触摸屏设计日益简化

现今社会上很多人都频繁地接触到触摸屏。这种装置最常见于PDA和手机等手持设备和售票终端系统等应用，其中大部分都基于电阻性技术。电阻性技术采用一个柔性外层，其压触固定内层时，会产生电信号，然后转换为X-Y坐标位置。此外，还有其它两种常用技术：表面声波 (SAW) 和电容感测技术，不过，一直以来，由于成本和构建的限制，这两种技术都仅用在公用信息服务应用(Kiosk applications) 中。

　　电阻性触摸屏非常容易受到损伤，因为其表层是由薄薄的柔性塑料构成的，本身就很容易被利物刮损。至于SAW触摸屏，由于它需要在边角以特殊的机械安装方法安装声换能器，因此不适合于移动应用。而且，SAW的成本也十分高，但因为无需透明的有源电极，所以可靠性相当好。

　　电容性触摸屏在显示区域采用了一层周边电气连接的导电薄膜。Kiosk类的显示屏是在玻璃表面涂上一层导电物质，而较新的"投射式电容"触摸屏则是在玻璃背面使用一组结构更复杂的涂层，大多数情况下会有三层，两层分别用于沿X 和 Y轴的感测；另一层是用于屏蔽LCD模块本身产生的噪声。只有投射式电容感测和SAW能够同时检测出多个手指触点。

　　从技术和经济两个层面上来看，上述的方法各有优劣，而应该全面根据应用的需求来正确选择，其中主要的决定因素是预算、显示屏尺寸、机械考虑事项、电气噪声问题，以及视觉清晰度和可靠性要求。近来，能否同时检测多个触点的能力越来越受到关注，现在已成为许多便携式应用发展的主要驱动力。

　　当前，增长最快、最令人瞩目的技术当属投射式电容触摸屏。然而，这种技术的供货商极少，相关专利却又相当多，包括多触点算法、感测层图案和手势提取方法等方面的专利，为市场新进者造成了巨大障碍。本文的主题正是要讨论投射式电容感测的技术。

　　制备原理

　　图1a所示为一个投射式电容触摸屏元素的横截面，可看出其感测层大幅扩展到尽量清晰。这种感测层一般是由一种透明的导电材料制备的，比如真空淀积的铟锡氧化物 (Indium-Tin-Oxide, ITO)，见黑色部分。在最终装配之前，利用光刻或丝网印刷工艺 (类似于PCB的蚀刻方法)，ITO层便会在塑料薄膜 (通常是PET薄膜) 衬底上蚀刻形成电极图案。图中没有显示出屏幕四边连接ITO模块，然后往下延伸到电气连接器的银墨连线。这些ITO层通过一种透明的粘胶彼此融合在一起，形成触摸屏镜片；粘胶一般为一层薄片，整个层式结构利用层压工艺融为一体。

　　要注意的是，这里有两个感测层和一个屏蔽层，后者是最低层，正好在LCD模块 (图中未显示) 之上。屏蔽层用来屏蔽LCD模块产生的噪声，这种噪声相当大，会对与ITO电极有关的较弱电气信号造成干扰。

　　图1b所示为ITO电极设计的一种常见图案，其最早见于上世纪80年代初。这种菱形图案需要两个感测层，分别针对X 和 Y轴向，以确定触点位置。菱形图案可对暴露在手指触摸区域下的电极表面进行优化，同时把X和Y方向电极轨迹的交叉面积降至最小。这些电极的密度越高，触摸的空间分辨率也越高。在多触点技术中这可是一个关键因素，尤其是在需要两根手指极为靠近地操作时。

　　三层ITO叠层结构的压层厚度一般为250mm左右。

　　虽然这种菱形图案的效果不错，可以获得很好的空间分辨率，但另一方面，信号处理和电极图案领域取得的先进成果，能够让设计在同一层上结合X 和 Y电极，而且大多数情况下无需屏蔽层。这种能力对光学特性 (每一层都会吸收和散射部分光) 和更重要的成本和生产良率都有着重大的影响。

　　图1c所示为单层结构的横截面示意图。这种结构较薄，在对叠层结构以微米计的移动设备厂商中大获好评。

　　图1d所示是一个采用1层设计中的典型图案。这种设计没有在透明显示区域使用交叉结构，而是在四周使用。令人难以想象的是，这种特殊设计有4个列线 (column)，而且行线 (row) 数可以不受限制。这些列线是通过把相似位置的三角形连接在一根轴上，并把它们连接为一个感测通道而形成。三角形图案的采用，可以通过由一种特殊数学算法决定的内插过程 (interpolative process)，使垂直于列线的感测转换顺利进行。这种方法中运用的内插法降低了对列数的需求。同时，采用了非常先进的信号处理技术，大大减小了LCD产生的噪声，从而无需屏蔽层。

　　采用不同的布线方法，设计中可以包含多达7个列线，足以应对几乎所有可预见应用的要求，包括那些带基本多触点能力的应用。而这些图案是由爱特梅尔开发并申请专利。

类似的结构也可以淀积在玻璃和塑料薄膜上 (图2)。从技术上来说，玻璃是