趙鵬昊

（河北省保定市第一中學(xué),河北 保定 071001）

手機觸摸屏是如何工作的？

趙鵬昊

（河北省保定市第一中學(xué),河北 保定 071001）

觸屏式手機的屏幕經(jīng)歷了由電阻式觸屏到電容式觸屏的發(fā)展，簡要介紹了電阻式及電容式觸摸屏的工作原理，并對其性能進(jìn)行比較。

手機觸摸屏；電容器；感應(yīng)電流

0 引言

科技日新月異的今天，手機早已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠郑诸^小巷到處可見低頭族。而觸摸屏作為手機的核心部分，又有多少人知道其工作原理呢？在強烈好奇心的驅(qū)動下，我查閱了一些相關(guān)文獻(xiàn)資料，對其有了初步的了解，下面便為大家介紹一下。

原來，觸屏式手機的屏幕經(jīng)歷了由電阻式觸屏到電容式觸摸屏的發(fā)展。1997年，摩托羅拉推出的PalmPilot掌上電腦，是最早采用電阻式觸摸屏的，它利用壓力感應(yīng)進(jìn)行工作，當(dāng)手指或其他物體觸壓屏幕時，壓力感應(yīng)傳感器可將位置信號傳送至CPU，從而確定觸點的位置[1]。它的性能穩(wěn)定，工作環(huán)境與外界完全隔離，因此受外界灰塵、天氣等不良因素影響較小，其缺點是在工作時每次只能響應(yīng)一個觸控點，當(dāng)觸控點在兩個以上，就不能做出正確的判斷了[2,3]。2007年3月，LG率先發(fā)布了Prada多點觸摸手機，同年6月，蘋果開始出售iPhone電容式全屏多點觸摸手機，采用電容式觸摸屏，一時驚艷四方，宣告手機進(jìn)入從單點到多點觸摸的新時代。顧名思義，電容式觸摸屏主要結(jié)構(gòu)就是電容器。我們知道電容器就是容納電荷的器件，由兩個電極以及它們之間的介電材料構(gòu)成，其主要工作原理便是“充電”、“放電”。電容式觸摸屏是將人體或大地視為一個電極進(jìn)行工作的(由于人體與大地相連，人體可以看做是一個電極)。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和工作原理不同，可將其分為表面式電容屏和投射式電容屏，投射式電容屏又分為自容式和互容式兩種。

1 表面式電容屏

表面式電容屏的結(jié)構(gòu)由外至里主要由四層組成：玻璃保護(hù)層、導(dǎo)電層(材料為ITO)、玻璃層、導(dǎo)電層(ITO)。ITO是銦錫氧化物的英文縮寫，它是一種透明的導(dǎo)電體[4]。最內(nèi)層導(dǎo)電層有著屏蔽的作用，確保良好穩(wěn)定的工作環(huán)境，中間的導(dǎo)電層是整個觸屏的工作面，充當(dāng)一個電極。工作面上接有高頻交流電場，當(dāng)人的手指觸摸到屏幕時，人體與導(dǎo)電層以及絕緣的玻璃層構(gòu)成一個電容。由于電容可以導(dǎo)通高頻電流阻擋低頻電流，因此對于高頻電流來說，可將電容視為導(dǎo)體。于是會有一部分電荷從手指轉(zhuǎn)移到人體。流失走的電荷會從屏幕四個角的電極補充進(jìn)來，形成電流，經(jīng)過這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個電流比例的精確計算，得出觸摸點的位置[5]。表面式電容屏的缺點是每次只能對一個觸點做出反應(yīng)，如若同時進(jìn)行兩個及以上觸點的操控，電容式觸摸屏將不能確定觸點的位置，從而無法正常工作。此外，環(huán)境溫度、濕度、電場的改變都會引起電容屏的漂移，擾亂對觸點位置的判斷。

2 投射式電容屏

投射式電容屏又分為自容式和互容式兩種。自容式電容是指電極與地構(gòu)成的電容，稱為自我電容。在玻璃表面的ITO經(jīng)過化學(xué)方法蝕刻，制成橫向與縱向的電極陣列，這些橫縱交錯的電極分別與大地構(gòu)成電容，如圖1(a)所示。當(dāng)用手指觸摸電容屏?xí)r，相當(dāng)于并聯(lián)一個電容到電路中去，從而導(dǎo)致在屏體電容量增加。在觸摸屏幕前后，探測器探測到電容量的變化，以此確定觸摸點的坐標(biāo)位置。自電容式觸摸屏需要校準(zhǔn)，存在“鬼點”效應(yīng)，無法實現(xiàn)真正的多點觸摸。生活中最典型的實例便是筆記本電腦觸摸輸入板。

如圖1(b)所示，當(dāng)人手碰到觸摸屏?xí)r，電極和地之間的電容由原來的Cp變?yōu)镃P+2CF，顯然增大了[6]。

交互式電容是用ITO制作橫向與縱向電極，如圖2所示，它不同于自容式屏的是在橫向和縱向的ITO電極交叉處會形成電容，也就是說橫向電極和縱向電極分別構(gòu)成了電容的兩級。當(dāng)手指與電容屏接觸時，將影響觸點附近兩個電極間的耦合，從而改變這兩個電極之間的電容量。探測器探測到電容量在觸摸前后的變化，會確定觸摸點的位置?；ル娙菔接|摸屏無需校準(zhǔn)，可以避免“鬼點”效應(yīng)，實現(xiàn)真正的多點觸摸，并且它的工作不受外界溫度、濕度、手指濕潤程度等影響，不會產(chǎn)生“漂移”現(xiàn)象。蘋果公司的產(chǎn)品iPhone和iPod Touch的觸摸屏便是采用了交互式電容技術(shù)[7]。

了解了電容式觸摸屏的工作原理之后，我知道了電容式觸摸屏是利用人體的感應(yīng)電流進(jìn)行工作的，根據(jù)此原理我用錫箔紙包裹棉簽棒自制了一個電容筆，手握電容筆觸壓電容屏幕，可以很好的操作手機。

觸摸屏技術(shù)方便了人們對計算機的操作使用，是一種極有發(fā)展前途的交互式輸入技術(shù)[8]。如此將理論知識與實際應(yīng)用結(jié)合起來，使得我對手機觸摸屏的工作原理有了更加深刻的理解，同時，在這個過程當(dāng)中我更感受到物理的神奇魔力。

[1]俞翔.觸摸屏技術(shù)及電阻式觸摸屏隔離點制作工藝探討[J].龍巖師專學(xué)報,2004,22(06)：25-27.

[2]王承遇,盧琪,陶瑛.觸摸屏手機玻璃面板的性能與制備 (一) [J].玻璃與搪瓷,2012,40(05)：32-38.

[3]李微.電容屏技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2013(01)：32.

[4]楊玉琴,李亞寧.觸摸屏技術(shù)研究及市場進(jìn)展[J].信息記錄材料,2012,13(01)：35-46.

[5]高燕.觸摸屏應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)[J].現(xiàn)代營銷,2010(10)：86-87.

[6]石峰.應(yīng)用于觸摸控制芯片的流水線 ADC 研究與設(shè)計[D].華南理工大學(xué),2013.

[7]游榮鑫,王彥涵.淺談投射式電容觸摸屏設(shè)計[J].現(xiàn)代顯示, 2011(09)：30-33.

[8]Philipp H.不斷發(fā)展的觸摸屏技術(shù)[J].世界電子元器件,2008, 4：22-26.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.209

趙鵬昊，男，河北保定人，學(xué)生。