電阻、電容觸摸屏原理以及基礎(chǔ)知識(shí)的全解析

     現(xiàn)在最主要的幾種觸摸屏：電阻式（雙層）觸摸屏，表面電容式以及感應(yīng)電容式，表面聲波式、紅外式，以及彎曲波式、有源數(shù)字轉(zhuǎn)換器式和光學(xué)成像式。然而它們又可以分之為兩類，一類則是需要ITO,比如前面的三種觸摸屏，另一類的結(jié)構(gòu)之中是不需要ITO的, 比如說(shuō)后幾種類型的屏。目前的市場(chǎng)上，使用ITO材料的電阻式觸摸屏以及電容式觸摸屏應(yīng)用是最為廣泛的。
    觸摸屏在我們的身邊已經(jīng)是隨處可見(jiàn)了，在PDA等等個(gè)人便攜式的設(shè)備領(lǐng)域中，觸摸屏不僅節(jié)省了空間、便于攜帶，還有更好的人機(jī)交互性。
電阻式的觸摸屏
    ITO 是銦錫氧化物的英文縮寫，它其實(shí)是一種透明的導(dǎo)電體。它通過(guò)調(diào)整銦和錫的比例、沉積方法，、氧化程度以及晶粒的大小可以調(diào)整這一種物質(zhì)的性能。薄的ITO材料透明性很好，但是其阻抗高；較厚的ITO材料阻抗比較低，但是它的透明性會(huì)變差。在PET聚脂薄膜上沉積的時(shí)候，反應(yīng)溫度要下降到150℃以下，這就會(huì)導(dǎo)致ITO的氧化不完全，在之后的應(yīng)用之中ITO會(huì)暴露在空氣或者空氣隔層里，它單位的面積阻抗會(huì)因?yàn)樽匝趸S時(shí)間來(lái)變化。這就使得電阻式觸摸屏需要經(jīng)常的進(jìn)行校正。

     圖一顯示的是電阻觸摸屏的一個(gè)側(cè)面剖視圖。其手指所觸摸的表面實(shí)際是一個(gè)硬涂層，用來(lái)保護(hù)下面的PET層。PET層是很薄且有彈性的PET薄膜，當(dāng)其表面在被觸摸時(shí)它會(huì)向下彎曲，并且使得下面的兩層ITO涂層都能夠相互接觸并在該點(diǎn)上連通電路。兩個(gè)ITO層之間是約千分之一英寸厚的一些隔離支點(diǎn)使得兩層分開(kāi)。最下面是一個(gè)透明的硬底層，是用來(lái)支撐上面的結(jié)構(gòu)，通常材料用的是玻璃或者塑料。
    電阻觸摸屏的多層結(jié)構(gòu)是會(huì)導(dǎo)致有很大的光損失，對(duì)于手持設(shè)備通常都需要加大其背光源來(lái)彌補(bǔ)透光性不好的問(wèn)題，但是這樣也會(huì)增加其電池的消耗。電阻式觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)就是在于它的屏和控制系統(tǒng)都比較便宜，反應(yīng)靈敏度也比較好。
電容式觸摸屏
    電容式的觸摸屏也是需要使用ITO材料的，而且它的功耗比較低壽命也長(zhǎng)，但是較高的成本一直使它之前不太受到關(guān)注。Apple所推出的iPhone提供的友好人機(jī)界面，流暢的操作性能使得電容式觸摸屏受到了當(dāng)前市場(chǎng)的追捧，各種電容式觸摸屏的產(chǎn)品紛紛面世。而且隨著工藝的進(jìn)步以及批量化，它的成本也在不斷的下降，開(kāi)始顯現(xiàn)出逐步取代電阻式觸摸屏的趨勢(shì)了。

     表面電容觸摸屏只是采用單層的ITO，當(dāng)手指觸摸到屏的表面時(shí)，就會(huì)有一定量的電荷轉(zhuǎn)移到人體了。為了恢復(fù)這些電荷損失，電荷再?gòu)钠聊坏乃慕茄a(bǔ)充進(jìn)來(lái)，各方向補(bǔ)充的電荷量和觸摸點(diǎn)的距離成比例，我們可以由此來(lái)推算出觸摸點(diǎn)的具體位置。
    表面電容的ITO涂層通常都需要在屏幕的周邊加上線性化的金屬電極，來(lái)減小其角落/邊緣效應(yīng)對(duì)于電場(chǎng)的影響。有時(shí)ITO涂層下面還可能會(huì)有一個(gè)ITO的屏蔽層，用來(lái)阻隔噪音。表面電容觸摸屏至少需要校正一次后才能使用。
    感應(yīng)電容觸摸屏和表面電容觸摸屏相比，它可以穿透較厚的覆蓋層，而且也不需要校正。感應(yīng)電容式在兩層的ITO涂層上蝕刻出不同的ITO模塊，需要考慮到模塊的總阻抗、模塊之間連接線的阻抗、兩層ITO模塊交叉處所產(chǎn)生的寄生電容等等因素。而且為了檢測(cè)到手指觸摸，ITO模塊的面積也應(yīng)該要比手指面積小，當(dāng)采用菱形圖案時(shí)，對(duì)角線長(zhǎng)通常是控制在4到6毫米左右。

     在圖三之中，綠色和藍(lán)色的ITO模塊是位于兩層ITO涂層上面的，可以把它們看作是X和Y方向連續(xù)變化的滑條，需要對(duì)X以及Y方向上不同的ITO模塊分別掃描以獲得觸摸點(diǎn)的位置以及觸摸的軌跡。兩層ITO涂層之間是PET或者玻璃隔離層，后者的透光性更好，可以承受住更大的壓力，成品率更加高，而且通過(guò)特殊工藝是可以直接鍍?cè)贚CD表面的，不過(guò)也重一些。這層隔離層越薄，其透光性越好，但是兩層ITO之間的寄生電容也就越大。
    感應(yīng)電容觸摸屏所檢測(cè)到的觸摸位置對(duì)應(yīng)于感應(yīng)到最大電容變化值的交叉點(diǎn)，對(duì)于X軸或者Y軸來(lái)說(shuō)，則是對(duì)不同ITO模塊的信號(hào)量取加權(quán)平均得到位置量，系統(tǒng)然后在觸摸屏下面的LCD上顯示出觸摸點(diǎn)以及軌跡。
    當(dāng)有兩個(gè)手指觸摸（紅色的兩點(diǎn)）時(shí)，每一個(gè)軸上都會(huì)有兩個(gè)最大值，這時(shí)存在兩種可能的組合，系統(tǒng)就無(wú)法去準(zhǔn)確定位判斷了，這就是我們通常所稱的鏡像點(diǎn)（藍(lán)色的兩點(diǎn)）。
另外，在觸摸屏的下面是LCD顯示屏，它的表面也是會(huì)傳導(dǎo)性的，這樣就會(huì)和靠近的ITO涂層的ITO模塊產(chǎn)生出寄生電容，我們通常還需要在這兩層之間保留一定的空氣層以降低寄生電容的影響度。
 
電容觸摸屏優(yōu)勢(shì)
     在觸摸屏產(chǎn)品的設(shè)計(jì)之中，需要對(duì)于性能以及成本來(lái)進(jìn)行權(quán)衡。電阻觸摸屏的成本較低，競(jìng)爭(zhēng)就很激烈，而且在性能以及應(yīng)用場(chǎng)合上都有一定局限性。
    1. 電容觸摸屏只是需要觸摸，而不需要壓力來(lái)產(chǎn)生出信號(hào)。
    2. 電容觸摸屏在生產(chǎn)之后只需要到一次或者完全不需要校正，而電阻技術(shù)則需要常規(guī)的校正。
    3. 電容方案的使用壽命也會(huì)長(zhǎng)些，因?yàn)殡娙萦|摸屏之中的部件不需任何移動(dòng)。電阻觸摸屏中，上層的ITO薄膜需要達(dá)到足夠薄才能夠有彈性，以便向下彎曲接觸到下面的ITO薄膜。
    4. 電容技術(shù)在光損失以及系統(tǒng)功耗上要優(yōu)于電阻技術(shù)。
    5. 選擇電容技術(shù)還是電阻技術(shù)主要是取決于觸碰屏幕的物體。如果說(shuō)是手指觸碰，電容觸摸屏是一個(gè)比較好的選擇。如果是需要觸筆，不管是塑料還是金屬的，電阻觸摸屏是可以勝任的。電容觸摸屏也是可以使用觸筆，但是需要特制的觸筆來(lái)進(jìn)行配合。
    6. 表面電容式可以用于大尺寸的觸摸屏，并且其成本也較低，但是目前無(wú)法支持手勢(shì)識(shí)別；感應(yīng)電容式主要是用于中小尺寸的觸摸屏，并且還可以支持手勢(shì)識(shí)別。
    7. 電容式技術(shù)耐磨損、壽命長(zhǎng)，用戶使用時(shí)的維護(hù)成本低，因此生產(chǎn)廠家的整體運(yùn)營(yíng)費(fèi)用可以被進(jìn)一步的降低。
電容式觸摸屏的發(fā)展趨勢(shì)
    電容觸摸屏現(xiàn)在已經(jīng)是應(yīng)用在了iPhone以及其它手持設(shè)備上，定位單點(diǎn)軌跡 / 模擬鼠標(biāo)雙擊是它最基本的功能，而對(duì)于多手指手勢(shì)操作的識(shí)別和應(yīng)用成為了當(dāng)前市場(chǎng)的熱點(diǎn)。在便攜式的應(yīng)用中，用戶一手拿著設(shè)備，只能夠用另一只手操作，因此識(shí)別多手指的抓取 / 平移, 伸展 / 壓縮, 旋轉(zhuǎn), 翻頁(yè)等手勢(shì)操作就顯得尤為重要了。