手机触摸屏是如何工作的？

赵鹏昊

（河北省保定市第一中学,河北 保定 071001）

手机触摸屏是如何工作的？

赵鹏昊

（河北省保定市第一中学,河北 保定 071001）

触屏式手机的屏幕经历了由电阻式触屏到电容式触屏的发展，简要介绍了电阻式及电容式触摸屏的工作原理，并对其性能进行比较。

手机触摸屏；电容器；感应电流

0 引言

科技日新月异的今天，手机早已成为人们日常生活中不可或缺的一部分，街头小巷到处可见低头族。而触摸屏作为手机的核心部分，又有多少人知道其工作原理呢？在强烈好奇心的驱动下，我查阅了一些相关文献资料，对其有了初步的了解，下面便为大家介绍一下。

原来，触屏式手机的屏幕经历了由电阻式触屏到电容式触摸屏的发展。1997年，摩托罗拉推出的PalmPilot掌上电脑，是最早采用电阻式触摸屏的，它利用压力感应进行工作，当手指或其他物体触压屏幕时，压力感应传感器可将位置信号传送至CPU，从而确定触点的位置[1]。它的性能稳定，工作环境与外界完全隔离，因此受外界灰尘、天气等不良因素影响较小，其缺点是在工作时每次只能响应一个触控点，当触控点在两个以上，就不能做出正确的判断了[2,3]。2007年3月，LG率先发布了Prada多点触摸手机，同年6月，苹果开始出售iPhone电容式全屏多点触摸手机，采用电容式触摸屏，一时惊艳四方，宣告手机进入从单点到多点触摸的新时代。顾名思义，电容式触摸屏主要结构就是电容器。我们知道电容器就是容纳电荷的器件，由两个电极以及它们之间的介电材料构成，其主要工作原理便是“充电”、“放电”。电容式触摸屏是将人体或大地视为一个电极进行工作的(由于人体与大地相连，人体可以看做是一个电极)。根据其结构和工作原理不同，可将其分为表面式电容屏和投射式电容屏，投射式电容屏又分为自容式和互容式两种。

1 表面式电容屏

表面式电容屏的结构由外至里主要由四层组成：玻璃保护层、导电层(材料为ITO)、玻璃层、导电层(ITO)。ITO是铟锡氧化物的英文缩写，它是一种透明的导电体[4]。最内层导电层有着屏蔽的作用，确保良好稳定的工作环境，中间的导电层是整个触屏的工作面，充当一个电极。工作面上接有高频交流电场，当人的手指触摸到屏幕时，人体与导电层以及绝缘的玻璃层构成一个电容。由于电容可以导通高频电流阻挡低频电流，因此对于高频电流来说，可将电容视为导体。于是会有一部分电荷从手指转移到人体。流失走的电荷会从屏幕四个角的电极补充进来，形成电流，经过这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置[5]。表面式电容屏的缺点是每次只能对一个触点做出反应，如若同时进行两个及以上触点的操控，电容式触摸屏将不能确定触点的位置，从而无法正常工作。此外，环境温度、湿度、电场的改变都会引起电容屏的漂移，扰乱对触点位置的判断。

2 投射式电容屏

投射式电容屏又分为自容式和互容式两种。自容式电容是指电极与地构成的电容，称为自我电容。在玻璃表面的ITO经过化学方法蚀刻，制成横向与纵向的电极阵列，这些横纵交错的电极分别与大地构成电容，如图1(a)所示。当用手指触摸电容屏时，相当于并联一个电容到电路中去，从而导致在屏体电容量增加。在触摸屏幕前后，探测器探测到电容量的变化，以此确定触摸点的坐标位置。自电容式触摸屏需要校准，存在“鬼点”效应，无法实现真正的多点触摸。生活中最典型的实例便是笔记本电脑触摸输入板。

如图1(b)所示，当人手碰到触摸屏时，电极和地之间的电容由原来的Cp变为CP+2CF，显然增大了[6]。

交互式电容是用ITO制作横向与纵向电极，如图2所示，它不同于自容式屏的是在横向和纵向的ITO电极交叉处会形成电容，也就是说横向电极和纵向电极分别构成了电容的两级。当手指与电容屏接触时，将影响触点附近两个电极间的耦合，从而改变这两个电极之间的电容量。探测器探测到电容量在触摸前后的变化，会确定触摸点的位置。互电容式触摸屏无需校准，可以避免“鬼点”效应，实现真正的多点触摸，并且它的工作不受外界温度、湿度、手指湿润程度等影响，不会产生“漂移”现象。苹果公司的产品iPhone和iPod Touch的触摸屏便是采用了交互式电容技术[7]。

了解了电容式触摸屏的工作原理之后，我知道了电容式触摸屏是利用人体的感应电流进行工作的，根据此原理我用锡箔纸包裹棉签棒自制了一个电容笔，手握电容笔触压电容屏幕，可以很好的操作手机。

触摸屏技术方便了人们对计算机的操作使用，是一种极有发展前途的交互式输入技术[8]。如此将理论知识与实际应用结合起来，使得我对手机触摸屏的工作原理有了更加深刻的理解，同时，在这个过程当中我更感受到物理的神奇魔力。

[1]俞翔.触摸屏技术及电阻式触摸屏隔离点制作工艺探讨[J].龙岩师专学报,2004,22(06)：25-27.

[2]王承遇,卢琪,陶瑛.触摸屏手机玻璃面板的性能与制备 (一) [J].玻璃与搪瓷,2012,40(05)：32-38.

[3]李微.电容屏技术的应用及发展趋势[J].现代制造技术与装备,2013(01)：32.

[4]杨玉琴,李亚宁.触摸屏技术研究及市场进展[J].信息记录材料,2012,13(01)：35-46.

[5]高燕.触摸屏应用技术基础[J].现代营销,2010(10)：86-87.

[6]石峰.应用于触摸控制芯片的流水线 ADC 研究与设计[D].华南理工大学,2013.

[7]游荣鑫,王彦涵.浅谈投射式电容触摸屏设计[J].现代显示, 2011(09)：30-33.

[8]Philipp H.不断发展的触摸屏技术[J].世界电子元器件,2008, 4：22-26.

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

赵鹏昊，男，河北保定人，学生。