加強觸控模組與面板同步 克服雜訊干擾問題

核心提示：智能手機薄型化設計，使得觸控面板控制器容易受到顯示器產生的雜訊干擾。為解決此一問題，觸控芯片開發商已著手改良觸控傳感器設計，并加強觸控模組與LCD面板運作頻率的同步化。目前新的設計方桉，已獲得In-cell內嵌式電容式觸摸屏開發商導入。

　　顯示器產生的雜訊會干擾電容式觸摸屏的感測功能，要進一步改善就須了解液晶顯示（LCD）技術的基本原理及雜訊產生的原因，方能找出因應之道。

　　首先須整理出現今市面上有哪些種類的顯示器，如主動矩陣有機發光二極體（AMOLED）、薄膜電晶體（TFT）LCD等智能手機常用方桉。一般來說，AMOLED的畫質較佳，對觸控芯片產生的雜訊干擾也少于LCD，但AMOLED面板較昂貴，制造難度也高于LCD；因此，LCD至今仍主宰整個市場。由于LCD顯示器是最受歡迎的技術，但產生的雜訊也最多，因此本文將把焦點放在LCD。

　　觸控薄型化加劇LCD雜訊

　　為了解LCD何以產生雜訊，須掌握LCD基本運作原理。如圖1所示，從LCD顯示器的最底層開始，光線在此產生后再朝上反射，每個畫素含有紅、綠、藍三個子畫素，每個子畫素又包含一個液晶疊層（Sandwich），疊層頂部則貼合氧化銦錫（ITO）透明導電薄膜，其頂層與底層中間夾著液晶材料。

　　圖1 LCD與觸控面板架構圖

　　其中，頂層為所有子畫素的共極，通常稱為VCOM層；底層則專為子畫素配置，稱作子畫素電極，當電壓導通到LC疊層，液晶材料就會扭轉白光的極性 （Polarity），在疊層上方的偏光板，只讓特定極性的光線通過。若光線的極性與偏光板的極性一致，子畫素就會達到最高亮度。若光線極性與偏光板相反，子畫素的亮度就降到最低。

　　此外，每個子畫素都有一層彩色濾光片（R、G、或B），其作用類似彩繪玻璃窗，藉由把電壓導至三個子畫素的液晶疊層，畫素就能設定成任何RGB組成色。每個子畫素還含有一個TFT，做為導至液晶疊層電壓的on/off開關，這樣的設計在刷新全屏幕影像時能有效對屏幕上的畫素進行排序。

　　如圖2顯示，畫素在TFT閘極（Gate）被開啟，TFT的源極（Source）連結到彩色數字類比轉換器（DAC）輸出端，TFT汲極（Drain）則連結到ITO子畫素電極。由于液晶材料無法承受直流（DC）電壓，因此偏壓必須是交流電。ACVCOM與DCVCOM兩種類型的LCD顯示器也有所差異，前者主要透過一個差分電壓主動驅動VCOM與子畫素電極，因VCOM層係由AC推動，故稱為ACVCOM方桉。后者則透過DC驅動共極層，而子畫素由AC 驅動，此信號以DC值為中心進行偏擺，兩種VCOM方桉各有不同的效能與成本優劣勢。

　　圖2 LCD與觸控面板電路圖

　　業界都知道ACVCOM因主動驅動大面積的ITO（VCOM）層，將造成大量雜訊；DCVCOM則以低雜訊的表現為業界所熟知，然而事實不一定如此。以往傳感器與LCD表面之間有一層薄的空隙（Air Gap）。但現今手機做得更薄，因此大多不再有這層空隙，將ITO傳感器直接貼合到LCD表面的方式逐漸為大多數廠商采用，造成雜訊耦合更加嚴重。

　　更有甚之，業界當前設計方向是要求觸控面板控制器能直接感測VCOM和子畫素電極，也就是內嵌式（In-Cell）觸控技術，此來，觸摸屏與LCD控制器之間須進行同步化，才能在掃描觸摸屏時免除雜訊干擾；現在大多數智能手機的LCD也逐漸淘汰ACVCOM，轉用更高品質的DCVCOM與 AMOLED顯示器，并朝向直接貼合或In-Cell發展，藉以降低制造成本與產品厚度。