電容式觸控屏技術已經(jīng)徹底改變了智能手機和平板電腦的面貌，現(xiàn)在該技術正在進入筆記本電腦、臺式PC以及最新型汽車和可穿戴設備中。由于這些設備市場競爭激烈，因此不斷要求廠商設計的系統(tǒng)提高顯示質量和性能，提供緊湊的外形尺寸、延長電池壽命并降低成本，同時要求系統(tǒng)易于使用。由于觸控屏對用戶體驗有很大影響，因此一款產(chǎn)品最終能否取得成功，選擇哪一種觸控屏設計有可能成為決定性因素。
要將顯示屏變成“觸控板”，需要無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。最近的技術進步使得有可能將觸控傳感器直接集成到顯示屏中，同時將觸摸控制器和顯示驅動器這兩種功能集成到單一集成電路（IC）中。
SynapTIcs公司高級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，其中包括最新的、有望在可預見的未來主導新型設備設計的、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動器功能集成到單一IC中的方法，最后重點論述觸控和顯示功能集成為設備制造商及其合作伙伴帶來的諸多優(yōu)勢。
需要注意的是，本文僅針對觸控屏小于8英寸（20厘米）的智能手機和平板電腦。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和顯示更新功能涉及兩個方面：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獨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單獨或獨立的層，覆蓋到疊層式層壓顯示面板中的顯示屏之上。采用這種設計方法時，觸控傳感器或者添加到玻璃蓋板（CG）上，或者放在一個專用的傳感器層中，這個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又叫“蓋板外嵌式傳感器（Sensor-on-Lens，簡稱SoL）”或“蓋板集成式解決方案（One Glass SoluTIon，簡稱OGS），因為這種方法無需增加一個單獨的傳感器層，僅利用玻璃蓋板即可。采用單獨傳感器層的設計方法稱為玻璃-薄膜（Glass-Film，簡稱GF）或玻璃-薄膜-薄膜（Glass-Film-Film，簡稱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現(xiàn)而定。所有這些設計方法都稱為“分離式”的，以強調觸控功能作為顯示屏上的覆蓋層而單獨存在這一事實。
增加分離式觸控傳感器覆蓋層的優(yōu)勢是，技術成熟、風險低、產(chǎn)品上市快。甚至在采用最新顯示和觸控技術時，也會采用分離式設計，在這種情況下，常常在后續(xù)設計環(huán)節(jié)將分離式設計集成進去。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)及設備的問題。不過，分離式設計的劣勢是，顯示面板較厚、顯示屏較暗且成本較高。
由于最近的技術進步，LCD模組廠商能夠將觸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實現(xiàn)，即外嵌式（On-Cell）集成或內嵌式（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，因為傳感器位于顯示屏基本單元之上。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)格無需架橋就能實現(xiàn)。后一種設計稱為單層多點外嵌式（Single-Layer-On-Cell，簡稱SLOC），這種設計很常見的，因為成本較低、良率較高。
用外嵌式技術給顯示屏增加觸控功能簡單、可靠，而且這種方法對于有源矩陣有機發(fā)光二極管（AMOLED）顯示屏而言，常常是最佳選擇。對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。在內嵌式集成中，傳感器利用顯示屏中的現(xiàn)有層構建觸控傳感器矩陣，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。就如今的平面轉換（IPS）面板而言，這些層都位于TFT玻璃上。
另一種內嵌式集成屬于混合式設計，其中觸控傳感器的發(fā)送層內嵌在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內嵌式（Hybrid In-Cell）設計。為了避免混淆，術語“全面多點內嵌式（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。這兩種內嵌式設計如圖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嵌式集成的類型
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