触控面板技能学院触摸屏原理电容式感测技能进入内嵌式(In-cell)技能研制，下降触摸屏厚度

　　【导读】：电容式感测技能能独立追寻手指的数量已无上限，且可解读各种更杂乱的手势动作、敷衍充溢搅扰源的环境以及支撑尺度更大的屏幕。各家厂商即开端进行内嵌式(In-cell)相关技能的研制。

　　下降触控面板厚度，In-cell完成举动设备轻浮体会。电容式感测技能自宣布以来已阅历大幅演进，不只能完成多指触控、解读各种杂乱的手势动作，更能敷衍充溢搅扰源的环境，以及支撑大尺度屏幕。现在，业者已活跃投入内嵌式(In-cell)技能研制，期进一步下降触控面板厚度与本钱。

　　而这种触控功用也已跨入到平板计算机这种新类型的举动设备中，运用在平板计算机触控中的电容感测技能发展将会继续带动这波科技风潮。从家电产品到轿车、工业、住所自动化、举动与家庭运算，电容感测技能正影响着用户与电子设备之间的互动方法。

　　电容式感测技能从初次宣布以来已阅历大幅的演进，一开端仅仅一种简略的按钮技能，首要用来追寻手指的X与Y轴的坐标方位，之后演变成一同追寻多只手指的方位。现在这些设备能独立追寻手指的数量已无上限，且可解读各种更杂乱的手势动作、敷衍充溢搅扰源的环境以及支撑尺度更大的屏幕。而下一个方针便是下降本钱，因而各家厂商即开端进行内嵌式(In-cell)相关技能的研制。

　　要在电子设备内运用电容感测技能，并非像买一颗硅芯片装到印刷电路板(PCB)那样简略。电容式感测是一种杂乱的电子机械体系，一般包含上覆镜片(Cover Lens)、传感器、软扁平电缆(Flex Tail)以及芯片等几个首要零件，一同组成触控体系。

　　图1是一个On-Stack或外挂式(Out-cell)仓库的典型比如，外挂式触控技能的传感器坐落显现层空区(Display Cell)的外部，传感器连接到一个软式印刷电路板(Flexible Printed Circuit, FPC)，电容感测芯片便是置于FPC软扁平电缆上。

　　剖析这种仓库，扫除本来就需求的上层玻璃或屏幕，体系中最贵重的零件便是传感器自身。由于传感器不容易制作，需求多个制程过程以及压膜，而且运用的资料亦适当贵重，所以在手机运用方面，这种传感器的本钱是芯片的三倍，且其本钱和屏幕尺度成份额而不是和屏幕对角线长度成正比。

　　图2即为商场上常见的三种传感器。由于这些传感器选用玻璃或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基板等资料制成，所以传感器内的电路图型最常运用的资料是铟锡氧化物(ITO)。ITO是杰出导体，而且极为通明，肉眼简直看不见，但十分贵重。图2左面的第一个传感器是一个两层的传感器，以PET资料制作而成。图2中心第二个传感器经常被误称为单层式，由于它只要一层基板，但实际上它更应该称作是1.5层传感器。它的厚度比双层传感器来得薄，还得附上一层绝缘层并刺进介接层(Bridge)。图2右则是一款真实单层式传感器，该传感器既没有绝缘或介接组件，且价格只要前两种传感器的一半。

　　关于手机制作商而言，藉由削减体系的层数让传感器更薄且更廉价，是适当具有吸引力的作法，显现器制作商则是尽心竭力把传感器的感测层整合到自己的显现器里。这种作法不只可简化供给链，而且还能下降体系本钱与厚度，但却一同会约束了规划的弹性，因而许多人猜测当商场成熟后，On-cell与In-cell式仓库仅会占有一部分的商场地图。

　　如今两种首要的显现器整合触控传感器技能为On-cell与In-cell。依据考虑的显现器品种，如薄膜晶体管(TFT)、横向电场效应(IPS)以及有机发光二极管(OLED)，在不同显现器运用中，两种技能的界说也略有不同，且亦有一些一起准则。On-cell显现器在五颜六色滤光片上整合感测层，而In-cell显现器则如图3所示，把感测层整合在五颜六色滤光片下方。

　　在一个典型的On-cell液晶屏幕中，ITO感测层堆积于偏光片的下方，而且坐落五颜六色滤光片的上方。On-cell的首要应战是显现器耦合到感测层的噪声数量，触控屏幕组件有必要运用精细的算法来处理这种噪声。On-cell技能供给将传感器整合到显现器的一切长处，例如使触控面板愈加轻浮与大幅下降本钱等长处，但全体体系本钱下降的起伏依然远远不及In-cell技能。

　　In-cell在成熟后，各界信任其能供给最低价的显现器整合式触控处理方案。这是由于In-cell式触控屏幕把ITO感测层堆积在五颜六色滤光片的下方。这也削减了制作显现器所需的过程。而且意味着显现器仅须一个软扁平电缆连接点，而不是On-cell需要用到两个连接点。

　　除此之外，若是把ITO层堆积在五颜六色滤光片玻璃的下方以及Vcom层的正上方，这种作法确实会发生一些问题。

　　首要，In-cell仓库内的触控屏幕控制器，会开端有显现器内部发生噪声的严峻问题。再者，Vcom层则会构成一个大接地层，充溢投射电容信号，因而下降触控时的灵敏度。最终，仓库的方法会对感测信道发生一个适当大的寄生电容，这意味触控屏幕组件供给的Tx电流，其强度有必要要够高，才足以带动一个较大的电流负载。以上要素让In-cell技能面对极难战胜的工程应战。

　　显现器制作商应该怎么战胜In-cell的应战，以便让这种新技能能顺畅推入商场呢？首要，厂商可运用Display Armor技能来处理噪声问题，这种技能会监听显现器噪声，并运用精细的硬件来消除电容量测信道传出的噪声。其次，评价多种拓扑，研究其在驱动最大寄生负载方面的成效。这些架构一般包含运用显现驱动IC(DDI)组件，来为电容式触控控制器驱动屏幕面板。

　　DDI控制器归于高电压组件，选用20～30奈米(nm)的极小型动态随机存取内存(DRAM)制程技能。该组件输出最高可高达50伏特(V)。而电容式触控控制器一般选用130～250奈米制程技能，市面上最高Tx功率的组件一般为10伏特。DDI控制器的高输出功率，使其愈加合适用来驱动传感器组件，而触控芯片的先进模仿处理功用，则可让它们十分合适履行感测作业，强化触控的效能。

　　怎么让DDI与触控芯片这些组件一同运作为重要的关键技能。现在已有触控IC供货商正测验把这两种技能整合到一个芯片内，可是这种架构或许不是最有功率的。

　　若把DDI技能引进到触控技能制程，成果会形成组件体积太大且本钱贵重，而要是把触控技能导入DDI制程，则又会在模仿通道上面对许多严峻的问题。除此之外，另一个困难的应战是DDI芯片关于所驱动的显现器而言一贯都会具有排他性，因而关于触控IC规划厂商而言，要结合这两种产品需要投入极多的心力。

　　为了处理此一问题，能够运用另一种架构让两种芯片能够彼此通讯。在图4中可清楚看到DDI芯片驱动传感器，而触控芯片则担任量测电容传感器。两者可透过一个专利总线进行通讯，此为现在最为先进的处理方案。它让DDI模型能够保持原貌，而且使触控处理方案能够有最高的弹性。在这种专利总线的架构中，触控芯片能够是紧靠着DDI旁玻璃上的晶粒或是置于可挠式扁平电缆内，以便为客户空出更多的规划空间。