑞淀的自动化视觉检测系统经过专门标定,可以检测和区分出点缺陷及其位置。通过了解点缺陷是在表面的顶部或底部还是包埋在层内或层之间,制造商可以调整操作流程,以确定所检测的材料是否可以进入下一生产阶段、是否需要进行清洁或者是否必须将该材料作为废品报废。

瑞淀的ProMetric成像系统采用高分辨率传感器(高达4300万像素),可以实现无与伦比的图像清晰度,确保能够在生产线速度下检测出像素大小的极微小点缺陷及其他缺陷。瑞淀的视觉检测解决方案甚至可以检测出人工检测员未注意到的缺陷,包括玻璃或金属表面上的微小浅色碎屑。


瑞淀的 TrueTest™ 自动化视觉检测软件可以检测出设备表面上人眼不可见的点缺陷。

引用文献:

  1. Touch Screen Display Market….Global Industry Analysis, Size, Share, Growth, Trends and Forecast 2019-2029”, Transparency Market Research, April 3, 2020.
  2. Touchscreens: Past, Present, and Future”, Displays2Go, January 9, 2018; last modified January 19, 2018.
  3. Ibid.
  4. Touchscreen Technology on the Rise”, Brave River Solutions. (Retrieved September 10, 2020).
  5. What are the different types of touchscreens and how are they used?”, Noritake itran. (Retrieved September 10, 2020).
  6. The Latest Touchscreen Technology: 4 Amazing Innovations”, Acante. (Retrieved September 10, 2020).
  7. Ibid.
     
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