触摸屏培训讲义

互电容-mutual capacitor


利用两个电极传输电荷,通常一端接激励，另一 端接采样电路 测量垂直相交的两根信号之间的电容 优点：真实多点，速度快 缺点：复杂，功耗大，成本高
电容触摸屏工作原理
电容屏：ITO图案
菱形
条形
三角形
三角形
单层自电容图案
双层自电容图案
双层互电容图案
On cell 技术
无盖板的sensor制作： TFTLCD CF玻璃直接做盖板用，sensor制 作在TFTLCD盒内CF面，支持单层单点加 手势、单层多点毛毛虫、单层多点搭桥。 （友达）
On cell 技术

三星AMOLED产品把 On-Cell的触控感应 线路制作在用来隔绝空气中氧气及水汽 的OLED封装玻璃上，就制作成了Super AMOLED On-Cell触控显示屏，主要应用 在Galaxy 盖世系列手机上
触摸屏主要特征

透明 绝对坐标

与相对定位系统的本质区别是一次到位的直观性 每一次定位坐标与上一次定位坐标没有关系，触摸 屏在物理上是一套独立的坐标定位系统触摸屏最怕 的问题：漂移。

检测触摸并定位

各种触摸屏技术都是依靠各自的传感器来工作的， 各自的定位原理和各自所用的传感器决定了触摸屏 的反应速度、可靠性、稳定性和寿命。
触摸屏主要类别
按照工作原理和传输信息的介质分类： 电阻式 电容感应式 红外线式 表面声波式 电磁式触摸屏
电阻式触摸屏
四线电阻模拟量技术的两层 透明金属层工作时每层均增 加5V恒定电压：一个竖直方 向，一个水平方向。通过检 测电压得出位置坐标
红外线式触摸屏
红外线探测技术利用同一波 长的红外发射管、红外接收管(简 称红外对管)就能得到简单的红外 线探测方法，红外触摸屏的优点 是可用手指、笔或任何可阻挡光 线的物体来触摸。 第一代红外线触摸屏出现在 1992年，性能指标很低。目前红 外线触摸屏取得了长足的进步， 第五代触摸屏可以在太阳直射环 境亦可使用，精度、平滑度和跟 踪速度都可以满足要求。用户的 书写可以十分流畅地转换成图像 轨迹，完全支持手写识别输入。
触摸屏培训讲义
潘兴修 2014年8月
课件

课件一：触摸屏概述



触摸屏概念 工作原理 常见结构 制造工艺 发展趋势

课件二：触摸屏新技术
课件一：触摸屏概述

触摸屏概念 工作原理 常见结构 制造工艺 发展趋势
触摸屏定义



触摸屏（touch screen）又称为“触控屏”、 “触控面板”，是一种可接收触头等输入讯号 的感应式液晶显示装置； 当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉 反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结 装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由 液晶显示画面制造出生动的影音效果。 触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目 前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。
电磁式触摸屏
电磁感应触摸屏的基本原理是靠 电磁笔操作过程中和面板下的感应器 产生磁场变化来判别，电磁笔为讯号 发射端（transceiver），天线板为讯 号接收端（receiver），当接近感应 时磁通量发生变化，由运算定义位置 点。 电磁式触控面板的透光率、高解 析度高，反应灵敏，拥有Z轴感应能 力，适合用来绘图，手写辨识等等， 且无需直接触碰萤幕，即可触控的优 点。电磁感应笔的精度，手写识别等 非常适合在文字缝隙里划线、批注、 记事，这是电子阅读器使用它的主要 原因。
基板
上光阻
曝光
去光阻
蚀刻
显影
电容屏生产流程
金属蚀刻---单面制程
搭桥所用光阻为负光阻，ITO&金属蚀刻使用正光阻
基板
上光阻
曝光
显影 (搭桥)
镀金属层
去光阻
蚀刻
显影
曝光
上光阻Βιβλιοθήκη Baidu
课件二：触摸屏新技术

新材料，如纳米银 未来技术：印刷电子技术 On cell技术 In cell技术
新材料：纳米银
分辨率的进步： 第一代32×32。 第二代64×64 第三代320×240 第四代800×600 第五代1000×720
表面声波式触摸屏
表面声波是一种沿介质表面传播 的机械波。该种触摸屏由触摸屏、声 波发生器、反射器和声波接受器组成， 其中声波发生器能发送一种高频声波 跨越屏幕表面，当手指触及屏幕时， 触点上的声波即被阻止，由此确定坐 标位置。 表面声波触摸屏是一块平面、球 面或是柱面的玻璃平板，安装在显示 器屏幕的前面。玻璃屏的左上角和右 下角各固定了竖直和水平方向的超声 波发射换能器，右上角则固定了两个 相应的超声波接收换能器。玻璃屏的 四个周边则刻有45°角由疏到密间隔 非常精密的反射条纹。
电容屏：互电容工作原理
• CM－耦合电容
• 手指触摸时耦合电容减少 • 检测耦合电容的变化量，确定手指触摸的位置
电容屏：互电容工作原理

自电容–self-capacitor


利用单个电极自身的电容一端接地，另一端 激励或采样电路 测量信号线本身的电容 优点：简单，计算量小 缺点：虚拟两点，速度慢
新材料：纳米银
未来技术：印刷电子技术
未来技术：印刷电子技术
类似印报纸的生产方式，生产效率提升数百倍 成本将大幅降低，颠覆行业格局
On cell 技术
有盖板的Sensor制作: 在TFTLCD CF外表面制作，支持单层单点加手 势（奇美）、单层多点毛毛虫、单层多点搭桥 （华映、友达、彩晶）； 在CF双面制作，支持双层多点（奇美）； 在CF外表面和POL上制作感测线路，支持双层 或多层多点（试样）。 盖板贴合：只支持全贴合，框贴驱动IC程序仍 需重新开发。
金属桥式结构
GLASS（substrate）
优点: 制程简单, 结构成熟 缺点: 可靠性有待验证
优点: 制程简单, 结构成熟 缺点: 可靠性有待验证 绝缘层
ITO桥或金属桥
绝缘层
ITO层
电容屏生产流程
双面结构
双面ITO镀膜 ITO-1图案 F-ITO图案 POC-1图案 R-ITO图案 MoAlMo镀膜 MoAlMo图案 双面SiO2镀膜 POC图案 背面ITO-3镀膜 双面保护膜 SiO2-2镀膜 ※客户特殊要求,有可选择性 POC-1图案 ITO-2镀膜 ITO-1图案
三星的In cell 技术
结束语


触摸产业我们目前尚处于产业链低端， 多数原创技术掌握在国外手里，希望大 家共同努力，真正致力于研发，缩小和 国外的差距。 触摸屏产业当前仍有淘汰的技术路线盲 目投资，重复建设严重，呼吁健康的市 场环境
苹果的On cell 技术
苹果的In cell 技术




使用於FFS的顯示技術 (IPS) 使用Xcom與Ycom導線 ，將 Vcom 電極細分後排 列組合連接成Sensor 的形狀 與LCD驅動IC分時使用，LCD驅動使用12ms,觸控 使用 4ms 三層的立體結構 將Vcom層圖案化為SITO的結構 觸控與LCD驅動的線路分離不共用
单面三层ITO 优点：抗干扰强，缺点：透过率较低，良率较低
Sensor图案及产品结构
1-2-1 Lens+Glass
结构图示例：
Lens
ITO Glass
UV GLUE/OCA Sio2 ITO/Metal ITO
Sensor图案及产品结构
ITO桥式结构
SiO2（protectine） X-ITO（sensing） POC（insulation） Y-ITO（bridge) MoAlMo（trace） Shield ITO

用纳米银线导电膜取 代ITO透明导电膜
NANO WIRE AG CONDUCTIVE FILMS
FLEXX 100S/M5CA Sheet resistance Transmission Haze Hardcoat Color Substrate Available roll widths 100±20 ohms/sq >88% <1.5% clear, >2H neutral 125 micron optical grade PET 500 mm
电容触摸屏分类
表面电容式 感应电容式 投射电容式 自电容式
互电容式
电容触摸屏工作原理
平行板电容的原理
两个带电的导体相互靠近会形成电容
平行板电容的定义
电容C： 正比于相对面积A，正比与两导体间介质的介电常量K 反比于两导体间的相对距离d K=8.85×10-12F/m
电容屏：自电容工作原理
• Cp－寄生电容 • 手指触摸时寄生电容增加：Cp‘=Cp//Cfinger • 检测寄生电容的变化量，确定手指触摸的位置
双层互电容图案
Sensor图案及产品结构
单面单层ITO 优点：成本低，透过率高，良率高 缺点：抗干扰能力较差
Sensor图案及产品结构
单面双层ITO 优点：性能好，良率高 缺点：成本较高
Sensor图案及产品结构
双面单层ITO 优点：性能好，抗静电能力强 缺点：抗干扰能力强
Sensor图案及产品结构
三星的In cell 技术




(一) Tx與Rx的距離會縮小到2~3微米(um) (二) Tx的V com可以隔離Gate line 與 Data line 訊號的干擾 (三) 也不會有液晶電容的雜訊，液晶電容的 ITO電極在下玻璃，Vcom(Tx)在上玻璃 (四) 觸控的靈敏度會降到更低，更找不到可 用的觸控IC (五) 所以成功的關鍵在 ”觸控IC”
单面结构
ITO桥式结构
ITO-1镀膜
金属桥式结构
ITO-1镀膜
MoAlMo镀膜
ITO-2图案 MoAlMo图案 MoAlMo镀膜 SiO2-1镀膜 MoAlMo图案 SiO2-1镀膜
或
POC-2图案
或
背面ITO-3镀膜 POC-2图案 SiO2-2镀膜
电容屏生产流程
ITO蚀刻---单面制程
ITO 光阻 Mask
苹果的In cell 技术
三星的In cell 技术





(一) 使用 color filter層上的 黑色陣列，圖案化後當 做Rx使用 (二) 使用V com層分為條狀作為Tx (三) LCD面板設計變動少，量產容易 (四) 由於Tx與Rx距離太近，約10微米(um) ，偵測 的靈敏度面臨嚴苛的挑戰 (五) 幾乎找不到可用的觸控IC供應商 (六) 需要投入相當資源(高於Apple) ，來研發新一 代的觸控IC (七) 一但研發成功將摧毀現有的觸控產業