[導讀]自電容感應技術對下世代In-cell觸控方案的發(fā)展重要性大增。為壓低量產成本并提高良率，除觸控面板廠積極研發(fā)整合感應層與驅動層的單層自電容In-cell多點觸控方案外，觸控IC業(yè)者也加緊補強自電容感應功能，并打造可同
自電容感應技術對下世代In-cell觸控方案的發(fā)展重要性大增。為壓低量產成本并提高良率，除觸控面板廠積極研發(fā)整合感應層與驅動層的單層自電容In-cell多點觸控方案外，觸控IC業(yè)者也加緊補強自電容感應功能，并打造可同時支援自/互電容感應的整合型方案。
自iPhone 5掀起內嵌式(In-cell)觸控發(fā)展風潮至今，礙于技術成本高、良率不佳，以及觸控IC開發(fā)困難等因素，In-cell一直局限于高階產品應用；所以相關面板廠及晶片商均致力改良In-cell感應層(Rx)結構及控制晶片，并克服In-cell觸控嚴重雜訊問題與實現多點觸控，以達成較佳的量產投資效益，加速切入中低階智慧型手機。
現階段，晶片業(yè)者已鎖定可同時支援自電容與互電容感應的In-cell觸控方案，全面提升晶片訊噪比(SNR)、差動訊號分析功能，包括賽普拉斯(Cypress)、義隆電子皆已整合兩種電容偵測技術，開發(fā)新款觸控IC；至于其他晶片商也開始補強自電容矽智財(IP)陣容，加緊腳步跟進。
兼?zhèn)渥?互電容感應觸控IC減輕面板雜訊
圖1 賽普拉斯TrueTouch行銷總監(jiān)John Carey表示，賽普拉斯除已在In-cell觸控市場搶占一席之地外，近期在OGS領域的發(fā)展也大有斬獲。
賽普拉斯TrueTouch行銷總監(jiān)John Carey(圖1)表示，In-cell觸控感應層相當接近液晶顯示器(LCD)訊號源，同時也會受到電源雜訊干擾，目前最大的技術挑戰(zhàn)在于如何精確量測訊號；因此，觸控IC必須擴增運算及感測能力，同時還要加強與LCD驅動IC的通訊與分時處理機制，才能讓In-cell同時兼顧輕薄設計與優(yōu)異的觸控使用體驗。
基于上述考量，觸控IC廠紛紛補強晶片自電容感應功能，以擷取更多In-cell觸控感應層訊號，再透過分析過濾雜訊，提升觸控反應速度與精準度表現。不過，Carey強調，由于自電容技術還不能支援三指以上的多點觸控，須搭配互電容感應，因而掀起新一代觸控IC支援雙電容感應的設計風潮。
其中，賽普拉斯憑藉完整自電容、互電容IP陣容，已打造業(yè)界首款整合型觸控IC，其可自動切換兩種感應方式，再透過差動訊號分析功能，改善In-cell觸控面板充斥大量雜訊的弊病。Carey指出，該公司于2013年國際消費性電子展(CES)展出的最新觸控方案--TrueTouch Gen4X，其抗雜訊能力較前一代產品提升三倍，訊號更新率更高達100?120Hz，大幅超越業(yè)界60Hz的平均水準。
據悉，該產品已開始送樣，未來1?2個月內將導入量產。Carey透露，由于In-cell觸控對控制晶片的客制化程度大幅攀升，因此，賽普拉斯也積極與臺灣、中國大陸及日系面板大廠合作。另外，韓系面板廠也研擬與該公司共同推動In-cell觸控研發(fā)計劃。在一連串緊密合作之下，搭載Gen4X觸控IC的終端產品預計將于今年夏天出爐，搶進高階智慧型手機市場。
無獨有偶，義隆電子也于今年CES秀出自/互電容感應的多點觸控解決方案--Smart-Touchscreen。該產品鎖定小尺寸智慧型手機，采用數位訊號處理器(DSP)提高核心運算能力，并整合自電容和互電容感應的優(yōu)勢加強雜訊免疫能力，從而提供高準確度和線性度；此外，其支援單層透明導電膜(ITO)觸控面板方案，并提供最高十指多點觸控及2毫米(mm)觸控筆，性價比表現出色。
至于新思國際(Synaptics)、敦泰科技等觸控IC廠則加快腳步研發(fā)自電容設計，近期已相繼揭露技術進展與產品計劃，可望在未來跟進發(fā)布自/互電容雙感應產品。Carey強調，短期內，觸控面板廠要開發(fā)具多點觸控、高抗雜訊能力的In-cell產品，導入自/互電容整合型控制晶片將是一條捷徑，遂激勵IC廠大舉投入研發(fā)。
除增強電容感測能力外，In-cell觸控IC也須與LCD驅動IC協同運作，才能減低互相影響的風險。現階段業(yè)界大致分成兩大技術陣營，首先系新思國際力拱的模式，亦即將觸控IC與LCD驅動IC整合成系統(tǒng)單晶片(SoC)；其次是透過顯示器驅動介面(DDI)，讓觸控IC與LCD驅動IC進行溝通的設計方案。
Carey分析，In-cell觸控面板各家技術迥異；若搭配第一種整合方案，雖能強化客制化程度，但也缺乏設計彈性，要提升晶片的近接感測(Proximity Sensing)、雜訊分析，或增加懸浮觸控、防水等新功能相對困難；至于第二種分離式方案則能因應不同LCD驅動需求，進一步更改DDI設計，支援多樣化功能設計與In-cell觸控面板架構，故為賽普拉斯及多數觸控IC廠采用。
不僅In-cell觸控IC出現重大技術突破，在感應層設計方面也大有進展。近來，供應鏈業(yè)者正醞釀以單層自電容取代既有雙層互電容感應技術，包括蘋果(Apple)、三星(Samsung)、臺/日系面板廠及一線觸控IC大廠均啟動專利布局，并投入開發(fā)新一代觸控IC、LCD驅動IC，從而改良In-cell感應層設計結構，并提升面板良率、降低成本和雜訊。
邁向In-cell終極目標面板廠強攻單層自電容
圖2 發(fā)明元素總經理李祥宇認為，對面板廠而言，自電容In-cell結構的制程復雜性較低，只要有相應的觸控IC問世，就能順利展開量產。
發(fā)明元素總經理李祥宇(圖2)表示，In-cell觸控無疑為行動裝置輕薄設計帶來更多想像空間，但直接在LCD內同時導入觸控感應層與驅動層(Tx)，將引發(fā)大量雜訊，增加面板及觸控IC設計難度；所以該技術仍受限于制程良率低、成本高等問題，而無法快速普及。
此即驅動觸控面板廠及觸控IC業(yè)者各自聯合陣線，積極發(fā)展更具量產效益的下世代In-cell觸控技術。
李祥宇指出，目前業(yè)界已有共識，相繼舍棄以偵測感應層和驅動層間互電容變化的In-cell設計，轉攻在感應層中直接導入Vcom電極線的單層自電容感應方式，一方面讓觸控面板廠省略隔離感測與驅動層的金屬跨橋制作工序、提高制程良率，同時降低20?30%成本；另一方面則解決兩層距離太近而引發(fā)相互電容干擾問題，改善觸控反應速度和靈敏度。
其實，自電容技術已行之有年，但以往僅能收集觸控面板的水平或垂直面觸控訊號，支援單指或雙指觸控功能，且容易產生假性觸控(鬼點)問題；所以在多點觸控功能發(fā)展浪潮下，不敵可精確感測到水平和垂直面交叉點的互電容方案而乏人問津。惟進入In-cell時代后，互電容的雜訊問題卻更令人頭痛，因此業(yè)界才又轉向發(fā)展自電容多點觸控，期進一步打造下世代In-cell觸控面板。 [!--empirenews.page--]
現階段，除三星最積極投入以外，多半In-cell觸控面板廠也都有涉獵專利研究；而觸控晶片或IP開發(fā)商，更是全力部署相關觸控IC解決方案。李祥宇認為，整個產業(yè)鏈開始聚焦自電容運作架構，顯見該技術在In-cell應用領域極具前瞻性。
不過，以自電容感應層提供觸控訊號產生、擷取與驅動功能，初期面板廠須加厚ITO層，并增加水平與垂直面的金屬導線數，還要嚴格要求觸控IC效能、訊噪比及韌體功能規(guī)格，才能解決多點訊號感測與高電阻難題，勢將加重材料成本及影響面板透光度。此外，LCD驅動IC也須具備分時處理機制，并擴充緩沖記憶體(Buffer)容量，才能同步處理In-cell觸控與LCD訊號。
李祥宇不諱言，單層自電容In-cell觸控技術門檻極高，仍須一段很長的時間發(fā)展。也因此，混合式On-cell與In-cell貼合方案遂開始獲得業(yè)界關注，如索尼率先將感應層做在上玻璃上方，并于LCD內導入驅動層的混合式In-cell結構(圖3)。由于兩層距離遠相互干擾較少，故能減輕觸控IC開發(fā)難度；目前面板量產良率亦已高達八至九成，成本下滑速度快，已吸引友達、群創(chuàng)全速跟進研發(fā)，壯大技術發(fā)展聲勢。
圖3 索尼利用混合式In-cell貼合技術，于2013年CES推出最新旗艦手機，螢幕薄化效果顯著。圖片來源：索尼
自iPhone 5掀起內嵌式(In-cell)觸控發(fā)展風潮至今，礙于技術成本高、良率不佳，以及觸控IC開發(fā)困難等因素，In-cell一直局限于高階產品應用；所以相關面板廠及晶片商均致力改良In-cell感應層(Rx)結構及控制晶片，并克服In-cell觸控嚴重雜訊問題與實現多點觸控，以達成較佳的量產投資效益，加速切入中低階智慧型手機。
現階段，晶片業(yè)者已鎖定可同時支援自電容與互電容感應的In-cell觸控方案，全面提升晶片訊噪比(SNR)、差動訊號分析功能，包括賽普拉斯(Cypress)、義隆電子皆已整合兩種電容偵測技術，開發(fā)新款觸控IC；至于其他晶片商也開始補強自電容矽智財(IP)陣容，加緊腳步跟進。
兼?zhèn)渥?互電容感應觸控IC減輕面板雜訊
圖1 賽普拉斯TrueTouch行銷總監(jiān)John Carey表示，賽普拉斯除已在In-cell觸控市場搶占一席之地外，近期在OGS領域的發(fā)展也大有斬獲。
賽普拉斯TrueTouch行銷總監(jiān)John Carey(圖1)表示，In-cell觸控感應層相當接近液晶顯示器(LCD)訊號源，同時也會受到電源雜訊干擾，目前最大的技術挑戰(zhàn)在于如何精確量測訊號；因此，觸控IC必須擴增運算及感測能力，同時還要加強與LCD驅動IC的通訊與分時處理機制，才能讓In-cell同時兼顧輕薄設計與優(yōu)異的觸控使用體驗。
基于上述考量，觸控IC廠紛紛補強晶片自電容感應功能，以擷取更多In-cell觸控感應層訊號，再透過分析過濾雜訊，提升觸控反應速度與精準度表現。不過，Carey強調，由于自電容技術還不能支援三指以上的多點觸控，須搭配互電容感應，因而掀起新一代觸控IC支援雙電容感應的設計風潮。
其中，賽普拉斯憑藉完整自電容、互電容IP陣容，已打造業(yè)界首款整合型觸控IC，其可自動切換兩種感應方式，再透過差動訊號分析功能，改善In-cell觸控面板充斥大量雜訊的弊病。Carey指出，該公司于2013年國際消費性電子展(CES)展出的最新觸控方案--TrueTouch Gen4X，其抗雜訊能力較前一代產品提升三倍，訊號更新率更高達100?120Hz，大幅超越業(yè)界60Hz的平均水準。
據悉，該產品已開始送樣，未來1?2個月內將導入量產。Carey透露，由于In-cell觸控對控制晶片的客制化程度大幅攀升，因此，賽普拉斯也積極與臺灣、中國大陸及日系面板大廠合作。另外，韓系面板廠也研擬與該公司共同推動In-cell觸控研發(fā)計劃。在一連串緊密合作之下，搭載Gen4X觸控IC的終端產品預計將于今年夏天出爐，搶進高階智慧型手機市場。
無獨有偶，義隆電子也于今年CES秀出自/互電容感應的多點觸控解決方案--Smart-Touchscreen。該產品鎖定小尺寸智慧型手機，采用數位訊號處理器(DSP)提高核心運算能力，并整合自電容和互電容感應的優(yōu)勢加強雜訊免疫能力，從而提供高準確度和線性度；此外，其支援單層透明導電膜(ITO)觸控面板方案，并提供最高十指多點觸控及2毫米(mm)觸控筆，性價比表現出色。
至于新思國際(Synaptics)、敦泰科技等觸控IC廠則加快腳步研發(fā)自電容設計，近期已相繼揭露技術進展與產品計劃，可望在未來跟進發(fā)布自/互電容雙感應產品。Carey強調，短期內，觸控面板廠要開發(fā)具多點觸控、高抗雜訊能力的In-cell產品，導入自/互電容整合型控制晶片將是一條捷徑，遂激勵IC廠大舉投入研發(fā)。
除增強電容感測能力外，In-cell觸控IC也須與LCD驅動IC協同運作，才能減低互相影響的風險。現階段業(yè)界大致分成兩大技術陣營，首先系新思國際力拱的模式，亦即將觸控IC與LCD驅動IC整合成系統(tǒng)單晶片(SoC)；其次是透過顯示器驅動介面(DDI)，讓觸控IC與LCD驅動IC進行溝通的設計方案。
Carey分析，In-cell觸控面板各家技術迥異；若搭配第一種整合方案，雖能強化客制化程度，但也缺乏設計彈性，要提升晶片的近接感測(Proximity Sensing)、雜訊分析，或增加懸浮觸控、防水等新功能相對困難；至于第二種分離式方案則能因應不同LCD驅動需求，進一步更改DDI設計，支援多樣化功能設計與In-cell觸控面板架構，故為賽普拉斯及多數觸控IC廠采用。
不僅In-cell觸控IC出現重大技術突破，在感應層設計方面也大有進展。近來，供應鏈業(yè)者正醞釀以單層自電容取代既有雙層互電容感應技術，包括蘋果(Apple)、三星(Samsung)、臺/日系面板廠及一線觸控IC大廠均啟動專利布局，并投入開發(fā)新一代觸控IC、LCD驅動IC，從而改良In-cell感應層設計結構，并提升面板良率、降低成本和雜訊。
邁向In-cell終極目標面板廠強攻單層自電容
圖2 發(fā)明元素總經理李祥宇認為，對面板廠而言，自電容In-cell結構的制程復雜性較低，只要有相應的觸控IC問世，就能順利展開量產。
發(fā)明元素總經理李祥宇(圖2)表示，In-cell觸控無疑為行動裝置輕薄設計帶來更多想像空間，但直接在LCD內同時導入觸控感應層與驅動層(Tx)，將引發(fā)大量雜訊，增加面板及觸控IC設計難度；所以該技術仍受限于制程良率低、成本高等問題，而無法快速普及。
此即驅動觸控面板廠及觸控IC業(yè)者各自聯合陣線，積極發(fā)展更具量產效益的下世代In-cell觸控技術。
李祥宇指出，目前業(yè)界已有共識，相繼舍棄以偵測感應層和驅動層間互電容變化的In-cell設計，轉攻在感應層中直接導入Vcom電極線的單層自電容感應方式，一方面讓觸控面板廠省略隔離感測與驅動層的金屬跨橋制作工序、提高制程良率，同時降低20?30%成本；另一方面則解決兩層距離太近而引發(fā)相互電容干擾問題，改善觸控反應速度和靈敏度。
其實，自電容技術已行之有年，但以往僅能收集觸控面板的水平或垂直面觸控訊號，支援單指或雙指觸控功能，且容易產生假性觸控(鬼點)問題；所以在多點觸控功能發(fā)展浪潮下，不敵可精確感測到水平和垂直面交叉點的互電容方案而乏人問津。惟進入In-cell時代后，互電容的雜訊問題卻更令人頭痛，因此業(yè)界才又轉向發(fā)展自電容多點觸控，期進一步打造下世代In-cell觸控面板。 [!--empirenews.page--]
現階段，除三星最積極投入以外，多半In-cell觸控面板廠也都有涉獵專利研究；而觸控晶片或IP開發(fā)商，更是全力部署相關觸控IC解決方案。李祥宇認為，整個產業(yè)鏈開始聚焦自電容運作架構，顯見該技術在In-cell應用領域極具前瞻性。
不過，以自電容感應層提供觸控訊號產生、擷取與驅動功能，初期面板廠須加厚ITO層，并增加水平與垂直面的金屬導線數，還要嚴格要求觸控IC效能、訊噪比及韌體功能規(guī)格，才能解決多點訊號感測與高電阻難題，勢將加重材料成本及影響面板透光度。此外，LCD驅動IC也須具備分時處理機制，并擴充緩沖記憶體(Buffer)容量，才能同步處理In-cell觸控與LCD訊號。
李祥宇不諱言，單層自電容In-cell觸控技術門檻極高，仍須一段很長的時間發(fā)展。也因此，混合式On-cell與In-cell貼合方案遂開始獲得業(yè)界關注，如索尼率先將感應層做在上玻璃上方，并于LCD內導入驅動層的混合式In-cell結構(圖3)。由于兩層距離遠相互干擾較少，故能減輕觸控IC開發(fā)難度；目前面板量產良率亦已高達八至九成，成本下滑速度快，已吸引友達、群創(chuàng)全速跟進研發(fā)，壯大技術發(fā)展聲勢。
圖3 索尼利用混合式In-cell貼合技術，于2013年CES推出最新旗艦手機，螢幕薄化效果顯著。圖片來源：索尼
下載文檔
