常見的觸摸屏(TOUCH PANEL)從工作原理上可分為電阻式、電容式、表面聲波式、紅外線式等幾種類型，其中電阻式觸摸屏廣泛應(yīng)用于商務(wù)通、自動取款機、銀行查詢機等設(shè)備，它可讓使用者直接在畫面上進(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述其常見的設(shè)計注意事項。

一、電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)

　　如下所示圖一就是一款常見的電阻式觸摸屏，從它的外觀來看大致可分兩個部分：一是觸摸用的平板玻璃部分，一是用來連接電路的FPC。但它的細(xì)部結(jié)構(gòu)并非如此簡單，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。觸摸時通過薄膜的變形來使上下層的ITO相接觸，從而在X軸和Y軸產(chǎn)生不同的“電阻值”（類似移動變阻器原理）。

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，類似普通玻璃和毛玻璃的區(qū)別。亮面一般在小尺寸的消費電子方面應(yīng)用比較廣泛，主要的優(yōu)點是表面光潔、透光率高，在外觀和觀看方面有比較明顯的優(yōu)勢，霧面的優(yōu)點是無反光、無牛頓環(huán)，長時間觀看不易引起視覺疲勞。

因觸摸屏一般是用來書寫和觸摸，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,它是一種導(dǎo)電膜。極其細(xì)微，通過“濺鍍”（類似與噴涂）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——是一種絕緣膠類物質(zhì)，直徑一般在0.03~0.05。隔點是通過“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作的防止誤動作和準(zhǔn)確性，同時也可通過隔點的大小來調(diào)節(jié)觸摸時的操作力的大小。

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

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

（7）粘合膠——是用來將上下兩層粘接成一體。

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

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

（10）觸摸屏外形——觸摸屏的規(guī)格尺寸，包括長、寬、厚。目前市面上觸摸屏的厚度有：1.0mm和1.4mm兩種，這是因為觸摸屏的玻璃目前廣泛使用0.70mm和1.10mm厚度。觸摸屏的長、寬一般是指玻璃（剛體）的尺寸，加工時工廠都是以最大公差尺寸來生產(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)計時，外形尺寸一般是根據(jù)TFT LCD的外形來確定，這主要是方便安裝和定位的簡化。一般不同的TFT LCD 單獨對應(yīng)一款觸摸屏,若LCD的尺寸相差很小時,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)大小來定。先根據(jù)TFT LCD的圖像有效區(qū)單邊縮小0.5mm~1.5mm來確定顯示屏的面蓋窗口大小,再在面蓋窗口區(qū)單邊擴大0.5mm~1mm（根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際狀況定）作為觸摸屏的可視區(qū)。

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

（13）動作區(qū)——是進(jìn)行觸摸操作時使用的區(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)計圖中不會體現(xiàn)出來，但在確定可視區(qū)/非動作區(qū)/動作區(qū)時是一個重要的依據(jù)（見上面可視區(qū)的確定方法），以防范因面蓋產(chǎn)生的誤動作。

在觸摸屏產(chǎn)品中，操作壓力也是一個重要指標(biāo)。它是指觸摸動作時筆或手指接觸到FILM的壓力，手寫產(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)因為振動等因素造成誤動作。壓力過大的產(chǎn)品，手感不佳，且對反應(yīng)速度也會有一定的影響。

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”均布于FILM之下。調(diào)節(jié)“隔點”的間距和大小就是調(diào)整操作力的一個主要途徑。對于7”左右的觸摸屏，常用的“隔點”的間距是：3.0X3.0X0.04（隔點間距長X寬X隔點的高度）/ 2.5X2.5X0.04/3.0X3.0X0.03等，隔點間距越大操作力越小，隔點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)計觸摸屏之前我們要了解它的工作原理,這樣才能設(shè)計出合理的尺寸和防范錯誤。先從工作原理來了解，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)是動作區(qū)，黑色框與紅色框之間是非動作區(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)（含動作區(qū)和非動作區(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”來計算，一般在300~600Ω/□）。由于每個方向只有兩端可導(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”具有“線性”特性。玻璃上的ITO膜導(dǎo)通方向一般是X方向，因為16：9的TFT屏中X方向大于Y方向，從變形方面來考慮，玻璃的變形小于FILM，更有利于線性的穩(wěn)定性（后面將說明）。那么FILM上的導(dǎo)通方向就是Y方向了。當(dāng)A點被觸摸（下壓）時，橫豎交叉的X方向和Y方向因“短路”就形成了兩個不同的電阻值，通過電流和IC的變換處理，最終對應(yīng)成位置的坐標(biāo)值。

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

　　使ITO形成單方向的導(dǎo)通的方法是通過“蝕刻”工藝來實現(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“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，但FILM上被“蝕刻”了的區(qū)域則比較容易觀察出來。

　　動作區(qū)和非動作區(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）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)域會被觀察到就是因為“蝕刻”區(qū)比其他部位更透明，在裝機后略顯黑色（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)過程中的問題總結(jié)，觸摸屏在使用中主要有以下問題：

1．觸摸操作未響應(yīng)；

2．觸摸操作未執(zhí)行（有響應(yīng)）；

3．觸摸點捕捉錯誤；

4．觸摸操作響應(yīng)時間不一致；

　　在以上的4個問題中第2、第4個問題和軟件的計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。重點對第1、第3個問題進(jìn)行分析討論。這兩問題在生產(chǎn)使用中我們常表述為觸摸無作用 (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)）。針對以上兩個問題，綜合我們在實際量產(chǎn)過程中的經(jīng)驗，現(xiàn)將每個問題單獨列出分析說明：

（一）、觸摸無作用分析。

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

1、動作區(qū)受壓一般來自于顯示屏面蓋。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，因為裝配公差或塑膠面蓋尺寸的變形造成面蓋接觸到動作區(qū)，從而使得觸摸屏“長期”處于“動作狀態(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“觸摸點”。此時，由于面蓋與觸摸屏接觸太緊，雖然沒有直接壓迫動作區(qū)，但由于非動作區(qū)FILM的“牽動”造成動作區(qū)有接觸感應(yīng)。所以“非動作區(qū)”并不一定就是“不會動作的區(qū)域”，只不過對于“手寫”功能的產(chǎn)品（如：手機寫字板）而言是“手寫無效區(qū)”。

（3）即使“觸摸無作用”狀態(tài)下，如出現(xiàn)操作力較大時，也可能會接受操作指令。這是因為在軟件的算法中，“有效”的指令是根據(jù)電平的高低和持續(xù)時間的長短來判定的，當(dāng)高電平持續(xù)較長時，此操作就被認(rèn)為是有效指令。所以在檢查“操作不靈敏”的機器時要從“觸摸無作用”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因為高溫膨脹在可視區(qū)邊緣產(chǎn)生一定的變形，此變形到一定程度會致使顯示屏面蓋壓迫到FILM,從而產(chǎn)生“無作用或誤動作”。另一方面如果觸摸屏安裝過程中被擠壓變形或扭曲，這些就會使FILM產(chǎn)生類似高溫變形一樣的結(jié)果。

（二）、線性不良分析。

　　這里包含兩個方面問題：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“線性”產(chǎn)品，即:等距離長度變化對應(yīng)等量的“阻值”變化，只有這樣才能保證數(shù)據(jù)與位置的對應(yīng)關(guān)系變得方便簡潔。所以線性優(yōu)良與否對于觸摸屏是一個非常重要的指標(biāo)。

　　在消費電子行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)都是按1.5%的直線性來控制。線性漂移是指觸摸操作的指令”整體”往一個方向偏移，在實際的線性不良產(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，特別是高低溫試驗時。這是因為直線性不良的原因主要決定于FILM的質(zhì)量和制造工藝，當(dāng)FILM阻值不均時就會出現(xiàn)直線性不良，同時線性漂移也就隨之容易產(chǎn)生。

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

　　根據(jù)廠家打樣情況和實際使用的總結(jié)，線性不良70%決定于原材料，30%決定于工藝。在實際量產(chǎn)過程中我們從發(fā)現(xiàn)其線性不良到最終的出貨，結(jié)構(gòu)和硬件的對策作用非常有限，此問題的對策處理更多地依賴于軟件的校正。理論上校正的點越多，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觸摸屏壓迫過緊，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)計注意事項

　　從以上兩個方面的不良原因來看，結(jié)構(gòu)設(shè)計上主要注意以下事項：

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

（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，以免裝配定位時偏位。

　　面蓋窗口和動作區(qū)之間的距離（四周）以1.50mm~2.00mm為合適，太小容易產(chǎn)生“無作用”，且操作時手指也夠不到最里邊去；如是手寫類產(chǎn)品還會引起FILM折斷等不良；太大將會縮小觸摸的有效區(qū)，對按鍵的設(shè)置不利。

　　防止面蓋緊壓觸摸屏的最好方法是在設(shè)計時在面蓋與觸摸屏之間留有足夠的空間。如何保證這個空間，目前有兩個方法：一是在面蓋（也可以是觸摸屏）上加EVA來“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，否則無利反而擴大不良出現(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0.30~0.50mm。

　　這兩個方法都是為了保證了兩點：

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”。這兩種方式在實際的應(yīng)用中都有見到，但目前后一種方式越來越多被采用。

圖三 電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　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)彈性和強度的EVA泡棉來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，前面說到將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。其實不然，因為觸摸屏的底層是玻璃，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，這對觸摸屏的抗震性能(特別是車載產(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)，故對觸摸屏可起到支撐作用。）。因此，從生產(chǎn)工藝性和實際裝配的方便來看，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在溫度變化時因變形量不一致而導(dǎo)致對FILM的損傷，可通過以下兩個方法來改善：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，目前我們所見到的都是后者，常見用FPC引出。FPC在連接時，一般是用“壓鉚”的方法連接起來的。為防止松動和脫落，在接口處都用熱熔膠固定。在面蓋的設(shè)計是要特別注意對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和接觸不良；在安裝時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。

　　顯示屏玻璃的實際尺寸都是按圖紙的最大公差來做的，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，在裝配時會引起動作區(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改善觸摸屏的誤動作，如在非動作區(qū)印透明油，可以擴大可視區(qū)的同時又減少了非動作區(qū)由于面蓋的不平整等因素引起的不良，在邊沿開通氣孔，以防止內(nèi)外溫差變化引起FILM變形，改善高溫漂移現(xiàn)象，在使用時需要注意，開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。