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　　摘要： 本文介绍了多点电容触摸屏设计的堆叠技术，包括堆叠技术的概念、几种常用的堆叠方式、ITO图形和堆叠的关系以及堆叠技术的发展趋势。

　　一. 引言

　　多触点电容触摸屏已经并且正在继续改变人们与手持设备之间的人机交互方式并给人们带来许多新的操作体验。从手机到电子书、电子写字板、导航仪、电子游戏机和笔记本电脑等等无不纷纷抛弃原来的轻触按键，竞向选择多点电容触摸屏来进行人机交互。尤其是I-Phone和I-Pad的横空出世，使多点电容触摸屏深入人心。然而，多点电容触摸屏的设计并非轻而易举、唾手可得。严格地讲，多点电容触摸屏技术还并不是一个完全成熟的技术，它还是一个处于发展阶段并且不断发展不断完善的技术。对于一个多点电容触摸屏的设计者而言，在它面前仍然面临着诸多的设计挑战。本文介绍多点电容触摸屏设计中触摸屏本身的堆叠技术以及它目前设计中所面临的挑战和堆叠技术的发展变化趋势。从堆叠技术的发展和变化趋势可以看到多点电容触摸屏设计的一个发展趋势。

　　二. 堆叠技术简介

　　一般地讲，电容触摸屏是一块位于LCD屏之上、独立于LCD屏、与特定的外部电路连接具有电容触摸感应能力的、厚度大约在1~2mm的透明的屏。虽然电容触摸屏是一块只有1~2mm厚的透明的屏，但它却实实在在是由多层透明的材料堆叠而成的，有的时候这些透明的材料只有3~5层，多的时候它可达十几层。使用不同的材料、不同的层数和不同的堆叠方式所设计出来的电容触摸屏就体现出了它的堆叠技术的不同。不同的堆叠技术的使用最终将影响电容触摸屏的电性能、光学性能、成本和用户体验。

　　图1是一个典型的用两层ITO实现一种典型的交叉菱形ITO图形的电容触摸屏的堆叠的实例。除了空气隙和LCD屏以外，它一共有十一层。从上至下依次为：表面层、OCA、第一层ITO、衬底、OCA、第二层ITO、衬底、OCA、屏蔽层、衬底和空气隙。其中第一层ITO对应红色的ITO菱形图形，第二层ITO对应蓝色的ITO菱形图形。手指触摸表面层，通过检测手指与ITO之间产生的微小电容来探测是否有手指存在，并通过信号在多个菱形块上的分布来计算手指在触摸屏上的位置。　　

　　1. ITO
　　ITO(Indium Tin Oxides)是整个触摸屏中最重要的材料之一。正是通过ITO，感测手指触摸产生的微小电容变化才成为可能。因为既透明又导电还又便宜的材料只有ITO。但ITO与一般 的导电材料(如铜箔)有一个显著的不同，就是它有比较高的电阻率。而且ITO涂层越薄它的电阻率就越高。通常在触摸屏上ITO的电阻率用方阻来表示，即一个单位方块的电阻是多少。 一般地，ITO的方块电阻从10~350欧姆不等，取决于触摸屏生产厂家的涂层工艺和衬底。由于ITO电阻的存在，使得在触摸屏上的每一个感应条的近端到远端可能会有1K~50K欧姆不等的电阻，这个电阻结合每一个感应条上的自电容所产生的RC延迟，就使感应条的近端和远端会对发射的信号有不同的响应时间或者充放电时间，进而导致在近端和远端的手指触摸信号有大小的不同。严重的情况，这种不同可以达到50%以上。如何消除这个差异，是多点电容触摸屏设计的一个个挑战。虽然选择方阻更低的ITO涂层是减少这个差异最直接的方法，但通常方阻更低的ITO涂层的厚度会更厚，导致透明度的下降和成本的增加。一般使用玻璃作为衬底的ITO的方阻可以做到100欧姆以下，如果使用PET膜作为衬底的ITO的方阻在150~340欧姆。ITO的厚度一般在400~1500A。

　　2. 表面层
　　触摸屏中的表面层就是作为被用户触摸的界面，同时它还具有保护ITO的作用。表面层应该透明、平滑并且有一定的硬度。最常用的表面层材料是玻璃和PMMA(亚克力或有机玻璃)。玻璃和PMMA的区别在于玻璃有更好的硬度而PMMA相对柔软不易破碎，但PMMA比玻璃更便宜。另一个重要的不同在于玻璃有比较高的介电常数(4.5~8)，而PMMA的介电常数则比较低(2.3~4)。高的介电常数有利于手指和ITO之间的电场耦合，带来更多的互电容或自电容的变化，也就是说表面层使用玻璃比PMMA更容易得到好的触摸灵敏度。表面层的厚度通常在0.5~1.5mm。

　　3. 衬底
　　衬底就是被ITO附着的基材。它可以是玻璃也可以是PET膜。玻璃作为衬底通常厚度为0.4mm，而膜可以薄到0.1mm甚至到0.055mm。

　　4. OCA
　　光学透明胶OCA(Optical Clear Adhesive)用于将触摸屏中各个实体(表面层，带衬底的ITO等等)粘贴起来形成触摸屏的堆叠。光学透明胶OCA的厚度通常在50um~200um, 介电常数在2.5~4。

　　5.屏蔽层ITO
　　屏蔽层ITO用于屏蔽来自触摸屏下方LCD屏的电气噪声。这一层不是必须的。事实上，在触摸屏和LCD屏之间如果有足够厚的空气隙并且LCD屏使用DC Vcomm屏或OLED屏，屏蔽层ITO是不需要的。这主要有两个原因：一是DC Vcomm屏或OLED屏比AC Vcomm的LCD屏有更小的噪声;二是空气的介电常数仅为1，LCD屏产生的噪声电场对触摸屏的耦合由于空气的作用就比较弱，触摸屏实际受到LCD的噪声影响就小。但如果没有足够厚的空气隙并且LCD屏使用AC Vcomm屏， 这个ITO屏蔽层就是隔离LCD噪声的最简单且最有效的方法，但不是唯一的方法。

　　我们知道ITO屏蔽层既然作为屏蔽层，它就要被连接到触摸屏的系统地。但因为ITO有较高的电阻，远离ITO屏蔽层的地连接点的区域的地阻抗将比我们通常观念上的地阻抗要大得多，可能是几百欧姆，也可能是几千欧姆。这时ITO屏蔽层作为屏蔽层的效果将被大打折扣，因此如何将ITO屏蔽层连接到触摸屏的系统地使它的整个区域都有尽可能低的地阻抗就很重要。一般我们可以用多点连接或用一个金属环来连接ITO屏蔽层的四面周边边缘，然后再将金属环连接到触摸屏的系统地以保证它的整个区域都有最低的地阻抗。

　　三、几种常用的堆叠

　　1. 1.5层GG堆叠
　　所谓1.5层，就是ITO层比一层多一点，不到两层。GG(Glass Glass)就是表面层

　　衬底都是玻璃。1.5层GG堆叠实际上是单层的设计，它在一个方向(X或Y方向)上使用桥接的技术连接这个方向上所有的感应块，以避免 和另一个方向(Y或X方向)的感应块在交叉点处相短路。如图2。另一个方向(Y或X方向)的感应块在交叉点处直接相连。桥接的材料有金属和ITO。　　

关键词： Cypress 电容触摸屏 ITO LCD