电容屏原理和缺点分析
发布时间：2011-8-11 09:04
发布者：ipolo
关键词：
电容屏
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电容屏原理 电容技术的触摸屏是一块四层复合玻璃屏，如下图所示。玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO导电层，最外层是只有0.0015毫米厚的矽土玻璃保护层。内层ITO作为屏蔽层，以保证良好的工作环境，夹层ITO涂层作为检测定位的工作层，在四个角或四条边上引出四个电极。 电容屏基本工作原理的最初想法是：人是假象的接地物（零电势体），给工作面通上一个很低的电压，当用户触摸屏幕时，手指头吸收走一个很小的电流，这个电流分从触摸屏四个角或四条边上的电极中流出，并且理论上流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成比例，控制器通过对这四个电流比例的精密计算，得出触摸点的位置。 这个想法本来是很好的。但是，按照这种思路进行下去，却碰到了难以逾越的障碍：目前的透明导电材料ITO——氧化金属非常脆弱，触摸几下就会损坏，还不能直接用来作工作层。材料的问题一时还难以解决，只好委曲求全：在外部增加一层非常薄的坚硬玻璃。 这层玻璃显然是不导电的，直流导电是不行了，改用高频交流信号，靠人的手指头（隔着薄玻璃）与工作面形成的耦合电容来吸走一个交流电流，这就是电容屏“电容”名字的由来：靠耦合电容来工作。 问题解决了，但代价是很大的：首先是“漂移”，因为耦合电容的方式是不稳定的，它直接受温度、湿度、手指湿润程度、人体体重、地面干燥程度影响，受外界大面积物体的干扰也非常大，带来了不稳定的结果，这些都直接违背了作为触摸屏这种绝对坐标系统的基本要求，不可避免的要产生漂移，有的电容触摸屏欲求通过25点校准法甚至96点校准法来解决漂移问题，其实是不可能的，漂移是电容工作的这种方式决定的，即使是在控制器的单片机程序上利用动态计算和经验值查表，也只能是治标不治本。多点校准法最早是大屏幕投影触摸板使用的方法，目的是消除坐标对应的线性失真，电容触摸屏的线性失真也非常厉害，主要是因为电容屏的计算建立在四个电流量与触摸点到四电极的距离成比例的理想状态上，实际由于受环境电容、线路寄生电容和不同人使用的影响，这种比例关系不可能是完全线性的，多点校准法只能解决局域分配的线性问题，解决不了整体的漂移。 电容方式的另一个代价是：最外这层极薄的玻璃，正常情况下防刮擦性能非常好，但工艺上要求在真空下制造，因为它害怕氢，哪怕有一点氢也会结合成易脆碎的玻璃，使用中轻轻一敲就成个小破洞，这对电容触摸屏来说是要命的：破洞周围直径5cm大小的区域不能使用。实际的真空是不可能有的，这层极薄的玻璃有5%的概率碰上有破洞的产品。 电容屏的缺点分析 众所周知 人体是导体（主要是指人肉 而非指甲一类的硬物） 因此电容屏支持手指控制 然而现在的电容屏技术不够成熟 在制作方面遇到了一个困难 那就是上数第二层极板的材料问题 电容屏是屏幕 因此无论在显示屏上方加多少层极板 都必须是透明的 而透明导体材料氧化铟锡(Indium-Tin Oxide)非常脆弱 极易损坏（目前似乎也没有找到替代品） 因此为了保证寿命 制造商都会在上面多加一层绝缘玻璃（也就是上数第一层的那层保护层） 然而保护层是绝缘的 因此外界0电势导体无法触及极板 为了保证正常工作 屏幕的工作原理又发生了少许变化 从一开始的直流分流原理变成了耦合电容原理（分别由第二层电极版和外界0电势导体组成电容的两级 中间的绝缘玻璃为绝缘介质） 由于电容元器件有“通交流阻直流”的性质 因此原来的直流电无法工作 只能换成高频交流电 这也成为了“电容屏”这个名字的由来 然而耦合电容是很不稳定的（容易受外界环境影响 和中间的介质有关） 因此新的电容屏最大的问题就是漂移和误操作 影响电容的因素主要是极板大小、极板间距、以及绝缘介质的介电常数 在电荷数量固定 电容大小发生改变的情况下 两版之间的电势差会发生改变 而电势差发生改变则意味着有可能出现误操作（即手并没有触摸屏幕 但是屏幕已经出现判定） 而周围环境的温度和湿度的变化又正好会影响这三项指数 即中间介质的热胀冷缩导致间距变化(由于绝缘版厚度非常薄 通常是0.0015毫米 因此热胀冷缩的影响非常明显)以及中间介质的介电常数随温度以及湿度的变化 然而漂移问题则和空气湿度有关 众所周知 绝缘体虽然不能导电 但是却可以自身带静电（导体则刚好相反） 而静电则会和周围的物体产生电势差（原理同点电荷电势） 而电势差则正好是偶和电容的工作原理 因此当空气湿度较小时 空气电阻大 因此带静电量也大 且分布不均匀 因此可能与电容屏之间产生较强电势差（由于绝缘体通常会从导体偷电荷 因此导体附近的空气的静电较强 比如说人体周围） 因此屏幕依然会误判 从而产生漂移现象。 |
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