一、触摸屏概述

作为一种新的输入设备，触摸屏是目前最简单、方便、自然的人机交互方式。

触摸屏，又称触摸屏和触摸面板，是一种可接收触点等输入信号的感应液晶显示装置；当触摸屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可以根据预编程程式驱动各种连接装置，取代机械按钮面板，通过液晶显示屏产生生动的视听效果。其主要应用领域是手机、平板电脑、收银机、工业领域等。

二、常见触摸屏分类

目前市场上有几种触摸屏:电阻式、表面电容式、感应式触摸屏、表面声波式、红外式、弯曲波式、有源数字转换器式、光学成像式触摸屏。可以分为两类，一类需要ITO,例如，前三种触摸屏不需要另一种结构ITO, 比如后几个屏幕。目前在市场上使用ITO电阻式触摸屏和电容式触摸屏最广泛。以下是触摸屏的相关知识，主要介绍电阻和电容屏。

由触摸屏结构组成

典型触摸屏结构一般由三部分组成：两层透明的阻性导体层、两层导体之间的隔离层、电极。

阻力导体层：上衬底为塑料，下衬底为玻璃，同时具有导电性的锆锡氧化物(ITO)涂在衬底上。从而形成两个。ITO两层通过一些约千分之一英寸厚的隔离支点分开。

电极：由导电性好的材料（如银粉墨）组成，其导电性约为ITO的1000倍。

隔离层：采用非常薄的弹性聚脂膜PET，当表面被触摸时，它会向下弯曲，使下面有两层ITO涂层可以相互接触，从而连接电路，这也是触摸屏触摸的关键。

四、电阻触摸屏

电阻触摸屏只是一个传感器，利用压力感应原理实现触摸。

电阻触摸屏原理：

当人的手指按压触摸屏表面时，弹性PET薄膜会向下弯曲，使其上下弯曲ITO涂层可以相互接触形成触点ADC计算计算点的电压X、Y轴坐标值。

电阻触摸屏通常使用四线、五线、七线或八线来产生屏幕偏置电压，并回读报点。以四线为例，原理如下：

1.在X ，X-两个电极加一个电压恒定电压Vref，Y 一个高阻抗ADC。

2.两个电极之间的电场分布均匀，方向为X 到X-。

3.触摸手时，两个导电层在触摸点接触，触摸点X层的电位导致 Y层所接的ADC，

得到电压Vx。

4.通过Lx/L=Vx/Vref，x点坐标即可获得。

5.同理将Y ，Y-接上电压Vref，Y轴的坐标可以，然后X 电极接高阻抗ADC同时，除了获得触点外，四线电阻触摸屏还可以获得触点X/Y坐标，还可以测得触点的压力。

这是因为压力越大，接触越充分，电阻越小，压力可以通过测量电阻的大小来量化。电压值与坐标值成正比，需要通过计算校准(0， 0)坐标点的电压值是否有偏差。

电阻触摸屏的优缺点：

1.电阻触摸屏每次只能判断一个触摸点。如果触摸点超过两个，则无法正确判断。

2.电阻屏需要保护膜和更频繁的校准，但电阻触摸屏不受灰尘、水和污垢的影响。

3.电阻触摸屏ITO涂层薄易碎，涂层过厚会降低透光率，形成内反射，降低清晰度。ITO虽然外面增加了一层薄塑料保护层，但仍然很容易被锋利的物体损坏；由于经常被触摸，表面ITO使用一段时间后，会出现小裂纹，甚至变形，如其中一个ITO受破坏而断裂，便失去作为导电体的作用，触摸屏寿命不长。

五、电容式触摸屏

电阻式触摸屏不同，电容式触摸不依赖手指按力创改变电压值来检测坐标，

它主要利用人体的电流感应。

电容式触摸屏原理：

电容屏幕通过任何持有电荷的物体工作，包括人体皮肤。电容式触摸屏(人体带来的电荷)由合金或锆锡氧化物制成（ITO）由此类材料组成，电荷储存在比头发更细的微型静电网中。当手指点击屏幕时，它会从接触点吸收少量电流，导致角电极的压降，并通过感应人体的弱电流来达到触摸的目的。这就是为什么当我们用手套触摸屏幕时，触摸屏无法响应。

1. 电容屏感应类型分类

表面电容器和投影电容器可根据感应类型分为表面电容器和投影电容器。投影电容器屏幕可分为自电容器屏幕和互电容器屏幕器屏幕由驱动电极和接收电极组成。

表面电容触摸屏：

表面电容式有一个普通的ITO层和金属框架，使用传感器位于四个角落，整个表面的薄膜均匀分布。当手指点击屏幕时，人体手指和触摸屏作为两个带电导体，相互靠近形成耦合电容器。对于高频电流，电容器是直接导体，因此手指从接触点吸收小电流。电流从触摸屏四个角上的电极中流出。电流的强度与手指到电极的距离成正比。触摸控制器计算触摸点的位置。

投影电容触摸屏：

蚀烛采用一个或多个精心设计ITO,这些 ITO层通过腐蚀形成多个水平和垂直电极，采用具有传感功能的独立芯片，形成轴坐标感应单元矩阵 ：X Y轴作为坐标感应单元分立的行和列，检测每个感应单元的电容。

2.电容屏基本参数

通道数:从芯片连接到触摸屏的通道数。通道越多，成本越高，布线越复杂。传统自容：M N（或M*2，N*2）；互容：M N；incell互容：M*N。

节点数：有效数据的数量可以通过采样获得。节点越多，可获得的数据越多，计算坐标越精细，接触面积越小。自容：与通道数相同，互容：M*N。

通道间隔：相邻通道中心距离。节点越多，相应的pitch就会越小。

代码长度：只有互容性需要增加采样信号，以节省采样时间。互容性方案可能在同一时间有多条驱动线。有多少通道有信号，代码长度是多少（通常是4个代码）。由于需要解码，当代码长度过大时，会对快速滑动产生一定的影响。

3.投影电容屏原理

（1）电容式触摸屏：单端感应法驱动水平和垂直电极。

自生电容式触摸屏玻璃表面采用ITO形成水平和垂直电极阵列，这些水平和垂直电极分别与地面形成电容，通常称为自电容。当手指触摸电容器屏幕时，手指的电容器将叠加到屏幕电容器上。此时，自电容器屏幕根据触摸前后电容器的变化确定水平坐标和垂直坐标，然后组合成平面触摸坐标。

触摸手指时增加寄生电容：Cp‘=Cp Cfinger，其中Cp-寄生电容器。

检测寄生电容器的变化，确定手指触摸的位置。

双层自电容结构为例：两层ITO，水平和垂直极分别接地构成自电容，M+N条控制通道。

对于自容屏，如果是单点触摸，则在X轴和Y轴方向的投影都是唯一的，组合出的坐标也是唯一的。如果触摸屏出现两点触摸并且这两点在不同的XY轴方向，则会出现出4个坐标。但显然，只有两个坐标是真实的，另外两个就是俗称的”鬼点”。

因此，自电容屏的原理特性决定了它只能单点触摸，而无法实现真正的多点触摸。

（2）互电容式触摸屏 ：发送端和接收端不同，呈垂直交叉。

用ITO制作横向电极与纵向电极，它与自电容区别是两组电极交叉的地方将会形成电容，也即这两组电极分别构成电容的两极。当手指触摸到电容屏时，影响了触摸点附件两个电极间的耦合，从而改变了这两个电极间的电容量。

检测互电容大小时，横向的电极依次发出激励信号，纵向的所有电极同时接收信号，这样可以得到所有横向和纵向电极交汇点的电容值即整个触摸屏二维平面的电容大小，从而可实现可以实现多点触控。

手指触摸时耦合电容减少。

通过检测耦合电容的变化量，确定手指触摸的位置。CM－耦合电容。

以双层自电容结构为例：两层ITO互相重叠,构成M*N个电容，M+N条控制通道。

多点触摸技术就是以互容触摸屏为基础，分为Multi-TouchGesture和Multi-Touch All-Point技术，也就是多点触摸识别手势方向和识别手指触摸位置，广泛应用于手机手势识别和十指触控等场景中。不仅可以识别手势和多指识别，也允许其他非手指触摸形式，也可以手掌，甚至手戴手套等方式进行识别。Multi-Touch All-Point的扫描方式对触摸屏每行和每列交叉点都需单独扫描检测，扫描次数是行数和列数的乘积，例如一个触摸屏由M行，N列组成，则需要扫描的交叉点为M*N次，这样就可以检测到每个互电容的变化量。当存在手指触摸时，该互电容减小从而判断出每个触摸点的位置。

（3）电容触摸屏结构类型

屏幕的基本结构从上到下分为三层，保护玻璃，触控层，显示面板。手机屏幕在生产过程中需要对保护玻璃，触摸屏、显示屏着三部分进行两次贴合。

由于保护玻璃、触摸屏、显示屏间每经过一道贴合制作程序，良品率就会大打折扣，如果能够降低贴合的次数，无疑也将提高全贴合的良品率。目前较有实力的显示面板厂商倾向推动On-Cell或In-Cell的方案，即倾向于将触摸层制作在显示屏；而触控模组厂商或上游材料厂商则倾向于OGS，即将触控层制作在保护玻璃上。

In-Cell ：指将触摸面板功能嵌入到液晶像素中的方法，即在显示屏内部嵌入触摸传感器功能，这样能使屏幕变得更加轻薄。同时In-Cell屏幕还要嵌入配套的触控IC，否则很容易导致错误的触控感测讯号或者过大的噪音。因此，In-Cell屏都是纯自容。

On-Cell：指将触摸屏嵌入到显示屏的彩色滤光片基板和偏光片之间的方法，即在液晶面板上配触摸传感器，相比In Cell技术难度降低不少。因此目前市面使用频率最高触摸屏的为Oncell屏。

OGS（One Glass Solution）：OGS技术就是把触控屏与保护玻璃集成在一起，在保护玻璃内侧镀上ITO导电层，直接在保护玻璃上进行镀膜和光刻。由于OGS保护玻璃和触摸屏是集成在一起的，通常需要先强化，然后镀膜、蚀刻，最后切割。这样在强化玻璃上切割是非常麻烦的，成本高、良率低，并且造成玻璃边沿形成一些毛细裂缝，这些裂缝降低了玻璃的强度。

(4) 电容触摸屏优缺点比较：

1、屏幕的通透程度和视觉效果方面，OGS是最好的，In-Cell和On-Cell则次之。

2、轻薄程度，一般来说In-Cell最轻最薄，OGS则次之，On-Cell比前两者稍差。

3、屏幕强度（抗冲击、抗摔），On-Cell最好，OGS次之，In-Cell最差。需要指出的是，OGS则因为直接将康宁保护玻璃与触控层整合在一起，加工过程削弱了玻璃的强度，屏幕也很脆弱。

4、触控方面， OGS的触控灵敏度比On-Cell/In-Cell屏幕都要好，对多点触控、手指、Stylus触控笔的支持上，其实OGS也是好于In-Cell/On-Cell的。另外，还是因为In-Cell屏幕直接将触控层和液晶层融合在一起，感测杂讯较大，需要有专门的触控芯片进行过滤和校正处理。OGS屏幕对于触控芯片的依赖则没那么高。

5、技术要求，In-Cell/On-Cell都比OGS要复杂，生产控制上，难度也更高。

六、触摸屏现状及发展趋势

随着科技的不断发展，触摸屏从过去最初使用电阻屏到现在广泛使用的电容屏。现如今Incell 和 Incell触摸屏早已占据主流市场，被广泛应用于手机、平板、汽车等各个领域。而以ITO薄膜材质的传统电容屏的局限性也愈加明显，如阻值高、易折断，难搬运等，尤其是在曲面或曲面或是可挠式场景中，电容屏导电性和透光性较差。为了满足市场等对于大尺寸触摸屏，满足用户对触摸屏更轻更薄更好握持度的需求，曲面、折叠柔性触摸屏应运而生，并逐步地应用于手机、车载触摸，教育市场，视频会议等场景。曲面折叠柔性触摸正在成为未来的发展趋势。

参考：

《朱老师嵌入式Linux开发\1.ARM裸机全集\1.15.ARM裸机第十五部分-触摸屏TouchScreen》

http://bbs.51touch.com/thread-95527-1-1.html

https://www.cnblogs.com/deng-tao/p/6122142.html

https://blog.csdn.net/xubin341719/article/details/7820492

https://mp.ofweek.com/display/a645693529436

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