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in-cell觸控AMOLED突破!友達嘗試將用于穿戴式手表

發布時間:2019-03-09

當前最普遍的In-cell觸控傳感器結構被用于自電容(Self-Sensing)In-cell TFT LCD上。其觸控結構是利用LCD 特有的Vcom層、予以圖案化,作為觸控傳感器線路。Vcom,這是一個混成詞,“V”取自單詞Voltage,另一部分取自單詞Common,這個特殊詞被當作是「共享電極(Common Electrode) 」的縮寫。Vcom電極與像素電極搭配就可以驅動液晶做出所要偏轉方式。


蘋果公司雖然也部署了自己專有的In-cell觸控傳感結構,同時也利用了Vcom層,但是采用的是護電容原理。對蘋果公司而言,其In-cell觸控解決方案采用不同于自電容in-cell觸控的線路設計,看起來比較象是許多Tx和Rx的交錯,而不像自電容In-cell觸控線路的區塊設計。


在TFT LCD中,Vcom層被同時用于兩項不同的驅動功能:一是用于顯示屏TFT線路驅動,控制和反轉液晶以使濾光片呈現正確的顏色;二是用于觸控傳感器驅動,被圖案化成為觸控傳感器單元。正是這種雙重功能的要求使顯示屏在提供更高分辨率時遇到了挑戰。因為更高的分辨率代表更多的信息傳輸,而處理顯示數據需要更多的時間;但是由于一物不能同時間兩用,所以顯示與觸控需要競爭時間資源。對面板廠來說,In-cell觸控技術仍然是一種有吸引力的解決方案,誘人之處在于可以更整合于前段Array制程中,把TFT顯示線路與觸控線路同時間完成。


TFT LCD的主流內嵌式結構是In-cell觸控,其中集成了觸控傳感器和TFT顯示電路,而AMOLED的主流內嵌式技術則是On-cell觸控,其觸控傳感器線路位于上方封裝玻璃或是封裝層上。而且,由于On-cell觸控傳感器線路與TFT基板相區隔,因此兩者線路互不受影響。其結果就是,On-cell不會遇到In-cell觸控中所出現的競爭時間資源的問題。On-cell的觸控敏感度和性能通常也優于In-cell,這是因為它的傳感器更接近手指。


然而,在智能手機中On-cell TFT LCD的出貨量份額正在減少。在TFT LCD應用上,與自電容In-cell觸控相比,On-cell觸控需要對彩色濾光片進行額外的處理,因而增加了制造時間與制程上的協調問題。因此,TFT LCD面板廠更喜歡自電容In-cell觸控,而不是On-cell觸控。


從前絕無可能


自電容In-cell觸控的作法在智能手機的AMOLED顯示屏上還未出現,主要是多數的AMOLED面板廠當前的首要重點還是在致力于提高面板良率,而不是額外設計內嵌式觸控線路導致總體良率受到影響。另外一個原因也是因為AMOLED并沒有Vcom層可以利用。不過,這個情況目前已經有所改變。友達作為面板廠與芯片供應商瑞鼎正在嘗試將自電容in-cell觸控的線路整合到穿戴式所用的AMOLED顯示屏上。


從結構上來看,自電容in-cell AMOLED的傳感器是位在封裝玻璃的下方,而on-cell AMOLED則是將傳感器放在封裝玻璃上方。另外,on-cell AMOLED采用的是互電容觸控線路,但是友達的這種in-cell AMOLED采用的是自電容線路。由于沒有Vcom層利用,自電容in-cell的線路必須是而外處理,也就是說封裝玻璃需要先進行自電容in-cell 觸控線路后,再對AMOLED元件進行封裝。

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常見的on-cell觸控線路采用互電容原理,而驅動電極(Tx)與感應電極(Rx)又必須位在同一平面上(封裝玻璃上面),因此多利用架橋或跳接來達到共平面、但X-Y圖案彼此絕緣的線路。至于在友達這個自電容in-cell做法中,切割的自電容感應方塊沒有架橋的問題,但是每一個方塊所牽連的引線卻有傳導的問題。位于封裝玻璃下面的自電容方塊引線需要再設計傳導線路,將之導引到下方的TFT基板上面,如此顯示線路與觸控線路就可以整合,并且由一顆TDDI(觸控與顯示驅動整合芯片)來匯流處理。


友達似乎已經在為其智能手表應用實現了大規模生產做準備,一些智能手表的制造商,像是Fibit,都表達了興趣。然而,考慮到往更大的尺寸顯示屏上實現時,就會遇到明顯的挑戰。對于智能手機應用來說,友達的In-cell觸控仍然尚未完全就緒。智能手表受限于顯示面積,并不需要很強的多點觸控能力,但智能手機對顯示屏的要求顯然更高,更大的面積會產生更多的方塊與引線需要處理,而處理時能否克服干擾等問題,都還需要時間改善與驗證。


引線的處理是一個關鍵問題。互電容作法產生的引線是X加Y(通道數),但自電容作法產生的通道數是X乘Y。例如,一個6.0英寸的智能手機顯示屏,采用互電容作法可能產生14+28條引線,而自電容作法將產生14乘28(392)條引線。如果引線太多,In-cell觸控傳感器結構很可能難以沿著屏邊緣或穿過有效顯示區域進行引線布局,工藝和可見性問題將變得更加復雜。因此,較小的智能手表顯示屏比智能手機顯示屏更適合采用目前自電容In-cell傳感器結構。


自電容In-cell TFT LCD確實具有一定的優勢,除了與Array制程端的整合度高以外,在成本上也是有利的,特別是已經使用于a-Si(非晶硅)的減光罩方案,無需增加光罩、或是僅增加一道,就可以同時處理TFT顯示線路與in-cell觸控線路。然而,自電容in-cell觸控作法用在AMOLED上,成本未必是主要原因。畢竟,AMOLED并沒有Vcom兼做觸控線路,而且觸控的區塊圖案化也不是與Array制程整合,反而還比較接近on-cell的制程。空間的節省才比較是這種自電容in-cell AMOLED采用的原因。可能節省的部件包含一個芯片、一條柔性印刷電路板(FPC)和其他一些被動源元件。當用于智能手表時,空間節省是極其寶貴的,尤其是對于圓形表面來說,這里的電路、出線可能比矩形更難處理。


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