集成觸控功能的智能手機(jī)顯示屏研究

敦棟梁

（上海交通大學(xué)，上海 200240）

集成觸控功能的智能手機(jī)顯示屏研究

敦棟梁

（上海交通大學(xué)，上海 200240）

文章對(duì)應(yīng)用于智能手機(jī)的集成式觸控技術(shù)原理、優(yōu)缺點(diǎn)、技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行介紹，給出了集成觸控的設(shè)計(jì)改善方法，提出了一種可以量化評(píng)估集成觸控信號(hào)量的仿真電路。

智能手機(jī)；液晶顯示；觸控技術(shù)In-cell

當(dāng)前大多數(shù)智能手機(jī)觸摸屏為外掛式，蘋(píng)果在Iphone5上首次使用了In-cell技術(shù)（將觸控功能集成到液晶面板內(nèi)部），In-cell技術(shù)具有更輕薄、低反射率、高精度、防水等優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)設(shè)計(jì)、制造復(fù)雜，更廣泛的應(yīng)用仍需加以研究。

1 集成觸控技術(shù)簡(jiǎn)介

如圖1所示，液晶模組示意如圖1（a）所示，液晶模組由背光源、液晶cell和驅(qū)動(dòng)IC組成。液晶模組的截面堆疊如圖1（b）所示，可以看到液晶盒的TFT玻璃上表面有一層公共透明電極，其作用是作為顯示電容的一個(gè)電極，上方依次是液晶，CF玻璃和高阻膜層，這幾層都是電介質(zhì)，并且公共電極是面狀分布，使其復(fù)用為觸控電極成為可能[1]。In-cell嵌入式觸控的電極分布如圖1（c）所示，液晶盒內(nèi)的公共電極分割成方形矩陣，每個(gè)方塊是一個(gè)觸控電極，觸控電極與觸控檢測(cè)IC相連。當(dāng)手指觸摸液晶屏表面時(shí)，觸控電極的負(fù)載電容發(fā)生變化，觸控IC通過(guò)檢測(cè)電容變化的位置來(lái)確定觸摸坐標(biāo)[2]。

2 集成觸控技術(shù)的難點(diǎn)和仿真方法

由于In-cell集成觸控是把觸控電極集成在液晶盒內(nèi)部，觸控電極就不可避免地受到像素矩陣的柵極走線、數(shù)據(jù)走線的電容耦合影響，這些電容并不是設(shè)計(jì)者想要的，因?yàn)樗鼈儠?huì)干擾真正的觸控信號(hào)，但負(fù)載電容又是客觀存在的，因此如何降低負(fù)載電容的影響以及如何定量評(píng)估觸控信號(hào)強(qiáng)度是集成觸控的設(shè)計(jì)關(guān)鍵。當(dāng)設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)，有可能會(huì)因?yàn)樨?fù)載電容過(guò)大或走線電阻過(guò)大造成觸控信號(hào)強(qiáng)度不夠，影響觸控精度、靈敏度，或者影響戴手套后的觸控效果。為了降低觸控電極的電容負(fù)載，驅(qū)動(dòng)上通常采用“同驅(qū)”的方法。如圖2所示，液晶面板的畫(huà)面顯示和觸控為分時(shí)驅(qū)動(dòng)。在顯示圖像時(shí)間段，觸控電極作為顯示公共電極使用，保持直流電位，數(shù)據(jù)線寫(xiě)入顯示電壓；當(dāng)進(jìn)入觸控感應(yīng)時(shí)間段，觸控電極不斷輸出方波，而數(shù)據(jù)線、柵極線也隨之輸出等幅度、相位方波，很大程度上避免了寄生電容造成觸控電極信號(hào)延遲過(guò)大，有利于改善觸控效果。

In-cell觸控信號(hào)的檢測(cè)原理如圖3所示，檢測(cè)時(shí)序?yàn)椋旱谝徊?，將S1閉合，S2斷開(kāi)。用電源V1通過(guò)R1對(duì)C1待測(cè)電容器進(jìn)行充電。第二步，將S1斷開(kāi)，S2閉合。通過(guò)R1將C1中的電荷轉(zhuǎn)移到C2。在有手指觸摸和無(wú)觸摸時(shí)C1容值大小不同，導(dǎo)致運(yùn)放輸出端電壓不同，從而實(shí)現(xiàn)觸控檢測(cè)。

但僅僅定性分析是不夠的，需要定量評(píng)估集成觸控設(shè)計(jì)參數(shù)，這就需要把一條觸控電極上的寄生參數(shù)轉(zhuǎn)化為等效電路圖，使用電路仿真軟件進(jìn)行參數(shù)仿真。等效電路如圖4（a）所示，finger1為負(fù)載和觸控后的電容值，其余與其并聯(lián)的電阻、電容串分別為觸控電極線與數(shù)據(jù)走線、柵極走線、其他觸控電極、BM等寄生電容等。提取分布在集成觸控液晶屏面內(nèi)不同位置觸控電極的參數(shù)可以得到如圖4（b）所示的仿真結(jié)果。通過(guò)仿真可知越靠近IC端，因?yàn)槠浼纳娙菪。呔€阻值小，擁有更強(qiáng)的信號(hào)量；反之在遠(yuǎn)端則信號(hào)量較弱。但仿真只可作為參考，仍需要實(shí)際驗(yàn)找到證極限設(shè)計(jì)，提取其設(shè)計(jì)參數(shù)，通過(guò)仿真結(jié)果找到極限信號(hào)量，這樣才能指導(dǎo)后續(xù)的設(shè)計(jì)。

圖1 In-cell內(nèi)嵌觸控液晶屏示意

3 結(jié)語(yǔ)

本文給出了集成觸控液晶屏的顯示、觸控檢測(cè)方法，分析了集成控觸液晶屏中的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，給出了驅(qū)動(dòng)上的改善方法和定量仿真驅(qū)動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度的方法，對(duì)提高設(shè)計(jì)成功率有積極意義。

圖2 觸控、顯示分時(shí)驅(qū)動(dòng)

圖3 觸控檢測(cè)原理

圖4 集成觸控電極等效電路及其仿真結(jié)果

[1]戴亞翔.TFT-LCD面板的驅(qū)動(dòng)與設(shè)計(jì)[M].臺(tái)灣：五南圖書(shū)出版股份有限公司，2006：17.

[2]KUO A.Novel Amorphous Silicon Thin-Film Transistor Structure for Flat-Panel Displays[M].Michigan：University of Michigan，2008.

Research on smart phone display with integrated touch function

Dun Dongliang
(Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)

This paper introduces the principle, advantages and disadvantages and technical difficulties of the integrated touch technology applied to the smart phone, and then gives the improvement method of the integrated touch design, and proposes a simulation circuit which can quantitatively evaluate the integrated touch semaphore.

smart phone; liquid crystal display; touch technology In-cell

敦棟梁（1982— ），男，河北石家莊人，技術(shù)專(zhuān)家，學(xué)士；研究方向：液晶顯示器。