兼备自/互电容感应，下一代In-cell触控方案核心技术详解

自iPhone 5掀起内嵌式(In-cell)触控发展风潮至今，碍于技术成本高、良率不佳，以及触控IC开发困难等因素，In-cell一直局限于高阶产品应用;所以相关面板厂及晶片商均致力改良In-cell感应层(Rx)结构及控制晶片，并克服In-cell触控严重杂讯问题与实现多点触控，以达成较佳的量产投资效益，加速切入中低阶智慧型手机。

自电容感应技术对下世代In-cell触控方案的发展重要性大增。为压低量产成本并提高良率，除触控面板厂积极研发整合感应层与驱动层的单层自电容In-cell多点触控方案外，触控IC业者也加紧补强自电容感应功能，并打造可同时支援自/互电容感应的整合型方案。

现阶段，晶片业者已锁定可同时支援自电容与互电容感应的In-cell触控方案，全面提升晶片讯噪比(SNR)、差动讯号分析功能，包括赛普拉斯(Cypress)、义隆电子皆已整合两种电容侦测技术，开发新款触控IC;至于其他晶片商也开始补强自电容矽智财(IP)阵容，加紧脚步跟进。

兼备自/互电容感应触控IC减轻面板杂讯

 

 

图1 赛普拉斯TrueTouch行销总监John Carey表示，赛普拉斯除已在In-cell触控市场抢占一席之地外，近期在OGS领域的发展也大有斩获。

赛普拉斯TrueTouch行销总监John Carey(图1)表示，In-cell触控感应层相当接近液晶显示器(LCD)讯号源，同时也会受到电源杂讯干扰，目前最大的技术挑战在于如何精确量测讯号;因此，触控IC必须扩增运算及感测能力，同时还要加强与LCD驱动IC的通讯与分时处理机制，才能让In-cell同时兼顾轻薄设计与优异的触控使用体验。

基于上述考量，触控IC厂纷纷补强晶片自电容感应功能，以撷取更多In-cell触控感应层讯号，再透过分析过滤杂讯，提升触控反应速度与精准度表现。不过，Carey强调，由于自电容技术还不能支援三指以上的多点触控，须搭配互电容感应，因而掀起新一代触控IC支援双电容感应的设计风潮。

其中，赛普拉斯凭借完整自电容、互电容IP阵容，已打造业界首款整合型触控IC，其可自动切换两种感应方式，再透过差动讯号分析功能，改善In-cell触控面板充斥大量杂讯的弊病。Carey指出，该公司于2013年国际消费性电子展(CES)展出的最新触控方案--TrueTouch Gen4X，其抗杂讯能力较前一代产品提升三倍，讯号更新率更高达100?120Hz，大幅超越业界60Hz的平均水准。

据悉，该产品已开始送样，未来1?2个月内将导入量产。Carey透露，由于In-cell触控对控制晶片的客制化程度大幅攀升，因此，赛普拉斯也积极与台湾、中国大陆及日系面板大厂合作。另外，韩系面板厂也研拟与该公司共同推动In-cell触控研发计画。在一连串紧密合作之下，搭载Gen4X触控IC的终端产品预计将于今年夏天出炉，抢进高阶智慧型手机市场。

无独有偶，义隆电子也于今年CES秀出自/互电容感应的多点触控解决方案--Smart-Touchscreen。该产品锁定小尺寸智慧型手机，采用数位讯号处理器(DSP)提高核心运算能力，并整合自电容和互电容感应的优势加强杂讯免疫能力，从而提供高准确度和线性度;此外，其支援单层透明导电膜(ITO)触控面板方案，并提供最高十指多点触控及2毫米(mm)触控笔，性价比表现出色。

至于新思国际(Synaptics)、敦泰科技等触控IC厂则加快脚步研发自电容设计，近期已相继揭露技术进展与产品计画，可望在未来跟进发布自/互电容双感应产品。Carey强调，短期内，触控面板厂要开发具多点触控、高抗杂讯能力的In-cell产品，导入自/互电容整合型控制晶片将是一条捷径，遂激励IC厂大举投入研发。

除增强电容感测能力外，In-cell触控IC也须与LCD驱动IC协同运作，才能减低互相影响的风险。现阶段业界大致分成两大技术阵营，首先系新思国际力拱的模式，亦即将触控IC与LCD驱动IC整合成系统单晶片(SoC);其次是透过显示器驱动介面(DDI)，让触控IC与LCD驱动IC进行沟通的设计方案。

Carey分析，In-cell触控面板各家技术迥异;若搭配第一种整合方案，虽能强化客制化程度，但也缺乏设计弹性，要提升晶片的近接感测(Proximity Sensing)、杂讯分析，或增加悬浮触控、防水等新功能相对困难;至于第二种分离式方案则能因应不同LCD驱动需求，进一步更改DDI设计，支援多样化功能设计与In-cell触控面板架构，故为赛普拉斯及多数触控IC厂采用。

不仅In-cell触控IC出现重大技术突破，在感应层设计方面也大有进展。近来，供应链业者正酝酿以单层自电容取代既有双层互电容感应技术，包括苹果(Apple)、三星(Samsung)、台/日系面板厂及一线触控IC大厂均启动专利布局，并投入开发新一代触控IC、LCD驱动IC，从而改良In-cell感应层设计结构，并提升面板良率、降低成本和杂讯。

迈向In-cell终极目标面板厂强攻单层自电容

 

 

图2 发明元素总经理李祥宇认为，对面板厂而言，自电容In-cell结构的制程复杂性较低，只要有相应的触控IC问世，就能顺利展开量产。

发明元素总经理李祥宇(图2)表示，In-cell触控无疑为行动装置轻薄设计带来更多想像空间，但直接在LCD内同时导入触控感应层与驱动层(Tx)，将引发大量杂讯，增加面板及触控IC设计难度;所以该技术仍受限于制程良率低、成本高等问题，而无法快速普及。

此即驱动触控面板厂及触控IC业者各自联合阵线，积极发展更具量产效益的下世代In-cell触控技术。

李祥宇指出，目前业界已有共识，相继舍弃以侦测感应层和驱动层间互电容变化的In-cell设计，转攻在感应层中直接导入Vcom电极线的单层自电容感应方式，一方面让触控面板厂省略隔离感测与驱动层的金属跨桥制作工序、提高制程良率，同时降低20?30%成本;另一方面则解决两层距离太近而引发相互电容干扰问题，改善触控反应速度和灵敏度。

其实，自电容技术已行之有年，但以往仅能收集触控面板的水平或垂直面触控讯号，支援单指或双指触控功能，且容易产生假性触控(鬼点)问题;所以在多点触控功能发展浪潮下，不敌可精确感测到水平和垂直面交叉点的互电容方案而乏人问津。惟进入In-cell时代后，互电容的杂讯问题却更令人头痛，因此业界才又转向发展自电容多点触控，期进一步打造下世代In-cell触控面板。

现阶段，除三星最积极投入以外，多半In-cell触控面板厂也都有涉猎专利研究;而触控晶片或IP开发商，更是全力部署相关触控IC解决方案。李祥宇认为，整个产业链开始聚焦自电容运作架构，显见该技术在In-cell应用领域极具前瞻性。

不过，以自电容感应层提供触控讯号产生、撷取与驱动功能，初期面板厂须加厚ITO层，并增加水平与垂直面的金属导线数，还要严格要求触控IC效能、讯噪比及韧体功能规格，才能解决多点讯号感测与高电阻难题，势将加重材料成本及影响面板透光度。此外，LCD驱动IC也须具备分时处理机制，并扩充缓冲记忆体(Buffer)容量，才能同步处理In-cell触控与LCD讯号。

李祥宇不讳言，单层自电容In-cell触控技术门槛极高，仍须一段很长的时间发展。也因此，混合式On-cell与In-cell贴合方案遂开始获得业界关注，如索尼率先将感应层做在上玻璃上方，并于LCD内导入驱动层的混合式In-cell结构(图3 )。由于两层距离远相互干扰较少，故能减轻触控IC开发难度;目前面板量产良率亦已高达八至九成，成本下滑速度快​​，已吸引友达、群创全速跟进研发，壮大技术发展声势。

 

 

图3 索尼利用混合式In-cell贴合技术，于2013年CES推出最新旗舰手机，萤幕薄化效果显著。