集成触控功能的智能手机显示屏研究

敦栋梁

（上海交通大学，上海 200240）

集成触控功能的智能手机显示屏研究

敦栋梁

（上海交通大学，上海 200240）

文章对应用于智能手机的集成式触控技术原理、优缺点、技术难点进行介绍，给出了集成触控的设计改善方法，提出了一种可以量化评估集成触控信号量的仿真电路。

智能手机；液晶显示；触控技术In-cell

当前大多数智能手机触摸屏为外挂式，苹果在Iphone5上首次使用了In-cell技术（将触控功能集成到液晶面板内部），In-cell技术具有更轻薄、低反射率、高精度、防水等优点，技术设计、制造复杂，更广泛的应用仍需加以研究。

1 集成触控技术简介

如图1所示，液晶模组示意如图1（a）所示，液晶模组由背光源、液晶cell和驱动IC组成。液晶模组的截面堆叠如图1（b）所示，可以看到液晶盒的TFT玻璃上表面有一层公共透明电极，其作用是作为显示电容的一个电极，上方依次是液晶，CF玻璃和高阻膜层，这几层都是电介质，并且公共电极是面状分布，使其复用为触控电极成为可能[1]。In-cell嵌入式触控的电极分布如图1（c）所示，液晶盒内的公共电极分割成方形矩阵，每个方块是一个触控电极，触控电极与触控检测IC相连。当手指触摸液晶屏表面时，触控电极的负载电容发生变化，触控IC通过检测电容变化的位置来确定触摸坐标[2]。

2 集成触控技术的难点和仿真方法

由于In-cell集成触控是把触控电极集成在液晶盒内部，触控电极就不可避免地受到像素矩阵的栅极走线、数据走线的电容耦合影响，这些电容并不是设计者想要的，因为它们会干扰真正的触控信号，但负载电容又是客观存在的，因此如何降低负载电容的影响以及如何定量评估触控信号强度是集成触控的设计关键。当设计不当时，有可能会因为负载电容过大或走线电阻过大造成触控信号强度不够，影响触控精度、灵敏度，或者影响戴手套后的触控效果。为了降低触控电极的电容负载，驱动上通常采用“同驱”的方法。如图2所示，液晶面板的画面显示和触控为分时驱动。在显示图像时间段，触控电极作为显示公共电极使用，保持直流电位，数据线写入显示电压；当进入触控感应时间段，触控电极不断输出方波，而数据线、栅极线也随之输出等幅度、相位方波，很大程度上避免了寄生电容造成触控电极信号延迟过大，有利于改善触控效果。

In-cell触控信号的检测原理如图3所示，检测时序为：第一步，将S1闭合，S2断开。用电源V1通过R1对C1待测电容器进行充电。第二步，将S1断开，S2闭合。通过R1将C1中的电荷转移到C2。在有手指触摸和无触摸时C1容值大小不同，导致运放输出端电压不同，从而实现触控检测。

但仅仅定性分析是不够的，需要定量评估集成触控设计参数，这就需要把一条触控电极上的寄生参数转化为等效电路图，使用电路仿真软件进行参数仿真。等效电路如图4（a）所示，finger1为负载和触控后的电容值，其余与其并联的电阻、电容串分别为触控电极线与数据走线、栅极走线、其他触控电极、BM等寄生电容等。提取分布在集成触控液晶屏面内不同位置触控电极的参数可以得到如图4（b）所示的仿真结果。通过仿真可知越靠近IC端，因为其寄生电容小，走线阻值小，拥有更强的信号量；反之在远端则信号量较弱。但仿真只可作为参考，仍需要实际验找到证极限设计，提取其设计参数，通过仿真结果找到极限信号量，这样才能指导后续的设计。

图1 In-cell内嵌触控液晶屏示意

3 结语

本文给出了集成触控液晶屏的显示、触控检测方法，分析了集成控触液晶屏中的设计难点，给出了驱动上的改善方法和定量仿真驱动信号强度的方法，对提高设计成功率有积极意义。

图2 触控、显示分时驱动

图3 触控检测原理

图4 集成触控电极等效电路及其仿真结果

[1]戴亚翔.TFT-LCD面板的驱动与设计[M].台湾：五南图书出版股份有限公司，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

敦栋梁（1982— ），男，河北石家庄人，技术专家，学士；研究方向：液晶显示器。