電容式觸控螢幕系統設計

電容式觸控螢幕系統設計的實際考量

隨著越來越多消費性行動通訊裝置整合更多數位化功能，對於裝置設計而言，直覺式與創新的使用者介面(UI)方案也變得更為重要。投射式電容(projected-capacitance)觸控螢幕屬於使用者介面設計的一部份，它將有助於滿足這項挑戰。

要設計一款成功的投射式電容觸控螢幕系統，設計者必須仔細考量裝置的機構設計、基板的選擇和使用者介面設計。另外，在評估過程的各個階段中隨時衡量成本與技術之間的折衷也有所助益。

相較於電阻式觸控螢幕技術而言，投射式電容觸控螢幕對於手指動作的處理設計得更好，特別是多點觸控的使用者輸入。電阻式技術必須依靠手指按壓而使觸控螢幕的機構層產生電氣接觸。這種作業方法對於不固定的手指滑動和手勢作業造成許多不便。此外，電阻式觸控螢幕的多層機械結構也很容易因為重複使用，很早就出現磨損的現象。

利用投射式觸控螢幕可實現幾種常見多點觸控動作，包括手指的按壓、縮放、雙指的捲動和旋轉。讓使用者可以快速且方便地操作數據、內容和使用者的最愛。可攜式遊戲機和文件/電子郵件應用也可利用多點觸控技術的優勢。在多指觸控的行動中，多點觸控所有觸點可定位式(APA)可精確地確認每個手指所按壓的座標位置。

對 於先按Shift更換字元集然後再輸入實際字元的方式，在多點觸控上只需單一動作就可完成。多點觸控在GPS導航中也有廣泛的應用；不必輸入起始點和目的 地，APA即可實現在螢幕上點選目標位置的功能，讓使用者能更快速到達目的地。圖1顯示一些多點觸控可實現的可能應用。

圖1. 多點觸控螢幕可接受不同使用者及手指操作，以應各種不同的應用。

為了評估一個裝置的機構設計，必須解決幾個關鍵問題：1. 覆蓋層(觸控表面)是平面還是彎曲的？由於彎曲表面更增添複雜性，因而通常建議把電容式觸控螢幕安裝在平坦的觸控表面上。為了實現強固的電容式觸控設計，透明的觸控感測器必須整齊地層壓在覆蓋層下方。任何因壓合不均勻產生的空氣或氣泡都將導致觸控性能降低，並影響整體產品美觀。曲面覆蓋層只能選擇以PET(聚脂)作為觸控感測器的基板。塑膠感測器可被彎曲以適應覆蓋層的彎曲外表。如果必須使用曲面覆蓋層，從反射的角度來看，建議彎曲度以不超過45度為準。曲度較大會增加壓合製程的難度，也可能破壞銦錫氧化物(ITO)導電結構，從而可能危及製造良率。較 為便宜的壓敏黏著劑(PSA)壓合方式無法與曲面覆蓋層相結合。為了確保較佳的壓合完整性，可能必須使用較昂貴的紫外線固化(UV-curing)液態樹 脂黏著劑。由於紫外線固化樹脂黏合劑使用方便、黏著層薄並具有很高的光學品質(透明度大於95%)，因而價格也非常昂貴。2．覆蓋層不透明工作區的邊寬為多少？對 尺寸小於4吋(10公分)的觸控式螢幕而言，其與觸控感測器尾端毗鄰的覆蓋層邊寬不應低於3mm，而觸控感測器尾端邊寬不應低於10mm。預留這一邊寬的 目的是用來隱藏連接ITO結構與控制電路的不透明銀導線以及控制電路本身。採用玻璃基板可使邊寬做得更窄，但仍建議使用上述指導原則。圖2總結了上述指導原則。

圖2：觸控螢幕非工作邊寬的要求。

原理:

基本上仍以電容式觸控面板概念，
增加兩組存在不同平面又相互垂直的透明導線（X、Y）與驅動線所構成，
由於X、Y架構在不同表面，其相交處形成一電容節點，
當電流經驅動線通過其中之一的導線時，
另一層導線及與偵測電容值變化的電子迴路相通。
操作時，控制器先後供電流予不同層之驅動線，因而使各節點與導線間形成一特定電場，
當手指或觸動媒介接近時，控制器迅速測知在節點與導線間的電容值改變，
進而確認觸動之位置。由於透明導線在面板上形成不同於表面電容的三維電場，
因此，觸動不須實際接觸仍可發生；換言之，投射電容式具有Z軸分辨能力的觸控應用技術。

參考資料

1. https://archive.eettaiwan.com/www.eettaiwan.com/ART_8800557474_480502_NP_9aa5bee6.HTM - 電子工程專輯