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單層膜ITO實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸摸的設(shè)計(jì)方案

發(fā)布時(shí)間:2011-08-22

中心議題:

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

解決方案:

  • 單層ITO膜多點(diǎn)式觸摸設(shè)計(jì)及結(jié)果驗(yàn)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(diǎn),非常適合于通訊、消費(fèi)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(diǎn)觸摸的電容式觸摸屏,成為電容式觸摸屏的一個(gè)研究方向。

本文提出了一種單層ITO結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電容式觸摸屏的設(shè)計(jì)方法,能夠?qū)崿F(xiàn)單點(diǎn)/多點(diǎn)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(jī)械強(qiáng)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(jìn)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(jì)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(jì),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(jué)方向或y方向的電極。


圖2各種電極圖形

多層方式會(huì)降低透過(guò)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(wèn)題。因此本文提出一種新型設(shè)計(jì),用來(lái)改善以上情況。

3  單層ITO膜多點(diǎn)式觸摸設(shè)計(jì)

3.1 原理
電容式觸摸屏的工作原理是設(shè)計(jì)出一組特殊的電極走線,將“邊緣場(chǎng)”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(chǎng)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(wú)手指觸摸時(shí)的傳感器電容用Cp表示,它代表寄生電容。這兩個(gè)電容為觸摸屏的關(guān)鍵設(shè)計(jì)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(jì)一組三角形電極,實(shí)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(biāo)的計(jì)算是通過(guò)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(lái)計(jì)算的。y是通過(guò)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(lái)計(jì)算的。具體計(jì)算方法由式(1)確定:

此種單層ITO設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)二維方向的坐標(biāo)識(shí)別。但是此種設(shè)計(jì)只能實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)式設(shè)計(jì)。對(duì)于兩個(gè)手指同時(shí)觸摸的情況下,在X方向則無(wú)法分辨。因此本文又提出一種改進(jìn)的圖形設(shè)計(jì),使其能夠識(shí)別兩個(gè)手指的觸摸感應(yīng)。

3.2 多點(diǎn)觸摸設(shè)計(jì)
多點(diǎn)觸摸的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)觸摸功能的同時(shí),也能檢測(cè)兩個(gè)手指觸摸的位置。如圖4所示,改進(jìn)后的電極設(shè)計(jì)增加多組菱形設(shè)計(jì),使用導(dǎo)線將其引出。


圖4多點(diǎn)觸摸電極圖形

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

單點(diǎn)工作方式與上述坐標(biāo)計(jì)算方法相同,X坐標(biāo)的計(jì)算是通過(guò)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(lái)計(jì)算的。y是通過(guò)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(lái)計(jì)算的。具體計(jì)算方法由式(2)確定:
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多點(diǎn)工作方式,需要引入Z坐標(biāo),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(jì)算方法由式(3)確定:

設(shè)Zth為雙手指操作時(shí)Z的閾值。Z值超過(guò)Zth則為雙手指操作。

Ca(n)、Cb(n)為第一組感應(yīng)電極,Cb(n)Cb(n)''''為第二組感應(yīng)電極,Ca(n)''''Cb(n)''''為第三組感應(yīng)電極,分別感應(yīng)X1、X2、X3范圍內(nèi)坐標(biāo)點(diǎn)的位置。具體坐標(biāo)計(jì)算方法與上述類似。設(shè)計(jì)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(wú)法識(shí)別兩個(gè)感應(yīng)點(diǎn)。

3.3 結(jié)果驗(yàn)證
實(shí)際電極設(shè)計(jì)中,每對(duì)感應(yīng)單元設(shè)計(jì)為多組電極,并根據(jù)Lens的厚度設(shè)計(jì)電極面積以及間隙大小。間隙過(guò)大會(huì)導(dǎo)致線縫可見(jiàn),因此使用假電極進(jìn)行填充使線縫在30μm以內(nèi)則可以避免上述問(wèn)題。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試,在實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)觸控基本功能的同時(shí),能夠?qū)崿F(xiàn)兩點(diǎn)觸控,滿足設(shè)計(jì)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(guò)詳細(xì)分析電容式觸摸屏的結(jié)構(gòu)以及電極設(shè)計(jì),為電容式觸摸屏提供了一種單層膜ITO實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸摸的設(shè)計(jì)方案。實(shí)際驗(yàn)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(jì)的觸摸屏能夠準(zhǔn)確報(bào)出坐標(biāo)點(diǎn)。所提出的方案為低成本電容式觸摸屏提供了一種簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)思路及方法。

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