全面解析觸控和顯示的最新技術(shù)

　　電容式觸控屏技術(shù)已經(jīng)徹底改變了智能手機(jī)和平板電腦的面貌，現(xiàn)在該技術(shù)正在進(jìn)入筆記本電腦、臺(tái)式PC以及最新型汽車和可穿戴設(shè)備中。由于這些設(shè)備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，因此不斷要求廠商設(shè)計(jì)的系統(tǒng)提高顯示質(zhì)量和性能，提供緊湊的外形尺寸、延長(zhǎng)電池壽命并降低成本，同時(shí)要求系統(tǒng)易于使用。由于觸控屏對(duì)用戶體驗(yàn)有很大影響，因此一款產(chǎn)品最終能否取得成功，選擇哪一種觸控屏設(shè)計(jì)有可能成為決定性因素。

　　要將顯示屏變成“觸控板”，需要無(wú)縫整合以前截然分開的兩種功能，即觸控和顯示功能。過去，怎樣給顯示屏增加觸控傳感器，一直由不同公司自主決定，貼合式面板疊層由多個(gè)層組成，不同公司提供不同的層，之后，有可能由另外一家制造商將這些層組裝成顯示面板。最近的技術(shù)進(jìn)步使得有可能將觸控傳感器直接集成到顯示屏中，同時(shí)將觸摸控制器和顯示驅(qū)動(dòng)器這兩種功能集成到單一集成電路（IC）中。

　　SynapTIcs公司高級(jí)副總裁兼智能顯示事業(yè)部總經(jīng)理Kevin Barber

　　本文概述了目前可用的觸控和顯示集成技術(shù)，其中包括最新的、有望在可預(yù)見的未來(lái)主導(dǎo)新型設(shè)備設(shè)計(jì)的、全面集成的解決方案。首先，本文將介紹把觸控傳感器直接集成到顯示屏中的各種方式，然后探討將觸摸控制器和顯示驅(qū)動(dòng)器功能集成到單一IC中的方法，最后重點(diǎn)論述觸控和顯示功能集成為設(shè)備制造商及其合作伙伴帶來(lái)的諸多優(yōu)勢(shì)。

　　需要注意的是，本文僅針對(duì)觸控屏小于8英寸（20厘米）的智能手機(jī)和平板電腦。盡管有可能以類似方式在更大的觸控屏中集成觸控和顯示功能，但是二者差別很大，有必要單獨(dú)介紹。

　　將觸控傳感器集成到顯示屏疊層中

　　在觸控屏中集成觸控檢測(cè)和顯示更新功能涉及兩個(gè)方面：顯示面板疊層；控制觸控和顯示這兩種功能的 IC。

　　圖 1- 觸控傳感器可以作為一個(gè)獨(dú)立層添加到合式面板的顯示屏之上，或者也可以直接集成到顯示屏疊層中的任一現(xiàn)有層

　　圖 1 顯示，在一個(gè)典型的觸控屏中，顯示屏疊層和顯示面板中有很多層。以前常見的做法是，將觸控傳感器作為一個(gè)單獨(dú)或獨(dú)立的層，覆蓋到疊層式層壓顯示面板中的顯示屏之上。采用這種設(shè)計(jì)方法時(shí)，觸控傳感器或者添加到玻璃蓋板（CG）上，或者放在一個(gè)專用的傳感器層中，這個(gè)專用傳感器層通常由塑料制成。

　　將傳感器整合在玻璃蓋板上的方法有時(shí)又叫“蓋板外嵌式傳感器（Sensor-on-Lens，簡(jiǎn)稱SoL）”或“蓋板集成式解決方案（One Glass SoluTIon，簡(jiǎn)稱OGS），因?yàn)檫@種方法無(wú)需增加一個(gè)單獨(dú)的傳感器層，僅利用玻璃蓋板即可。采用單獨(dú)傳感器層的設(shè)計(jì)方法稱為玻璃-薄膜（Glass-Film，簡(jiǎn)稱GF）或玻璃-薄膜-薄膜（Glass-Film-Film，簡(jiǎn)稱GFF），視觸控發(fā)送和接收功能在傳感器薄膜的一層還是兩層上實(shí)現(xiàn)而定。所有這些設(shè)計(jì)方法都稱為“分離式”的，以強(qiáng)調(diào)觸控功能作為顯示屏上的覆蓋層而單獨(dú)存在這一事實(shí)。

　　增加分離式觸控傳感器覆蓋層的優(yōu)勢(shì)是，技術(shù)成熟、風(fēng)險(xiǎn)低、產(chǎn)品上市快。甚至在采用最新顯示和觸控技術(shù)時(shí)，也會(huì)采用分離式設(shè)計(jì)，在這種情況下，常常在后續(xù)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)將分離式設(shè)計(jì)集成進(jìn)去。有些LCD模組廠商也很重視能否利用工廠中現(xiàn)有制造系統(tǒng)及設(shè)備的問題。不過，分離式設(shè)計(jì)的劣勢(shì)是，顯示面板較厚、顯示屏較暗且成本較高。

　　由于最近的技術(shù)進(jìn)步，LCD模組廠商能夠?qū)⒂|控傳感器直接集成到顯示屏疊層中的一層或多層上。這種集成可以在顯示屏中的基本單元之上或基本單元之內(nèi)實(shí)現(xiàn)，即外嵌式（On-Cell）集成或內(nèi)嵌式（In-Cell）集成。

　　將觸控傳感器矩陣放到濾色玻璃之上的方法稱為外嵌式集成，因?yàn)閭鞲衅魑挥陲@示屏基本單元之上。傳感器發(fā)送和接收網(wǎng)格（即菱形或條紋形網(wǎng)格）可以與跨接線電氣隔離，也可以采用特殊布局，以使這些網(wǎng)格無(wú)需架橋就能實(shí)現(xiàn)。后一種設(shè)計(jì)稱為單層多點(diǎn)外嵌式（Single-Layer-On-Cell，簡(jiǎn)稱SLOC），這種設(shè)計(jì)很常見的，因?yàn)槌杀据^低、良率較高。

　　用外嵌式技術(shù)給顯示屏增加觸控功能簡(jiǎn)單、可靠，而且這種方法對(duì)于有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管（AMOLED）顯示屏而言，常常是最佳選擇。對(duì)于較大型顯示屏以及曲面或柔性顯示屏而言，以外嵌方式集成無(wú)跨接線的金屬網(wǎng)狀傳感器也是很好的選擇。

　　如圖1所示，顯示屏中的基本單元從薄膜晶體管（TFT）玻璃的底部延伸至濾色玻璃的頂部，包括TFT電路、液晶材料和濾色片。在內(nèi)嵌式集成中，傳感器利用顯示屏中的現(xiàn)有層構(gòu)建觸控傳感器矩陣，一般是在公用電極（或VCOM層）上放置觸控傳感器矩陣，通過金屬層與矩陣互連。就如今的平面轉(zhuǎn)換（IPS）面板而言，這些層都位于TFT玻璃上。

　　另一種內(nèi)嵌式集成屬于混合式設(shè)計(jì)，其中觸控傳感器的發(fā)送層內(nèi)嵌在TFT玻璃中，而接收層則外嵌到濾色玻璃上。這種方式稱為混合多點(diǎn)內(nèi)嵌式（Hybrid In-Cell）設(shè)計(jì)。為了避免混淆，術(shù)語(yǔ)“全面多點(diǎn)內(nèi)嵌式（Full In-Cell）”指的是，發(fā)送和接收觸控傳感器層均位于基本單元之內(nèi)。這兩種內(nèi)嵌式設(shè)計(jì)如圖2所示。

　　圖2 –觸控傳感器發(fā)送層和接受層所處位置決定內(nèi)嵌式集成的類型