發布日期：2022-10-09 點擊率：34
世界上所有移動產品中最貴的組件要屬觸摸屏。全世界的產品開發人員在考慮為產品添加觸摸屏時都會畏縮。但是，哪里有需求和困惑，哪里就會有創新和機遇。全球的觸摸屏制造商正在研發新的、更有競爭力的工業設計方案，以便打造出質量更好、價格更便宜、集成度更高的觸摸屏。新的技術可以去除觸摸屏傳感器中的全部材料層;新的工藝和布局方式可以降低成本;新的技術集成可以避免觸摸屏系統分區。電容式觸摸屏正在不斷演進，對于產品開發經理或工程師來說，了解這些最新創新技術是當務之急，因為通過這些技術甚至可以開發出世界上性能最高、最便宜的觸摸屏產品。
首先，設計人員必須了解觸摸屏系統的基本結構，以便能夠理解技術變化如何重塑這一領域。觸摸屏系統中的關鍵組件包括保護玻璃板、傳感器、LCD和PCB。保護玻璃板是產品的外置組件，消費者在其上與屏幕進行互動。保護玻璃板可能僅作為防止劃痕和損壞的保護層，也可能作為觸摸感應系統的一部分。在大部分電容式觸摸系統中，觸摸屏的“傳感器”就位于保護玻璃板的下面。傳感器是一塊其上印有或沉積一個觸摸響應面的透明玻璃或亞克力板。傳感器通常與保護玻璃直接連在一起。這種傳感器由多個材料層組成，非常復雜，其中包括導電材料、透明粘合劑、玻璃或透明塑料。后面的章節將對這些材料疊層進行詳細講解。再有，最常見的結構是將傳感器放在圖形顯示器的上面，這樣面板的觸摸區就能覆蓋屏幕的可視區域。硬件系統的最后一個關鍵組件是觸摸控制器。在目前的系統中，觸摸控制器是一個小型的基于微控制器的芯片(如賽普拉斯的TrueTouch)，放置在觸摸傳感器和系統主控制器之間。該觸摸控制器從觸摸傳感器接收信息并將其轉換為系統主控制器能夠理解的信息。
上面對系統機構進行了基本講解，現在讓我們探討一下觸摸傳感器疊層的技術細節，因為這部分占據了觸摸屏系統的大部分成本。圖1是觸摸面板中多個不同導電材料層的分解圖。根據傳感器布局和材料的不同，存在多種涉及ITO層、薄膜或玻璃基板以及粘合劑(OCA：透明粘合劑)材料的不同組合。有了這些不同的組合方式，制造商就可以在厚度、成本、透明度、硬度、封邊寬度、前窗材料、重量和性能之間進行權衡。
當今的大部分觸摸傳感器都采用玻璃或亞克力板、隔離層、透明粘合劑以及銦錫氧化物(ITO)等多個材料層構建而成。ITO是一種類似陶瓷的材料，具有高導電性和出色的透明性。盡管ITO使用廣泛而且被證明是一種絕佳的觸摸屏材料，但是ITO的處理和制造仍然存在不足。使用ITO制造觸摸屏的主要不利因素是ITO比較昂貴，這種材料易碎而且笨重，其制造過程需要大量勞動力，成本不菲。圖2顯示了制造基于ITO的傳感器的典型工藝流程。ITO制造流程涉及多個步驟，其中包括：在玻璃上噴鍍ITO粉;將ITO加熱到熔點，形成導電層;采用光刻技術在導電層上蝕刻感應電路結構。流程中的每個步驟都會帶來材料成本，延長制造時間，降低良率，從而導致總體成本增加。
對于平板電腦和手機來說，傳感器厚度是一個主要的考慮因素。事實上，減少觸摸板層數的關鍵推動因素不僅僅是成本，還有厚度因素。保護玻璃板一般厚度為0.5至1.0mm;而典型的PMMA層比較輕，但是厚度通常達到1.0mm或者更高，這是因為PMMA是一種更加柔性的材料，需要確保其不會彎曲。第二層的傳感器玻璃基板通常厚度在0.2mm至0.7mm之間，而具有類似結構的PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)厚度僅為0.055mm。但是PET無法輕易通過橋接或跨接線(類似于ITO結構中的PCB層間連接孔)進行印刷，因此必須使用多層方案來取代更適合處理ITO蝕刻和橋接的玻璃基板方法。如需為PET增加多個額外制造步驟，必須考慮到材料成本、厚度和玻璃重量增加的問題。
移動產品的一個最新趨勢是直接將觸摸傳感器層壓到LCD。這樣可以消除層間的間隙，讓手機的外形更纖薄，而且用戶的手指距離實際的顯示屏更近。遺憾的是直接層壓傳感器在電氣方面存在很大的困難。大部分開發人員都沒有意識到LCD會釋放出大量的電氣噪聲。由于電容式觸摸傳感器要測量觸摸板電容信號的細微變化，而電容電場會受到LCD 開關噪聲的破壞。典型TFT LCD的共用電極受DC或AC電壓驅動。DC或AC電壓在LCD變換屏幕模式時會進行迅速轉換(甚至每個屏幕畫面變化都會改變噪聲特性)。因此，LCD開關噪聲可能表現為假的手指觸摸動作。為了應對LCD噪聲引起的錯誤信息，觸摸傳感器廠商有時會在傳感器和LCD之間加一個氣隙，用來驅散電氣傳遞噪聲。廠商還需要依靠更高級的觸摸控制器功能來消除或過濾掉電氣噪聲。
為了在控制噪聲注入，減少傳感器厚度，減輕手機重量，降低系統成本，以及改善用戶體驗這幾個方面進行平衡，制造商們為此開發出了多種不同的傳感器類型。圖3列出了一些最新的技術。
從圖3可以清楚看到市場上有很多不同的傳感器技術，每種都有自身的優勢。最近趨勢表明，廠商希望通過如下三種主要技術移除多層材料：(1)Sensor on Lens (G1M);(2)On-cell(外掛式觸控)技術;(3)In-cell(內嵌式觸控)技術。
Sensor on Lens(單層多點觸摸)：業內稱之為“One Glass”、“Direct Pattern Window”、“Sensor on Lens”或“G1M”(即1 Glass Layer, Multitouch)。在開發Sensor on Lens解決方案時， 首先通過化學處理方法對玻璃板進行強化;進行ITO沉積和蝕刻，然后將其切成小片用在產品中。 最后， 采用一種高級后處理技術來強化玻璃邊緣，以防止邊緣損壞。有些制造商在進行ITO 沉積之前先將大玻璃板切成小塊，對其進行化學強化，然后再應用ITO處理。制造低成本Sensor on Lens的一個主要難點是要能夠在單個ITO印刷層上獲得足夠的多點觸摸性能。例如，賽普拉斯的SLIM(單層獨立多點觸摸)技術是ITO構形與觸摸式控制器算法的一種獨特組合，只需單個ITO層，無需層間連接孔(橋接或跨接線)就能構建傳感器。這樣就能省略與光刻膠構形和去除有關的多個步驟，而且能消除包括玻璃、粘合劑和壓克力板在內的多個層。所有這些優勢成就了一種簡單的低成本、輕量級傳感器。事實上，由于工藝步驟的減少，這種方案可以將多點觸摸板的成本削減一半。
On Cell：有些公司正在追求另一種解決方案，即去掉整個上部傳感器層，將ITO發送與接收層直接內置到LCD中。這類技術被稱為外掛式觸控和內嵌式觸控。外掛式觸控的基本理念是去除整個的獨立傳感器開發過程。具體來說就是直接在LCD頂部偏振片層的下面對ITO感應層進行構形。LCD廠商將會直接把觸摸屏的發送和接收層布置到LCD玻璃基板內。由于很多玻璃傳感器的厚度介于1.0至1.5mm之間，因此這種技術可以顯著減少移動產品的厚度和重量。
In Cell：如果發送或接收層中的一個層在彩色濾光片下進行構形，那么業內將這種技術稱為內嵌式觸控。內嵌式觸控的理念是讓ITO的構形與LCD的VCOM層同時進行。這可以將觸摸感應通道深入推到LCD內部。這種技術的優勢是制造效率高，可去除傳感器的成本和制造步驟。然而，它的缺點是會給觸摸控制器帶來噪聲。因為ITO構形距離LCD中的電壓層太近，使得到達觸摸控制器的寄生電容可以比傳統傳感器結構高出很多倍。此外，LCD需要在VCOM的信號發射層上共享發送ITO線路，因此觸摸控制器必須在LCD未被驅動的時候執行掃描操作。這就需要對這些信號進行多路復用，并且會使觸摸掃描的時間變短。內嵌式觸控由于會增大噪聲干擾和掃描時間的復雜性，因此該技術尚處于發展階段。
移動電話和平板電腦市場不斷尋求更薄、更輕和更便宜的觸摸面板技術，而且探尋最佳解決方案的方法不下數十種。目前的領跑技術當屬Sensor on Lens(Single Layer Multitouch)、外掛式觸控和內嵌式觸控，它們能提供比較理想的結果。盡管如此，這些技術在運用到更主流的產品之前仍需克服一些明顯的商業和技術障礙。這要求顯示面板制造商、OEM廠商以及戰略采購機構之間通力合作，以經濟合理的方式簡化制造步驟。 同時，建立一個能夠意識到觸摸屏集成方面深入技術問題的設計社區，也是創建低成本產品和實現出色用戶體驗的重要一步。盡管出于成本和供應鏈約束的原因，很多設計人員不得不在觸摸技術革命中對很多產品持觀望態度，但是最近出現的一些創新技術能夠使觸摸面板變得更便宜、更輕、更薄，或許這些技術可以給一些最新的產品理念提供機會，將它們從白板設計理念變成消費者手中的產品。
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