全面解析触控和显示的最新技术

全面解析触控和显示的最新技术电容式触控屏技术已经彻底改变了智能手机和平板电脑的面貌，现在该技术正在进入笔记本电脑、台式PC以及最新型汽车和可穿戴设备中。由于这些设备市场竞争激烈，因此不断要求厂商设计的系统提高显示质量和性能，提供紧凑的外形尺寸、延长电池寿命并降低成本，同时要求系统易于使用。由于触控屏对用户体验有很大影响，因此一款产品最终能否取得成功，选择哪一种触控屏设计有可能成为决定性因素。

要将显示屏变成“触控板”，需要无缝整合以前截然分开的两种功能，即触控和显示功能。过去，怎样给显示屏增加触控传感器，一直由不同公司自主决定，贴合式面板叠层由多个层组成，不同公司提供不同的层，之后，有可能由另外一家制造商将这些层组装成显示面板。最近的技术进步使得有可能将触控传感器直接集成到显示屏中，同时将触摸控制器和显示驱动器这两种功能集成到单一集成电路(IC)中。

本文概述了目前可用的触控和显示集成技术，其中包括最新的、有望在可预见的未来主导新型设备设计的、全面集成的解决方案。首先，本文将介绍把触控传感器直接集成到显示屏中的各种方式，然后探讨将触摸控制器和显示驱动器功能集成到单一IC 中的方法，最后重点论述触控和显示功能集成为设备制造商及其合作伙伴带来的诸多优势。

需要注意的是，本文仅针对触控屏小于8英寸(20厘米)的智能手机和平板电脑。尽管有可能以类似方式在更大的触控屏中集成触控和显示功能，但是二者差别很大，有必要单独介绍。

将触控传感器集成到显示屏叠层中

在触控屏中集成触控检测和显示更新功能涉及两个方面：显示面板叠层;控制触控和显示这两种功能的IC。

图1-触控传感器可以作为一个独立层添加到合式面板的显示屏之上，或者也可以直接集成到显示屏叠层中的任一现有层图1显示，在一个典型的触控屏中，显示屏叠层和显示面板中有很多层。以前常见的做法是，将触控传感器作为一个单独或独立的层，覆盖到叠层式层压显示面板中的显示屏之上。采用这

种设计方法时，触控传感器或者添加到玻璃盖板(CG)上，或者放在一个专用的传感器层中，这个专用传感器层通常由塑料制成。

将传感器整合在玻璃盖板上的方法有时又叫“盖板外嵌式传感器(Sensor-on-Lens，简称SoL)”或“盖板集成式解决方案(One Glass Solution，简称OGS)，因为这种方法无需增加一个单独的传感器层，仅利用玻璃盖板即可。采用单独传感器层的设计方法称为玻璃-薄膜(Glass-Film，简称GF)或玻璃-薄膜-薄膜(Glass-Film-Film，简称GFF)，视触控发送和接收功能在传感器薄膜的一层还是两层上实现而定。所有这些设计方法都称为“分离式”的，以强调触控功能作为显示屏上的覆盖层而单独存在这一事实。

增加分离式触控传感器覆盖层的优势是，技术成熟、风险低、产品上市快。甚至在采用最新显示和触控技术时，也会采用分离式设计，在这种情况下，常常在后续设计环节将分离式设计集成进去。有些LCD模组厂商也很重视能否利用工厂中现有制造系统及设备的问题。不过，分离式设计的劣势是，显示面板较厚、显示屏较暗且成本较高。

由于最近的技术进步，LCD模组厂商能够将触控传感器直接集成到显示屏叠层中的一层或多层上。这种集成可以在显示屏中的基本单元之上或基本单元之内实现，即外嵌式(On-Cell)集成或内嵌式(In-Cell)集成。

将触控传感器矩阵放到滤色玻璃之上的方法称为外嵌式集成，因为传感器位于显示屏基本单元之上。传感器发送和接收网格(即菱形或条纹形网格)可以与跨接线电气隔离，也可以采用特殊布局，以使这些网格无需架桥就能实现。后一种设计称为单层多点外嵌式(Single-Layer-On-Cell，简称SLOC)，这种设计很常见的，因为成本较低、良率较高。

用外嵌式技术给显示屏增加触控功能简单、可靠，而且这种方法对于有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示屏而言，常常是最佳选择。对于较大型显示屏以及曲面或柔性显示屏而言，以外嵌方式集成无跨接线的金属网状传感器也是很好的选择。

如图1所示，显示屏中的基本单元从薄膜晶体管(TFT)玻璃的底部延伸至滤色玻璃的顶部，包括TFT电路、液晶材料和滤色片。在内嵌式集成中，传感器利用显示屏中的现有层构建触控传感器矩阵，一般是在公用电极(或VCOM层)上放置触控传感器矩阵，通过金属层与矩阵互连。就如今的平面转换(IPS)面板而言，这些层都位于TFT玻璃上。

另一种内嵌式集成属于混合式设计，其中触控传感器的发送层内嵌在TFT玻璃中，而接收层则外嵌到滤色玻璃上。这种方式称为混合多点内嵌式(Hybrid In-Cell)设计。为了避免混淆，术语“全面多点内嵌式(Full In-Cell)”指的是，发送和接收触控传感器层均位于基本单元之内。这两种内嵌式设计如图2所示：

图2–触控传感器发送层和接受层所处位置决定内嵌式集成

的类型

集成触摸控制器IC和显示驱动器IC

控制触控功能和显示功能的IC以前分别由不同的供应商提供。尽管使用独立的叠层式显示面板和外嵌式显示屏时，这两种独立的IC可以集成到一起，但是好处有限，工作比较复杂，因为涉及到多家供应商。相比之下，采用内嵌式集成时，将触摸控制器和显示驱动器集成到单个IC中更容易实现，而且好处也显著增多。

现有智能手机和平板电脑的显示功能可能是由单一显示驱动器IC(DDIC)控制的，而触控功能则可能由独立的触摸控制器IC 控制。在采用外嵌式显示屏的设计中，DDIC总是位于TFT玻璃上，这种方式称为(Chip-On-Glass，简称COG)，而触摸控制器IC通常位于柔性印刷电路板(FPC或flex)上，这种方式称为柔性印刷电路板外嵌芯片(Chip-On-Flex，简称COF)。在这类设计中，在主机和显示面板之间通常有两块FPC：一个用于TFT玻璃上的DDIC;另一个用于触摸控制器。

采用全面多点内嵌式显示屏设计的智能手机和平板电脑仅需要一个FPC，就可以连接显示屏和触控传感器，如图3所示。既然可以仅用一个FPC，那么将触摸控制器和显示驱动器集成到一个IC中，也就十分合理了，这种仅用一个IC的方式称为触控与显示驱动器集成(TDDI)。因为该IC本身有一个CPU(用于触控信号处理)，而且该IC安装在TFT玻璃上，所以这种集成式解决方案有时又称为TDDI助力的“智能显示屏”。