自Apple的iPhone率先使用投射電容式觸控技術之後，各家觸控面板廠也相繼投入此技術的開發。雖然目前觸控面板市場仍以較便宜的傳統電阻式觸控面板為主，但隨著Windows 7等需要大面積多點觸控功能產品的出現，投射電容式觸控技術未來將扮演重要的角色。
投射電容式觸控面板的結構
投射電容式觸控技術可分為Wire Sensing與Grid Sensing兩大類，其中Wire Sensing由英國的Zytronic公司所開發，將細金屬線夾在玻璃板（或塑膠膜）之間，成為觸摸感測器。金屬線的直徑約為數十μm，排列成複雜的圖案，即使隔著20 mm厚的玻璃，也能偵測到X與Y兩個方向的訊號，可用在戶外或防爆的環境中。另一方面，Grid Sensing以排列成格子狀的透明導電膜為觸摸感測器，是目前iPhone等手機上使用的投射電容式觸控技術，以下的內容也是以此技術為主題。即使同樣使用Grid Sensing，各家投射電容式觸控面板的結構與電容偵測方法也不盡相同。圖一是投射電容式觸控面板的結構剖面實例，其中感測面是由圖案化(Patterned)的ITO透明導電膜所組成。
圖一、投射電容式觸控面板的結構剖面實例
投射電容式觸控面板的工作原理
1. 概觀
目前在投射電容式觸控面板中，導電膜感測面的圖案、使用的材料乃至配線的設計，都和控制器有密切的關係，在設計上成為一體。因此，無論導電膜或控制器，個別的互換性都不佳，成為製作投射電容式觸控面板的難題與挑戰。
2.接觸點電容變化的偵測與定位
電容式觸控面板的工作原理是偵測手指的靜電電容對感測面所帶來的電容變化。如圖三(a)所示，當兩片導體之間夾著一層絕緣體（介電質）時，其靜電電容值C(F)可用下式表示：
C = εo• εs • S/d
其中εo是真空介電常數(= 8.8542×10-12 F/m)，εs 是絕緣體的介電常數，S是導體的面積(m2)，d是導體間的距離(m)。在表面電容式觸控面板中，一邊的電極是FTO、ATO或ITO等透明導電膜，另一邊的電極便是手指，如圖三(b)所示。通常如果用指甲（導電性比皮膚差，而且S很小）或帶著手套（d太大）觸碰，造成的電容變化都太小，因此難以偵測；目前已有IC可以達到指甲輸入的功能，例如Atmel公司的控制器。
圖三、(a)靜電電容；(b)手指接近電極時的電容示意；(c)手指接觸投射電容式觸控面板時的電容變化（自電容式）
3.多點觸控的做法
(1)自電容式
在自電容式定位法中，兩個方向（XY軸）的電容量測電路連接在各XY電極上，如圖六(a)所示；偵測哪些X電極和Y電極發生了電容變化，即可得知觸摸點。電容量測的方法不一，以Dual Ramp積分法為例，其量測動作分別在充電和放電兩個期間進行。在充電期間，是用一定的電流和一定的時間對電極充電，此電極上增加的電荷Q是一固定值，而由Q=CV（電荷=電容×電壓）的公式可知，電容較大的電極，其充電後的電壓較低，進而得知各電極的電容大小。
(2)互電容式
互電容式（Mutual-capacitive或Transcapacitive）定位法如圖七(a)所示，其中以Y電極為驅動電極，X電極為感測電極。工作原理如圖七(b)所示：發射器依序發出電壓脈衝到各個Y電極，並偵測各X電極因感應而產生的電荷。在手指的觸摸位置會產生「手指-X」及「手指-Y」兩個電容，而手指又是接地的，這會使傳導到X電極的脈衝訊號減弱（相對於非觸摸位置而言），因此可以偵測哪些X電極有手指觸摸。因為是依序對各Y電極施加電壓脈衝，所以即使同一時間觸摸多個位置，也能夠正確的判斷位置，如圖七(c)所示。
感測面圖案的組成方式
1. ITO感測面的結構
在圖一中，兩個方向的ITO圖案位於玻璃基板的同一面。在投射電容式觸控面板中，可以使用一片基材（玻璃或塑膠），將兩個ITO層鍍在基材的同一面（也就是單片積層），或在一片基材的兩面各鍍一層ITO（單片雙面）。另外，也可以使用兩片基材，上面各鍍有一層ITO，然後將蝕刻後的ITO圖案對貼而成（兩片貼合）。
3. 頂蓋/感測面一體型觸控面板
如果將感測面直接製作於頂蓋下表面，如圖九所示，可達成輕量化和薄型化的目的。一般做法是在已做好裝飾(Decoration)加工的頂蓋下表面製作感測圖案。所謂裝飾加工是指圖示、標誌和商標等文字或圖形的製作。當裝飾加工不只一層時，可能有相當的厚度，此時感測圖案的製作需要相當高的技術。另外，頂蓋最後也需要做外型或開孔的加工，如何在不損傷感測圖案的情況下順利進行，也需要很高的技術。
4. 一體型(In Cell Type)觸控面板/顯示器
將觸控面板與顯示器合而為一的一體型顯示器(In Cell Display)，可說是觸控面板/顯示器的終極產品，此概念也延伸到投射電容式觸控面板。如果大面積的顯示器加上多點觸控功能，未來顯示器不但有顯示和觸控的功能，也可以成為影像掃描器。圖十是將感測面做在LCD彩色濾光片玻璃基板上的投射電容式觸控面板，此濾光片玻璃基板也成為觸控面板的基板，使觸控面板與顯示器合而為一……以上內容為重點摘錄，如欲詳細全文請見原文
作者：楊明輝/精磁科技股份有限公司
★本文節錄自「工業材料雜誌282期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=8616