家庭觸控電視設(shè)計(jì)方案研究

鄭波

【摘要】家庭觸控電視的市場(chǎng)目前還處于空白狀態(tài)。本文主要從電容式觸摸屏和電磁式觸摸屏方向，淺談?dòng)|控電視家庭化的方案構(gòu)想和實(shí)例設(shè)計(jì)案例。

【關(guān)鍵字】家庭觸控;觸控電視;觸摸屏;電容觸控;電磁觸控;混合觸控

一、前言

觸控電視是在普通的電視機(jī)上加配觸摸屏設(shè)備，讓普通電視變的可以觸摸、可以控制。觸摸屏是一種定位設(shè)備，與鼠標(biāo)、鍵盤(pán)一樣，也是一種輸入設(shè)備。利用這種技術(shù)，只要輕輕地觸摸顯示屏上的圖符或文字就能實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)的操作，從而使人機(jī)交互更為簡(jiǎn)單、直接、便捷和人性化。

目前，顯示領(lǐng)域應(yīng)用觸摸屏的主要是會(huì)議平板、教育一體機(jī)等商用和教育領(lǐng)域，家庭觸控電視的市場(chǎng)還處于空白狀態(tài)。電視作為最早進(jìn)入家庭的屏幕，其人機(jī)交互還處于比較初級(jí)的階段。相比較而言，觸控系統(tǒng)服務(wù)已在手機(jī)、PC、Pad等端口上得到了極大的應(yīng)用，讓交互成為人們生活自然而然的一種習(xí)慣。無(wú)物不觸的時(shí)代將要來(lái)臨，家庭電視同樣離不開(kāi)觸控。未來(lái)家庭觸控電視的需求必將越來(lái)越高。

本文將從觸摸屏方面簡(jiǎn)單介紹家用觸控電視的方案構(gòu)想和實(shí)例設(shè)計(jì)案例。

二、家用觸控電視方案構(gòu)想

（一）觸控電視關(guān)鍵元器件——觸摸屏的選型

首先來(lái)了解下觸摸屏的種類和優(yōu)缺點(diǎn)。

（1）觸摸屏的種類

從技術(shù)原理上區(qū)分，常用的觸摸屏有紅外線式觸摸屏、電容式觸摸屏、電阻式觸摸屏、表面聲波式觸摸屏、電磁感應(yīng)式觸摸屏。另外還有光學(xué)成像式觸摸屏、矢量壓力傳感式觸摸屏、數(shù)字聲波導(dǎo)向式等。

紅外線式觸摸屏：是利用X，Y方向上密布的紅外線矩陣來(lái)檢測(cè)并定位用戶的觸摸。

電容式觸控屏：是利用人體的電流感應(yīng)電流進(jìn)行工作的。

電阻式觸摸屏：主要是通過(guò)壓力感應(yīng)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)屏幕內(nèi)容的操作和控制。

表面聲波式觸摸屏：是通過(guò)聲波來(lái)定位的觸控技術(shù)。

電磁感應(yīng)式觸摸屏：感應(yīng)器設(shè)置在顯示屏之后，感應(yīng)器在顯示器表面產(chǎn)生一個(gè)電磁區(qū)域，電子筆觸碰到顯示器表面時(shí)，感應(yīng)器可以通過(guò)計(jì)算電磁的改變來(lái)確定觸控點(diǎn)的位置。

（2）常用觸摸屏的性能比較

不同類型的觸摸屏，適用場(chǎng)合也有不同。表一為常見(jiàn)的幾種觸摸屏的性能比較以及適用場(chǎng)合。（見(jiàn)表1）

（3）適合家用觸控電視的觸控類型篩選

觸控電視用于家庭，考慮到親子互動(dòng)、孩童涂鴉繪畫(huà)等多種使用場(chǎng)景，觸控電視需滿足多人同時(shí)操作的需求，且需能支持手寫(xiě)筆繪等多種觸控方式。同時(shí)考慮到家用電視與室內(nèi)環(huán)境的融合協(xié)調(diào)性，觸控電視外觀要脫離笨重呆板的形象。因此，觸控電視至少要有多點(diǎn)觸控、高分辨率、高靈敏、輕薄等特點(diǎn)。

上述幾種觸控類型中，聲波屏目前已經(jīng)很少用，電阻屏不支持多點(diǎn)觸控，紅外屏響應(yīng)速度稍慢、分辨率稍低，且紅外屏不利于超薄超窄外形。僅電容屏和電磁屏滿足家庭觸控電視需求。

因此，本文認(rèn)為，適合家庭觸控電視的觸摸屏為電容式觸摸屏和電磁式觸摸屏。

（二）家庭觸控電視方案構(gòu)想

因電磁屏必須使用電磁筆觸控，單獨(dú)應(yīng)用于家庭電視的話，操作單一，操作體驗(yàn)差。因此本文構(gòu)想適合家庭觸控電視的方案有兩種：

以電容觸控為觸控方案的全貼合電容觸控電視。

以電容+電磁混合觸控為觸控方案的全貼合混合觸控電視。

三、實(shí)例方案簡(jiǎn)述

電容加電磁混合觸控電視同時(shí)具備電容屏的手指多點(diǎn)觸控特點(diǎn)，和電磁屏的電磁筆優(yōu)先、防誤觸特點(diǎn)，比單電容觸控更具操控性。對(duì)消費(fèi)者而言，如果需求高要求的繪畫(huà)書(shū)寫(xiě)性能，則可選擇混合觸控。如果只需常規(guī)的觸控需要，單電容觸控同樣滿足使用需求。而在結(jié)構(gòu)組成上，單電容觸控可看作是混合觸控的簡(jiǎn)化版本。因此本文將主要介紹混合觸控電視的實(shí)例設(shè)計(jì)方案，不再單獨(dú)介紹單電容觸控電視的方案。

（一）電容電磁混合式觸控電視方案（本文以65吋觸控電視設(shè)計(jì)為例）

本設(shè)計(jì)采用全貼合工藝，無(wú)面框，正面電容觸摸屏與液晶面板全貼合無(wú)空隙，顯示更通透。搭配側(cè)入式背光模組。而背光模組內(nèi)部，搭載電磁式觸摸膜，置于反射片之下，模組背板之上。整體追求主流超薄超窄元素。觸控電視詳細(xì)組成結(jié)構(gòu)請(qǐng)見(jiàn)圖一。

電容觸摸膜采用G+F+F結(jié)構(gòu)和外走線布線工藝。GFF結(jié)構(gòu)觸摸膜的表面蓋板是鋼化玻璃材質(zhì)，抗刮抗磨不易損壞，適合家庭環(huán)境使用，在兒童玩鬧敲擊等極端條件下也可有效工作。外走線布線工藝，對(duì)觸摸膜sensor的邊緣尺寸占用少，可使觸摸膜邊部更窄。從而使觸控電視整體做的更窄。滿足家用電視的輕薄化外觀需求。因65吋觸摸膜尺寸較大，觸摸膜的三邊FPC需要接PCB板。

模組背板采用金屬?zèng)_壓背板，分布大面積加強(qiáng)筋，以增加整體強(qiáng)度。側(cè)入式模組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)部依次裝配有散熱條、LED燈條、電磁式觸摸膜、反射片、導(dǎo)光板、光學(xué)膜片，以及其他輔助限位元件。

電磁式觸摸膜在背板內(nèi)側(cè)、反射片下部，從背板側(cè)后出FPC線，背板背面相應(yīng)位置開(kāi)孔。背面接控制板。電磁觸摸膜結(jié)構(gòu)類似一張反射片，固定方式同反射片類似，通過(guò)模組內(nèi)部限位結(jié)構(gòu)固定。

模組中框?yàn)樗苣z材質(zhì)，與模組背板卡扣卡合。中框正面貼附高粘性雙面膠條，用于貼合觸控模塊（液晶面板和電容屏全貼合之后的組合體）。觸控模塊四邊的PCB板統(tǒng)一翻轉(zhuǎn)到背板背面固定。中框側(cè)面有相應(yīng)FPC線避讓位。

因電容觸摸膜有大量的外露FPC，因此設(shè)計(jì)搭配獨(dú)立整機(jī)中框，背面裝配，側(cè)鎖加背鎖螺釘固定，加配裝飾帶隱藏螺釘，外觀無(wú)螺釘。整機(jī)中框用于保護(hù)觸控模塊，隱藏觸摸膜的FPC線和PCB板，隱藏內(nèi)部結(jié)構(gòu)件，同時(shí)是觸控電視的外觀件。

背面采用雙后殼結(jié)構(gòu)，上部是平板結(jié)構(gòu)的小后殼，塑膠材質(zhì)，用于隱藏觸摸膜的三邊方向的FPC線，同時(shí)使電視上半部分外觀平整美觀。上后殼上緣通過(guò)卡栓上推滑動(dòng)卡合在整機(jī)中框內(nèi)側(cè)，下緣通過(guò)螺釘固定在模組背板上。下部小后殼與傳統(tǒng)電視小后殼無(wú)異。用于隱藏和保護(hù)主板、電源板、底座導(dǎo)軌等元件。

（二）設(shè)計(jì)難點(diǎn)

因電容觸摸膜三邊有數(shù)量眾多的FPC線，且連接有PCB板，對(duì)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)限制很大。因此整機(jī)中框采用半包結(jié)構(gòu)，便于組裝和拆卸。但整機(jī)中框的裝配順序是在觸控模塊貼合完畢之后，此時(shí)的屏體受力性差，不宜采用需要按壓的卡扣固定，而是選用螺釘鎖固。螺釘外露會(huì)影響外觀美觀，本設(shè)計(jì)外加裝飾帶，隱藏螺釘?shù)耐瑫r(shí)，做外觀修飾用途。見(jiàn)圖二整機(jī)中框和裝飾帶裝配示意圖。

底座導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)需避免觸控電視極端受力情況下的晃動(dòng)甚至傾倒隱患，因此底座導(dǎo)軌鎖固面積比非觸控電視的大很多。通常非觸控電視底座導(dǎo)軌尺寸較小，鎖固區(qū)域在背板寬度方向的占比約在20%左右，設(shè)計(jì)上滿足立機(jī)后無(wú)前傾后仰即可。本設(shè)計(jì)觸控電視底座導(dǎo)軌，因?yàn)樾枰跇O端按壓觸控電視屏幕的情況下，仍能保持電視整體穩(wěn)定無(wú)晃動(dòng)，因此底座導(dǎo)軌尺寸設(shè)計(jì)較大。鎖固區(qū)域在背板寬度方向的占比設(shè)計(jì)在40%左右，使之與背板固連更緊密，受力更均衡。見(jiàn)圖三底座導(dǎo)軌示意圖。

底座的鎖附同樣要考慮使用過(guò)程中對(duì)垂直于屏幕的力的抵抗能力。因此在尺寸允許最大范圍內(nèi)，底座螺栓設(shè)計(jì)偏向于垂直屏幕方向分布，增大屏幕方向的扭矩抗性。

四、小結(jié)

近年來(lái)，隨著大眾的消費(fèi)水平的日益提升，對(duì)視聽(tīng)產(chǎn)品的要求也越來(lái)越高。暫流行于商業(yè)領(lǐng)域和教育領(lǐng)域的觸控電視，逐漸向家用化方向發(fā)展。這是制造廠商實(shí)力提升的結(jié)果，同時(shí)也是市場(chǎng)的需求導(dǎo)向。未來(lái)的世界是一個(gè)萬(wàn)物互聯(lián)、無(wú)物不觸的世界。家作為人們生活休閑娛樂(lè)最頻繁、停留時(shí)間最久的場(chǎng)所，理應(yīng)擁有最前沿的視聽(tīng)享受環(huán)境。而電視作為家庭視聽(tīng)的中心，也必將對(duì)其交互性提出更高的要求。家庭觸控電視必將是未來(lái)不可或缺的一塊。

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