触摸屏原理及工程应用技巧

触摸屏的本质是传感器，触摸屏的基本原理是用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时，所触摸的位置（以坐标形式）由触摸屏控制器检测，并通过接口（如RS-232串行口）送到CPU，从而确定输入的信息。

触摸检测装置一般安装在显示器的前端，主要作用是检测用户的触摸位置，并传送给触摸屏控制器。当手指或其他介质接触到屏幕时，依据不同感应方式，检测电压、电流、表面声波或红外线等，以此测出触压点的坐标位置，并将坐标位置信息传送给CPU。它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。

典型电阻式触摸屏的工作部分一般由3部分组成，如图1-2所示，两层透明的阻性导体层、两层导体之间的隔离层、电极。阻性导体层选用阻性材料，如采用铟锡氧化物（ITO）涂在衬底上构成，上层衬底用塑料，下层衬底用玻璃。隔离层为粘性绝缘液体材料，如聚酯薄膜。电极选用导电性能极好的材料（如银粉墨）构成，其导电性能大约为ITO的1000倍。

电阻式触摸屏工作时，上下导体层相当于电阻网络，如图1-3所示。当某一层电极加上电压时，会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触，则在电极未加电压的另一层可以测得触摸处的电压，从而知道触摸处的坐标。比如，在顶层的电极（X＋，X－）上加上电压，则在顶层导体层上形成电压梯度，当有外力使得上下两层在某一点接触，在底层就可以测得触摸处的电压，再根据该电压与电极（X＋）之间的距离关系，知道该处的X坐标。然后，将电压切换到底层电极（Y＋，Y－）上，并在顶层测量触摸处的电压，从而知道Y坐标。

图1-2 触摸屏结构

图1-3 触摸屏下导体层的电阻网络

触摸屏简单地讲就是输入和输出合二为一，不再需要机械按键或滑条，显示屏就是人机接口。图1-4所示为感应电容触摸屏结构图，其由显示器、触摸屏、触摸屏控制器、主CPU构成，触摸屏和触摸屏控制器是整个模组的核心。

触摸屏模组示意图如图1-5所示，从上到下依次是①表面护罩、②覆盖层、③掩膜层与标示层、④光学胶、⑤第1层感应单元与衬底、⑥光学胶、⑦第2层感应单元与衬底、⑧空气层或光学胶、⑨LCD显示屏。

图1-4 感应电容触摸屏结构

图1-5 触摸屏模组示意图

表面护罩厚度通常小于100μm，所有塑料覆盖层上面都需要硬护罩，这是因为手指触摸会划伤塑料表面，如果覆盖层是玻璃，可以不需要表面护罩，但玻璃必须经过化学加强或淬火处理，表面护罩需要与覆盖层进行光学匹配，以免光损失过多。(www.xing528.com)

覆盖层厚度通常为0～3mm，并不是所有的触摸屏都需要覆盖层，覆盖层越薄，越可以获得更高的信噪比和更好的感应灵敏度。常用材料有聚碳酸酯、有机玻璃和玻璃。

第3层是掩膜层与标示层，它的厚度大约是100mm。掩膜层位于覆盖物的下面，可以隐藏布线和LCD的边缘等。在设计中允许增加标示性文字或图标，不过标示物必须相当平整地压在ITO的衬底上，而且标示物材料应该是非导电的。

第4层是光学胶，厚度约为25～200mm。光学胶越薄，信噪比越好，高介电常数的光学胶可有更好的感应手指电容，从而也能获得更高的信噪比。通常采用压敏胶。

第5层为感应单元与衬底，ITO涂层的厚度小于100nm，ITO涂层衬底通常为100μm～1mm的玻璃或是25mm～300mm的PET薄膜。越厚的ITO，单位面积电阻越低，信噪比越好；越薄的ITO，透光率越好。如果ITO做在玻璃衬底的下表面，玻璃衬底可以作为表面覆盖物。

第6层又是一层光学胶，与前一层光学胶比较，这一层光学胶越厚信噪比越好，这一层光学胶通常与异向导电胶结合使用。

第7层也是感应单元与衬底，它与第1层衬底的材料相同，但薄膜与玻璃不能混合使用。如果ITO在衬底上表面，厚的衬底可以获得更高的信噪比；如果ITO在衬底下表面，薄的衬底使信噪比更高。同样在边缘区域要求采用异向导电胶。现在已有单衬底工艺来简化生产和降低成本。

第8层是空气层或光学胶，空气的介电常数等于1，这可以减小来自LCD上表面的寄生电容。假如使用光学胶，可以使安装更坚固。需要使光学参数匹配以使得光损失更小，需要选择低介电常数的光学胶，还要保证ITO感应单元与LCD上表面之间的距离最小（250mm）。

最后是LCD显示屏，对于触摸屏设计来说，它是一个噪声源，噪声来自于背光、LCD像素的驱动控制信号，通常不采用被动点阵屏，这会在LCD的正面产生高压信号，尽量使用带V_com的有源点阵屏，这可构成虚地或屏蔽功能。如果确实需要采用被动点阵屏，需要在触摸屏中再增加一个ITO屏蔽层，屏蔽层必须接地，以去除寄生电容C_P的影响。涉及触摸屏技术的部件共有5个：

1）触摸感应器。有电容式、电阻式、表面声波式、红外式等。

2）显示器。可以安装触摸感应器的阴极射线管（CRT）、LCD或等离子显示器。

3）控制器。可以使触摸感应器像其他外设一样工作。

4）软件驱动程序。实现控制器和计算机操作系统之间的通信，并协助控制器对输入进行识别。

5）与触摸屏相连的计算机（通常为PC），以运行终端用户在访问时选择的选项。

6）软件应用程序。能够针对特定应用开发新的或定制已有的触摸应用程序。