电容式触摸屏技术

电容式触摸屏技术

电容式触控技术于20多年前诞生，电容式触摸屏跟电阻式触摸屏比较是一个截然不同的技术。分外表面电容屏和内表面电容屏。

最初的外表面电容技术的触摸屏是一块四层复合玻璃层。玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO导电层，最外层是只有0.0015 毫米厚的矽土玻璃保护层。内层ITO作为屏蔽层,以保证良好的工作环境,夹层ITO涂层作为检测定位的工作层,在四个角或四条边上引出四个电极。

图1

外表面电容屏基本工作原理的最初想法是:人是假象的接地物(零电势体),给工作面通上一个很低的电压，当没有与屏幕接触时，各种电极是同电位的，触摸屏表面没有电流，而当用户触摸屏幕时,手指头吸收走一个很小的电流,这个电流分从触摸屏四个角或四条边上的电极中流出,并且理论上流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成比例,控制器通过对这四个电流比例的精密计算,得出触摸点的位置。

早期外表面电容触摸屏本身实际是一套精密的漏电传感器，带手套的手不能触摸，由于使用电容方式，导致有漂移现象。外表面电容屏和电阻屏都是电原理工作方式，电工作方式对于多点触摸，不管是多少点，也不管是连续的还是不连续的都是取多点触摸的中心点判断，因为电流叠加是分不出来谁是谁的，没有办

法。

按照基本原理的思路进行下去，却碰到了难以逾越的障碍：

因为透明导电材料ITO层非常脆弱，直接触摸非常容易损坏，故不能直接用来作工作层。材料的问题一时难以解决，只好在外部增加一层非常薄的坚硬玻璃，它显然是不能导电的，直流是不行了，只能改用高频交流信号，靠人的手指头（隔着薄玻璃）与工作面形成的耦合电容来吸走一个交流电流，这就是电容屏"电容"名字的由来。问题是解决了，但付出的代价也是很大的。

首先是"漂移"，因为耦合电容的方式是不稳定的，它直接受温度、湿度、手指湿润程度、人体体重、地面干燥程度影响，受外界大面积物体的干扰也非常大，带来了不稳定的结果，这些都直接违背了作为触摸屏这种绝对坐标系统的基本要求，不可避免的要产生漂移，有的电容触摸屏欲求通过25点校准法甚至96点校准法来解决漂移问题，其实是不可能的，漂移是电容工作的这种方式决定的，即使是在控制器的单片程序上利用动态计算和经验值查表，也只能是治标不治本。多点校准法最早是大屏幕投影触摸板使用的方法，目的是消除坐标对应的线性失真，电容触摸屏的线性失真也非常厉害，主要是因为电容屏的计算建立在四个电流量与触摸点到四个电极的距离成比例的理想状态上，实际由于受环境电容、线路寄生电容和不同人使用的影响，这种比例关系不可能是完全线性的，多点校准法只能解决局域分配的线性问题，解决不了整体的漂移。

另一个代价是：表面脆弱，最外这层极薄的玻璃，正常情况下防刮擦性能非常好，但工艺上要求在真空下制造，因为它害怕氢，哪怕有一点氢也会结合成易脆碎的玻璃，使用中轻敲就会成个小破洞，这对电容触摸屏来说是要命的：破洞周围直径5CM大小的区域不能使用。实际的真空是不可能有的,这层极薄的玻璃有5%的概率碰上有破洞的产品。再次是清晰度,电容屏反光相对严重,存在色彩失真和图像字符模糊。电容触摸屏的透光率和清晰度优于四线电阻屏,尤其是一些新的产品。

随着技术的进步，现在的外表面电容屏已经可以做到一层玻璃上，如图2所示。

在透明玻璃表面镀上一层氧化铟锡薄膜（ITO Layer）及保护层（Hard Coat Layer）而与液晶屏幕（LCD Monitor）间则需作防电子信号干扰处理（Shielded Layer）。

图2

其漂移量已有所减小，对于大多数场合也都是可以使用的，并且其产品的品种比较全，有普通屏，有防爆屏，也有穿透式触摸屏等品种。

内表面电容式触摸屏一般由一层（一般做为按键式）或两层（矩阵式）ITO 结构组成。其名字得来跟外表面相似，两层ITO层是在触摸屏内部（一层结构的其ITO层则使用非ITO面作为触控面。因此称作内表面电容屏（感应电容）。

内表面电容屏的一般都由两层结构组成：一层作行阵、一层作列阵：或者使用在基板两面镀ITO的结构。

工作原理主要是：相邻两行/列之间如果通电都有如图3所示的一个固定的电容值Cp。如果人的手指接触到触摸屏表面，则会产生如图4所示的一个电容。通过逐行/列扫描，如果电容有比较明显的变化，就被认为是有效触摸，控制器就可以根据新的寄生电容计算出手指的中心位置计算出该点在屏上的X(Y)坐标，通过结合上下面的两个位置，就可以得出一个完整坐标。因为上下电极面都是由多条互不相连的透明电极组成，触摸一点并不影响其它部分故可以同时识别多个触摸点。

图3

图4

内表面电容屏的电气特点：

1、能透过多种类型和厚度的覆盖层进行感应

2、无需校准

3、可以基于XY矩阵同时识别2个或两个以上点的感应

内表面电容屏成本与电阻式触摸屏相当，它由单层或双层ITO结构组成，具有更高的透光率、组装更简单和廉价，即使在最恶劣的环境中也具有稳定的性能，而且理论上其使用寿命是无限的（无需按压），内表面电容式触摸屏的机械结构极大地简化了。一般选择是各向异性图案，实际上就是一组由等间隙分隔的水平导体条。触摸屏由前面板提供全面的防护，使得其不会被破坏，而且因为没有机械运动，也没有磨损的机理，所以大大延长触摸屏的寿命。因为没有两层薄膜之间的空气，这种触摸屏的透光率一般都接近90%。

外/内表面电容式触摸屏的参数/性能对比表如下

电容式触摸屏和电阻式触摸屏对比表如下

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