常見(jiàn)的觸摸屏(TOUCH PANEL)從工作原理上可分為電阻式、電容式、表面聲波式、紅外線式等幾種類(lèi)型，其中電阻式觸摸屏廣泛應(yīng)用于商務(wù)通、自動(dòng)取款機(jī)、銀行查詢機(jī)等設(shè)備，它可讓使用者直接在畫(huà)面上進(jìn)行選擇/調(diào)節(jié)/設(shè)置等操作。本文將從電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)和工作原理兩方面簡(jiǎn)述其常見(jiàn)的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

一、電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)

　　如下所示圖一就是一款常見(jiàn)的電阻式觸摸屏，從它的外觀來(lái)看大致可分兩個(gè)部分：一是觸摸用的平板玻璃部分，一是用來(lái)連接電路的FPC。但它的細(xì)部結(jié)構(gòu)并非如此簡(jiǎn)單，以下是電阻式觸摸屏的結(jié)構(gòu)解剖示意圖：

圖一 電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)

從圖一可看出，觸摸屏大致由以下部品和區(qū)域組成：

（1）FILM——也就是觸摸用的薄膜，基材為PET。觸摸時(shí)通過(guò)薄膜的變形來(lái)使上下層的ITO相接觸，從而在X軸和Y軸產(chǎn)生不同的“電阻值”（類(lèi)似移動(dòng)變阻器原理）。

根據(jù)使用的要求不同，F(xiàn)ILM的表面分：亮面（表面光滑）和霧面（表面模糊）兩種，類(lèi)似普通玻璃和毛玻璃的區(qū)別。亮面一般在小尺寸的消費(fèi)電子方面應(yīng)用比較廣泛，主要的優(yōu)點(diǎn)是表面光潔、透光率高，在外觀和觀看方面有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，霧面的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)反光、無(wú)牛頓環(huán)，長(zhǎng)時(shí)間觀看不易引起視覺(jué)疲勞。

因觸摸屏一般是用來(lái)書(shū)寫(xiě)和觸摸，F(xiàn)ILM的表面硬度一般要求達(dá)到3H的標(biāo)準(zhǔn)，以防摩擦刮花。

（2）ITO膜——Indium Tin Oxide的縮寫(xiě),它是一種導(dǎo)電膜。極其細(xì)微，通過(guò)“濺鍍”（類(lèi)似與噴涂）工藝做在FILM和玻璃上。觸摸屏的“線性”好壞絕大部分決定于此膜的均勻性。特別是FILM自身是可伸縮的部品，其表面ITO膜的均勻性就更顯重要了。

（3）玻璃——它一方面起到承載作用，以承載操作壓力，防止整個(gè)成品變形。另一方面，其表面也鍍有ITO膜，與FILM共同完成“觸摸功能”。

（4）隔點(diǎn)——是一種絕緣膠類(lèi)物質(zhì)，直徑一般在0.03~0.05。隔點(diǎn)是通過(guò)“絲印”的方法附在玻璃上，與上面的FILM的保持0.05~0.07間距。其作用是保障觸摸動(dòng)作的防止誤動(dòng)作和準(zhǔn)確性，同時(shí)也可通過(guò)隔點(diǎn)的大小來(lái)調(diào)節(jié)觸摸時(shí)的操作力的大小。

（5）銀線——用來(lái)傳導(dǎo)電流信號(hào)，也是通過(guò)“絲印”的方法印在FILM和玻璃上面。

（6）絕緣膠——用來(lái)防止上下銀線的短路,同時(shí)也是使FILM懸浮于玻璃之上的“支撐架”，總厚度約0.10mm。

（7）粘合膠——是用來(lái)將上下兩層粘接成一體。

（8）透明油——其作用是調(diào)節(jié)非動(dòng)作區(qū)的范圍，一方面可適當(dāng)擴(kuò)大可視區(qū)（根據(jù)客戶對(duì)可視區(qū)的要求），另一方面可防止誤動(dòng)作。

（9）FPC線——將觸摸屏與主板連接起來(lái)完成信號(hào)傳遞（見(jiàn)下圖）。對(duì)FPC的定義主要包括四個(gè)方面：FPC的外形、FPC的PIN數(shù)和接觸面（正面還是反面）以及FPC的加強(qiáng)板厚度。

（10）觸摸屏外形——觸摸屏的規(guī)格尺寸，包括長(zhǎng)、寬、厚。目前市面上觸摸屏的厚度有：1.0mm和1.4mm兩種，這是因?yàn)橛|摸屏的玻璃目前廣泛使用0.70mm和1.10mm厚度。觸摸屏的長(zhǎng)、寬一般是指玻璃（剛體）的尺寸，加工時(shí)工廠都是以最大公差尺寸來(lái)生產(chǎn)，這主要是加工工序和加工精度（最后切割玻璃）以及玻璃的 “邊損”因素。設(shè)計(jì)時(shí)，外形尺寸一般是根據(jù)TFT LCD的外形來(lái)確定，這主要是方便安裝和定位的簡(jiǎn)化。一般不同的TFT LCD 單獨(dú)對(duì)應(yīng)一款觸摸屏,若LCD的尺寸相差很小時(shí),可觸摸屏可共用共用一款，TFT LCD要區(qū)別定位。

（11）可視區(qū)——視線不受阻礙的區(qū)域?？梢暰€以外是視線不可”穿透”的區(qū)域。因此“可視區(qū)”應(yīng)該大于顯示屏面蓋窗口,才可以避免圖像被觸摸屏遮擋。

可視區(qū)的確定方法： 觸摸屏的可視區(qū)是依據(jù)面蓋窗口區(qū)大小來(lái)定。先根據(jù)TFT LCD的圖像有效區(qū)單邊縮小0.5mm~1.5mm來(lái)確定顯示屏的面蓋窗口大小,再在面蓋窗口區(qū)單邊擴(kuò)大0.5mm~1mm（根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀況定）作為觸摸屏的可視區(qū)。

（12）非動(dòng)作區(qū)——在此區(qū)域進(jìn)行觸摸不會(huì)有操作響應(yīng)，此區(qū)域主要是用來(lái)防止誤操作的工藝區(qū)域，并非產(chǎn)品功能所需的部分。

（13）動(dòng)作區(qū)——是進(jìn)行觸摸操作時(shí)使用的區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)操作必須全部有操作響應(yīng)。它是觸摸屏的功能區(qū)，是設(shè)計(jì)中最重要的區(qū)域。

（14）面蓋窗口區(qū)——此區(qū)域在觸摸屏的正式設(shè)計(jì)圖中不會(huì)體現(xiàn)出來(lái)，但在確定可視區(qū)/非動(dòng)作區(qū)/動(dòng)作區(qū)時(shí)是一個(gè)重要的依據(jù)（見(jiàn)上面可視區(qū)的確定方法），以防范因面蓋產(chǎn)生的誤動(dòng)作。

在觸摸屏產(chǎn)品中，操作壓力也是一個(gè)重要指標(biāo)。它是指觸摸動(dòng)作時(shí)筆或手指接觸到FILM的壓力，手寫(xiě)產(chǎn)品規(guī)格一般為10~80g的，手觸摸產(chǎn)品一般采用10~150g。

壓力小對(duì)操作力的敏感性就高，但如果工藝和FILM的韌性不好就有可能出現(xiàn)因?yàn)檎駝?dòng)等因素造成誤動(dòng)作。壓力過(guò)大的產(chǎn)品，手感不佳，且對(duì)反應(yīng)速度也會(huì)有一定的影響。

當(dāng)然，操作壓力做“大”容易做“小”難。在示意圖中我們看到有“隔點(diǎn)”均布于FILM之下。調(diào)節(jié)“隔點(diǎn)”的間距和大小就是調(diào)整操作力的一個(gè)主要途徑。對(duì)于7”左右的觸摸屏，常用的“隔點(diǎn)”的間距是：3.0X3.0X0.04（隔點(diǎn)間距長(zhǎng)X寬X隔點(diǎn)的高度）/ 2.5X2.5X0.04/3.0X3.0X0.03等，隔點(diǎn)間距越大操作力越小，隔點(diǎn)的高度越高操作力越大。

2、電阻式觸摸屏工作原理及失效分析

2.1電阻式觸摸屏工作原理

　　在設(shè)計(jì)觸摸屏之前我們要了解它的工作原理,這樣才能設(shè)計(jì)出合理的尺寸和防范錯(cuò)誤。先從工作原理來(lái)了解，其工作原理圖示如下：

圖二 電阻式觸摸屏電氣原理圖

　　在圖中黑色框以內(nèi)是動(dòng)作區(qū)，黑色框與紅色框之間是非動(dòng)作區(qū)，紅色框的邊線是可視區(qū)的邊緣，邊緣以內(nèi)都稱之為可視區(qū)（含動(dòng)作區(qū)和非動(dòng)作區(qū)），邊緣以外就是非可視區(qū)。

　　上面的原理圖中，有橫縱垂直交叉的兩組連接“電阻線”，其實(shí)此“電阻線”的電阻就代表ITO導(dǎo)電膜的電阻。ITO膜本身是“一層”電阻值較小的導(dǎo)電物質(zhì)，可看作一張銅皮（ITO的阻值是按“方阻”來(lái)計(jì)算，一般在300~600Ω/□）。由于每個(gè)方向只有兩端可導(dǎo)通，根據(jù)電路的“短路”導(dǎo)通原則，可將ITO膜可看作有無(wú)數(shù)根平行方向的“電阻線”并聯(lián)在兩根導(dǎo)線上，且同一直線上的“點(diǎn)”具有“線性”特性。玻璃上的ITO膜導(dǎo)通方向一般是X方向，因?yàn)?6：9的TFT屏中X方向大于Y方向，從變形方面來(lái)考慮，玻璃的變形小于FILM，更有利于線性的穩(wěn)定性（后面將說(shuō)明）。那么FILM上的導(dǎo)通方向就是Y方向了。當(dāng)A點(diǎn)被觸摸（下壓）時(shí)，橫豎交叉的X方向和Y方向因“短路”就形成了兩個(gè)不同的電阻值，通過(guò)電流和IC的變換處理，最終對(duì)應(yīng)成位置的坐標(biāo)值。

　　因此，在動(dòng)作區(qū)內(nèi)，橫縱都有“導(dǎo)線”，每一個(gè)位置點(diǎn)都對(duì)應(yīng)不同的X值和Y值，所以任何一點(diǎn)都可有一個(gè)“完整”的觸發(fā)信號(hào)。 非動(dòng)作區(qū)中由于只有單方向有導(dǎo)通，“信號(hào)”不完整，因此就不會(huì)產(chǎn)生“觸摸”響應(yīng)。

　　使ITO形成單方向的導(dǎo)通的方法是通過(guò)“蝕刻”工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)的：在鍍有ITO的玻璃或FILM的表面，用激光照射，將不需要保留的區(qū)域“鏟除”?！扮P除”后為防止其粘附在表面，后續(xù)有一個(gè)“水洗”的清潔工序，玻璃上被“蝕刻”了的區(qū)域一般很難直接觀察出來(lái)，但FILM上被“蝕刻”了的區(qū)域則比較容易觀察出來(lái)。

　　動(dòng)作區(qū)和非動(dòng)作區(qū)屬于可視區(qū)，理論上是“透明的”，但由于材料的透明度（包括玻璃和觸摸薄膜及ITO膜、隔點(diǎn)）等透明度的因素疊加，最終成品的透明度一般在78%~85%左右。上面提到的“蝕刻”區(qū)域會(huì)被觀察到就是因?yàn)椤拔g刻”區(qū)比其他部位更透明，在裝機(jī)后略顯黑色（TFT 黑底的反射光）的緣故。

2.2電阻式觸摸屏常見(jiàn)失效現(xiàn)象分析

　　根據(jù)在觸摸屏產(chǎn)品的試產(chǎn)和量產(chǎn)過(guò)程中的問(wèn)題總結(jié)，觸摸屏在使用中主要有以下問(wèn)題：

1．觸摸操作未響應(yīng)；

2．觸摸操作未執(zhí)行（有響應(yīng)）；

3．觸摸點(diǎn)捕捉錯(cuò)誤；

4．觸摸操作響應(yīng)時(shí)間不一致；

　　在以上的4個(gè)問(wèn)題中第2、第4個(gè)問(wèn)題和軟件的計(jì)算取值及通訊方面有較大的聯(lián)系，與觸摸屏本身的品質(zhì)聯(lián)系主要在可靠性方面，這里就暫不分析。重點(diǎn)對(duì)第1、第3個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析討論。這兩問(wèn)題在生產(chǎn)使用中我們常表述為觸摸無(wú)作用 (要用較大力按才有作用)、線性不良（觸摸功能偏位，如：按左鍵卻是右鍵響應(yīng)）。針對(duì)以上兩個(gè)問(wèn)題，綜合我們?cè)趯?shí)際量產(chǎn)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)將每個(gè)問(wèn)題單獨(dú)列出分析說(shuō)明：

（一）、觸摸無(wú)作用分析。

　　通過(guò)前期的總結(jié)，我們知道“觸摸無(wú)作用或觸摸不靈敏”主要有兩方面的因素：一是因動(dòng)作區(qū)受壓，二是觸摸屏變形引起的內(nèi)部“接觸”所致。

1、動(dòng)作區(qū)受壓一般來(lái)自于顯示屏面蓋。這其中又分三方面的因素：

（1）顯示屏面蓋窗口區(qū)太小——當(dāng)顯示屏面蓋窗口區(qū)太小時(shí)，因?yàn)檠b配公差或塑膠面蓋尺寸的變形造成面蓋接觸到動(dòng)作區(qū)，從而使得觸摸屏“長(zhǎng)期”處于“動(dòng)作狀態(tài)”，這樣新的“觸摸指令”就不能被正確讀取。

（2）顯示屏面蓋底平面凹凸不平或與觸摸屏接觸太緊——顯示屏面蓋下面就是觸摸屏的FILM，如面蓋的底平面有凹凸不平（一般凸出高度少于0.10的平面可忽略），那么凸出的部分就相當(dāng)于一個(gè)“觸摸點(diǎn)”。此時(shí)，由于面蓋與觸摸屏接觸太緊，雖然沒(méi)有直接壓迫動(dòng)作區(qū)，但由于非動(dòng)作區(qū)FILM的“牽動(dòng)”造成動(dòng)作區(qū)有接觸感應(yīng)。所以“非動(dòng)作區(qū)”并不一定就是“不會(huì)動(dòng)作的區(qū)域”，只不過(guò)對(duì)于“手寫(xiě)”功能的產(chǎn)品（如：手機(jī)寫(xiě)字板）而言是“手寫(xiě)無(wú)效區(qū)”。

（3）即使“觸摸無(wú)作用”狀態(tài)下，如出現(xiàn)操作力較大時(shí)，也可能會(huì)接受操作指令。這是因?yàn)樵谲浖乃惴ㄖ校坝行А钡闹噶钍歉鶕?jù)電平的高低和持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)判定的，當(dāng)高電平持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)，此操作就被認(rèn)為是有效指令。所以在檢查“操作不靈敏”的機(jī)器時(shí)要從“觸摸無(wú)作用”方面著手分析。

2、觸摸屏變形引起的內(nèi)部“接觸”所致。

一方面是由于觸摸屏上的FILM因?yàn)楦邷嘏蛎浽诳梢晠^(qū)邊緣產(chǎn)生一定的變形，此變形到一定程度會(huì)致使顯示屏面蓋壓迫到FILM,從而產(chǎn)生“無(wú)作用或誤動(dòng)作”。另一方面如果觸摸屏安裝過(guò)程中被擠壓變形或扭曲，這些就會(huì)使FILM產(chǎn)生類(lèi)似高溫變形一樣的結(jié)果。

（二）、線性不良分析。

　　這里包含兩個(gè)方面問(wèn)題：一是直線性不良；二是線性漂移。觸摸屏在理論模式下是一個(gè)“線性”產(chǎn)品，即:等距離長(zhǎng)度變化對(duì)應(yīng)等量的“阻值”變化，只有這樣才能保證數(shù)據(jù)與位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系變得方便簡(jiǎn)潔。所以線性優(yōu)良與否對(duì)于觸摸屏是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。

　　在消費(fèi)電子行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)都是按1.5%的直線性來(lái)控制。線性漂移是指觸摸操作的指令”整體”往一個(gè)方向偏移，在實(shí)際的線性不良產(chǎn)品中兩者是相關(guān)聯(lián)的，直線性不良的產(chǎn)品一般都有線性漂移的現(xiàn)象，特別是高低溫試驗(yàn)時(shí)。這是因?yàn)橹本€性不良的原因主要決定于FILM的質(zhì)量和制造工藝，當(dāng)FILM阻值不均時(shí)就會(huì)出現(xiàn)直線性不良，同時(shí)線性漂移也就隨之容易產(chǎn)生。

　　對(duì)于FILM的線性不良，目前我們還只能靠測(cè)試儀器和試裝檢查來(lái)確認(rèn)，線性的好壞主要決定在ITO的均勻性，它的計(jì)量單位是XXΩ/□，方阻值的概念就是每個(gè)正方形內(nèi)的電阻是多少，與正方形的大小沒(méi)有聯(lián)系。

　　根據(jù)廠家打樣情況和實(shí)際使用的總結(jié)，線性不良70%決定于原材料，30%決定于工藝。在實(shí)際量產(chǎn)過(guò)程中我們從發(fā)現(xiàn)其線性不良到最終的出貨，結(jié)構(gòu)和硬件的對(duì)策作用非常有限，此問(wèn)題的對(duì)策處理更多地依賴于軟件的校正。理論上校正的點(diǎn)越多，觸摸屏本身的線性不良影響越小。特別指出的是如顯示屏面蓋對(duì)觸摸屏壓迫過(guò)緊，就很容易使觸摸屏產(chǎn)生扭曲變形從而導(dǎo)致線性不良的產(chǎn)生。

3、電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

　　從以上兩個(gè)方面的不良原因來(lái)看，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上主要注意以下事項(xiàng)：

（1）顯示屏面蓋的窗口與動(dòng)作區(qū)之間的間距離要足夠大，以防窗口邊緣影響到動(dòng)作區(qū)，引發(fā)誤動(dòng)作；

（2）顯示屏面蓋盡可能避免緊壓觸摸屏，以免觸摸屏變形導(dǎo)致不良發(fā)生；

（3）觸摸屏的四周定位不太松，以免裝配定位時(shí)偏位。

　　面蓋窗口和動(dòng)作區(qū)之間的距離（四周）以1.50mm~2.00mm為合適，太小容易產(chǎn)生“無(wú)作用”，且操作時(shí)手指也夠不到最里邊去；如是手寫(xiě)類(lèi)產(chǎn)品還會(huì)引起FILM折斷等不良；太大將會(huì)縮小觸摸的有效區(qū)，對(duì)按鍵的設(shè)置不利。

　　防止面蓋緊壓觸摸屏的最好方法是在設(shè)計(jì)時(shí)在面蓋與觸摸屏之間留有足夠的空間。如何保證這個(gè)空間，目前有兩個(gè)方法：一是在面蓋（也可以是觸摸屏）上加EVA來(lái)“隔離”。但采用此方法務(wù)必注意：EVA泡棉是必須壓在觸摸屏的可視區(qū)以外，否則無(wú)利反而擴(kuò)大不良出現(xiàn)。另一種方法是將面蓋邊緣處的塑膠厚度減薄0.30mm~0.50mm，（如圖三）減膠寬度一直到觸摸屏的可視區(qū)再外擴(kuò)0.30~0.50mm。

　　這兩個(gè)方法都是為了保證了兩點(diǎn)：

1）面蓋與觸摸屏之間有效隔離；

2）面蓋與觸摸屏的接觸面都是在“可視區(qū)以外”。這兩種方式在實(shí)際的應(yīng)用中都有見(jiàn)到，但目前后一種方式越來(lái)越多被采用。

圖三 電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　在預(yù)防觸摸屏變形方面既要有足夠的安裝空間，防止被擠壓扭曲；又需要在安裝后穩(wěn)固定位，因此用具有適當(dāng)彈性和強(qiáng)度的EVA泡棉來(lái)定位固定成為最好的選擇(EVA泡棉的厚度為0.50mm~1.00mm，壓縮后保持在0.30~0.50mm即可)。如此看來(lái)，前面說(shuō)到將EVA泡棉墊在面蓋和觸摸屏之間似乎是一舉兩得的最佳選擇。其實(shí)不然，因?yàn)橛|摸屏的底層是玻璃，而觸摸屏后面就是TFT LCD，這就相當(dāng)于將觸摸屏的玻璃將直接靠緊在TFT LCD的金屬包邊上，這對(duì)觸摸屏的抗震性能(特別是車(chē)載產(chǎn)品)顯然是不利的。

　　所以有的觸摸屏廠家甚至推薦用雙面膠將觸摸屏貼合在TFT LCD上，以防兩個(gè)部品之間的“碰撞”和防止觸摸屏的變形（TFT LCD的表層是玻璃，其金屬邊框也是相當(dāng)平整的，一般平面度在0.10mm以內(nèi)，故對(duì)觸摸屏可起到支撐作用。）。因此，從生產(chǎn)工藝性和實(shí)際裝配的方便來(lái)看，將EVA貼在觸摸屏與TFT LCD之間才是最佳選擇。如考慮顯示屏面蓋與FILM在溫度變化時(shí)因變形量不一致而導(dǎo)致對(duì)FILM的損傷，可通過(guò)以下兩個(gè)方法來(lái)改善：減小接觸面積和在顯示屏面蓋上增加一層保護(hù)層（如3M膠帶）。

　　在這里需提到的是從玻璃與FILM之間引出的引線有“一體成型”和“分離式”兩種，目前我們所見(jiàn)到的都是后者，常見(jiàn)用FPC引出。FPC在連接時(shí)，一般是用“壓鉚”的方法連接起來(lái)的。為防止松動(dòng)和脫落，在接口處都用熱熔膠固定。在面蓋的設(shè)計(jì)是要特別注意對(duì)FPC的保護(hù)，將此處的膠減薄，F(xiàn)PC的連接處要避空其受力引起松動(dòng)和接觸不良；在安裝時(shí)FPC不能折死，要保證連接處彎曲半徑在R1.50以上，以防FPC受力折斷。

　　顯示屏玻璃的實(shí)際尺寸都是按圖紙的最大公差來(lái)做的，所以配合的塑膠定位尺寸只需在外形上單邊留0.15mm的間隙即可。如加大到0.20mm以上，在裝配時(shí)會(huì)引起動(dòng)作區(qū)的“偏位”而導(dǎo)致不良。

　　在觸摸屏的生產(chǎn)工藝上也有一些方法來(lái)改善觸摸屏的誤動(dòng)作，如在非動(dòng)作區(qū)印透明油，可以擴(kuò)大可視區(qū)的同時(shí)又減少了非動(dòng)作區(qū)由于面蓋的不平整等因素引起的不良，在邊沿開(kāi)通氣孔，以防止內(nèi)外溫差變化引起FILM變形，改善高溫漂移現(xiàn)象，在使用時(shí)需要注意，開(kāi)通氣孔的地方盡可能在外殼上有排氣的通道或間隙，絕不能封住此通氣孔。