臺灣博碩士論文加值系統

電容式觸控面板是一種純玻璃的技術，跟一般電阻式相較之下使用壽命可提升數十倍之多，但是在電極佈局設計上卻困難許多，必須利用不連續之線段形成一均勻的電場分布，若是電極設計不良則會影響觸控的精準度，且會增加裝置的耗電量，過去往往必須採用試誤法來驗證線性度，耗費人力物力，在電阻值的控制上也沒有一個精準的控制方法，因此本文所開發一種電極圖案設計及電腦輔助分析的方法，對設計值做精準的控制，使電容式觸控面板在設計初期就能達到良好的品質控管。
本文使用Excel VBA（Visual Basic for Application）建立一簡易之設計程式，輸入設計值後，自動計算出數據，接著使用AutoCAD Mechanical建立模組，並搭配ANSYS電腦輔助分析軟體，進行電容式觸控面板電極佈局之電場分析，開發出一套規格化的設計方法，使電極佈局的電阻值能夠固定，線性度能夠預先掌控，進而節省成本，並提昇製造良率。並利用此方法設計一款15吋的觸控面板，做成成品來驗證此分析方法的可行性，結果得知：此套分析方法非常有效的控制了電極的阻抗及電場的均勻性，並節省了許多的開發費用及時間。

Capacitive touch panel is one kind of technology which uses pure glass. This design relatively durability than resistance touch panel. However, the design of electric arrangement is much more difficult. The discontinuous line segments must be utilized to form a uniform electric field. In general, design will affect the precision of touch panel’s control and increase power consumption of the device. Moreover, trial-and-error method was used to verify the linearity in the past. It was not only manpower consuming, but also lack of precise electric resistance control. For that reason, this thesis is developed an electrode pattern design, with the assistance of the analysis of computer to precisely control the design value of electric resistance and make the design of capacitive touch panel with excellent quality on the initial stage.
This study aimed to use Excel VBA (Visual Basic for Application) to set up a simple design program. After key-in the designing parameters, resulted data will be shown automatically. Besides, the computer software AutoCAD Mechanical is used to draw and create the model in the analysis process. With another computer analyzing software ANSYS, it can analysis electric field and electrode pattern design of capacitive touch panel. Develop a set of standardized design methods and let the electric resistance fixed of the electrode layout. The linearity of panel can be controlled in advance to decrease the cost and increase the production yield.
A 15 inch touch panel was then designed by the above-mentioned approach to verify the solution works. The result showed that it can successfully control the electric resistance of electrode, uniformity of electric field and economized the cost and time.

中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
致謝 Ⅳ
總目錄 Ⅴ
圖目錄 Ⅷ
表目錄 ⅩⅡ
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 2
1-2-1 觸控面板介紹 2
1-2-2 透明導電膜簡介 3
1-2-2-1 透明導電膜的種類 3
1-2-2-2 ITO透明導電膜的製備與應用 4
1-2-3 觸控面板型式介紹 6
1-2-3-1 電阻式觸控面板 6
1-2-3-2 電容式觸控面板 9
1-2-3-3 音波式觸控面板 12
1-2-3-4 紅外線式觸控面板 13
1-2-3-5 電磁式觸控面板 13
1-3 研究動機 15
1-4 論文結構 16
第二章 電容式觸控面板動作原理與電極佈局設計 18
2-1 電容式觸控面板動作原理 18
2-2 電極佈局設計 23
2-2-1 觸控面板區域 23
2-2-2 電極佈局設計區域 24
第三章 電極佈局電腦輔助分析與製作流程 34
3-1 研究方法分析 34
3-2 ANSYS介紹 36
3-3 ANSYS有限元素分析之操作流程 36
3-4 電容式觸控面板的製作流程 46
第四章 結果與討論 48
4-1 分析設計與實作 48
4-1-1 分析步驟 48
4-2 ANSYS有限元素分析結果與成品比較 50
4-3 成品測試與結論 51
第五章 結論 72
參考文獻 73
自述 75
專利發表 75
圖目錄
圖1-1 四線電阻式觸控面板 6
圖1-2 五線電阻式觸控面板 7
圖1-3 八線電阻式觸控面板 8
圖1-4 電容式觸控面板 9
圖1-5 音波式觸控面板 12
圖1-6 紅外線式觸控面板 13
圖2-1 A.A.、L.A.、及V.A.示意圖 27
圖2-2 Design VA區域定義 27
圖2-3 本研究之電極圖案設計(a)單段電極圖案；(b)角落段電極圖案 28
圖2-4 1/4之電極佈局電阻分布示意圖 28
圖2-5 未加入線性補償區修正之電位場(a)Y方向之等電壓線圖；(b) X方向之等電壓線圖 29
圖2-6 加入線性補償區修正之電位場(a) Y方向之等電壓線圖；(b) X方向之等電壓線圖 30
圖2-7 邊緣波浪狀等壓線圖(a)水平線；(b)垂直線 31
圖2-8 電阻值控制區電極設計 32
圖2-9 電阻值控制區＋線性補償區電極設計 32
圖2-10 電阻值控制區＋線性補償區＋線性修整區電極設計 33
圖3-1 ANSYS操作流程圖 40
圖3-2 使用AutoCAD Mechanical來建立模組後，轉為IGES檔案系統 40
圖3-3 IGES匯入ANSYS進行有限元素分析 41
圖3-4 選擇電分析命令參考 41
圖3-5 定義電阻係數 42
圖3-6 定義網格大小 42
圖3-7 網格自動分格 43
圖3-8 單段收歛分析圖（a）水平方向；（b）垂直方向 43
圖3-9 完整線路收歛分析圖（a）水平方向；（b）垂直方向 44
圖3-10 輸出模擬結果 45
圖3-11 利用邊緣的傳導線觀察電流值 45
圖3-12 電容式觸控面板製作流程圖 47
圖3-13 完成品 47
圖4-1 Excel VBA設計介面 53
圖4-2 電極設計流程圖 54
圖4-3 單段阻值分析之網格 56
圖4-4 ANSYS分析之單段電流 56
圖4-5 ANSYS電流分析(a)長邊角落之電流值；（b）短邊角落之電流值 57
圖4-6 僅有電阻值控制區(a)A.A.區長邊水平面之電壓值；(b) A.A.區短邊水平面之電壓值 59
圖4-7 ANSYS模擬之等電壓線圖(a) X方向之等電壓線圖；(b) Y方向之等電壓線圖 61
圖4-8 加入線性補償區(a) A.A.區長邊水平面之電壓值；(b) A.A.區短邊水平面之電壓值 62
圖4-9 ANSYS所模擬之等壓線圖(a) X方向之等電壓線圖；(b) Y方向之等電壓線圖 64
圖4-10 加入線性修整區(a)A.A.區長邊水平面之電壓值；(b) A.A.區短邊垂直面之電壓值 65
圖4-11 ANSYS所模擬之等壓線圖(a) X方向之等電壓線圖；(b) Y方向之等電壓線圖 67
圖4-12 觸控面板成品（a）電容式觸控面板單體；（b）觸控面板與螢幕組裝圖 68
圖4-13 電容式觸控面板控制卡 69
圖4-14 控制卡25點定位畫面 69
圖4-15 定位線性圖 70
圖4-16 畫點測試 70
圖4-17 畫線測試 71
表目錄
表1-1 觸控打點壽命比較表 2
表1-2 各種形式之觸控面板技術比較表 14
表4-1 線距設計長邊=0.53mm、短邊=0.6mm 55
表4-2 線距設計長邊=0.55mm、短邊=0.59mm 55
表4-3 線距設計長邊=0.54mm、短邊=0.59mm 55
表4-4 15吋觸控面板設計值 58
表4-5 線性誤差值 60
表4-6 加入線性補償區之線性誤差值 63
表4-7 加入線性修整區之線性誤差值 66

中文部份
[1]何信良,“符合一般電腦需求的觸控面板”國立成功大學碩士論文, 2003.
[2]李秀文,“奈米材料對ITO光電特性之改質研究”元智大學碩士論文,2004.
[3]張欽富,“電容式觸控板之控制方法及其裝置”中華民國公告第I251782號專利案, 2006.
[4]祥基國際有限公司, http://blog.xi-ji.com/?cat=13
[5]楊明輝,“透明導電膜”藝軒圖書出版社,第一版,2006
[6]楊愷悌,“觸控面板之訊號傳導構造改良” 中華民國公告第M335738號專利案, 2008.
[7]劉湘明,“ITO觸控面板之電阻控制模式比較” 南台科技大學碩士論文, 2004.
[8]蔡宗典,“超薄ITO透明導電膜應用在觸控面板之研究”國立中央大學碩士論文,2008.
[9]鄭博彬,“觸控面板電阻感應線佈局之改良” 中華民國公告第555101號專利案, 2002.
[10]賴育良, 林啓豪及謝忠祐, “ANSYS電腦輔助工程分析”儒林圖書有限公司,1997
[11]賴俊文,“電容式觸控面板電極佈局之設計與分析” 國立成功大學碩士論文, 2006.
英文部份
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[4]Gibson, W. A., Talmage, J. E. and Dabbs, J. W. T., “Electrographic Touch Sensor Having Reduced Bow of Equipotential Field Lines Therein,” U. S. Patent No. 4731508, 1988.
[5]Hurst, G. S., “Electrographic Sensor for Determining Planar Coordinates,” U. S. Patent No. 3798370, 1974.
[6]Pepper, W., “Conductive Electrode Arrays and Arrays of Resistive Elements for use in Touch Panel and for Producing Electric Fields” U. S. Patent No. 4755634, 1988.
[7]Pepper, W., “Human-Machine Interface Apparatus,” U. S. Patent No. 4129747, 1978.
[8]Talmage, J. E. and Quirk, J. T., “Electrographic Touch Sensor Having Reduced Bow of Equipotential Field Lines Therein,” U. S. Patent No. 4822957, 1989.