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in-cell触控AMOLED突破!友达尝试将用于穿戴式手表

发布时间:2019-03-09

当前最普遍的In-cell触控传感器结构被用于自电容(Self-Sensing)In-cell TFT LCD上。其触控结构是利用LCD 特有的Vcom层、予以图案化,作为触控传感器线路。Vcom,这是一个混成词,“V”取自单词Voltage,另一部分取自单词Common,这个特殊词被当作是「共享电极(Common Electrode) 」的缩写。Vcom电极与像素电极搭配就可以驱动液晶做出所要偏转方式。


苹果企业虽然也部署了自己专有的In-cell触控传感结构,同时也利用了Vcom层,但是采用的是护电容原理。对苹果企业而言,其In-cell触控解决方案采用不同于自电容in-cell触控的线路设计,看起来比较象是许多Tx和Rx的交错,而不像自电容In-cell触控线路的区块设计。


在TFT LCD中,Vcom层被同时用于两项不同的驱动功能:一是用于显示屏TFT线路驱动,控制和反转液晶以使滤光片呈现正确的颜色;二是用于触控传感器驱动,被图案化成为触控传感器单元。正是这种双重功能的要求使显示屏在提供更高分辨率时遇到了挑战。因为更高的分辨率代表更多的信息传输,而处理显示数据需要更多的时间;但是由于一物不能同时间两用,所以显示与触控需要竞争时间资源。对面板厂来说,In-cell触控技术仍然是一种有吸引力的解决方案,诱人之处在于可以更整合于前段Array制程中,把TFT显示线路与触控线路同时间完成。


TFT LCD的主流内嵌式结构是In-cell触控,其中集成了触控传感器和TFT显示电路,而AMOLED的主流内嵌式技术则是On-cell触控,其触控传感器线路位于上方封装玻璃或是封装层上。而且,由于On-cell触控传感器线路与TFT基板相区隔,因此两者线路互不受影响。其结果就是,On-cell不会遇到In-cell触控中所出现的竞争时间资源的问题。On-cell的触控敏感度和性能通常也优于In-cell,这是因为它的传感器更接近手指。


然而,在智能手机中On-cell TFT LCD的出货量份额正在减少。在TFT LCD应用上,与自电容In-cell触控相比,On-cell触控需要对彩色滤光片进行额外的处理,因而增加了制造时间与制程上的协调问题。因此,TFT LCD面板厂更喜欢自电容In-cell触控,而不是On-cell触控。


从前绝无可能


自电容In-cell触控的作法在智能手机的AMOLED显示屏上还未出现,主要是多数的AMOLED面板厂当前的首要重点还是在致力于提高面板良率,而不是额外设计内嵌式触控线路导致总体良率受到影响。另外一个原因也是因为AMOLED并没有Vcom层可以利用。不过,这个情况目前已经有所改变。友达作为面板厂与芯片供应商瑞鼎正在尝试将自电容in-cell触控的线路整合到穿戴式所用的AMOLED显示屏上。


从结构上来看,自电容in-cell AMOLED的传感器是位在封装玻璃的下方,而on-cell AMOLED则是将传感器放在封装玻璃上方。另外,on-cell AMOLED采用的是互电容触控线路,但是友达的这种in-cell AMOLED采用的是自电容线路。由于没有Vcom层利用,自电容in-cell的线路必须是而外处理,也就是说封装玻璃需要先进行自电容in-cell 触控线路后,再对AMOLED元件进行封装。

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常见的on-cell触控线路采用互电容原理,而驱动电极(Tx)与感应电极(Rx)又必须位在同一平面上(封装玻璃上面),因此多利用架桥或跳接来达到共平面、但X-Y图案彼此绝缘的线路。至于在友达这个自电容in-cell做法中,切割的自电容感应方块没有架桥的问题,但是每一个方块所牵连的引线却有传导的问题。位于封装玻璃下面的自电容方块引线需要再设计传导线路,将之导引到下方的TFT基板上面,如此显示线路与触控线路就可以整合,并且由一颗TDDI(触控与显示驱动整合芯片)来汇流处理。


友达似乎已经在为其智能手表应用实现了大规模生产做准备,一些智能手表的制造商,像是Fibit,都表达了兴趣。然而,考虑到往更大的尺寸显示屏上实现时,就会遇到明显的挑战。对于智能手机应用来说,友达的In-cell触控仍然尚未完全就绪。智能手表受限于显示面积,并不需要很强的多点触控能力,但智能手机对显示屏的要求显然更高,更大的面积会产生更多的方块与引线需要处理,而处理时能否克服干扰等问题,都还需要时间改善与验证。


引线的处理是一个关键问题。互电容作法产生的引线是X加Y(通道数),但自电容作法产生的通道数是X乘Y。例如,一个6.0英寸的智能手机显示屏,采用互电容作法可能产生14+28条引线,而自电容作法将产生14乘28(392)条引线。如果引线太多,In-cell触控传感器结构很可能难以沿着屏边缘或穿过有效显示区域进行引线布局,工艺和可见性问题将变得更加复杂。因此,较小的智能手表显示屏比智能手机显示屏更适合采用目前自电容In-cell传感器结构。


自电容In-cell TFT LCD确实具有一定的优势,除了与Array制程端的整合度高以外,在成本上也是有利的,特别是已经使用于a-Si(非晶硅)的减光罩方案,无需增加光罩、或是仅增加一道,就可以同时处理TFT显示线路与in-cell触控线路。然而,自电容in-cell触控作法用在AMOLED上,成本未必是主要原因。毕竟,AMOLED并没有Vcom兼做触控线路,而且触控的区块图案化也不是与Array制程整合,反而还比较接近on-cell的制程。空间的节省才比较是这种自电容in-cell AMOLED采用的原因。可能节省的部件包含一个芯片、一条柔性印刷电路板(FPC)和其他一些被动源元件。当用于智能手表时,空间节省是极其宝贵的,尤其是对于圆形表面来说,这里的电路、出线可能比矩形更难处理。


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