電容式觸控屏幕防水功能可望大幅精進(jìn)。電容式觸控屏幕一旦遇到水氣或液體，精準度就會(huì )大幅降低。因此，電容式觸控面板與控制器開(kāi)發(fā)商正協(xié)力合作，結合自容與互容感測層不同的功能特點(diǎn)，以提升電容式觸控屏幕的抗水性與濕手指追蹤效能。
抗水性/濕手指追蹤功能 兩項防水規范漸受重視
國際標準有許多對防水詳細的定義規范，其中國際電工協(xié)會(huì )（International Electrotechnical Commission， IEC）的IEC-60529標準，就針對防護等級（Ingress Protection， IP）做分級定義，其規范產(chǎn)品最高等級為IP-67，亦即能承受大量的飛塵（防塵等級為6），并能浸入水中達1公尺深（防水等級為7）而不受損。
然而，很少有消費性行動(dòng)裝置能符合這個(gè)等級，且IP等級至今亦還沒(méi)被廣泛運用在電容式觸控屏幕的產(chǎn)品規范上。通常觸控屏幕的防水需求，系建立在使用者經(jīng)驗及產(chǎn)品在遇到水氣時(shí)的反應，而非進(jìn)行破壞性的測試。盡管防水定義尚未正式標準化，但目前逐漸被業(yè)界廣泛采用的兩項防水規范，包含抗水性（Water Rejection）及支援濕手指追蹤功能（Wet Finger Tracking）。
抗水性亦即當觸控屏幕上有液體時(shí)，系統能排除假性觸控，且能在移除液體后，完全回復正常操作功能。例如不小心將咖啡潑灑到手機上，一定不會(huì )希望手機因此自動(dòng)撥出電話(huà)或發(fā)送簡(jiǎn)訊，甚至在你急于清理手機時(shí)，做出任何動(dòng)作，并期望手機在擦干后，能回復到以往正常的運作功能�？顾允欠浪畛Ｒ�(jiàn)也很重要的條件因素，因為液體一定會(huì )停留在觸控屏幕表面，而觸控屏幕必須要能回復正常且不產(chǎn)生任何假性觸控。然而，抗水性無(wú)法支援沾濕的屏幕表面觸控，這方面就有賴(lài)濕手指追蹤功能。
濕手指追蹤功能，能在有水氣的觸控屏幕上追蹤手指的位置。觸控屏幕表面上的水氣會(huì )使電容量測造成誤差，進(jìn)而減損觸控的精準度，濕手指追蹤功能則能確保提供一個(gè)精準值。在有水氣的情況下，可容許誤差通常為1？2毫米，對于撥打電話(huà)或發(fā)送電子郵件等關(guān)鍵功能而言，這樣的誤差足以應付操作需求。
液體的特性對抗水性與濕手指追蹤功能非常重要。觸控屏幕表面上會(huì )形成的各種液體特性，其一為水氣凝結，在高濕度或溫度快速變化的環(huán)境中，觸控屏幕表面上會(huì )凝結一層很薄的水氣。其次是水滴，雨滴、汗水或任何種類(lèi)的液體，滴落在觸控屏幕表面上。其三是薄水膜，大量的水覆蓋在整個(gè)觸控屏幕表面上，形成一層很薄的液體，如之前提到潑灑出的咖啡就屬這類(lèi)。
此外，辨識水滴的大小也很重要，小水滴通常指滴落到觸控屏幕后直徑測量不超過(guò)3毫米的大小，而大水滴通常則介于3？18毫米之間。上述的三種液體型態(tài)將會(huì )產(chǎn)生不同類(lèi)型的電容誤差，觸控屏幕控制器必須能加以因應。
即便是相同類(lèi)型的液體，對不支援多點(diǎn)觸控的自容感測（Self-Cap）與支援真正的多點(diǎn)觸控的互容感測（Mutual Cap）也會(huì )產(chǎn)生不同的結果。有些觸控屏幕控制器會(huì )同時(shí)使用這兩種技術(shù)，來(lái)解決因液體導致偵測時(shí)產(chǎn)生拒斥假性觸控所衍生的問(wèn)題。要想了解這些問(wèn)題，必須先了解電容感測在遇有水氣時(shí)所產(chǎn)生的一些基本物理變化。
使用傳導屏蔽 觸控屏幕不隨水氣起舞
電容感測能運作，是因為人體本身就是導電體，含有雜質(zhì)的水，如自來(lái)水或咖啡也是導體，并會(huì )使電容測量造成誤差。
電容式觸控屏幕抗水性大增
自容的原理是偵測一個(gè)感測器對電路接地端的電容，使用方法是在感測器（TX）套用一個(gè)激發(fā)訊號，然后偵測得用多少電荷或電流，才能對含有接收器（RX）的感測器充飽電。在這個(gè)模型中，有兩個(gè)電流可能會(huì )經(jīng)過(guò)的回路，其一為透過(guò)人體和感測器直接耦合（I2）；其二為從感測器到鄰近感測器之間形成邊際電場(chǎng)耦合（I1）。自容的主要訊號來(lái)源為I2，大多來(lái)自手指與感測器之間直接的電容耦合。
直接電容耦合可利用平行板電容公式C=E0×Er×A/d推算，其中E0是自由空間的介電系數，Er是觸控屏幕保護層的相對介電系數，A是手指覆蓋的面積，d是手指與感測器之間的距離，中間隔著(zhù)觸控屏幕保護層材料，圖1的C1與C2分別是行動(dòng)裝置與人體相對于地面的電容。這些電容通常遠高于直接耦合電容，因此所有這些的電容串聯(lián)會(huì )降低直接耦合電容，然而C1通常小到足以降低整體直接電容耦合，尤其是當行動(dòng)裝置完全以電池供電，且沒(méi)有連結充電器的時(shí)候。
邊際電場(chǎng)訊號I1在觸控時(shí)會(huì )增加一些觸控訊號，因為手指會(huì )吸收這個(gè)訊號，并透過(guò)人體傳導到地面（加到I2）。觸控屏幕上沒(méi)有被觸碰到的水氣，會(huì )對I1產(chǎn)生很大的影響，而這些水氣也是電容式觸控屏幕產(chǎn)生誤差的主要來(lái)源，水氣會(huì )增加鄰近感測器之間的邊際電場(chǎng)，進(jìn)而增加電容。端視觸控屏幕保護層的厚度與介電系數，可能導致足夠的電容變化，如手指輕觸，讓感測電路將它誤判為假性觸控。欲解決這個(gè)問(wèn)題，就得使用傳導屏蔽（有時(shí)稱(chēng)為Guard保護層）。
利用復制的TX來(lái)驅動(dòng)鄰近感測器，即可消除I1且感測電路不會(huì )偵測到任何電容。但若要實(shí)際應用此解決方案，觸控屏幕控制器必須能機動(dòng)地切換感測接腳，即時(shí)在TX、RX及屏蔽之間切換，進(jìn)而感測到整個(gè)觸控屏幕。在傳統CapSense按鈕上，屏蔽技術(shù)也能同樣運作。
此時(shí)，TX套用到一個(gè)感測器上，而RX則套用到另一個(gè)鄰近感測器�；ト莞袦y的物理原理和自容相同，但手指訊號的主要來(lái)源是邊際電場(chǎng)而不是直接耦合。手指會(huì )吸走電荷，并表現在電流上，而這個(gè)電流在正常情況下都是經(jīng)過(guò)邊際電場(chǎng)（I1）再透過(guò)人體（I2）傳到地面，整體效應就是兩個(gè)感測器之間的互容減少。觸控屏幕上沒(méi)有被手指觸碰到的水氣，也會(huì )產(chǎn)生像自容一樣增加邊際電場(chǎng)的強度進(jìn)而提高電容訊號，并增加流到RX的電流。
自容/互容感測各有所長(cháng) 兩者兼顧設計挑戰高
具傳導屏蔽的自容感測，雖然能有較佳的抗水性功能，但卻無(wú)法支援真正的多點(diǎn)觸控。從較高層次的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，互容感測應該也適用于抗水性，因為在觸控屏幕表面上增加水氣會(huì )導致與手指觸控相反的磁性改變，但這也意味移除水氣和手指觸控并無(wú)差別。
具傳導屏蔽的自容，雖然能在有水氣的情況下運作，但卻無(wú)法支援多點(diǎn)觸控效能。相反的，互容能支援多點(diǎn)觸控的效能，但遇到水氣時(shí)卻無(wú)法正常運作。對抗水性來(lái)說(shuō)，最可靠穩定的解決方案就是同時(shí)使用互容與自容感測，而要實(shí)際應用這種解決方案，前提就是觸控屏幕控制器必須能在TX、RX及屏蔽之間動(dòng)態(tài)地切換接腳功能。
然而，結合自容與互容感測，卻無(wú)法對濕手指追蹤功能帶來(lái)優(yōu)勢，因為當手指觸碰到觸控屏幕上的水氣時(shí)，水氣就會(huì )和手指合為一體成為導體，此時(shí)手指會(huì )吸走邊際電場(chǎng)電流，并傳導至地面降低電容。
不過(guò)在撥打電話(huà)時(shí)，觸控表面的觸控反應狀況，也可能類(lèi)似當大姆指或臉頰貼近整個(gè)屏幕時(shí)的反應一樣，得視水氣多寡及水氣在屏幕表面的分布情況決定。若沒(méi)有運用特別演算法來(lái)處理這個(gè)大面積的訊號，觸控屏幕控制器就會(huì )以水氣覆蓋面的中心點(diǎn)來(lái)進(jìn)行運算，可能會(huì )造成距離的誤差。
電容式觸控屏幕抗水性大增
盡管可利用訊號中的資訊來(lái)改進(jìn)精準度，但若只想藉電容感測技術(shù)，讓追蹤濕手指的精準度達到和追蹤沒(méi)有水氣時(shí)正常手指位置的精準度，則較不切實(shí)際。
電容式觸控屏幕產(chǎn)業(yè)尚未對防水做明確定義，雖有一些通用標準，但大多用于破壞性測試，并未涵蓋觸控屏幕，因而抗水性與濕手指追蹤逐漸受業(yè)界注意；此外，了解水氣對自容與互容所產(chǎn)生的不同影響，智慧觸控屏幕控制器架構加上成熟的智慧財產(chǎn)權，將可解決當前難題。 |
