原创 新一代触控显示技术下的专利布局

新一代触控显示技术下的专利布局

作者：孙昌旭

如果说今年触控屏市场全面爆发的话，那么明年将会迎来一个黄金的年份。一方面是本刊预测明年中国设计生产的智能手机将会达到四亿部（包括内销与外销）；而另一方面，英特尔明年主推的超级本中将有一半以上采用触控屏，微软的Surface也是标配触控屏。可以说，触控屏技术是仅次于CPU技术的军备竞赛，另一个强力吸引着各方资源与眼球的领域，也是未来几年技术变化最快的领域。面对迅速更迭换代的触控技术，让众多手机/PC/平板厂商有些无所适从，并且还有一个更深层次的危机——明年，一旦中国智能手机/平板厂商大规模走向海外，特别是欧美、日韩新加坡和台湾等领先地区时，触控专利会成为一个随时可能引爆的**，苹果、三星、或者拥有专利的触控IC厂商都会来告你侵权，这里的陷阱到处都是。选对供应商，排好队，十分重要。

那么，在新一代触控显示来监时，这些主流的触控IC厂商都在如何布局呢？他们会如何帮到你？以下本刊挑选了几个厂商详细介绍他们的观点。

明年新兴触控显示层出不穷，敦泰在incell上占领桥头堡

敦泰科技市场副总白培霖

随着Win8的推出，更多的PC将会转向触控屏，加上原有的平板市场，大屏触控的需求很旺。然而，大屏目前遇到的困难主要是触摸屏传感器阻抗过大，无法提高刷新频率，抗噪声能力弱，成本高等。业内厂家都在寻找能解决这些问题的方案。目前大屏，特别是10’’以上的屏，都倾向于采用OGS技术，尽管仍然存在诸多不足，但这是目前能解决上述问题的最佳方案。一些厂商提出了metal mesh的方案，相对于普通Film，metal mesh减少了传感器阻抗，成本结构也会好很多。当然这个技术还在开发阶段，大规模量产尚需时日。

对于小屏，选择显然多很多。从传统的G/G和G/F/F，逐渐过渡到glass阵营的单层ITO G/G，OGS，单层ITO OGS；Film阵营的自电容G/F，超薄G/F/F，ipad Mini采用的GF2，互电容G/F，metal mesh film；以及平板显示阵营的oncell和incell等等。这些都适合于小屏。由于选择众多，并且相关到各个技术之间的博弈，因此很难确定哪一个技术或方案一定会胜出。

从敦泰来看，我们就应用选择上作出如下建议：

对于低端智能机市场，将主要是自电容G/F和单层ITO G/G进行竞争。目前的低端智能机，自电容G/F已经是主流，但将来可能会遭到单层ITO G/G的竞争。从成本来看，二者相差并不多，但G/F会薄一些，可能稍具优势。

对于中高档智能机，多点需求较为强烈。使用多点需求的方案也很多。从玻璃的工艺看，单层ITO G/G，OGS，单层ITO OGS都是可行的选择。单层ITO G/G和OGS都已经量产，并且预计将来的量会越来越大。单层ITO OGS技术正在研发当中，预计在2013年Q1前完成量产技术准备，导入量产。对于Film阵营而言，互电容G/F，超薄G/F/F和metal mesh film都是选项。但互电容G/F受困于FPC热压良率，导入到量产还需要一定时间。超薄G/F/F已经可以量产，由于其超薄特性和成本没有下降，符合一些需要超薄的旗舰机型的选择，例如HTC One系列。Metal mesh film技术正在开发当中，量产还需要一些时间准备。

真正改变市场格局的应该是平板显示屏厂家。包括CPT，奇美，京东方等，携带oncell技术来势汹汹。由于显示屏的不可或缺，这些显示屏厂家往往采用搭配销售的做法，因此这些厂家有一些得天独厚的优势。但oncell技术毕竟是双面玻璃加工技术，并不特别适合大尺寸面板加工，因此在成本上可能并没有特别的优势。这也是各家平板显示器厂家全力以赴开发incell技术的根本原因。Incell技术把触摸屏集成到显示屏的生产过程当中，并且与现有的大尺寸面板加工工艺完全兼容，生产线只要稍作修改即可生产incell触控显示屏。自从苹果iphone5上市和敦泰科技发布incell技术后，各个厂家已经认识到incell技术是完全可行的，因此都在不计成本的投入研发。而已经研发出该技术的公司将获得竞争的先发优势。一旦解决产线调整造成的良率问题，incell技术将以高性能，超薄并且极具竞争力的价格推向市场，给现有市场造成冲击。我们预计在未来一段时间内，glass，film和incell技术都会占据一部分市场份额。

敦泰科技通过这几年积累的研发实力，预先布局，拥有最全的触控产品线，支持各种类型的电容式触控新方案和新技术。目前已经量产的最新技术有OGS，单层ITO G/G，自电容G/F，超薄G/F/F等。已经完成基础研发，进入项目design in阶段的技术有incell，互容G/F。预计很快能完成研发阶段的有单层ITO OGS。

特别一提的是，敦泰科技是世界上最早研发incell技术的公司之一，目前已经成功研发出incell相关技术，积累了结构、驱动及感应方面的相关incell技术专利，已经攻占了incell技术的桥头堡。最近intel 宣布投资敦泰，成为intel 唯一投资的触控IC公司，更进一步肯定敦泰在incell上的技术。

引外，针对中大尺寸触摸屏阻抗大，刷新频率低等因素，敦泰科技已经开发出多载波独立解调专利技术，并将应用于中大尺寸触摸屏。针对日渐流行的单层互容技术，采用敦泰科技的最新专利技术，一方面可以适应更高的通道电阻阻抗，另一方面可以减少连接引脚数量，大大促进了该技术的成熟和广泛使用。

虽然是一家台湾公司，但敦泰科技在触摸屏方案具有完全的自主知识产品，已经获得世界诸多著名厂商采用。美国电子书商B&N的nook系列电子书全部采用敦泰科技的方案，预计今年Q4上市的两个新系列电子书，也完全采用敦泰科技的方案。此外，东芝平板，宏基平板，阿尔卡特手机等国际品牌也大量采用敦泰科技的触控方案。

独辟蹊径，Cypress融合自电容和互电容再次创新

赛普拉斯半导体公司TrueTouch高级营销总监John Carey

手机和平板之类的消费产品正在变得越来越薄，为了让产品变得更薄，设计者们采用的多层传感器正在被单层传感器（例如赛普拉斯的SLIM®.）所取代。我们同时还注意到一个趋势，即：直接把ITO传感器做到手机的表面玻璃上，而非其自身的衬底上。未来几年内我们将会看到显示系统的集成， 要么是on-cell，要么是in-cell。两者均可让产品做到更薄，同时可以简化供应链。不过，它们的技术复杂程度和可靠程度有所不同。基于On-cell的产品比基于In-cell的具有更好的抗充电器噪声能力。

考虑到终端产品会随使用者走南闯北，触摸屏控制器必须对各种环境干扰具有很强的抵抗力。移动终端面临的最强的干扰源来自充电器，而赛普拉斯的Charger ArmorTM解决方案则可以应对这一问题。另一个担心是防水。为了达到最佳防水效果，触摸控制器最好能够同时具有自电容和互电容感应能力，从而可以进行差分信号分析，实现IP-67级别的防水产品。

最后，用户总是想以更新奇的方式与产品进行互动。大家正对诸如“悬停”等功能趋之若鹜。悬停技术可以允许用户在寒冷的季节带着手套操控触摸屏，同时还能为操作系统在新型应用中提供更多信息，例如用手指实现鼠标悬停（Mouse-Over）功能（即把鼠标移动到某一位置，不点击，即可显示某些信息）。

所有这些都对触摸控制器提出了很高的要求，使之成为半导体行业中一个非常先进的领域。

赛普拉斯独创地将自电容和互电容结合在一起，可以为触摸屏控制器（TSC）提供更多信息，供它做出判断。这些信息能使TSC实现更好的抗噪声能力、信噪比和防水等更先进的功能。赛普拉斯是目前唯一能在一片芯片上同时实现自电容和互电容的触摸屏控制器供应商，并且可以在这两种感应模式间有效地进行切换。这一独家秘笈能够最好地发挥两种感应方式的长处：强大的信号获取能力，以及高精度探测同时产生的多点触摸动作的能力，以适应高性能触摸屏的要求。赛普拉斯正在申请专利的自电容+互电容感应技术通过使用高级算法进行差分信号分析， 实现业界最佳的抗噪声性能、信噪比和防水功能。

此外，很多客户的充电器和显示屏噪声值都很高。触摸屏控制器的抗噪声性能是基于信噪比（SNR）的；信噪比越高，器件在噪声环境中的性能越好。可以采用以下两种方式中的任意一种来改善信噪比：第一，增强信号；第二，降低噪声。拥有高电压发端（Tx）的触摸屏控制器（例如赛普拉斯TrueTouch 解决方案的10 V Tx）可以大大增强信号，从而将噪声的影响最小化。赛普拉斯还提供独家的Tx-Boost™技术，能够将器件的原始信噪比提升三倍，用于强噪声环境。我们也开发了降低噪声的技术，例如赛普拉斯的充电器噪声抑制技术（Charger Armor）。Charger Armor采用适应性跳频和非线性滤波技术主动抑制噪声，达到最佳的抗充电器噪声能力。

赛普拉斯是全球电容式触摸技术最早的涉足者。我们在这方面的知识产权储备庞大，拥有超过300项已授权及正在申请的专利。我们以技术为依托，不断创新，为市场提供全新的、令人激动的解决方案。所以，我们内容广泛的专利集能确保客户利用触摸领域真正领先的创新技术，而不必担心专利问题。目前，全球前十位的手机制造商中，只有一家没有采用赛普拉斯的触摸解决方案。我们在全球拥有超过30家合作伙伴。

超级本和笔记本中采用触摸技术的步伐显然比较慢。随着Windows 8操作系统对触摸功能的支持，支持触摸的应用程序也会随之而来，我们预期这方面会有增长。用户可以期待在移动计算平台上使用触摸功能，我们也期盼着这一趋势的延续。

触摸控制器中集成传感器，Atmel用户界面创新

Atmel公司触摸业务市场推广总监 Binay Bajaj

现在，触摸屏正着更薄的叠层、更低的功耗、质量更高的屏幕 、更快的刷新率、更好的线性度、更好的抗噪性能和手写笔支持等几个重要方向发展，一切研究与创新都围绕着这几个重点。

智能手机和超级本制造商正在要求器件供应商在触摸控制器中集成更多的功能或其它硅器件，以节省PCB空间。在触摸控制器中集成传感器融合技术，一直是主要智能手机和超级本制造商所要求的最新发展趋势。 Atmel在这方面走在前面。

我们最近发布了世界首款集成触摸和传感器中心功能，可以实现更佳的用户体验的单芯片解决方案。这款新的解决方案以Atmel领先的maXTouch控制器为基础，集成了我们获得专利的maXFusion传感器融合技术，以期满足不断增长的运动传感器市场需求。maXFusion控制器结合了多个运动检测传感器的输入，包括加速器、磁力仪和陀螺仪，提供实时方向、方位和倾斜度数据，为包括游戏、导航和虚拟现实的一系列应用带来显著提升的性能。  通过组合多个传感器系统，可以利用触摸和运动感测技术来开发新的功能，进一步推动用户界面开发的创新。

在大屏的超级本和笔记本电脑市场，随着市场趋势转向更薄的触摸屏，推动厂商开发具备较高的抗噪性能的器件，这些器件需要配合无屏蔽(shieldless) 传感器的采用，以及具有更高的数据处理能力来配合较多节点数目。mXT3432S触摸屏控制器可让设计人员开发出满足其设计要求的新类型触摸优化产品。

爱特梅尔maXStylus™是用于平板电脑和智能手机的主动手写笔解决方案。

针对最新的薄膜触控材料趋势，Atmel于今年初宣布推出新型基于薄膜的高度柔性触摸传感器XSense™系列。XSense触摸传感器以专有的卷式 (roll-to-roll) 金属网格技术为基础，能够为更薄、更轻、无边弧形的新一代触摸产品实现突破性的高性能。XSense触摸传感器不仅能够用于实现新一代智能手机和平板电脑，还能够将触摸能力扩展到更广泛的新型消费和工业产品中。

此外，Atmel今年推出的一款高性能手写笔方案也值得一提：mXTS100采用多重感测(multiSense) 功能，同时提供触摸和手写笔功能，允许用户获得丰富的触摸屏体验，例如缩放同时进行书写和滚动；翻页同时滚动；以及选择工具或内容等先进的手势动作。

爱特梅尔结合了其先进的微控制器专业知识，并在2008年收购专注于触摸技术的英国初创企业 Quantum Research Group，让公司成为触摸技术领域的领先厂商。再者，电容式触摸是一项不断演进的技术。爱特梅尔能够利用在设计创新方面的技术应对各种挑战，如噪声和无意触摸抑制，并提升显示屏分辨率和响应时间，以及增加节点数量来支持更大的显示屏。同时，爱特梅尔还致力于推动on-cell和in-cell显示、覆盖层触摸 (touch-on-lens)以及基于AMOLED触摸屏等技术的研发，目标是设计具有更高的光学透明度和亮度、而且更轻巧的显示屏。

艾为将触控IC的模拟与数字分开，大幅降低成本

上海艾为电子技术有限公司CEO孙洪军

在满足用户体验的前提下，不论互容或自容技术，更低的成本是决定电容屏模组方案能否成为市场主流的最重要因素。低成本方案包括两部分：触控芯片、ITO SENSOR。ITO SENSOR结构和生产工艺不断简化，提高了产出效率、降低了模组成本，而SENSOR的演进则与触控芯片检测原理、可检测范围密切相关。

eTouch®的创新架构：SENSOR检测模块＋Finger识别处理器

传统电容式触摸屏控制芯片普遍采用“SENSOR检测模块＋MCU（内嵌Flash）”单芯片解决方案，芯片内部集成触摸识别、坐标计算、缩放等算法。而随着智能手机平台处理能力越来越强，MTK、展讯等主平台处理器主频均已达到1GHz以上，双核、四核CPU运算能力富足，完全可以将触摸数据的计算处理放到BaseBand中，传统架构中内嵌的MCU＋Flash已显多余。

针对电容式触控模组低成本化趋势，艾为顺势推出eTouch®电容式多点触摸控制器系列。eTouch®系列创新地采用“SENSOR检测模块＋Finger识别处理器”架构，芯片负责采样整屏数据，而触摸坐标计算等处理在主控芯片内完成；独创E-Island®(Extract Island)触摸映射专利技术，高效上报触摸数据。已量产的AW5X06针对目前主流互容双膜模组市场，AW5X08则紧随单膜多点市场发展趋势。

艾为eTouch®系列正在申请相关专利。它采用E-Island®触摸数据映射技术，该项技术能分析手指特性，去除采样数据中冗余信息。以往单一功能的纯“SENSOR检测”芯片由于数据传输量大，主平台接口不堪重负，因此只有实验价值、不具备商用条件。艾为应用E-Island®技术，解决了数据传输瓶颈，传输效率提高了15倍。例如，eTouch®系列的AW5306产品搭配MTK6513平台（200KHz IIC接口）触摸报点率最快能达到160Hz。

前端模拟电路设计是艾为传统强项，eTouch®系列的精简架构，芯片功耗是传统触控芯片的1/3，ESD性能达到8000V。这种“BB+电容式SENSOR前端检测芯片”方案将作为未来电容式触摸屏芯片发展趋势，也更适合于COB应用。目前“SENSOR检测模块＋Finger识别处理器”芯片架构和E-Island®触摸数据映射技术均已申请专利。

互容技术的低成本单膜多点模组方案后续有替代自容技术的单点加手势方案之势。艾为看好单膜多点市场，eTouch®系列中的AW5X08产品已应用于OGS和G/F、G/G的单膜多点产品。艾为与SENSOR厂商南京福莱克斯进行紧密合作，华兴达、艾克达、德普特、健邦等是目前主要在配合的电容屏模组厂。

在电容式触摸屏往更轻薄化、更大尺寸化趋势发展过程中，技术成熟稳定、成本低廉是能否大量出货的关键。新兴的IN-CELL等技术成熟仍需一定时间，产业链整合存在一定难度。

电容触控市场我们不是第一个来的，但一定是最后一个走的。