電容屏

電容屏簡(jiǎn)介

　　電容式觸摸屏技術(shù)是利用人體的電流感應進(jìn)行工作的。電容式觸摸屏是一塊四層復合玻璃屏，玻璃屏的內表面和夾層各涂有一層ITO，最外層是一薄層矽土玻璃保護層，夾層ITO涂層作為工作面，四個(gè)角上引出四個(gè)電極，內層ITO為屏蔽層以保證良好的工作環(huán)境。 當手指觸摸在金屬層上時(shí)，由于人體電場(chǎng)，用戶(hù)和觸摸屏表面形成以一個(gè)耦合電容，對于高頻電流來(lái)說(shuō)，電容是直接導體，于是手指從接觸點(diǎn)吸走一個(gè)很小的電流。這個(gè)電流分別從觸摸屏的四角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過(guò)對這四個(gè)電流比例的精確計算，得出觸摸點(diǎn)的位置。

電容屏百科

　　電容式觸摸屏技術(shù)是利用人體的電流感應進(jìn)行工作的。電容式觸摸屏是一塊四層復合玻璃屏，玻璃屏的內表面和夾層各涂有一層ITO，最外層是一薄層矽土玻璃保護層，夾層ITO涂層作為工作面，四個(gè)角上引出四個(gè)電極，內層ITO為屏蔽層以保證良好的工作環(huán)境。 當手指觸摸在金屬層上時(shí)，由于人體電場(chǎng)，用戶(hù)和觸摸屏表面形成以一個(gè)耦合電容，對于高頻電流來(lái)說(shuō)，電容是直接導體，于是手指從接觸點(diǎn)吸走一個(gè)很小的電流。這個(gè)電流分別從觸摸屏的四角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過(guò)對這四個(gè)電流比例的精確計算，得出觸摸點(diǎn)的位置。

　　工作原理

　　原理概述

　　電容屏要實(shí)現多點(diǎn)觸控，靠的就是增加互電容的電極，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是將屏幕分塊，在每一個(gè)區域里設置一組互電容模塊都是獨立工作，所以電容屏就可以獨立檢測到各區域的觸控情況，進(jìn)行處理后，簡(jiǎn)單地實(shí)現多點(diǎn)觸控。［1］

　　電容技術(shù)觸摸面板CTP（Capacity Touch Panel）是利用人體的電流感應進(jìn)行工作的。電容屏是一塊四層復合玻璃屏，玻璃屏的內表面和夾層各涂一層ITO（納米銦錫金屬氧化物），最外層是只有0.0015mm厚的矽土玻璃保護層，夾層ITO涂層作工作面，四個(gè)角引出四個(gè)電極，內層ITO為屏層以保證工作環(huán)境。［3］

　　當用戶(hù)觸摸電容屏時(shí)，由于人體電場(chǎng)，用戶(hù)手指和工作面形成一個(gè)耦合電容，因為工作面上接有高頻信號，于是手指吸收走一個(gè)很小的電流，這個(gè)電流分別從屏的四個(gè)角上的電極中流出，且理論上流經(jīng)四個(gè)電極的電流與手指頭到四角的距離成比例，控制器通過(guò)對四個(gè)電流比例的精密計算，得出位置?？梢赃_到99%的精確度，具備小于3ms的響應速度。

　　投射式電容面板

　　投射式電容面板的觸控技術(shù)投射電容式觸摸屏是在兩層ITO導電玻璃涂層上蝕刻出不同的ITO導電線(xiàn)路模塊。兩個(gè)模塊上蝕刻的圖形相互垂直，可以把它們看作是X和Y方向 連續變化的滑條。由于X、Y架構在不同表面，其相交處形成一電容節點(diǎn)。一個(gè)滑條可以當成驅動(dòng)線(xiàn)，另外一個(gè)滑條當成是偵測線(xiàn)。當電流經(jīng)過(guò)驅動(dòng)線(xiàn)中的一條導線(xiàn)時(shí)，如果外界有電容變化的信號，那么就會(huì )引起另一層導線(xiàn)上電容節點(diǎn)的變化。偵測電容值的變化可以通過(guò)與之相連的電子回路測量得到，再經(jīng)由A/D控制器轉為數字訊號讓計算機做運算處理取得（X，Y） 軸位置，進(jìn)而達到定位的目地。

　　操作時(shí)，控制器先后供電流給驅動(dòng)線(xiàn)，因而使各節點(diǎn)與導線(xiàn)間形成一特定電場(chǎng)。然后逐列掃描感測線(xiàn)測量其電極間的電容變化量，從而達成多點(diǎn)定位。當手指或觸動(dòng)媒介接近時(shí)，控制器迅速測知觸控節點(diǎn)與導線(xiàn)間的電容值改變，進(jìn)而確認觸控的位置。這種一根軸通過(guò)一套AC 信號來(lái)驅動(dòng)，而穿過(guò)觸摸屏的響應則通過(guò)其它軸上的電極感測出來(lái)。使用者們把這稱(chēng)為‘橫穿式’感應，也可稱(chēng)為投射式感應。傳感器上鍍有X，Y軸的ITO圖案，當手指觸摸觸控屏幕表面時(shí)，觸碰點(diǎn)下方的電容值根據觸控點(diǎn)的遠近而增加，傳感器上連續性的掃描探測到電容值的變化，控制芯片計算出觸控點(diǎn)并回報給處理器。

　　結構組成

　　基本結構

　　電容式觸摸屏的基本結構是：基板為一個(gè)單層有機玻璃，在有機玻璃的內外表面分別均勻的鍛上一層透明導電薄膜，分別在外表面的透明導電薄膜的四個(gè)角上錐上一個(gè)狹長(cháng)的電極。其工作原理是：當手指觸摸電容式觸摸屏時(shí)，在工作面接通高頻信號，此時(shí)手指與觸摸屏工作面形成一個(gè)耦合電容，這相當于導體，因為工作面上有高頻信號，手指觸摸時(shí)在觸摸點(diǎn)吸走一個(gè)小電流，這個(gè)小電流分別從觸摸屏的四個(gè)角上的電極流出，流經(jīng)四個(gè)電極的電流與手指到四角的直線(xiàn)距離成比例，控制器通過(guò)對四個(gè)電流比例的計算，即可得出接觸點(diǎn)坐標值。［7］

　　電容式觸控屏可以簡(jiǎn)單地看成是由四層復合屏構成的屏體：最外層是玻璃保護層，接著(zhù)是導電層，第三層是不導電的玻璃屏，最內的第四層也是導電層。最內導電層是屏蔽層，起到屏蔽內部電氣信號的作用，中間的導電層是整個(gè)觸控屏的關(guān)鍵部分，四個(gè)角或四條邊上有直接的引線(xiàn)，負責觸控點(diǎn)位置的檢測。［3］

　　其中最上面的覆蓋層是鋼化玻璃或者聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）。PET 的優(yōu)勢在于觸摸屏可以做到更薄，另一方面也比現有的塑料和玻璃材質(zhì)更加便宜。絕緣層是玻璃（0.4～1mm） 、有機薄膜（10～100um）、粘合劑、空氣層。其中最重要的一層是氧化銦錫（ITO）層，ITO 的典型厚度 50～100nm， 其方塊電阻大約 100～300歐姆范圍。ITO 的工藝三維結構對電容式觸摸屏的影響很大，它直接關(guān)系到觸摸屏的 2 個(gè)重要電容參數：感應電容（手指與上層 ITO）和寄生電容（上下層 ITO 之間，下層 ITO 與顯示屏幕之間）。［8］

　　電容式觸摸屏的構造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜體層，再在導體層外加上一塊保護玻璃，雙玻璃設計能徹底保護導體層及感應器，同時(shí)透光率更高，也能更好地支持多點(diǎn)觸控。［9］ 電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長(cháng)的電極，在導電體內形成一個(gè)低電壓交流電場(chǎng)。在觸摸屏幕時(shí)，由于人體電場(chǎng)，手指與導體層間會(huì )形成一個(gè)耦合電容，四邊電極發(fā)出的電流會(huì )流向觸點(diǎn)，而電流強弱與手指到電極的距離成反比，位于觸摸屏幕后的控制器便會(huì )計算電流的比例及強弱，準確算出觸摸點(diǎn)的位置。電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護導體及感應器，更有效地防止外在環(huán)境因素對觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵?；蛴蜐n，電容式觸摸屏依然能準確算出觸摸位置。

　　由于電容隨接觸面積、介質(zhì)的介電的不同而變化，故其穩定性較差，往往會(huì )產(chǎn)生漂移現象。該種觸摸屏適用于系統開(kāi)發(fā)的調試階段。

　　技術(shù)指標

　　精確度：99%的準確度。［14］

　　材質(zhì)：完全防刮玻璃材質(zhì)（莫氏硬度7H），不易受尖物刮傷及磨損，不受常見(jiàn)污染源的影響，如水、火、輻射、靜電、灰塵或油污等。兼具護目鏡之護眼功能。［14］

　　靈敏度：小于兩盎司的施力即可感應，小于3ms的快速回應。［14］

　　清晰度：三種表面處理（Polish，Etch，Industrial）可供選擇。SMT控制器的MTBF 大于572，600小時(shí)（每MILHANDBOOK-217-F1）。［14］

　　觸摸壽命：任何一點(diǎn)可承受大于5，000萬(wàn)次的觸摸，一次校正后游標不飄移。

　　電容觸控技術(shù)是利用手指近接電容觸控面板時(shí)所產(chǎn)生電容變化的觸控技術(shù)。電容觸控有兩個(gè)重要電容參數，其一是手指和上層感測材質(zhì)（例如ITO）之間的感應電容，其二是感測材質(zhì)之間（例如ITO上下層）或感測材質(zhì)與光學(xué)面板之間（例如ITO和LCD）的寄生電容。

　　導體與導體之間會(huì )產(chǎn)生寄生電容，而當手指導體接近不同電壓的感測導體時(shí)，也會(huì )產(chǎn)生感應電容變化。電容感測效應便是如何在較大的寄生電容值（30 pico Farad；pF）下，偵測到0。1～2個(gè)pF單位微小的感應電容變化。電容觸控技術(shù)較為穩定、可靠度高，藉由人體該身就是一個(gè)電容體的特性，在接觸觸控面板時(shí)所產(chǎn)生的電容變化達到感測觸控效果。Atmel市場(chǎng)總監Christopher Ard指出，傳感器設計可以是單面ITO圖形，用于最低功能性接口，例如單觸摸點(diǎn)用于大型虛擬按鈕、滑塊等應用，不過(guò)更常見(jiàn)的實(shí)施方案是兩層設計（單獨的X和Y層），這便需要復雜度更高的性能和精準度。

　　數據處理過(guò)程

　　電容式觸摸屏接收到觸摸信號之后，將觸摸數據轉換成電脈沖，傳送到觸摸屏控制IC進(jìn)行處理。信號先經(jīng)過(guò)一個(gè)低噪聲放大器LNA進(jìn)行放大，然后通過(guò)模數轉換和解調，最后送到一個(gè)DSP進(jìn)行數據處理。電容式觸摸屏一般有M+N（M列N行）個(gè)物理電容觸摸傳感器。這M+N個(gè)相互交錯的傳感器組成了M*N個(gè)電容感應點(diǎn)，當用戶(hù)的手指接近觸摸屏的時(shí)候，其電容會(huì )隨之改變。傳感器的間隔（也就是相鄰行或列間的距離）通常在幾個(gè)毫米左右，這個(gè)間隔距離決定了觸摸屏的物理分辨率M*N。［5］ 電容式觸摸屏模塊和LCD模塊間的坐標系是完全不同的。LCD模塊的像素坐標一般由它的分辨率決定，比如，一塊WVGA的屏，它的分辨率為800*480，也就是說(shuō)有800行，每行480個(gè)RGB像素。從而，一個(gè)具體位置可以由X和Y方向上像素點(diǎn)（x，y）來(lái)確定。而電容式觸摸屏模塊則是根據其X和Y的方向上的原始物理尺寸來(lái)確定坐標系的。兩坐標系間必須存在一個(gè)合理的映射方法，才可以保證輸入和輸出操作的正確性。

　　所以，觸摸屏控制IC的DSP處理器還得對得到的數據進(jìn)行電容式觸摸屏模塊和LCD模塊間的像素映射轉換，從而確保在觸摸屏上感應到用戶(hù)的觸摸點(diǎn)就是用戶(hù)所指的點(diǎn)。另外，為了保持觸摸坐標的穩定，觸摸屏控制IC需要進(jìn)一步處理觸摸點(diǎn)的抖動(dòng)，包括手指的抖動(dòng)與電容數據的噪聲，并根據坐標的變化來(lái)改變低通濾波器的濾波系數，實(shí)現對坐標的平滑處理。［5］ 最后，在把數據傳到主機之前，還得使用軟件分析數據，確定每次觸摸是為了使用什么功能。這一過(guò)程包含確定屏幕上被觸摸的區域大小、形狀和位置。如果有必要，處理器會(huì )將相似的觸摸整理分組。如果用戶(hù)移動(dòng)手指，處理器就會(huì )計算用戶(hù)觸摸的起點(diǎn)和終點(diǎn)間的差別。

　　電阻屏和電容屏的區別

　　電阻屏的出現在當年國產(chǎn)大屏山寨機中紅極一時(shí)?？芍^當時(shí)山寨機的標配。隨著(zhù)蘋(píng)果iphone這類(lèi)高端的電容屏產(chǎn)品的出現，電阻屏失去了其競爭力慢慢被人們所冷淡。下面介紹一下電阻屏和電容屏的區別。并順便介紹一下電阻屏和電容屏的一些知識。

　　從技術(shù)角度上說(shuō)，電容屏技術(shù)應用的時(shí)間比電阻屏晚。電容屏的技術(shù)相對而言更高端。用通俗的話(huà)說(shuō)就是電容屏比電阻屏貴。所以這是它們的第一個(gè)區別。很多時(shí)候我們看到很多驚爆價(jià)的平板一個(gè)幾百一個(gè)幾千配置差別卻不大，有一部分情況就是屏幕差異帶來(lái)的了。下面是我找到的電阻屏的電路示意圖

　　從操作方式上兩者有差別，常見(jiàn)我們講笑話(huà)，說(shuō)買(mǎi)了個(gè)iphone還掉出個(gè)了手寫(xiě)筆。其內涵就是手寫(xiě)筆是屬于電阻屏的。電阻屏是壓力感應的操作方式，任何物體只要在屏幕表面造成彎曲，都能感應出來(lái)。電容屏工作原理則不同，當用戶(hù)觸摸電容屏時(shí)，用戶(hù)手指的人體電場(chǎng)和工作面形成一個(gè)耦合電容，因為工作面上接有高頻信號，于是手指吸收走一個(gè)很小的電流，并且電流分別從屏的四個(gè)角上的電極中流出，且理論上流經(jīng)四個(gè)電極的電流與手指頭到四角的距離成比例，控制器通過(guò)對四個(gè)電流比例的精密計算，得出位置。所以電容屏是人體觸摸操作，不需要按壓。下圖是電容屏的工作原理。

　　表面硬度。因為電阻屏的表面要彎曲感應，硬度較低，就是畫(huà)上去有軟軟的感覺(jué)。而電容屏一般最外層是玻璃襯面，光滑而堅硬。這是一個(gè)差別。

　　然后是表面劃痕。其實(shí)對于高品質(zhì)電容屏來(lái)說(shuō)貼膜只是為了防止指紋印留在上面，使用中也可以不貼膜。但是電阻屏一般要貼膜保護，因為本身屏幕比較脆弱，不貼膜保護容易壞掉也容易劃痕過(guò)多。

　　響應速度。用山寨機或者電阻屏的平板玩過(guò)切水果的朋友，一定知道其響應速度有些慢。而高端電容屏的響應速度很快僅有幾毫秒。

　　?多點(diǎn)控，雖然并非所有的電容屏都是多點(diǎn)控。但是也有這么個(gè)結論，并非所有單電控的都是電阻屏，但多點(diǎn)控的基本是電容屏。多點(diǎn)控技術(shù)讓電容屏的操作更加便捷更加隨意。這也是很大的一個(gè)優(yōu)勢之一

　　最后是就應用的普遍性比較一下。電阻屏曾經(jīng)在山寨機上很流行，隨著(zhù)山寨機的銷(xiāo)聲匿跡，電阻屏現在只是在低端平板電腦上還有應用。而電容屏則分為不同檔次，在各個(gè)檔次的手機平板上應用。所以現在電容屏更加主流。

　　以上是我的觀(guān)點(diǎn)，下面是網(wǎng)上找到的一張對比圖，對比結果有些讓人匪夷所思感覺(jué)好像電阻屏反而是優(yōu)點(diǎn)眾多。電容屏反而缺點(diǎn)眾多。但是事實(shí)告訴我們只要你追求自身完善適應潮流，那些所謂的缺點(diǎn)都掩蓋不了你的優(yōu)點(diǎn)。所以最后的一句話(huà)是，看別人的比對有時(shí)也未必有用，自己要學(xué)會(huì )去比對驗證得到自己的區別

　　電容屏為什么不需要校準？

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：電阻屏是因為原理是采取電阻變化的特點(diǎn)而制作的，電阻屏是兩層，當手指按下時(shí)第一層會(huì )向第二層靠攏，這個(gè)時(shí)候相當于電源接通，不同的點(diǎn)擊位置則具有不同的電阻反應從而判斷位置；但是由于電阻屏幕一般與自帶屏幕有一定的大小差異，或者因為使用者所處環(huán)境的溫度等原因會(huì )引起點(diǎn)擊時(shí)的電阻值不夠準確從而導致相應位置錯誤，所以需要校準，重新確定當前狀態(tài)。 而電容屏，原理是手指觸摸時(shí)屏幕并不能按下，而是依靠手指上的電流變化來(lái)的，一般而言是手指觸摸時(shí)導致了觸摸位置的電荷吸走或者增多，從而需要從周邊補充而引起了屏幕中內置的微小電容的電容值發(fā)生變化，從而達到點(diǎn)擊定位的效果，而這些微小的電容都是和屏幕大小位置一起的，不可能發(fā)生位置變化，所以并不需要校準。

　　當然因為一些原因：比如強烈的靜電或者充電時(shí)產(chǎn)生的一些強烈電壓靜電原因會(huì )引起屏幕上的微小電容被擊穿的現象，當擊穿后就會(huì )出現工作異常，體現為：手機沒(méi)有觸摸卻自己不斷的亂點(diǎn)擊（跳屏）等現象。 這樣的情況并不可修復或修復代價(jià)高，只能換觸摸屏解決。