家庭触控电视设计方案研究

郑波

【摘要】家庭触控电视的市场目前还处于空白状态。本文主要从电容式触摸屏和电磁式触摸屏方向，浅谈触控电视家庭化的方案构想和实例设计案例。

【关键字】家庭触控;触控电视;触摸屏;电容触控;电磁触控;混合触控

一、前言

触控电视是在普通的电视机上加配触摸屏设备，让普通电视变的可以触摸、可以控制。触摸屏是一种定位设备，与鼠标、键盘一样，也是一种输入设备。利用这种技术，只要轻轻地触摸显示屏上的图符或文字就能实现对主机的操作，从而使人机交互更为简单、直接、便捷和人性化。

目前，显示领域应用触摸屏的主要是会议平板、教育一体机等商用和教育领域，家庭触控电视的市场还处于空白状态。电视作为最早进入家庭的屏幕，其人机交互还处于比较初级的阶段。相比较而言，触控系统服务已在手机、PC、Pad等端口上得到了极大的应用，让交互成为人们生活自然而然的一种习惯。无物不触的时代将要来临，家庭电视同样离不开触控。未来家庭触控电视的需求必将越来越高。

本文将从触摸屏方面简单介绍家用触控电视的方案构想和实例设计案例。

二、家用触控电视方案构想

（一）触控电视关键元器件——触摸屏的选型

首先来了解下触摸屏的种类和优缺点。

（1）触摸屏的种类

从技术原理上区分，常用的触摸屏有红外线式触摸屏、电容式触摸屏、电阻式触摸屏、表面声波式触摸屏、电磁感应式触摸屏。另外还有光学成像式触摸屏、矢量压力传感式触摸屏、数字声波导向式等。

红外线式触摸屏：是利用X，Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸。

电容式触控屏：是利用人体的电流感应电流进行工作的。

电阻式触摸屏：主要是通过压力感应原理来实现对屏幕内容的操作和控制。

表面声波式触摸屏：是通过声波来定位的触控技术。

电磁感应式触摸屏：感应器设置在显示屏之后，感应器在显示器表面产生一个电磁区域，电子笔触碰到显示器表面时，感应器可以通过计算电磁的改变来确定触控点的位置。

（2）常用触摸屏的性能比较

不同类型的触摸屏，适用场合也有不同。表一为常见的几种触摸屏的性能比较以及适用场合。（见表1）

（3）适合家用触控电视的触控类型筛选

触控电视用于家庭，考虑到亲子互动、孩童涂鸦绘画等多种使用场景，触控电视需满足多人同时操作的需求，且需能支持手写笔绘等多种触控方式。同时考虑到家用电视与室内环境的融合协调性，触控电视外观要脱离笨重呆板的形象。因此，触控电视至少要有多点触控、高分辨率、高灵敏、轻薄等特点。

上述几种触控类型中，声波屏目前已经很少用，电阻屏不支持多点触控，红外屏响应速度稍慢、分辨率稍低，且红外屏不利于超薄超窄外形。仅电容屏和电磁屏满足家庭触控电视需求。

因此，本文认为，适合家庭触控电视的触摸屏为电容式触摸屏和电磁式触摸屏。

（二）家庭触控电视方案构想

因电磁屏必须使用电磁笔触控，单独应用于家庭电视的话，操作单一，操作体验差。因此本文构想适合家庭触控电视的方案有两种：

以电容触控为触控方案的全贴合电容触控电视。

以电容+电磁混合触控为触控方案的全贴合混合触控电视。

三、实例方案简述

电容加电磁混合触控电视同时具备电容屏的手指多点触控特点，和电磁屏的电磁笔优先、防误触特点，比单电容触控更具操控性。对消费者而言，如果需求高要求的绘画书写性能，则可选择混合触控。如果只需常规的触控需要，单电容触控同样满足使用需求。而在结构组成上，单电容触控可看作是混合触控的简化版本。因此本文将主要介绍混合触控电视的实例设计方案，不再单独介绍单电容触控电视的方案。

（一）电容电磁混合式触控电视方案（本文以65吋触控电视设计为例）

本设计采用全贴合工艺，无面框，正面电容触摸屏与液晶面板全贴合无空隙，显示更通透。搭配侧入式背光模组。而背光模组内部，搭载电磁式触摸膜，置于反射片之下，模组背板之上。整体追求主流超薄超窄元素。触控电视详细组成结构请见图一。

电容触摸膜采用G+F+F结构和外走线布线工艺。GFF结构触摸膜的表面盖板是钢化玻璃材质，抗刮抗磨不易损坏，适合家庭环境使用，在儿童玩闹敲击等极端条件下也可有效工作。外走线布线工艺，对触摸膜sensor的边缘尺寸占用少，可使触摸膜边部更窄。从而使触控电视整体做的更窄。满足家用电视的轻薄化外观需求。因65吋触摸膜尺寸较大，触摸膜的三边FPC需要接PCB板。

模组背板采用金属冲压背板，分布大面积加强筋，以增加整体强度。侧入式模组结构设计，内部依次装配有散热条、LED灯条、电磁式触摸膜、反射片、导光板、光学膜片，以及其他辅助限位元件。

电磁式触摸膜在背板内侧、反射片下部，从背板侧后出FPC线，背板背面相应位置开孔。背面接控制板。电磁触摸膜结构类似一张反射片，固定方式同反射片类似，通过模组内部限位结构固定。

模组中框为塑胶材质，与模组背板卡扣卡合。中框正面贴附高粘性双面胶条，用于贴合触控模块（液晶面板和电容屏全贴合之后的组合体）。触控模块四边的PCB板统一翻转到背板背面固定。中框侧面有相应FPC线避让位。

因电容触摸膜有大量的外露FPC，因此设计搭配独立整机中框，背面装配，侧锁加背锁螺钉固定，加配装饰带隐藏螺钉，外观无螺钉。整机中框用于保护触控模块，隐藏触摸膜的FPC线和PCB板，隐藏内部结构件，同时是触控电视的外观件。

背面采用双后壳结构，上部是平板结构的小后壳，塑胶材质，用于隐藏触摸膜的三边方向的FPC线，同时使电视上半部分外观平整美观。上后壳上缘通过卡栓上推滑动卡合在整机中框内侧，下缘通过螺钉固定在模组背板上。下部小后壳与传统电视小后壳无异。用于隐藏和保护主板、电源板、底座导轨等元件。

（二）设计难点

因电容触摸膜三边有数量众多的FPC线，且连接有PCB板，对整体结构设计限制很大。因此整机中框采用半包结构，便于组装和拆卸。但整机中框的装配顺序是在触控模块贴合完毕之后，此时的屏体受力性差，不宜采用需要按压的卡扣固定，而是选用螺钉锁固。螺钉外露会影响外观美观，本设计外加装饰带，隐藏螺钉的同時，做外观修饰用途。见图二整机中框和装饰带装配示意图。

底座导轨的设计需避免触控电视极端受力情况下的晃动甚至倾倒隐患，因此底座导轨锁固面积比非触控电视的大很多。通常非触控电视底座导轨尺寸较小，锁固区域在背板宽度方向的占比约在20%左右，设计上满足立机后无前倾后仰即可。本设计触控电视底座导轨，因为需要在极端按压触控电视屏幕的情况下，仍能保持电视整体稳定无晃动，因此底座导轨尺寸设计较大。锁固区域在背板宽度方向的占比设计在40%左右，使之与背板固连更紧密，受力更均衡。见图三底座导轨示意图。

底座的锁附同样要考虑使用过程中对垂直于屏幕的力的抵抗能力。因此在尺寸允许最大范围内，底座螺栓设计偏向于垂直屏幕方向分布，增大屏幕方向的扭矩抗性。

四、小结

近年来，随着大众的消费水平的日益提升，对视听产品的要求也越来越高。暂流行于商业领域和教育领域的触控电视，逐渐向家用化方向发展。这是制造厂商实力提升的结果，同时也是市场的需求导向。未来的世界是一个万物互联、无物不触的世界。家作为人们生活休闲娱乐最频繁、停留时间最久的场所，理应拥有最前沿的视听享受环境。而电视作为家庭视听的中心，也必将对其交互性提出更高的要求。家庭触控电视必将是未来不可或缺的一块。

参考文献：

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[2]刘熠凡.触摸屏技术的性能与发展[J].科技资讯，2017（32）：73-74.

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