中心議題：

• 電容式觸摸屏的基本結(jié)構(gòu)
• 單層ITO膜多點式觸摸設(shè)計

解決方案：

• 單層ITO膜多點式觸摸設(shè)計及結(jié)果驗證

1 引言

目前電容式觸摸屏已經(jīng)廣地應(yīng)用于彩色和黑白TFT—LCD顯示屏，具有可靠性高、耐用性好等優(yōu)點，非常適合于通訊、消費類電子、儀器儀表等應(yīng)用領(lǐng)域。但目前電容式觸摸屏大多使用多層ITO結(jié)構(gòu)，制造工藝復(fù)雜。因此，單層ITO電容式觸摸屏，特別是能夠?qū)崿F(xiàn)多點觸摸的電容式觸摸屏，成為電容式觸摸屏的一個研究方向。

本文提出了一種單層ITO結(jié)構(gòu)實現(xiàn)電容式觸摸屏的設(shè)計方法，能夠?qū)崿F(xiàn)單點／多點觸摸功能。

2  電容式觸摸屏的基本結(jié)構(gòu)

電容式觸摸屏的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。Lens材質(zhì)是玻璃或者PMMA／PC等材料，具有較高的表面硬度以及一定的機械強度，用于提高觸摸屏的可靠性；Sensor一般是單層或多層ITO膜層結(jié)構(gòu)，基板為玻璃或PET材料；中間是貼合層，用于將Lens和Sensor貼合，一般為0CA光學(xué)膠膜或者UV膠進行貼合。

圖1電容式觸摸屏結(jié)構(gòu)

電容式觸摸屏中Sensor的電極設(shè)計尤為關(guān)鍵，目前流行的主要有菱形圖案、系狀圖案以及網(wǎng)狀圖案等設(shè)計，如圖2所示。其中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)必須為雙層IT0膜；條狀、菱形圖案可以制造成單層ITo膜，但需要搭橋方式連接X方向或y方向的電極。

圖2各種電極圖形

多層方式會降低透過率且工藝復(fù)雜。搭橋方式，因絕緣層膜厚與IT0或者金屬膜厚差別較大，容易產(chǎn)生斷裂問題。因此本文提出一種新型設(shè)計，用來改善以上情況。

3  單層ITO膜多點式觸摸設(shè)計

3.1 原理
電容式觸摸屏的工作原理是設(shè)計出一組特殊的電極走線，將“邊緣場”引到手指能夠得到的有效感應(yīng)區(qū)域，把手指放在邊緣電場的附近將增加電容式系統(tǒng)的導(dǎo)電表面積。由手指所產(chǎn)生的額外電荷積聚電容被稱為手指電容Cf。在本文中，無手指觸摸時的傳感器電容用Cp表示，它代表寄生電容。這兩個電容為觸摸屏的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)。
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根據(jù)平行板電容公式，電容量與面積成正比，因此可以設(shè)計一組三角形電極，實現(xiàn)二維方向的感應(yīng)，如圖3所示。

圖3單層電極圖形

其中Cn代表第九組電極的Cp。n代表電極的組數(shù)，L是電極寬，D是一組電極的高。其X坐標的計算是通過左側(cè)通道的感應(yīng)值加和與右側(cè)通道感應(yīng)值加和的比例來計算的。y是通過同一行的左右兩通道感應(yīng)值的加和與上下行的感應(yīng)值加和的比例來計算的。具體計算方法由式（1）確定：

此種單層ITO設(shè)計可以實現(xiàn)二維方向的坐標識別。但是此種設(shè)計只能實現(xiàn)單點式設(shè)計。對于兩個手指同時觸摸的情況下，在X方向則無法分辨。因此本文又提出一種改進的圖形設(shè)計，使其能夠識別兩個手指的觸摸感應(yīng)。

3.2 多點觸摸設(shè)計
多點觸摸的設(shè)計關(guān)鍵在于實現(xiàn)單點觸摸功能的同時，也能檢測兩個手指觸摸的位置。如圖4所示，改進后的電極設(shè)計增加多組菱形設(shè)計，使用導(dǎo)線將其引出。

圖4多點觸摸電極圖形

其中C_a(n)''''，代表第n組電極a的Cp，其余電極記法相同，C_a(n)、C_a(n)''''_、C_b(n)、C_b(n)''''為一組感應(yīng)電極。

單點工作方式與上述坐標計算方法相同，X坐標的計算是通過左側(cè)兩通道的感應(yīng)值加和與右側(cè)兩通道感應(yīng)值加和的比例來計算的。y是通過同一行的左右4通道感應(yīng)值的加和與上下行的感應(yīng)值加和的比例來計算的。具體計算方法由式（2）確定：
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多點工作方式，需要引入Z坐標，Z代表手指與觸摸屏感應(yīng)電極接觸面積的大小，也能代表手指輸人壓力的大小。具體計算方法由式（3）確定：

設(shè)Zth為雙手指操作時Z的閾值。Z值超過Zth則為雙手指操作。

C_a(n)、C_b(n)、為第一組感應(yīng)電極，C_b(n)、C_b(n)''''為第二組感應(yīng)電極，C_a(n)''''_、C_b(n)''''為第三組感應(yīng)電極，分別感應(yīng)X1、X2、X3范圍內(nèi)坐標點的位置。具體坐標計算方法與上述類似。設(shè)計中需要注意X1、X2、X3每組電極的寬度應(yīng)與手指接觸面積的寬度相當(dāng)，如寬度不足則需要增加菱形電極，否則手指接觸在相同區(qū)域內(nèi)無法識別兩個感應(yīng)點。

3.3 結(jié)果驗證
實際電極設(shè)計中，每對感應(yīng)單元設(shè)計為多組電極，并根據(jù)Lens的厚度設(shè)計電極面積以及間隙大小。間隙過大會導(dǎo)致線縫可見，因此使用假電極進行填充使線縫在30μm以內(nèi)則可以避免上述問題。經(jīng)過實際測試，在實現(xiàn)單點觸控基本功能的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)兩點觸控，滿足設(shè)計要求。操作效果如圖5所示。

圖5操作效果照片

4  結(jié)論

通過詳細分析電容式觸摸屏的結(jié)構(gòu)以及電極設(shè)計，為電容式觸摸屏提供了一種單層膜ITO實現(xiàn)多點觸摸的設(shè)計方案。實際驗證結(jié)果表明，在單手指觸摸和兩根手指觸摸的情況下，所設(shè)計的觸摸屏能夠準確報出坐標點。所提出的方案為低成本電容式觸摸屏提供了一種簡單的設(shè)計思路及方法。