新一代触控显示技术的商用前景预测

时间：2012年5月22日 来源：互联网 关键词：触控显示 显示技术 电子电器

　　2012年是中国智能手机的爆发年，本刊预计今年中国手机厂商设计与制造的智能手机出货量将可望突破2亿只，而这些智能手机无疑全部都需要采用电容触控屏。除智能手机外，平板电脑市场对于5-10寸触控屏的需求也是急增，预计今年中国平板电脑的出货量可能超过5000万台。而英特尔于四月展开强烈攻势的Ultrabook也会推荐采用触控屏，这又是触控屏市场另一个巨大的金矿。更重要的是，伴随着手机向超薄，大屏发展，以及平板和超极本对触控屏的需求，今年触控显示技术正在发生快速演进，孕育多年的新型触控显示技术包括Touch on lens(也有称为One Glass)，互容式单层多点触控，On cell/in cell，以及柔性显示等技术都会在今年开始商用面市，而对于iphone5将采用in cell的期待，无疑这个市场变得异常精彩而刺激。　　面对这一巨大的触控IC市场，除了早先的几个欧美玩家比如Synatics，Atmel，Cypress，ST和义隆外，更多的本土公司已参与进来，而这些本土公司又分为去年已打出江山的敦泰、汇顶(MTK入股)，和今年准备杀入市场的思立微电子(格科微投资子公司)、北京集创、上海艾为电子等等新生军。当然，还有台湾双雄“M”——MTK与Mstar，也已进入电容触控IC市场，Mstar新推出的单层ITO多点触控已大批量产，具说可以使TP模组成本比多层ITO的方案降低2美元。这些公司从不同的角度推动着触控显示技术与市场的发展。下面，电子工程专辑独家采访了一些主流的公司，看看他们在这些新技术上的最新进展，以及他们对于目前多种新一代触控显示技术的商用前景预测。　　受访人：敦泰科技市场副总裁白培霖　　目前新一代的显示触控技术包括OGS(one glass，也称touch on lens)，单层互电容式和incell/oncell等等。对于OGS而言，目前仍然有一些困难，比如强度和加工成本。普通双片式电容触摸屏，由于Lens和sensor分开，Lens是先切割，钻孔，打磨，然后再做强化。这些工艺流程已经非常成熟。而OGS是Lens与sensor集成在一起。通常是先强化，然后镀膜，蚀刻，最后切割。在强化玻璃上切割是非常麻烦的，成本高，良率低，并且造成玻璃边沿形成一些毛细裂缝，这些裂缝降低了玻璃的强度。业内也有一些解决办法，比如先切割，再强化，后镀膜蚀刻，但这种办法效率极低，量产成本极高。所以一般采取的办法是降低强化深度，从而降低切割难度，在切割后再做二次强化来提高强度。但这样做OGS的强度也仅仅达到正常强化玻璃的50%~60%。康宁最新出了一种玻璃，这种玻璃做成OGS后还能达到正常强化玻璃的70%~80%，已经满足业内的要求。　　单层ITO互电容技术，是目前各家公司研究的重点。目前的主要困难在pattern和高阻抗。各家公司都在努力解决这些问题。市场预计，iPhone5将采用incell技术。Incell/oncell一下成为了目前最热门的讨论话题。由于oncell并没有带来明显的减薄和成本优势，市场都还没有形成，在incell的火爆人气前就已经式微了。Incell之前鲜有人提起，主要是技术非常困难。主要表现在怎么集成电容感应sensor，怎么解决显示部分和触摸部分的相互影响，怎么降低电容式触摸sensor的负载，怎么在复杂的工艺流程上实现足够高的良率等等。如果iPhone 5真的采用incell，则说明这些技术已经得到较为完善的解决。　　柔性显示技术是业内非常前沿的技术，各大公司和研究机构在研究。针对这些新型显示技术，敦泰科技有不同的策略。由于OGS是单层结构，没有屏蔽层，非常容易受到干扰。敦泰科技的电容式触摸屏控制器以抗干扰能力强著称，特别是最新推出FT5216，FT5316，FT5506，FT5606，FT5816等IC，集成了最新的抗噪声技术，完全能应对这些噪声。采用FT5816作为控制器的 10.1" OGS触摸屏pad，预计将于5月底上市。此外，敦泰科技有一支阵容强大的研发队伍。在单层互电容的pattern设计和应对高通道阻抗方面的研究已经取得显著进展。　　在大屏触控方面，敦泰科技在2011年10月推出了针对7"~12"的触摸屏单芯片解决方案。其中FT5506主要针对7"，FT5606主要针对10 ~ 12"，FT5816主要针对12 ~ 14"。如果把芯片级联，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触摸屏就是采用敦泰科技的多芯片方案。FT5506、FT5816也用在了世界顶级客户的Pad上，其中FT5506已经开始design in，而采用FT5816的pad预计在5月底上市。无论是单芯片还是多芯片方案，都能基本符合Win8标准，给客户提供流畅的触摸体验。　　敦泰科技正在开发的FT5926，将单芯片支持到15.6"，完全符合Win8标准，预计将于2012年9月提供工程样片。届时，敦泰科技将实现对超级本单芯片全系列覆盖。敦泰科技在电容式触摸屏上深耕多年，有着深厚的技术积累。目前的专利覆盖屏体结构，屏体图案，电路实现，解调方式，信号处理算法等方面。已经申请的国际国内专利30多项。值得一提的是，敦泰是和国内厂商一起成长，一起迎接智能手机起飞元年(2012)。敦泰将研发中心放在深圳，重点放在大陆客户，以世界级的技术和产品，提供最本地化的服务。敦泰的研发技术团队，直接到第一线和我们的客户共同开发新产品。最明显的例子就是我们和客户一起开发新产品所需要的时间，经常是竞争对手，甚至国际大厂，的三分之一或更短。　　汇顶：支持OGS和GIF，优势在COB应用　　受访人：汇顶(Goodix)市场总监陈伟　　从我们目前得到的信息来看，今年One glass和G1F会投入商用阶段。而on cell/in cell由于牵涉到LCD的制程革新，LCD driver与TP driver之间技术的融合，暂时还不会那么快，顶多在国际tier one品牌先试验。目前One glass主要分两种做法：A：Sensor先强化->涂上ITO pattern->切割成片。这种做法边缘的强度会受损，且目前加工良率较低。B：玻璃切割完->单片强化->涂上ITO pattern。这种方式是逐片加工，效率太低。若采用模具组合，很难保证质量。在IC检测层面上，OGS所面临的挑战主要是来自LCD的干扰。因为少了传统G+G的屏蔽层，因此LCD工作时的干扰会直接影响TP检测。　　G1F的主要挑战在于IC检测技术，要在G1F上实现多点检测，如何设计ITO图案是最大的关键，因为要重塑电路检测模型，目前G1F的ITO pattern都是各家方案公司的专利。另外就是与one glass所面临的同样问题，来自LCD的干扰。除了TP模组制造上的革新，随着市场对电容触控的理解越来越深，产生了更多的应用需求，如one glass与LCD全贴合、更强的抗共模干扰能力、在互容的基础上支持“接近感应”功能。　　针对这些新型显示技术，汇顶的one glass方案和G1F均会在5月份发布。One glass方案依然采用现有IC支持，目前在做的就是细化对堆叠的指导。G1F的方案GT868目前处在专利审核阶段。同时在7月份，汇顶还会发布最新产品GT9xx系列，将支持one glass与LCD全贴合，会更适用于one glass和G1F的应用。大屏超极本等应用方面，我们会在7月份发布量产版GT9110，该方案单芯片可支持到13”，当然也保持我们一贯坚持的10点触控功能。在MID/平板电脑上，汇顶主要分成两拨产品，分别面向cost down应用和高端应用。GT811目前是大部分客户所使用，主要针对千元以下的MID市场;而我们的高端产品有GT827、GT8110等，除了检测通道数较多外，最主要特点就是支持SITO w/o shielding，并已经量产验证。支持SITO w/o shielding，其效果等同于one glass。　　经过几年的积累，汇顶目前的主要优势是COB的应用，到目前我们已经有了两年的应用经验，开展项目1,500多个，每条产品线均是统一软件版本，以此来支持客户的物料管理系统。专利除了IC内部检测电路的检测和COB的应用方式外，主要申请的专利是ITO pattern图案，因为ITO图案基本代表了方案公司对电容检测技术的理解深度。另外就是一些特别软件算法处理上，如防水、基准更新等。　　Synaptics：in cell已量产，TDDI引导另一革命　　受访人：Synaptics手持业务部亚太区市场总监顾东华　　基于Synaptics触控方案的SoL(sensor on lens)，oncell和incell触控产品目前都已量产，并且Synaptics正在引导新的技术创新TDDI(Touch Display Driver Integration，触控显示驱动集成)，这将会使得显示驱动IC与触控IC集成，省去独立的IC，从而实现更优化的性能并能降低触控显示的成本。其中，SOL于去年六月量产，而今年二月也宣布了incell方案ClearPad 3250的量产，已被知名品牌手机厂商采用。预计基于TDDI的产品亦将会于今年底量产。我们ClearPad 3250中专有的图形专利，可以消除显示噪音。由于省去了独立的触控传感器层，incell可以实现更通透的显示，所以还可以减小背光源而节能。3250中集成Synaptics 专利的SignalClarity技术，可以提升跟踪精确度、具有手指独立、和抗环境及电噪音的稳定性。　　在大屏方面，Synaptics是第一个宣布推出单颗触控IC支持12寸大屏触摸的公司，这可以支持平板以及MID应用。这个触控IC可以同时支持安卓与Windos OS。ClearPad S7300就是这类产品中有竞争力的一款，它的单ASIC架构通过减小内部空间可以允许平板电脑实现更薄更轻的设计，并且降低功耗。至目前为止，新思已出货超过十亿片触控IC，同时，我们也是业内第一家touchpads, clickwheels, 多点触控, in-cell和TDDI方案的提供商。　　Atmel：推动超薄薄膜和柔性显示技术商用　　受访人：爱特梅尔触摸市场推广总监Binay Bajaj　　爱特梅尔触摸物料总监Mariel van Tatenhove　　2012年，对更薄的触摸屏的需求将推动显示屏结构发生改变，研发的焦点是覆盖层触摸(touch-on-lens) 等技术。在覆盖层触摸技术中，单层涂料在集成于LCD的一块玻璃上提供x矩阵和y矩阵，而不是在安装于LCD模块顶部的玻璃面板上。这种结构类型的另一个方案是将触摸屏传感器集成在LCD滤色镜上，称为外挂式(on-cell)结构。　　由于这些设计将电容式传感器放在LCD电子装置附近，因此噪声问题比较严重。其中一个可行的解决方案是使用主动式矩阵有机发光二极管 (AMOLED) 显示屏。虽然基于AMOLED的显示屏比LCD更安静，但是由于触摸界面的电子与主动驱动显示屏电路距离非常近，故也存在更高噪声的风险。任何利用电子屏蔽的尝试都只会增加内部反射，从而丧失AMOLED显示屏所具有的高色彩饱和度。如果驱动器的设计未降低噪声影响，噪声便会破坏来自触摸屏驱动器的读数。　　为此，爱特梅尔推出maXTouch S系列触摸屏控制器。maXTouch S器件使用新一代噪声消除技术，可以支持更小的外形尺寸、无屏蔽的覆盖层传感器设计(touch on lens)和外挂式传感器设计(on cell)，以及超薄薄膜 (ultra-thin film) 传感器设计。这种噪声消除技术甚至能够控制来自低成本充电器的噪声，因而使用任何充电器均可实现完美的触摸性能。这些先进的触摸传感器叠层的厚度比传统的同类产品减小多达58%，可让系统设计人员将最终产品的厚度减少1mm以上。此外，它们还具有减少产品重量的优点，可在更长的使用期间实现令人更愉悦的体验，并改进了底层显示的光学清晰度和外观亮度。　　SlimSensor技术是maXTouch S系列的关键特性，是一项硬件和固件创新的突破性组合，能够抑制来自任何类型显示屏高达3.5V的显示噪声，包括ACVCOM LCD和噪声较大的高像素密度显示屏。更重要的是，这项技术不需要额外的侦听通道、显示屏时序同步或耗费时间调试，因此可以简化设计过程。SlimSensor技术具有突破性的性能水平，并为系统设计人员提供了其它触摸屏控制器所无法匹敌的简易性。　　除了以上提的Touch on lens, on cell技术外，Atmel在2012年4月推出针对柔性显示的电容触控IC——高度柔性薄膜传感器XSense。XSense触摸传感器以专有的卷式 (roll-to-roll) 金属网格技术为基础，在2012年将为新一代更薄、更轻的无边弧型触摸产品提供突破性的性能。XSense 触摸传感器不仅能够实现新一代智能手机和平板电脑，还能够将触控能力扩展到更广泛的新型消费者产品和工业产品中。　　大屏触控方面，业界预期超极本的屏幕尺寸为13英寸;而在2012年，预期超极本的最大屏幕尺寸会达到15英寸。爱特梅尔的触摸解决方案支持最大15英寸的触摸屏。例如，爱特梅尔在早前CES 2012展会上推出了maXTouch S系列触摸屏控制器，可支持最大 (对角线) 17英寸的创新性直观触摸屏界面设计。使得这一系列产品中能够实现更大尺寸触摸屏的器件是mXT1664S，这是一款高节点密度单芯片32位解决方案，针对屏幕对角线尺寸为10.1英寸及以上的平板电脑产品，设计用于满足Windows 8的要求。不过，当产品运行其它操作系统时，mXT1664S能够支持对角线尺寸高达17英寸的触摸屏。　　当然，我们的更大的显示屏尺寸的实现并不以牺牲性能为代价，maXTouch S系列集成了SlimSensor技术，使得系统设计人员可以使用先进的传感器技术，如touch-on-lens，on-cell和ultra-thin film技术。爱特梅尔高度柔性触摸传感器也非常适合支持较大尺寸屏幕的应用，包括超级本、笔记本及一体机等等。最近推出的XSense传感器也将为新一代MID和平板电脑显示器提供解决方案。XSense触摸传感器以专有的卷式 (roll-to-roll) 金属网格技术为基础，为现有触摸传感器提供高性能方案。OEM厂商能在此基础上为MID和平板电脑，以及大量新的触摸产品开发更大、更轻、更光滑的无边弧形触摸屏设计。　　该器件通过支持手握和掌压抑制，为用户带来使用不受限制的直观的触控使用体验。能够识别和跟踪各个触摸，并可将一系列内置的手势报告给主机处理器。该器件具有高信噪比，能够很好地处理指尖触摸，并可使用导电式手写笔。这一解决方案专为在严苛且变化迅速的环境而设计，由于只有触摸屏区域对触摸敏感，因此设计人员可以自由地将芯片放置在主板上或传感器附近。　　电容触控笔走俏，主被动方案比较　　在e人e本和三星Galaxy Note手写笔功能热俏的带动下，去年开始电容触控笔又成为市场上的热门，大家都在寻找最有性价比的电容触控笔方案。被动电容式、主动电容式以及电磁笔都有用户采用，还有厂商准备推出直接铅笔输入的方案，省去特制笔的成本和麻烦。本刊特找来电容触控专家进行讨论，为大家提供最优性价比的技术和产品。敦泰科技市场副总裁白培霖：对于中小尺寸触摸屏，包括Pad和手机，市场上存在多种触摸笔技术，包括电容式，电阻式和电磁式。由于目前电容式触摸屏已经处于主导地位，与电容式触摸屏无法兼容的电阻式已经可以排除在主流之外。　　电磁式优势在于性能好，但缺点也是非常明显的，就是无法与电容式触摸屏集成，需要两张屏，造成成本的极大增加。目前的成本甚至高过电容式触摸屏。而电容式触摸笔，不管是被动式还是主动式，都在在电容式触摸屏的基础上开发的，仅仅增加极少的成本即可实现手写功能。被动式电容触摸笔由于笔头大，精度差，一直没有普及。但主动式电容触摸笔则能解决这方面的问题。敦泰科技的主动式电容式触摸笔方案，笔头直径为1mm，触摸精度在±0.5mm。完全能满足目前的书写要求。敦泰科技的主动式电容笔方案，能实现手指和笔的同时触摸，完全没有相互的影响，给应用带来极大的方便。　　汇顶(Goodix)市场总监陈伟：被动式应该还是会成为主流。“简单易用”——这是任何产品的达尔文法则，相对于“主动式”电容笔需要关注是否还有电池的问题，被动式显然更容易被消费者接受。想象一下，消费者随便拿起一根普通的铅笔，就可用来操作电子产品，这才是消费者所真正需要的东西。　　而这一点目前已经确定是可以通过技术的革新实现的。我们目前内部的demo已经实现了，后续会应用在GT9系列上，也就是大约7月到8月份会推出。爱特梅尔触摸物料总监Mariel van Tatenhove：由于主流触摸技术的未来是投射电容式触摸技术，因此如果手写笔技术想成为主流，便必须能够支持投射电容式触摸。　　爱特梅尔于2011年年底推出maXStylus，提供这种类型的手写笔输入。不过，maXStylus器件的关键客户优势是仅仅需要单一传感器。传统的解决方案需要两个独立的传感器来实现手写笔和手指触摸两种功能。采用Atmel maXStylus解决方案，OEM厂商可以使用一个传感器来同时执行手写笔和手指触摸，从而简化系统设计，并降低总体系统成本。这一产品系列还缩短了利用获奖的maXTouch技术在设计中增添触摸和手写笔功能的总体上市时间。　　maXStylus系列设计用于使用纤细的1mm笔尖，提供最精确的高分辨率书写，并具有出色的精度和±0.25mm的线性度、先进的手势动作、出色的掌压抑制和带有256个压力等级的压力感应能力，以增强书写或拖放体验。maXStylus系列还支持双机械按键，实现为终端客户量身定做的可定制特性。Atmel mXTS100是该系列中的首款解决方案样品，能够与maXTouch E系列及未来的maXTouch解决方案无缝集成。maXStylus系列通过提供同时触摸和手写笔功能，实现了无与伦比的人机界面。这种特点被称为多重感测 (multiSense) 功能，可以实现先进的手势检测，例如缩放同时进行书写和滚动;翻页同时滚动;以及选择触摸屏工具或内容。　　此外，maXStylus系列还利用了爱特梅尔的生态系统和软件合作伙伴。例如，爱特梅尔与微软的合作工程伙伴关系，使得mXTS100可支持Windows 8，以及来自谷歌领导的开放手机联盟(Open Handset Alliance) 的Android 4.0 OS (称为Ice Cream Sandwich)。