新一代超薄大屏觸控顯示技術及觸控IC演進圖
北京時間2012年05月12日消息，寶威科技援引電子工程專輯網訊，今年觸控顯示技術正在發(fā)生快速演進，孕育多年的新型觸控顯示技術包括One Glass，單層TIO多點，On cell/in cell，以及柔性顯示等技術都會在今年開始商用。本文將介紹這些新技術的商用狀況和前景，以及主流觸控IC廠商的供應情況，可以說是一部觸控領域的“葵花寶典”。
2012年是中國智能手機的爆發(fā)年，本刊預計今年中國手機廠商設計與制造的智能手機出貨量將可望突破2億只，而這些智能手機無疑全部都需要采用電容觸控屏。除智能手機外，平板電腦市場對于5-10寸觸控屏的需求也是急增，預計今年中國平板電腦的出貨量可能超過5000萬臺。而英特爾于四月展開強烈攻勢的Ultrabook也會推薦采用觸控屏，這又是觸控屏市場另一個巨大的金礦。更重要的是，伴隨著手機向超薄，大屏發(fā)展，以及平板和超極本對觸控屏的需求，今年觸控顯示技術正在發(fā)生快速演進，孕育多年的新型觸控顯示技術包括Touch on lens(也有稱為One Glass)，互容式單層多點觸控，On cell/in cell，以及柔性顯示等技術都會在今年開始商用面市，而對于iphone5將采用in cell的期待，無疑這個市場變得異常精彩而刺激。
面對這一巨大的觸控IC市場，除了早先的幾個歐美玩家比如Synatics，Atmel，Cypress，ST和義隆外，更多的本土公司已參與進來，而這些本土公司又分為去年已打出江山的敦泰、匯頂（MTK入股），和今年準備殺入市場的思立微電子（格科微投資子公司）、北京集創(chuàng)、上海艾為電子等等新生軍。當然，還有臺灣雙雄“M”——MTK與Mstar，也已進入電容觸控IC市場，Mstar新推出的單層ITO多點觸控已大批量產，具說可以使TP模組成本比多層ITO的方案降低2美元。這些公司從不同的角度推動著觸控顯示技術與市場的發(fā)展。下面，電子工程專輯獨家采訪了一些主流的公司，看看他們在這些新技術上的最新進展，以及他們對于目前多種新一代觸控顯示技術的商用前景預測。
敦泰科技：OGS與in cell同行
受訪人：敦泰科技市場副總裁白培霖
目前新一代的顯示觸控技術包括OGS（one glass，也稱touch on lens），單層互電容式和incell/oncell等等。
對于OGS而言，目前仍然有一些困難，比如強度和加工成本。普通雙片式電容觸摸屏，由于Lens和sensor分開，Lens是先切割，鉆孔，打磨，然后再做強化。這些工藝流程已經非常成熟。而OGS是Lens與sensor集成在一起。通常是先強化，然后鍍膜，蝕刻，最后切割。在強化玻璃上切割是非常麻煩的，成本高，良率低，并且造成玻璃邊沿形成一些毛細裂縫，這些裂縫降低了玻璃的強度。業(yè)內也有一些解決辦法，比如先切割，再強化，后鍍膜蝕刻，但這種辦法效率極低，量產成本極高。所以一般采取的辦法是降低強化深度，從而降低切割難度，在切割后再做二次強化來提高強度。但這樣做OGS的強度也僅僅達到正常強化玻璃的50%~60%。康寧最新出了一種玻璃，這種玻璃做成OGS后還能達到正常強化玻璃的70%~80%，已經滿足業(yè)內的要求。
單層ITO互電容技術，是目前各家公司研究的重點。目前的主要困難在pattern和高阻抗。各家公司都在努力解決這些問題。
市場預計，iPhone5將采用incell技術。Incell/oncell一下成為了目前最熱門的討論話題。由于oncell并沒有帶來明顯的減薄和成本優(yōu)勢，市場都還沒有形成，在incell的火爆人氣前就已經式微了。Incell之前鮮有人提起，主要是技術非常困難。主要表現(xiàn)在怎么集成電容感應sensor，怎么解決顯示部分和觸摸部分的相互影響，怎么降低電容式觸摸sensor的負載，怎么在復雜的工藝流程上實現(xiàn)足夠高的良率等等。如果iPhone 5真的采用incell，則說明這些技術已經得到較為完善的解決。
柔性顯示技術是業(yè)內非常前沿的技術，各大公司和研究機構在研究。
針對這些新型顯示技術，敦泰科技有不同的策略。由于OGS是單層結構，沒有屏蔽層，非常容易受到干擾。敦泰科技的電容式觸摸屏控制器以抗干擾能力強著稱，特別是最新推出FT5216，F(xiàn)T5316，F(xiàn)T5506，F(xiàn)T5606，F(xiàn)T5816等IC，集成了最新的抗噪聲技術，完全能應對這些噪聲。采用FT5816作為控制器的 10.1" OGS觸摸屏pad，預計將于5月底上市。此外，敦泰科技有一支陣容強大的研發(fā)隊伍。在單層互電容的pattern設計和應對高通道阻抗方面的研究已經取得顯著進展。
在大屏觸控方面，敦泰科技在2011年10月推出了針對7"~12"的觸摸屏單芯片解決方案。其中FT5506主要針對7"，F(xiàn)T5606主要針對10 ~ 12"，F(xiàn)T5816主要針對12 ~ 14"。如果把芯片級聯(lián)，采用多芯片方案，最多能支持到29"。其中在2012年Intel IDF上展出的18.5" AIO PC的OGS觸摸屏就是采用敦泰科技的多芯片方案。FT5506、FT5816也用在了世界頂級客戶的Pad上，其中FT5506已經開始design in，而采用FT5816的pad預計在5月底上市。無論是單芯片還是多芯片方案，都能基本符合Win8標準，給客戶提供流暢的觸摸體驗。
敦泰科技正在開發(fā)的FT5926，將單芯片支持到15.6"，完全符合Win8標準，預計將于2012年9月提供工程樣片。屆時，敦泰科技將實現(xiàn)對超級本單芯片全系列覆蓋。
敦泰科技在電容式觸摸屏上深耕多年，有著深厚的技術積累。目前的專利覆蓋屏體結構，屏體圖案，電路實現(xiàn)，解調方式，信號處理算法等方面。已經申請的國際國內專利30多項。
值得一提的是，敦泰是和國內廠商一起成長，一起迎接智能手機起飛元年(2012)。敦泰將研發(fā)中心放在深圳，重點放在大陸客戶，以世界級的技術和產品，提供最本地化的服務。敦泰的研發(fā)技術團隊，直接到第一線和我們的客戶共同開發(fā)新產品。最明顯的例子就是我們和客戶一起開發(fā)新產品所需要的時間，經常是競爭對手，甚至國際大廠，的三分之一或更短。
匯頂：支持OGS和GIF，優(yōu)勢在COB應用
受訪人：匯頂（Goodix）市場總監(jiān)陳偉
從我們目前得到的信息來看，今年One glass和G1F會投入商用階段。而on cell/in cell由于牽涉到LCD的制程革新，LCD driver與TP driver之間技術的融合，暫時還不會那么快，頂多在國際tier one品牌先試驗。
目前One glass主要分兩種做法：A：Sensor先強化->涂上ITO pattern->切割成片。這種做法邊緣的強度會受損，且目前加工良率較低。B：玻璃切割完->單片強化->涂上ITO pattern。這種方式是逐片加工，效率太低。若采用模具組合，很難保證質量。在IC檢測層面上，OGS所面臨的挑戰(zhàn)主要是來自LCD的干擾。因為少了傳統(tǒng)G+G的屏蔽層，因此LCD工作時的干擾會直接影響TP檢測。
G1F的主要挑戰(zhàn)在于IC檢測技術，要在G1F上實現(xiàn)多點檢測，如何設計ITO圖案是最大的關鍵，因為要重塑電路檢測模型，目前G1F的ITO pattern都是各家方案公司的專利。另外就是與one glass所面臨的同樣問題，來自LCD的干擾。
除了TP模組制造上的革新，隨著市場對電容觸控的理解越來越深，產生了更多的應用需求，如one glass與LCD全貼合、更強的抗共模干擾能力、在互容的基礎上支持“接近感應”功能。
針對這些新型顯示技術，匯頂?shù)膐ne glass方案和G1F均會在5月份發(fā)布。One glass方案依然采用現(xiàn)有IC支持，目前在做的就是細化對堆疊的指導。G1F的方案GT868目前處在專利審核階段。
同時在7月份，匯頂還會發(fā)布最新產品GT9xx系列，將支持one glass與LCD全貼合，會更適用于one glass和G1F的應用。
大屏超極本等應用方面，我們會在7月份發(fā)布量產版GT9110，該方案單芯片可支持到13”，當然也保持我們一貫堅持的10點觸控功能。在MID/平板電腦上，匯頂主要分成兩撥產品，分別面向cost down應用和高端應用。GT811目前是大部分客戶所使用，主要針對千元以下的MID市場；而我們的高端產品有GT827、GT8110等，除了檢測通道數(shù)較多外，最主要特點就是支持SITO w/o shielding，并已經量產驗證。支持SITO w/o shielding，其效果等同于one glass。
經過幾年的積累，匯頂目前的主要優(yōu)勢是COB的應用，到目前我們已經有了兩年的應用經驗，開展項目1,500多個，每條產品線均是統(tǒng)一軟件版本，以此來支持客戶的物料管理系統(tǒng)。
專利除了IC內部檢測電路的檢測和COB的應用方式外，主要申請的專利是ITO pattern圖案，因為ITO圖案基本代表了方案公司對電容檢測技術的理解深度。另外就是一些特別軟件算法處理上，如防水、基準更新等。
Synaptics：in cell已量產，TDDI引導另一革 命
受訪人：Synaptics手持業(yè)務部亞太區(qū)市場總監(jiān)顧東華
基于Synaptics觸控方案的SoL(sensor on lens)，oncell和incell觸控產品目前都已量產，并且Synaptics正在引導新的技術創(chuàng)新TDDI（Touch Display Driver Integration，觸控顯示驅動集成），這將會使得顯示驅動IC與觸控IC集成，省去獨立的IC，從而實現(xiàn)更優(yōu)化的性能并能降低觸控顯示的成本。其中，SOL于去年六月量產，而今年二月也宣布了incell方案ClearPad 3250的量產，已被知名品牌手機廠商采用。預計基于TDDI的產品亦將會于今年底量產。我們ClearPad 3250中專有的圖形專利，可以消除顯示噪音。由于省去了獨立的觸控傳感器層，incell可以實現(xiàn)更通透的顯示，所以還可以減小背光源而節(jié)能。3250中集成Synaptics 專利的SignalClarity技術，可以提升跟蹤精確度、具有手指獨立、和抗環(huán)境及電噪音的穩(wěn)定性。
在大屏方面，Synaptics是第一個宣布推出單顆觸控IC支持12寸大屏觸摸的公司，這可以支持平板以及MID應用。這個觸控IC可以同時支持安卓與Windos OS。ClearPad S7300就是這類產品中有競爭力的一款，它的單ASIC架構通過減小內部空間可以允許平板電腦實現(xiàn)更薄更輕的設計，并且降低功耗。
至目前為止，新思已出貨超過十億片觸控IC，同時，我們也是業(yè)內第一家touchpads, clickwheels, 多點觸控, in-cell和TDDI方案的提供商。
Atmel：推動超薄薄膜和柔性顯示技術商用
受訪人：愛特梅爾觸摸市場推廣總監(jiān)Binay Bajaj
2012年，對更薄的觸摸屏的需求將推動顯示屏結構發(fā)生改變，研發(fā)的焦點是覆蓋層觸摸(touch-on-lens) 等技術。在覆蓋層觸摸技術中，單層涂料在集成于LCD的一塊玻璃上提供x矩陣和y矩陣，而不是在安裝于LCD模塊頂部的玻璃面板上。這種結構類型的另一個方案是將觸摸屏傳感器集成在LCD濾色鏡上，稱為外掛式(on-cell)結構。
由于這些設計將電容式傳感器放在LCD電子裝置附近，因此噪聲問題比較嚴重。其中一個可行的解決方案是使用主動式矩陣有機發(fā)光二極管 (AMOLED) 顯示屏。雖然基于AMOLED的顯示屏比LCD更安靜，但是由于觸摸界面的電子與主動驅動顯示屏電路距離非常近，故也存在更高噪聲的風險。任何利用電子屏蔽的嘗試都只會增加內部反射，從而喪失AMOLED顯示屏所具有的高色彩飽和度。如果驅動器的設計未降低噪聲影響，噪聲便會破壞來自觸摸屏驅動器的讀數(shù)。
為此，愛特梅爾推出maXTouch S系列觸摸屏控制器。maXTouch S器件使用新一代噪聲消除技術，可以支持更小的外形尺寸、無屏蔽的覆蓋層傳感器設計(touch on lens)和外掛式傳感器設計(on cell)，以及超薄薄膜 (ultra-thin film) 傳感器設計。這種噪聲消除技術甚至能夠控制來自低成本充電器的噪聲，因而使用任何充電器均可實現(xiàn)完美的觸摸性能。這些先進的觸摸傳感器疊層的厚度比傳統(tǒng)的同類產品減小多達58%，可讓系統(tǒng)設計人員將最終產品的厚度減少1mm以上。此外，它們還具有減少產品重量的優(yōu)點，可在更長的使用期間實現(xiàn)令人更愉悅的體驗，并改進了底層顯示的光學清晰度和外觀亮度。
SlimSensor技術是maXTouch S系列的關鍵特性，是一項硬件和固件創(chuàng)新的突破性組合，能夠抑制來自任何類型顯示屏高達3.5V的顯示噪聲，包括ACVCOM LCD和噪聲較大的高像素密度顯示屏。更重要的是，這項技術不需要額外的偵聽通道、顯示屏時序同步或耗費時間調試，因此可以簡化設計過程。SlimSensor技術具有突破性的性能水平，并為系統(tǒng)設計人員提供了其它觸摸屏控制器所無法匹敵的簡易性。
除了以上提的Touch on lens, on cell技術外，Atmel在2012年4月推出針對柔性顯示的電容觸控IC——高度柔性薄膜傳感器XSense。XSense觸摸傳感器以專有的卷式 (roll-to-roll) 金屬網格技術為基礎，在2012年將為新一代更薄、更輕的無邊弧型觸摸產品提供突破性的性能。XSense 觸摸傳感器不僅能夠實現(xiàn)新一代智能手機和平板電腦，還能夠將觸控能力擴展到更廣泛的新型消費者產品和工業(yè)產品中。
大屏觸控方面，業(yè)界預期超極本的屏幕尺寸為13英寸；而在2012年，預期超極本的最大屏幕尺寸會達到15英寸。
愛特梅爾的觸摸解決方案支持最大15英寸的觸摸屏。例如，愛特梅爾在早前CES 2012展會上推出了maXTouch S系列觸摸屏控制器，可支持最大 (對角線) 17英寸的創(chuàng)新性直觀觸摸屏界面設計。使得這一系列產品中能夠實現(xiàn)更大尺寸觸摸屏的器件是mXT1664S，這是一款高節(jié)點密度單芯片32位解決方案，針對屏幕對角線尺寸為10.1英寸及以上的平板電腦產品，設計用于滿足Windows 8的要求。不過，當產品運行其它操作系統(tǒng)時，mXT1664S能夠支持對角線尺寸高達17英寸的觸摸屏。
當然，我們的更大的顯示屏尺寸的實現(xiàn)并不以犧牲性能為代價，maXTouch S系列集成了SlimSensor技術，使得系統(tǒng)設計人員可以使用先進的傳感器技術，如touch-on-lens，on-cell和ultra-thin film技術。愛特梅爾高度柔性觸摸傳感器也非常適合支持較大尺寸屏幕的應用，包括超級本、筆記本及一體機等等。
最近推出的XSense傳感器也將為新一代MID和平板電腦顯示器提供解決方案。XSense觸摸傳感器以專有的卷式 (roll-to-roll) 金屬網格技術為基礎，為現(xiàn)有觸摸傳感器提供高性能方案。OEM廠商能在此基礎上為MID和平板電腦，以及大量新的觸摸產品開發(fā)更大、更輕、更光滑的無邊弧形觸摸屏設計。
該器件通過支持手握和掌壓抑制，為用戶帶來使用不受限制的直觀的觸控使用體驗。能夠識別和跟蹤各個觸摸，并可將一系列內置的手勢報告給主機處理器。該器件具有高信噪比，能夠很好地處理指尖觸摸，并可使用導電式手寫筆。這一解決方案專為在嚴苛且變化迅速的環(huán)境而設計，由于只有觸摸屏區(qū)域對觸摸敏感，因此設計人員可以自由地將芯片放置在主板上或傳感器附近。
電容觸控筆走俏，主被動方案比較
在e人e本和三星Galaxy Note手寫筆功能熱俏的帶動下，去年開始電容觸控筆又成為市場上的熱門，大家都在尋找最有性價比的電容觸控筆方案。被動電容式、主動電容式以及電磁筆都有用戶采用，還有廠商準備推出直接鉛筆輸入的方案，省去特制筆的成本和麻煩。本刊特找來電容觸控專家進行討論，為大家提供最優(yōu)性價比的技術和產品。
敦泰科技市場副總裁白培霖：對于中小尺寸觸摸屏，包括Pad和手機，市場上存在多種觸摸筆技術，包括電容式，電阻式和電磁式。由于目前電容式觸摸屏已經處于主導地位，與電容式觸摸屏無法兼容的電阻式已經可以排除在主流之外。
電磁式優(yōu)勢在于性能好，但缺點也是非常明顯的，就是無法與電容式觸摸屏集成，需要兩張屏，造成成本的極大增加。目前的成本甚至高過電容式觸摸屏。而電容式觸摸筆，不管是被動式還是主動式，都在在電容式觸摸屏的基礎上開發(fā)的，僅僅增加極少的成本即可實現(xiàn)手寫功能。被動式電容觸摸筆由于筆頭大，精度差，一直沒有普及。但主動式電容觸摸筆則能解決這方面的問題。敦泰科技的主動式電容式觸摸筆方案，筆頭直徑為1mm，觸摸精度在±0.5mm。完全能滿足目前的書寫要求。敦泰科技的主動式電容筆方案，能實現(xiàn)手指和筆的同時觸摸，完全沒有相互的影響，給應用帶來極大的方便。
匯頂（Goodix）市場總監(jiān)陳偉：被動式應該還是會成為主流。“簡單易用”——這是任何產品的達爾文法則，相對于“主動式”電容筆需要關注是否還有電池的問題，被動式顯然更容易被消費者接受。想象一下，消費者隨便拿起一根普通的鉛筆，就可用來操作電子產品，這才是消費者所真正需要的東西。
而這一點目前已經確定是可以通過技術的革新實現(xiàn)的。我們目前內部的demo已經實現(xiàn)了，后續(xù)會應用在GT9系列上，也就是大約7月到8月份會推出。
愛特梅爾觸摸物料總監(jiān)Mariel van Tatenhove：由于主流觸摸技術的未來是投射電容式觸摸技術，因此如果手寫筆技術想成為主流，便必須能夠支持投射電容式觸摸。
愛特梅爾于2011年年底推出maXStylus，提供這種類型的手寫筆輸入。不過，maXStylus器件的關鍵客戶優(yōu)勢是僅僅需要單一傳感器。傳統(tǒng)的解決方案需要兩個獨立的傳感器來實現(xiàn)手寫筆和手指觸摸兩種功能。采用Atmel maXStylus解決方案，OEM廠商可以使用一個傳感器來同時執(zhí)行手寫筆和手指觸摸，從而簡化系統(tǒng)設計，并降低總體系統(tǒng)成本。這一產品系列還縮短了利用獲獎的maXTouch技術在設計中增添觸摸和手寫筆功能的總體上市時間。
maXStylus系列設計用于使用纖細的1mm筆尖，提供最精確的高分辨率書寫，并具有出色的精度和±0.25mm的線性度、先進的手勢動作、出色的掌壓抑制和帶有256個壓力等級的壓力感應能力，以增強書寫或拖放體驗。maXStylus系列還支持雙機械按鍵，實現(xiàn)為終端客戶量身定做的可定制特性。Atmel mXTS100是該系列中的首款解決方案樣品，能夠與maXTouch E系列及未來的maXTouch解決方案無縫集成。
maXStylus系列通過提供同時觸摸和手寫筆功能，實現(xiàn)了無與倫比的人機界面。這種特點被稱為多重感測 (multiSense) 功能，可以實現(xiàn)先進的手勢檢測，例如縮放同時進行書寫和滾動；翻頁同時滾動；以及選擇觸摸屏工具或內容。
此外，maXStylus系列還利用了愛特梅爾的生態(tài)系統(tǒng)和軟件合作伙伴。例如，愛特梅爾與微軟的合作工程伙伴關系，使得mXTS100可支持Windows 8，以及來自谷歌領導的開放手機聯(lián)盟(Open Handset Alliance) 的Android 4.0 OS (稱為Ice Cream Sandwich)。
