敦棟梁

（上海交通大學(xué)，上海 200240）

集成觸控功能的智能手機顯示屏研究

敦棟梁

（上海交通大學(xué)，上海 200240）

文章對應(yīng)用于智能手機的集成式觸控技術(shù)原理、優(yōu)缺點、技術(shù)難點進行介紹，給出了集成觸控的設(shè)計改善方法，提出了一種可以量化評估集成觸控信號量的仿真電路。

智能手機；液晶顯示；觸控技術(shù)In-cell

當(dāng)前大多數(shù)智能手機觸摸屏為外掛式，蘋果在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，技術(shù)設(shè)計、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，每個方塊是一個觸控電極，觸控電極與觸控檢測IC相連。當(dāng)手指觸摸液晶屏表面時，觸控電極的負載電容發(fā)生變化，觸控IC通過檢測電容變化的位置來確定觸摸坐標(biāo)[2]。

2 集成觸控技術(shù)的難點和仿真方法

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)計者想要的，因為它們會干擾真正的觸控信號，但負載電容又是客觀存在的，因此如何降低負載電容的影響以及如何定量評估觸控信號強度是集成觸控的設(shè)計關(guān)鍵。當(dāng)設(shè)計不當(dāng)時，有可能會因為負載電容過大或走線電阻過大造成觸控信號強度不夠，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載，驅(qū)動上通常采用“同驅(qū)”的方法。如圖2所示，液晶面板的畫面顯示和觸控為分時驅(qū)動。在顯示圖像時間段，觸控電極作為顯示公共電極使用，保持直流電位，數(shù)據(jù)線寫入顯示電壓；當(dāng)進入觸控感應(yīng)時間段，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延遲過大，有利于改善觸控效果。

In-cell觸控信號的檢測原理如圖3所示，檢測時序為：第一步，將S1閉合，S2斷開。用電源V1通過R1對C1待測電容器進行充電。第二步，將S1斷開，S2閉合。通過R1將C1中的電荷轉(zhuǎn)移到C2。在有手指觸摸和無觸摸時C1容值大小不同，導(dǎo)致運放輸出端電壓不同，從而實現(xiàn)觸控檢測。

但僅僅定性分析是不夠的，需要定量評估集成觸控設(shè)計參數(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行參數(shù)仿真。等效電路如圖4（a）所示，finger1為負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。通過仿真可知越靠近IC端，因為其寄生電容小，走線阻值小，擁有更強的信號量；反之在遠端則信號量較弱。但仿真只可作為參考，仍需要實際驗找到證極限設(shè)計，提取其設(shè)計參數(shù)，通過仿真結(jié)果找到極限信號量，這樣才能指導(dǎo)后續(xù)的設(shè)計。

圖1 In-cell內(nèi)嵌觸控液晶屏示意

3 結(jié)語

本文給出了集成觸控液晶屏的顯示、觸控檢測方法，分析了集成控觸液晶屏中的設(shè)計難點，給出了驅(qū)動上的改善方法和定量仿真驅(qū)動信號強度的方法，對提高設(shè)計成功率有積極意義。

圖2 觸控、顯示分時驅(qū)動

圖3 觸控檢測原理

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)動與設(shè)計[M].臺灣：五南圖書出版股份有限公司，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)專家，學(xué)士；研究方向：液晶顯示器。