1電子器件與組件結構設計

王華濤辦公室：A樓208Tel：5297952Email：wanghuatao@

哈爾濱工業大學（威海）材料科學與工程學院2012年春1電子器件與組件結構設計23.1概述3.2電學基礎電容專題電容器的發展_儲能器件電容器的應用示例_觸摸屏(本節內容)

寄生電容第三章電氣性能的封裝設計基礎23.1概述第三章電氣性能的封裝設計基礎3觸摸屏_專題與寄生電容相關耦合電容3觸摸屏_專題與寄生電容相關4觸摸屏耦合電容和觸摸屏？單點觸摸？4觸摸屏耦合電容和觸摸屏？5觸摸屏多點觸摸5觸摸屏多點觸摸6觸摸屏6觸摸屏7觸摸屏視頻：3_12未來科技世界觸摸屏7觸摸屏視頻：3_12未來科技世界觸摸屏8觸摸屏問：這段視頻所反應的核心技術有哪些？問：你了解多少？觸摸屏的原理？觸摸屏分類電阻式觸摸屏電容式觸摸屏紅外線式觸摸屏表面聲波觸摸屏問：從字面上看，如何理解“電阻式觸摸屏”？8觸摸屏問：這段視頻所反應的核心技術有哪些？9電阻式觸摸屏問：畫面給你什么啟發？1.Polyester(聚酯)Film2.UpperResistiveCircuitLayer3.ConductiveITO(TransparentMetalCoating)4.LowerResistiveCircuitLayer5.InsulatingDots6.Glass/Acrylic(丙烯酸)Substrate問：知道了結構，你能講出其原理么？9電阻式觸摸屏問：畫面給你什么啟發？10電阻式觸摸屏Touchingtheoverlaysurfacecausesthe(2)UpperResistiveCircuitLayertocontactthe(4)LowerResistiveCircuitLayer,producingacircuitswitchfromtheactivatedarea.Thetouchscreencontrollergetsthealternatingvoltagesbetweenthe(7)twocircuitlayersandconvertsthemintothedigitalXandYcoordinatesoftheactivatedarea.10電阻式觸摸屏Touchingtheoverlays11電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏主要是利用壓力感應進行控制。它的構成是顯示屏及一塊與顯示屏緊密貼合的電阻薄膜屏。這個電阻薄膜屏通常分為兩部分，一部分是由玻璃或有機玻璃構成的基層，其表面涂有透明的導電層；另一部分：基層外面壓著我們平時直接接觸的經過硬化及防刮處理的塑料層，塑料層內部同樣有一層導電層，兩個導電層之間是分離的。當我們用手指或其他物體觸摸屏幕的時候，兩個導電層發生接觸，電阻產生變化，控制器則根據電阻的具體變化來判斷接觸點的坐標并進行相應的操作。11電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏主要是利用壓力感應進行控制。12電阻式觸摸屏當手指觸摸屏幕時，兩層導電層在觸摸點位置就有了接觸電阻發生變化，在X和Y兩個方向上產生信號然后送觸摸屏控制器。控制器偵測到這一接觸并計算出（X，Y）的位置問：電極如何排布，才能實現其X、Y定位？②

④各是一整塊電極行么？①基板；②導電層；③絕緣點·；④導電層12電阻式觸摸屏當手指觸摸屏幕時，兩層導電層在觸摸點位置就有13電阻式觸摸屏詳解結構13電阻式觸摸屏詳解結構14電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏的關鍵是材料科技常用的透明導電涂層（問：你知道多少？）ITO，氧化銦錫（IndiumTinOxides），asolidsolutionofindium(III)oxide(In2O3)andtin(IV)oxide(SnO2),typically90%In2O3,10%SnO2byweight.問：這是摻雜么？為何導電？弱導電體，特性是當厚度降到1800個埃（1埃＝10-10米）以下時會突然變得透明，透光率為80％，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度時又上升到80％。問：材料的透光性與哪些因素有關？（插入）ITO是所有電阻技術觸摸屏及電容技術觸摸屏都用到的主要材料，實際上電阻和電容技術觸摸屏的工作面就是ITO涂層。14電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏的關鍵是材料科技15電阻式觸摸屏常用的透明導電涂層鎳金涂層，五線電阻觸摸屏的外層導電層使用的是延展性好的鎳金涂層材料，外導電層由于頻繁觸摸，使用延展性好的鎳金材料目的是為了延長使用壽命，但是工藝成本較為高昂。有關導體涂層問：除了金屬以外，你還知道其他的導電涂層么？Fluorine-dopedtinoxidefilmsAl-dopedZnO15電阻式觸摸屏常用的透明導電涂層16電阻式觸摸屏非智能手機，觸摸屏多為電阻式如：NokiaC2-06雙卡雙待電阻式單點觸摸屏16電阻式觸摸屏非智能手機，觸摸屏多為電阻式17電容式觸摸屏問：字面上的理解？問：圖片有什么啟發？玻璃表面，一層透明的導電膜，ITO當手指接近屏幕時，人體和觸摸屏導電膜之間形成耦合電容對于高頻電流，電容是導體這樣，手指從接觸點吸走很小一個電流，通過檢測這個很小電流的變化來感觸手指的位置17電容式觸摸屏問：字面上的理解？18電容式觸摸屏3_11電容對交變電流的影響交變電場人體為導體觸摸時，靜電場變化耦合電容變化形成微小電流精確測量電流計算得觸摸位置18電容式觸摸屏3_11電容對交變電流的影響19電容式觸摸屏解圖19電容式觸摸屏解圖20電容式觸摸屏關鍵詞低壓高頻電場人體導體觸摸耦合電容靜電場變化精確測量電流計算觸摸位置20電容式觸摸屏關鍵詞21電容式觸摸屏分類電容式觸摸屏主要有表面式surfacecapacitivetouch投射式projectedcapacitivetouch自電容式觸摸屏selfcapacitivetouch互電容式觸摸屏mutualcapacitivetouch21電容式觸摸屏分類電容式觸摸屏主要有22表面電容式觸摸屏

surfacecapacitivetouch只采用單層的ITO當我們用手指觸摸在感應屏上的時候，人體的電場讓手指和和觸摸屏表面形成一個耦合電容，對于高頻電流來說，電容是直接導體，于是手指從接觸點吸走一個很小的電流。這個電流分從觸摸屏的四角上的電極中流出，并且流經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。技術成熟，不能識別多點22表面電容式觸摸屏

surfacecapacitive23電容式觸摸屏同學解圖23電容式觸摸屏同學解圖24電容式觸摸屏TheiPodtouchdoesthisusingalayerofcapacitivematerialunderaprotectivecovering.Thebasicideainvolvestakingadvantageoftheelectricalpropertiesofthehumanbody.Whenyoutouchacapacitivesurface,theamountofchargeitholdschanges.ThisiswhydevicesliketheiPodtouchrequireyoutotouchthemwithyourbareskin--insulatingmaterialslikegloves,pensandstylusesdon'tcausethesamechangesinthecapacitivecircuitry.TherearetwopossiblemethodstheiPodtouchcanusetomeasurechangesinelectricalstates:Selfcapacitance:Circuitrymonitorschangesinanarrayofelectrodes.Mutualcapacitance:Alayerofdrivinglinescarriescurrent.Aseparatelayerofsensinglinesdetectschangesintheelectricalchargewhenyouplaceyourfingeronthescreen.24電容式觸摸屏TheiPodtouchdoesth投射式電容屏25投射式電容屏25互電容式觸摸屏（常用）內部由驅動電極與接收電極組成驅動電極發出低電壓高頻信號投射到接收電極形成穩定的電流當人體接觸到電容屏時，由于人體接地，手指與電容屏就形成一個等效電容而高頻信號可以通過這一等效電容流入地線這樣，接收端所接收的電荷量減小，而當手指越靠近發射端時，電荷減小越明顯，最后根據接收端所接收的電流強度來確定所觸碰的點。互電容式觸摸屏（常用）27互電容式觸摸屏問：互電容式觸摸屏中，電極如何分布，能實現X、Y的精確定位？27互電容式觸摸屏問：互電容式觸摸屏中，電極如何分布，能實現28自電容式觸摸屏（右圖）電流探測器是電極陣列的形式

（Selfcapacitance:

Circuitrymonitorschangesinanarrayofelectrodes.）想象一下如何工作？利用單個電極自身的電容，一端接地，另一端激勵或采樣電路28自電容式觸摸屏（右圖）29Ontheleft,x-ymultitouchcapacitancescreenprototypedevelopedatCERN

in1977;ontheright,selfcapacitancescreendevelopedatCERNin1972.29Ontheleft,x-ymultitouch30電容式觸摸屏同學，英漢對譯，寫30電容式觸摸屏同學，英漢對譯，寫31自電容式/互電容式觸摸屏的區別31自電容式/互電容式觸摸屏的區別32電阻式觸摸屏與電容式觸摸屏的比較觸摸媒介電阻屏可以用任何物體觸摸電容屏用手指觸摸，不可用絕緣物體觸摸（問：為什么？）多點觸摸_多點同時操作電容觸屏比較容易實現多點觸摸造價電容屏的價格也會比電阻屏貴20%到30%市場上多數智能手機價格不菲，其中很多一部分原因是其使用了電容屏的緣故電容屏雖然在用戶體驗是更勝一籌，但是因其價格原因，暫時不可能大范圍應用，而電阻屏卻比較大眾化、比較實用些電容屏將成為一個趨勢，畢竟以后的手機也是向多點觸控技術方面發展。iPhone上使用電容式觸摸屏。32電阻式觸摸屏與電容式觸摸屏的比較觸摸媒介33觸摸屏的其他技術紅外線式觸摸屏表面聲波觸摸屏問：Anyideaon紅外線觸摸屏？33觸摸屏的其他技術紅外線式觸摸屏34紅外線式觸摸屏紅外線發射管紅外線接收管XY兩個方向上都布有發射/接收裝置，呈陣列形式34紅外線式觸摸屏紅外線發射管紅外線接收管XY兩個方向上都布35表面聲波觸摸屏35表面聲波觸摸屏36表面聲波觸摸屏以右上角的X-軸發射換能器為例：發射換能器把控制器通過觸摸屏電纜送來的電信號轉化為聲波能量向左方表面傳遞，然后由玻璃板上邊的一組精密反射條紋把聲波能量反射成向下的均勻面傳遞，聲波能量經過屏體表面，再由下邊的反射條紋聚成向右的線傳播給X-軸的接收換能器，接收換能器將返回的表面聲波能量變為電信號。36表面聲波觸摸屏以右上角的X-軸發射換能器為例：37表面聲波觸摸屏37表面聲波觸摸屏38表面聲波觸摸屏發射信號與接收信號波形在沒有觸摸的時候，接收信號的波形與參照波形完全一樣。當手指或其它能夠吸收或阻擋聲波能量的物體觸摸屏幕時，X軸途經手指部位向上走的聲波能量被部分吸收，反應在接收波形上即某一時刻位置上波形有一個衰減缺口。

38表面聲波觸摸屏發射信號與接收信號波形在沒有觸摸的時候，39各種觸摸屏比較問：各類別特性有差異的原因？39各種觸摸屏比較40觸摸屏小結電阻式觸摸屏的原理和結構電容式觸摸屏的原理表面式電容觸摸屏的原理自電容觸摸屏的結構互電容觸摸屏的結構電阻屏和電容屏的比較多觸點技術未來的發展方向觸摸屏的其他技術紅外線式觸摸屏表面聲波觸摸屏各種觸摸屏的比較40觸摸屏小結電阻式觸摸屏的原理和結構41電子器件與組件結構設計

王華濤辦公室：A樓208Tel：5297952Email：wanghuatao@

哈爾濱工業大學（威海）材料科學與工程學院2012年春1電子器件與組件結構設計423.1概述3.2電學基礎電容專題電容器的發展_儲能器件電容器的應用示例_觸摸屏(本節內容)

寄生電容第三章電氣性能的封裝設計基礎23.1概述第三章電氣性能的封裝設計基礎43觸摸屏_專題與寄生電容相關耦合電容3觸摸屏_專題與寄生電容相關44觸摸屏耦合電容和觸摸屏？單點觸摸？4觸摸屏耦合電容和觸摸屏？45觸摸屏多點觸摸5觸摸屏多點觸摸46觸摸屏6觸摸屏47觸摸屏視頻：3_12未來科技世界觸摸屏7觸摸屏視頻：3_12未來科技世界觸摸屏48觸摸屏問：這段視頻所反應的核心技術有哪些？問：你了解多少？觸摸屏的原理？觸摸屏分類電阻式觸摸屏電容式觸摸屏紅外線式觸摸屏表面聲波觸摸屏問：從字面上看，如何理解“電阻式觸摸屏”？8觸摸屏問：這段視頻所反應的核心技術有哪些？49電阻式觸摸屏問：畫面給你什么啟發？1.Polyester(聚酯)Film2.UpperResistiveCircuitLayer3.ConductiveITO(TransparentMetalCoating)4.LowerResistiveCircuitLayer5.InsulatingDots6.Glass/Acrylic(丙烯酸)Substrate問：知道了結構，你能講出其原理么？9電阻式觸摸屏問：畫面給你什么啟發？50電阻式觸摸屏Touchingtheoverlaysurfacecausesthe(2)UpperResistiveCircuitLayertocontactthe(4)LowerResistiveCircuitLayer,producingacircuitswitchfromtheactivatedarea.Thetouchscreencontrollergetsthealternatingvoltagesbetweenthe(7)twocircuitlayersandconvertsthemintothedigitalXandYcoordinatesoftheactivatedarea.10電阻式觸摸屏Touchingtheoverlays51電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏主要是利用壓力感應進行控制。它的構成是顯示屏及一塊與顯示屏緊密貼合的電阻薄膜屏。這個電阻薄膜屏通常分為兩部分，一部分是由玻璃或有機玻璃構成的基層，其表面涂有透明的導電層；另一部分：基層外面壓著我們平時直接接觸的經過硬化及防刮處理的塑料層，塑料層內部同樣有一層導電層，兩個導電層之間是分離的。當我們用手指或其他物體觸摸屏幕的時候，兩個導電層發生接觸，電阻產生變化，控制器則根據電阻的具體變化來判斷接觸點的坐標并進行相應的操作。11電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏主要是利用壓力感應進行控制。52電阻式觸摸屏當手指觸摸屏幕時，兩層導電層在觸摸點位置就有了接觸電阻發生變化，在X和Y兩個方向上產生信號然后送觸摸屏控制器。控制器偵測到這一接觸并計算出（X，Y）的位置問：電極如何排布，才能實現其X、Y定位？②

④各是一整塊電極行么？①基板；②導電層；③絕緣點·；④導電層12電阻式觸摸屏當手指觸摸屏幕時，兩層導電層在觸摸點位置就有53電阻式觸摸屏詳解結構13電阻式觸摸屏詳解結構54電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏的關鍵是材料科技常用的透明導電涂層（問：你知道多少？）ITO，氧化銦錫（IndiumTinOxides），asolidsolutionofindium(III)oxide(In2O3)andtin(IV)oxide(SnO2),typically90%In2O3,10%SnO2byweight.問：這是摻雜么？為何導電？弱導電體，特性是當厚度降到1800個埃（1埃＝10-10米）以下時會突然變得透明，透光率為80％，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度時又上升到80％。問：材料的透光性與哪些因素有關？（插入）ITO是所有電阻技術觸摸屏及電容技術觸摸屏都用到的主要材料，實際上電阻和電容技術觸摸屏的工作面就是ITO涂層。14電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏的關鍵是材料科技55電阻式觸摸屏常用的透明導電涂層鎳金涂層，五線電阻觸摸屏的外層導電層使用的是延展性好的鎳金涂層材料，外導電層由于頻繁觸摸，使用延展性好的鎳金材料目的是為了延長使用壽命，但是工藝成本較為高昂。有關導體涂層問：除了金屬以外，你還知道其他的導電涂層么？Fluorine-dopedtinoxidefilmsAl-dopedZnO15電阻式觸摸屏常用的透明導電涂層56電阻式觸摸屏非智能手機，觸摸屏多為電阻式如：NokiaC2-06雙卡雙待電阻式單點觸摸屏16電阻式觸摸屏非智能手機，觸摸屏多為電阻式57電容式觸摸屏問：字面上的理解？問：圖片有什么啟發？玻璃表面，一層透明的導電膜，ITO當手指接近屏幕時，人體和觸摸屏導電膜之間形成耦合電容對于高頻電流，電容是導體這樣，手指從接觸點吸走很小一個電流，通過檢測這個很小電流的變化來感觸手指的位置17電容式觸摸屏問：字面上的理解？58電容式觸摸屏3_11電容對交變電流的影響交變電場人體為導體觸摸時，靜電場變化耦合電容變化形成微小電流精確測量電流計算得觸摸位置18電容式觸摸屏3_11電容對交變電流的影響59電容式觸摸屏解圖19電容式觸摸屏解圖60電容式觸摸屏關鍵詞低壓高頻電場人體導體觸摸耦合電容靜電場變化精確測量電流計算觸摸位置20電容式觸摸屏關鍵詞61電容式觸摸屏分類電容式觸摸屏主要有表面式surfacecapacitivetouch投射式projectedcapacitivetouch自電容式觸摸屏selfcapacitivetouch互電容式觸摸屏mutualcapacitivetouch21電容式觸摸屏分類電容式觸摸屏主要有62表面電容式觸摸屏

surfacecapacitivetouch只采用單層的ITO當我們用手指觸摸在感應屏上的時候，人體的電場讓手指和和觸摸屏表面形成一個耦合電容，對于高頻電流來說，電容是直接導體，于是手指從接觸點吸走一個很小的電流。這個電流分從觸摸屏的四角上的電極中流出，并且流經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。技術成熟，不能識別多點22表面電容式觸摸屏

surfacecapacitive63電容式觸摸屏同學解圖23電容式觸摸屏同學解圖64電容式觸摸屏TheiPodtouchdoesthisusingalayerofcapacitivematerialunderaprotectivecovering.Thebasicideainvolvestakingadvantageoftheelectricalpropertiesofthehumanbody.Whenyoutouchacapacitivesurface,theamountofchargeitholdschanges.ThisiswhydevicesliketheiPodtouchrequireyoutotouchthemwithyourbareskin--insulatingmaterialslikegloves,pensandstylusesdon'tcausethesamechangesinthecapacitivecircuitry.TherearetwopossiblemethodstheiPodtouchcanusetomeasurechangesinelectricalstates:Selfcapacitance:Circuitrymonitorschangesinanarrayofelectrodes.Mutualcapacitance:Alayerofdrivinglinescarriescurrent.Aseparatelayerofsensinglinesdetectschangesintheelectricalchargewhenyouplaceyourfingeronthescreen.24電容式觸摸屏TheiPodtouchdoesth投射式電容屏65投射式電容屏25互電容式觸摸屏（常用）內部由驅動電極與接收電極組成驅動電極發出低電壓高頻信號投射到接收電極形成穩定的電流當人體接觸到電容屏時，由于人體接地，手指與電容屏就形成一個等效電容而高頻信號可以通過這一等效電容流入地線這樣，接收端所接收的電荷量減小，而當手指越靠近發射端時，電荷減小越明顯，最后根據接收端所接收的電流強度來確定所觸碰的點。互電容式觸摸屏（常用）67互電容式觸摸屏問：互電容式觸摸屏中，電極如何分布，能實現X、Y的精確定位？27互電容式觸摸屏問：互電容式觸摸屏中，電極如何分布，能實現68自電容式觸摸屏（右圖）電流探測器是電極陣列的形式

（Selfcapacitance:

Circuitrymonitorschangesinanarrayofelectrodes.）想象一下如何工作？利用單個電極自身的電容，一端接地，另一端激勵或采樣電路28自電容式觸摸屏（右圖）69Ontheleft,x-ymultitouchcapacitancescreenprototypedevelopedatCERN

in1977;ontheright,selfcapacitancescreendevel