中小尺寸電容觸摸屏設(shè)計方法

摘 要：目前電容觸摸屏是中小尺寸液晶模組的一個重要的組成部分。前期設(shè)計電容觸摸屏?xí)r出現(xiàn)了一些問題，希望通過規(guī)范蓋板LENS、感應(yīng)層SENSOR、OCA、軟性線路板FPC、芯片IC、電子元件、膠帶、保護膜等的設(shè)計，使電容觸摸屏設(shè)計更合理和規(guī)范，盡量減少和避免設(shè)計問題點的發(fā)生，以達到提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：電容觸摸屏；蓋板；感應(yīng)層；軟性線路板

中圖分類號：TN41；TN873 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2018）01-0056-03

Small and medium capacitive touch screen design.

PAN Xinli

（Qingdao Haier Intelligent Electronics Co.，Ltd.，Qingdao 266101，China）

Abstract：At present，capacitive touch screen is an important part of small and medium sized liquid crystal module. There are some problems with the early design of capacitive touch screen. It is hoped that through the standard design of cover LENS，SENSOR layer，OCA，flexible circuit board，chip IC，electronic components，tape，protective film and so on，Make the capacitive touch screen design more reasonable and standard，minimize and avoid the occurrence of design problem points，so as to improve the production efficiency and product quality.

Keywords：capacitive touch screen；cover plate；sensor layer；flexible circuit board

0 引 言

伴隨著手持式交互硬件的迅速崛起，電容觸摸屏的應(yīng)用也越來越多，本文將從蓋板LENS、感應(yīng)層SENSOR、OCA、軟性線路板FPC、芯片IC、電子元件、膠帶、保護膜等對中小尺寸觸摸屏的設(shè)計規(guī)范進行探討。

1 電容觸摸屏簡介

1.1 電容觸摸屏發(fā)展史

Samuel C.Hurst博士在1971年提出了電子觸控界面的設(shè)想，1974年開始出現(xiàn)最早的觸摸屏。早期大家關(guān)注點都在電阻式觸摸屏技術(shù)，近幾年電容式觸摸屏開始大規(guī)模使用。其特點為：出色的信噪比、整個觸摸屏表面具有高精度、多點觸摸等[1]。

近幾年來，手持式交互硬件的興起，電容式觸摸屏得到了廣泛的應(yīng)用，行業(yè)發(fā)展迅速。未來幾年，觸摸屏行業(yè)仍將保持較快增速。電容式觸摸屏也擴展到工控行業(yè)，替代原來的電阻式觸摸屏。電容觸摸屏響應(yīng)速度快，表面硬度高，可實現(xiàn)多點觸控等優(yōu)點。

1.2 電容觸摸屏原理

電容式觸摸屏使用ITO導(dǎo)電層，通過ITO將電壓連接至屏幕四周，極微小的電流通過ITO散布至玻璃表面，利用人體攜帶的電容與觸屏表面形成一個耦合電容，通過計算電容放電形成電流變化時間進行工作。根據(jù)電流流過四個角的時間判定其觸摸位置。投射電容式觸摸屏的工作層，主要由兩層ITO構(gòu)成。相鄰兩行/列之間如果通電都有一個固定的電容值。手指接觸到觸摸屏表面，指尖與觸摸屏表面形成電容。通過逐行/列掃描，通過電容變化率判定是否被觸摸，通過寄生電容在觸摸屏上的放電電流計算其在觸摸屏中的坐標位置。雙層電極面均由互不聯(lián)通的線電極線組成，故可實現(xiàn)多點同時觸摸。

1.3 電容觸摸屏分類

電容觸摸屏按照原理分為表面電容式（Surface Capacitive）和投射電容式（Projected Capacitive）。目前常用的是投射電容式。投射電容式觸摸屏的工作層，主要由兩層ITO構(gòu)成，一層電極沿X方向分布，一層電極沿Y向分布。這兩層ITO層中一層負責定位X坐標，一層負責定位Y坐標。ITO電極的形狀可以由菱形、六邊形、三角形等圖案組成。投射電容式觸摸屏按照結(jié)構(gòu)分為玻璃+玻璃、膜+膜、玻璃+膜、雙面ITO玻璃、玻璃+膜+膜等幾種類型。這里我們只討論投射電容式觸摸屏的設(shè)計。

1.4 電容觸摸屏結(jié)構(gòu)

投射式電容觸摸屏由蓋板LENS、感應(yīng)層SENSOR、OCA、軟性線路板FPC、芯片IC、電子元件、膠帶、保護膜等組成。

2 中小尺寸電容觸摸屏蓋板LENS設(shè)計

2.1 蓋板保護膜設(shè)計

蓋板LENS上保護膜外形尺寸比LENS尺寸單邊內(nèi)縮0.2mm進行設(shè)計。考慮到保護膜有公差及保護膜大小盡量覆蓋到LENS邊緣，保護蓋板表面干凈，避免被灰塵臟污。保護膜要設(shè)計有撕手，撕手外形要超出LENS邊緣，尺寸在6*6mm-10*10mm之間，以便操作。

2.2 蓋板顏色設(shè)計

為了外形美觀及追求個性化的設(shè)計，蓋板會選擇絲印不同的顏色。黑色絲印較為常用，黑色絲印與蓋板四周邊框的顏色與視窗區(qū)液晶模組不工作時的顏色盡量做到一致。有些設(shè)計時蓋板顏色會設(shè)計為兩層，底層為白色，上面再印刷一層黑色。此種可以有效避免透光并起到遮擋的作用。因油墨的選擇及配比不同，各家蓋板的顏色效果也有差異。如果對蓋板顏色要求比較高，可以定義出顏色LAB值來具體管控。

2.3 蓋板外形設(shè)計

蓋板的外形常見的有長方形、正方形、橢圓形、圓形、異形等。長方形和正方形蓋板加工比較容易，橢圓形、圓形、異形的蓋板加工起來有難度，會影響CTP整體的價格，導(dǎo)致價格上升。長方形和正方形蓋板的四個角常規(guī)會做倒圓角處理，這樣外形比較美觀，另外也避免了接觸蓋板時被四周的直角劃傷。

蓋板材料一般用玻璃的比較多，常規(guī)厚度有0.55mm、0.7mm、1.1mm、1.8mm、2.8mm等。厚度越厚，玻璃強度越高。根據(jù)實際應(yīng)用需求來設(shè)計。

2.4 蓋板上孔的設(shè)計

蓋板上的孔一般分為透明孔和IR孔，也有做貫通孔的（對應(yīng)位置蓋板要做切割處理）。攝像頭孔一般為透明孔，紅外信號傳輸使用的一般為IR孔，有些特殊應(yīng)用的做貫通孔。具體要根據(jù)不同的功能來設(shè)計。IR孔要印刷IR油墨，IR油墨可以讓紅外線通過，而對可見光和紫外線會遮擋。近紅外線波長850nm的光，透光率大于70%，可見光550nm波長的光，透光率在10%左右。一般IR孔參數(shù)按照上面的透光率來定義。

2.5 蓋板上的絲印圖案的設(shè)計

蓋板上的絲印圖案一般是客戶的圖形標志或功能按鍵等。注意需要區(qū)分圖案是否要求有觸摸功能，一般客戶的圖形標志不要求有觸摸功能，功能按鍵一般會要求有觸摸功能。

蓋板絲印圖案的顏色常見的有灰色、白色、紅色等，根據(jù)需求可選擇不同顏色進行設(shè)計。一般顏色會依據(jù)潘通色卡號定義，不同廠家油墨調(diào)試在蓋板上的顏色可能會有差異，一般會安排制作色卡來承認。

蓋板絲印圖案是否要求透光，需要看背面是否有光源，根據(jù)需求要標示清楚。

2.6 蓋板上視窗區(qū)設(shè)計

蓋板中間的可視區(qū)設(shè)計時要考慮搭配的液晶模組的顯示區(qū)域及組合時的公差，一般設(shè)計觸摸屏的可視區(qū)長寬方向均比模組的可視區(qū)單邊外擴0.5mm。

3 中小尺寸電容觸摸屏感應(yīng)層SENSOR設(shè)計

感應(yīng)SENSOR按照材質(zhì)分有玻璃（Glass）的、薄膜（Film）的、雙層薄膜（Film+Film）等幾種。玻璃材質(zhì)的厚度一般常用的有0.25mm，0.4mm和0.55mm厚度的，薄膜Film一般厚度為0.05mm、0.125mm、0.175mm等幾種規(guī)格，根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)評估選用。

3.1 感應(yīng)層SENSOR外形尺寸設(shè)計

考慮到邊緣部分走線，感應(yīng)SENSOR外形尺寸要比蓋板的視窗區(qū)要大。

另外還要綜合考慮搭配液晶模組的外形尺寸和液晶模組的可視區(qū)尺寸。液晶模組和觸摸屏的組合方式是框貼時，感應(yīng)SENSOR外形要與液晶模組的上鐵框區(qū)域四周邊框有重合區(qū)域，而且液晶模組的可視區(qū)中心和觸摸屏蓋板的視區(qū)中心要重合。液晶模組和觸摸屏的組合方式是全貼合時，感應(yīng)SENSOR外形要與液晶模組外形可以不用完全一致，但兩者的可視區(qū)中心要重合，還要考慮加工時對位方便操作。

3.2 感應(yīng)層SENSOR四周背膠設(shè)計

液晶模組和觸摸屏的組合方式是框貼時，需要設(shè)計感應(yīng)SENSOR四周背膠。

感應(yīng)SENSOR四周背膠，要考慮到和液晶模組組合時，兩者的視區(qū)中心重合。另外，感應(yīng)SENSOR四周背膠寬度要小于液晶模組上鐵框的邊框?qū)挾取８袘?yīng)SENSOR四周背膠厚度一般在0.2mm-0.6mm左右，背膠厚度不能太薄，防止液晶模組和觸摸屏組合后顯示出現(xiàn)牛頓環(huán)現(xiàn)象。

4 中小尺寸電容觸摸屏OCA設(shè)計

OCA工藝，采用OCA（Optical clear Adhesive）光學(xué)透明膠帶或無基材光學(xué)膠帶進行粘合，簡單地說，就是采用高透光性的雙面膠帶進行粘合[2]。

蓋板和感應(yīng)SENSOR貼合一般用OCA，OCA厚度常用0.05mm、0.125mm、0.175mm等幾種。根據(jù)產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)要求來選用。

5 中小尺寸電容觸摸屏FPC設(shè)計

FPC設(shè)計時先根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)選擇FPC引出位置是在蓋板的長邊還是短邊位置上、居中還是靠邊緣放置。

FPC一般設(shè)計為長條形，長度根據(jù)結(jié)構(gòu)要求來選擇，F(xiàn)PC中間部分面積設(shè)計要寬一些，預(yù)留出IC和電子元器件放置的空間。元件區(qū)背面注意需要補強，補強材質(zhì)一般選用不銹鋼片或PI。元件區(qū)表面注意需要設(shè)計絕緣膠帶貼附。

電容觸摸屏通過FPC和主板連接，F(xiàn)PC引出端接口一般設(shè)計為ZIF或焊接方式。當電容觸摸屏和主板連接方式為ZIF時，F(xiàn)PC插拔端金手指設(shè)計應(yīng)注意由粗到細的焊盤間平滑過渡，此設(shè)計是為了防止插拔端金手指斷裂，以免出現(xiàn)品質(zhì)隱患。ZIF方式注意手指背面要增加補強，一般為PI材質(zhì)。補強面要設(shè)計白色對位絲印線，方便使用時對照電容觸摸屏是否組裝到位。當電容觸摸屏和主板連接方式為焊接方式時，F(xiàn)PC金手指焊接面的手指長度應(yīng)設(shè)計成比非焊接面手指長度長0.3mm，走線時要雙面走線，避免焊接不當金手指焊盤翹起，造成不良隱患。FPC出pin手指設(shè)計時要注意順序要跟主板的順序匹配，ZIF方式的要注意接觸面設(shè)計在正面還是反面，物理接觸面要跟主板匹配。

電容觸摸屏與主機通訊一般選用I2C或USB接口，根據(jù)需要接口部分一般設(shè)計成4-8pin的。如果選用I2C接口，注意I2C通信地址跟主板端要匹配才能正常通訊。另外注意主板端提供的供電電壓和接口信號電壓是否一致，設(shè)計時要跟主板保持一致。

6 中小尺寸電容觸摸屏芯片IC選用

芯片IC的選用需要根據(jù)觸摸精度、通道數(shù)、單點觸摸還是多點觸摸、是否需支持放大縮小旋轉(zhuǎn)手勢、接口要求等綜合考慮選用，多數(shù)IC只支持I2C接口，指定使用USB接口的需要重點確認IC是否支持。

7 中小尺寸電容觸摸屏電子元件選用

芯片IC確定好后，根據(jù)IC要求選擇外圍電路元器件。FPC空間有限，盡量選用封裝小的電子元件。

8 結(jié) 論

本文通過對電容觸摸屏的簡介，介紹了其發(fā)展史、原理、分類及結(jié)構(gòu)。并詳細介紹了中小尺寸電容觸摸屏的設(shè)計規(guī)范，具體說明了蓋板LENS、感應(yīng)層SENSOR、OCA、軟性線路板FPC、芯片IC、電子元件、膠帶、保護膜的設(shè)計規(guī)范。希望本文可以給電容觸摸屏設(shè)計人員一些參考建議！

參考文獻：

[1] 魯冰.電容式觸摸屏系統(tǒng)解決方案 [J].電子產(chǎn)品世界，2008（12）：51-52.

[2] 段青鵬，劉永立，趙乃輝.電容式觸摸屏水膠貼合工藝中氣泡產(chǎn)生的原因分析 [J].電子工藝技術(shù)，2014（3）：178-181.

作者簡介：潘辛麗（1981.01-），女，畢業(yè)于山東理工大學(xué)電子信息工程專業(yè)，現(xiàn)任青島海爾智能電子有限公司開發(fā)部工程師。主要從事液晶模組開發(fā)、生產(chǎn)工作。