世界上所有移動(dòng)產(chǎn)品中最貴的組件要屬觸摸屏。全世界的產(chǎn)品開發(fā)人員在考慮為產(chǎn)品添加觸摸屏?xí)r都會(huì)畏縮。但是，哪里有需求和困惑，哪里就會(huì)有創(chuàng)新和機(jī)遇。全球的觸摸屏制造商正在研發(fā)新的、更有競(jìng)爭(zhēng)力的工業(yè)設(shè)計(jì)方案，以便打造出質(zhì)量更好、價(jià)格更便宜、集成度更高的觸摸屏。新的技術(shù)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(shù)集成可以避免觸摸屏系統(tǒng)分區(qū)。電容式觸摸屏正在不斷演進(jìn)，對(duì)于產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)理或工程師來(lái)說(shuō)，了解這些最新創(chuàng)新技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急，因?yàn)橥ㄟ^(guò)這些技術(shù)甚至可以開發(fā)出世界上性能最高、最便宜的觸摸屏產(chǎn)品。
首先，設(shè)計(jì)人員必須了解觸摸屏系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，以便能夠理解技術(shù)變化如何重塑這一領(lǐng)域。觸摸屏系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件包括保護(hù)玻璃板、傳感器、LCD和PCB。保護(hù)玻璃板是產(chǎn)品的外置組件，消費(fèi)者在其上與屏幕進(jìn)行互動(dòng)。保護(hù)玻璃板可能僅作為防止劃痕和損壞的保護(hù)層，也可能作為觸摸感應(yīng)系統(tǒng)的一部分。在大部分電容式觸摸系統(tǒng)中，觸摸屏的“傳感器”就位于保護(hù)玻璃板的下面。傳感器是一塊其上印有或沉積一個(gè)觸摸響應(yīng)面的透明玻璃或亞克力板。傳感器通常與保護(hù)玻璃直接連在一起。這種傳感器由多個(gè)材料層組成，非常復(fù)雜，其中包括導(dǎo)電材料、透明粘合劑、玻璃或透明塑料。后面的章節(jié)將對(duì)這些材料疊層進(jìn)行詳細(xì)講解。再有，最常見的結(jié)構(gòu)是將傳感器放在圖形顯示器的上面，這樣面板的觸摸區(qū)就能覆蓋屏幕的可視區(qū)域。硬件系統(tǒng)的最后一個(gè)關(guān)鍵組件是觸摸控制器。在目前的系統(tǒng)中，觸摸控制器是一個(gè)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(tǒng)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(zhuǎn)換為系統(tǒng)主控制器能夠理解的信息。
上面對(duì)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了基本講解，現(xiàn)在讓我們探討一下觸摸傳感器疊層的技術(shù)細(xì)節(jié)，因?yàn)檫@部分占據(jù)了觸摸屏系統(tǒng)的大部分成本。圖1是觸摸面板中多個(gè)不同導(dǎo)電材料層的分解圖。根據(jù)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(jìn)行權(quán)衡?！ ?/p>
當(dāng)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(gè)材料層構(gòu)建而成。ITO是一種類似陶瓷的材料，具有高導(dǎo)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(guò)程需要大量勞動(dòng)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(gè)步驟，其中包括：在玻璃上噴鍍ITO粉;將ITO加熱到熔點(diǎn)，形成導(dǎo)電層;采用光刻技術(shù)在導(dǎo)電層上蝕刻感應(yīng)電路結(jié)構(gòu)。流程中的每個(gè)步驟都會(huì)帶來(lái)材料成本，延長(zhǎng)制造時(shí)間，降低良率，從而導(dǎo)致總體成本增加?！ ?/p>
對(duì)于平板電腦和手機(jī)來(lái)說(shuō)，傳感器厚度是一個(gè)主要的考慮因素。事實(shí)上，減少觸摸板層數(shù)的關(guān)鍵推動(dòng)因素不僅僅是成本，還有厚度因素。保護(hù)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(dá)到1.0mm或者更高，這是因?yàn)镻MMA是一種更加柔性的材料，需要確保其不會(huì)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(jié)構(gòu)的PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)厚度僅為0.055mm。但是PET無(wú)法輕易通過(guò)橋接或跨接線(類似于ITO結(jié)構(gòu)中的PCB層間連接孔)進(jìn)行印刷，因此必須使用多層方案來(lái)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(gè)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(wèn)題。
移動(dòng)產(chǎn)品的一個(gè)最新趨勢(shì)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(jī)的外形更纖薄，而且用戶的手指距離實(shí)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(fā)人員都沒有意識(shí)到LCD會(huì)釋放出大量的電氣噪聲。由于電容式觸摸傳感器要測(cè)量觸摸板電容信號(hào)的細(xì)微變化，而電容電場(chǎng)會(huì)受到LCD 開關(guān)噪聲的破壞。典型TFT LCD的共用電極受DC或AC電壓驅(qū)動(dòng)。DC或AC電壓在LCD變換屏幕模式時(shí)會(huì)進(jìn)行迅速轉(zhuǎn)換(甚至每個(gè)屏幕畫面變化都會(huì)改變?cè)肼曁匦?。因此，LCD開關(guān)噪聲可能表現(xiàn)為假的手指觸摸動(dòng)作。為了應(yīng)對(duì)LCD噪聲引起的錯(cuò)誤信息，觸摸傳感器廠商有時(shí)會(huì)在傳感器和LCD之間加一個(gè)氣隙，用來(lái)驅(qū)散電氣傳遞噪聲。廠商還需要依靠更高級(jí)的觸摸控制器功能來(lái)消除或過(guò)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(jī)重量，降低系統(tǒng)成本，以及改善用戶體驗(yàn)這幾個(gè)方面進(jìn)行平衡，制造商們?yōu)榇碎_發(fā)出了多種不同的傳感器類型。圖3列出了一些最新的技術(shù)?！ ?/p>
從圖3可以清楚看到市場(chǎng)上有很多不同的傳感器技術(shù)，每種都有自身的優(yōu)勢(shì)。最近趨勢(shì)表明，廠商希望通過(guò)如下三種主要技術(shù)移除多層材料：(1)Sensor on Lens (G1M);(2)On-cell(外掛式觸控)技術(shù);(3)In-cell(內(nèi)嵌式觸控)技術(shù)。
Sensor on Lens(單層多點(diǎn)觸摸)：業(yè)內(nèi)稱之為“One Glass”、“Direct Pattern Window”、“Sensor on Lens”或“G1M”(即1 Glass Layer, Multitouch)。在開發(fā)Sensor on Lens解決方案時(shí)， 首先通過(guò)化學(xué)處理方法對(duì)玻璃板進(jìn)行強(qiáng)化;進(jìn)行ITO沉積和蝕刻，然后將其切成小片用在產(chǎn)品中。 最后， 采用一種高級(jí)后處理技術(shù)來(lái)強(qiáng)化玻璃邊緣，以防止邊緣損壞。有些制造商在進(jìn)行ITO 沉積之前先將大玻璃板切成小塊，對(duì)其進(jìn)行化學(xué)強(qiáng)化，然后再應(yīng)用ITO處理。制造低成本Sensor on Lens的一個(gè)主要難點(diǎn)是要能夠在單個(gè)ITO印刷層上獲得足夠的多點(diǎn)觸摸性能。例如，賽普拉斯的SLIM(單層獨(dú)立多點(diǎn)觸摸)技術(shù)是ITO構(gòu)形與觸摸式控制器算法的一種獨(dú)特組合，只需單個(gè)ITO層，無(wú)需層間連接孔(橋接或跨接線)就能構(gòu)建傳感器。這樣就能省略與光刻膠構(gòu)形和去除有關(guān)的多個(gè)步驟，而且能消除包括玻璃、粘合劑和壓克力板在內(nèi)的多個(gè)層。所有這些優(yōu)勢(shì)成就了一種簡(jiǎn)單的低成本、輕量級(jí)傳感器。事實(shí)上，由于工藝步驟的減少，這種方案可以將多點(diǎn)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(gè)上部傳感器層，將ITO發(fā)送與接收層直接內(nèi)置到LCD中。這類技術(shù)被稱為外掛式觸控和內(nèi)嵌式觸控。外掛式觸控的基本理念是去除整個(gè)的獨(dú)立傳感器開發(fā)過(guò)程。具體來(lái)說(shuō)就是直接在LCD頂部偏振片層的下面對(duì)ITO感應(yīng)層進(jìn)行構(gòu)形。LCD廠商將會(huì)直接把觸摸屏的發(fā)送和接收層布置到LCD玻璃基板內(nèi)。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(shù)可以顯著減少移動(dòng)產(chǎn)品的厚度和重量。
In Cell：如果發(fā)送或接收層中的一個(gè)層在彩色濾光片下進(jìn)行構(gòu)形，那么業(yè)內(nèi)將這種技術(shù)稱為內(nèi)嵌式觸控。內(nèi)嵌式觸控的理念是讓ITO的構(gòu)形與LCD的VCOM層同時(shí)進(jìn)行。這可以將觸摸感應(yīng)通道深入推到LCD內(nèi)部。這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)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(diǎn)是會(huì)給觸摸控制器帶來(lái)噪聲。因?yàn)镮TO構(gòu)形距離LCD中的電壓層太近，使得到達(dá)觸摸控制器的寄生電容可以比傳統(tǒng)傳感器結(jié)構(gòu)高出很多倍。此外，LCD需要在VCOM的信號(hào)發(fā)射層上共享發(fā)送ITO線路，因此觸摸控制器必須在LCD未被驅(qū)動(dòng)的時(shí)候執(zhí)行掃描操作。這就需要對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行多路復(fù)用，并且會(huì)使觸摸掃描的時(shí)間變短。內(nèi)嵌式觸控由于會(huì)增大噪聲干擾和掃描時(shí)間的復(fù)雜性，因此該技術(shù)尚處于發(fā)展階段。
移動(dòng)電話和平板電腦市場(chǎng)不斷尋求更薄、更輕和更便宜的觸摸面板技術(shù)，而且探尋最佳解決方案的方法不下數(shù)十種。目前的領(lǐng)跑技術(shù)當(dāng)屬Sensor on Lens(Single Layer Multitouch)、外掛式觸控和內(nèi)嵌式觸控，它們能提供比較理想的結(jié)果。盡管如此，這些技術(shù)在運(yùn)用到更主流的產(chǎn)品之前仍需克服一些明顯的商業(yè)和技術(shù)障礙。這要求顯示面板制造商、OEM廠商以及戰(zhàn)略采購(gòu)機(jī)構(gòu)之間通力合作，以經(jīng)濟(jì)合理的方式簡(jiǎn)化制造步驟。 同時(shí)，建立一個(gè)能夠意識(shí)到觸摸屏集成方面深入技術(shù)問(wèn)題的設(shè)計(jì)社區(qū)，也是創(chuàng)建低成本產(chǎn)品和實(shí)現(xiàn)出色用戶體驗(yàn)的重要一步。盡管出于成本和供應(yīng)鏈約束的原因，很多設(shè)計(jì)人員不得不在觸摸技術(shù)革命中對(duì)很多產(chǎn)品持觀望態(tài)度，但是最近出現(xiàn)的一些創(chuàng)新技術(shù)能夠使觸摸面板變得更便宜、更輕、更薄，或許這些技術(shù)可以給一些最新的產(chǎn)品理念提供機(jī)會(huì)，將它們從白板設(shè)計(jì)理念變成消費(fèi)者手中的產(chǎn)品。
