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Tango S 在电子纸上的应用

2010-12-18 09:31:21 来源:《半导体器件应用》2010年01-02月刊
电子纸
电子纸(e-paper)是一种新型显示器件,距今已有30多年的历史。其结构包含两个部分,一是电子墨水,通常称之为前板,另一部分就是相对的背板,就是让电子纸生成文字或者图形的电路。电子墨水的制造方法很多,大体上是包含一层微小塑料小球的塑料基板,每个小球都被封在微小的油囊中,成悬浮状态,每个小球都处在可以自由旋转的状态。小球的每个半球有不同的颜色和不同的电荷,当背板对其施加电场的时候,小球受力旋转,这样就呈现出想要得到的文字和图案。
图1是电子墨水的示意图。
图2为E ink 公司电子纸的显示原理图。
与传统的TFT$显示器$件相比,电子纸具有轻,薄,可弯曲,低功耗,大视角,制造工艺简单等优点。尤其是在低功耗方面,优势更为显著。由于电子纸没有背光,他是利用外界自然光的反射,同时在画面没有更新的时候,他不需要扫描,即不需要动态刷新。只有在页面切换的时候才扫描,极大的节省了电力消耗。尤其在适合移动设备使用方面。在视角方面,E-Ink公司开发的电子纸技术视角可达到170度,靠反射环境光工作,底色是非常地道的白色,能在强光下舒服的阅读。文字非常清晰。
图3为电子纸的工作示意图。
正是由于具有以上方面的特点,使其成为手持阅读器的首选显示器件。
投射电容触摸屏
手持电子阅读器一般没有键盘,而是选择触摸屏作为标准输入设备。传统的电子阅读器所使用的触摸设备以电磁式和电阻式触摸屏为主。这两种触摸设备技术比较成熟但是各自却存在不同的缺点。电磁式一定要用触摸笔去触摸,一旦触摸笔丢失,该触摸屏就无法工作,而电阻式触摸屏却存在透过率,使用寿命等缺陷。
图4是各种触摸技术应用方案对比。
投射电容(projected capacitive)触摸技术是随着Iphone的火爆而越来越被大家所认识和接受。投射电容触摸技术具有多点识别,高透过率,高使用寿命等优点。
投射电容触摸技术一般采用二维阵列扫描方式,通过读取每一个交叉处的电容值的变化或差值的变化来识别手指的存在与否,计算触摸位置的坐标,以及实现对于手势的识别。
图5是一个电容触摸屏的Layout示意图。
当有手指触摸的时候,触控芯片就会在触摸的位置产生一个相应的峰值,通过软件对此峰值位置的处理就会相应的计算出一个坐标。如图6。
当有两个手指触摸时,同样在X,Y轴会同时产生两组峰值,按照排列组合的方式来计算会有4组坐标,其中两个是真实的坐标,两个是虚拟的坐标(俗称“鬼点”)。目前市场上各种方案都宣称有多点识别技术,大多数的方案是能够识别到多指,但是能够提供多指的真实坐标的方案,少之又少,鬼点的处理和识别成为各家方案的核心所在。对于能够提供多指真实坐标的方案,称之为Real Touch。
PIXCIR的方案能够聪明的识别每一个电极交叉点的电容变化,并且能够识别外界环境的变化带来的干扰。
如图8,左侧为触摸屏的阵列示意图,右侧则为检测到的每个点的电容差值。
应用方案
2009年,PIXCIR成功开发出基于电子纸上应用投射电容触摸屏的方案,该方案与其他投射电容触摸屏方案的最大区别在于没有屏蔽层。
电子纸的最外面是一层透明的导电电极(ITO),作为其显示的公用线信号。电容触摸屏位于透明电极上方,通过PSA和电子纸紧密粘接。
电器连接设计及其数据传输
如图:tango S (Tango S是Pixcir开发的电容触控芯片)负责采集触摸屏信号,通过SPI接口协议把信息高速传递给MCU,MCU将采集到的信号进行集中处理,运算,并将计算后的数据通过USB接口传递给Host。数据包括触摸指头数量,坐标,压力等有效信息。
触摸屏结构设计
触摸屏采用单面双层菱形桥接结构。ITO膜厚选择150埃±15%,绝缘材料采用二氧化硅,扫描电极中心线距离5mm,桥接及其边缘走线选用MO/AL/MO。由于ITO是透明电极,因此他的参数选择非常重要,要综合考虑其电阻特性,透光特性以及工艺方面的因素来进行选择。
表1是其相关参考数据。
由于Tango S的工作原理是是计算电容的差值,在扫描第X根信号线的时候,要参考第X-1根或第X+1根扫描线,因此边缘需要采用Dummy补偿处理。Dummy线的设计,是必须的,如果没有Dummy线,在扫描最边缘信号线的时候,就失去了参考的对象,从而会导致边缘数据非常的不好,从而影响正常使用。
图11是边缘补偿的参考图。
电容触摸屏的关键所在除了边缘处理之外,还有一个就是噪声的处理。
对于噪声的处理方面,PIXCIR依据Tango S高速扫描,及其独特算法来规避噪声对触摸屏的干扰。
软件设计
软件是确保整个系统能够正常运转的核心所在。在软件中增加了噪声过滤,以及自动校正功能。确保整个系统能够正常可靠的运行。
该方案具有多指及手势识别,响应速度快,支持手写等功能,同时具有手掌识别功能。
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