投射电容触摸技术

从2006年时的默默无闻到2009年出货量排位第二,投射电容式触摸技术可谓发展迅猛。

什么是电容感应

电容感应技术是一个非常传统的技术,这种技术主要是依靠计时器通过外部RC充放电路形成一个固有频率的脉冲,一个简单的单片机监视着这个脉冲频率是否发生变化从而做出反应。

自电容触摸屏中,透明导电膜被完全分割成在一个或者两个涂层中的电极岛。单层涂层时,每个电极岛都引出一条细线直通控制器;双层涂层时,电极岛按照互补的排列设计为两层,有一半电极岛在一层按行串通为行电极,另一半电极岛在另一层按列接通为列电极。自电容触摸屏控制器每次只检测某一行或某一列,也就是只检测一个独立的电极。当只有一个单独的手指触摸时,会表现不错,手指触摸(2,0)坐标点,X2电极和Y0电极立刻感知到最大的电容变化值,触摸被发现且触摸点的粗略位置被确定。

投射电容触摸屏只能使用手指触摸,因此虽然电极岛在5mm大小,但对于手指这样的大触摸物也足以应付。此后,在检测到触摸后,通过邻近电极的电容变化及比例关系,投射电容触摸屏可以精确定位触摸点的位移。

单涂层自电容触摸屏需要大量的引线――每个电极岛需要单独引线直接连接到控制器;双涂层自电容触摸屏通过矩阵方式相对解决了引线过多的问题:通常一个3.5英寸的智能手机触摸屏可能有9列16行,采用双涂层方式共需引入到控制器25根引线,而如果采用单涂层方式则需144根引线,这还只是3.5英寸。

但是,由于一次只检测一条独立的电极,双涂层矩阵模式的自电容触摸屏无法分辨多点触摸时的诡点。然而这个缺点并没有妨碍自电容技术在多点触摸的应用,这个秘密在于软件――软件不使用非明确的点作为定位,而是通过点的走势确定多点手势。在这种情形下,它不介意4点产生是由于哪2点触摸而导致的,只要坐标点在互相远离或者互相走近,就可以实现缩放手势的识别。

互电容模式

投射电容目前更常见的类型为“互电容”,该类型支持真多点,有更高的透光率,还能提高分辨率和抗电磁干扰能力。互电容模式的技术原理在于绝大部分的传导物体当他们靠的相当近的时候会产生电荷,这时如果另外一个传导物体,比如手指,靠近前两个传导物体时,因为人体吸走一些电荷,两个传导物体间电荷场会发生变化。

在互电容触摸屏里,透明导电膜是分布在两层的行、列电极。因为每一行与每一列的交叉位置可以触发一个独立的触摸,互电容触摸屏的控制器可以分别计算多个触摸点的位置,这个是互电容触摸技术的主要优势来源,它能感应在屏幕上的每一个坐标范围内的点击。

由于自电容与互电容这两种电容技术都依赖于人体电容与电极之间的电荷交换,这种电容传感技术的模式也被称为“电荷交换”。

在这个目前最薄的投射电容设计中,每一层采用积层溅射的工艺基于两层透明导电层的投射电容的基本原理,设计上可以作出各种变化。例如,用超微细(10μm)电线可以替代某层从而少溅射一层ITO。目前市面上的绝大多数手机和签名采集板在不同PET层上镀的ITO,此外常见的触摸屏也是使用双面镀层或在两层基板上单面镀层的ITO镀层玻璃。

触摸屏导体

方块电阻通常为150Ω/(ITO越厚,电阻越小,信噪比越好,但是透光率差;反之ITO越薄,透光率越好,但信噪比更差)的ITO涂层玻璃加工之后,要形成线宽20μm的图样需要用光蚀刻技术完成,比如在LCD面板厂工艺上使用的光刻消融剂。用PET(透明塑料,主要制造矿泉水瓶)作基板时,线宽通常是100-200μm,可以使用丝网印刷、光蚀刻或激光切割,在PET上制作线宽30-50μm的网纹图样的工艺还在研究当中。实际应用中,最下面还有第三层ITO用作屏蔽层隔绝LCD的干扰,屏蔽层通常有150-300Ω/的方块电阻。触摸屏边框上的信号线通常为钼/铝/钼材料,同样是真空磁控溅射工艺在ITO溅镀之后镀上。