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一次看懂 iPhone 6s的3D touch 与 In-cell 面板

Dr. J?? 2015年09月24日 ?? 收藏1

LCD 面板的基本原理与构造

手机由于体积小又由电池供电,因此显示器必须符合轻薄省电的要求,目前主要是使用“液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)”。LCD 的构造如图四所示,由下而上顺着光前进的路径依序有背光模组(Back light)、后偏光片(Polarizer)、后导电玻璃、薄膜电晶体(Thin Film Transistor,TFT)、液晶(Liquid crystal)、彩色滤光片(Color filter)、前导电玻璃、前偏光片(Analyzer)、保护玻璃(Cover glass)等,构造与原理有些复杂,这里我们不详细介绍(对 LCD 工作原理有兴趣请参考这里)。

手机由于尺寸要小又要省电,因此使用发光二极体(Light Emitting Diode, LED)做为光源,导电玻璃是在玻璃基板上成长薄薄的一层“氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)”形成可以导电的玻璃,ITO 是一种陶瓷(金属氧化物),几乎所有的陶瓷都是绝缘体,但是 ITO 不但可以导电,而且在厚度很薄的时候还是透明的,能够让可见光穿透,因此大量应用在各种光电元件上。

此外,必须在后导电玻璃上方使用半导体制程技术成长“开关元件”,最简单的开关元件就是“MOS”,但是 MOS 具有金属、氧化物、半导体的结构,必须成长在矽晶圆上才行,要在导电玻璃上成长开关元件不能使用 MOS,必须另外设计一种开关元件,它的工作原理和 MOS 很像,我们称为“薄膜电晶体(Thin Film Transistor,TFT)”。

在后导电玻璃上有 TFT 开关元件的面板称为“主动矩阵式(Active matrix)”,开关在像素旁边所以反应比较快;没有 TFT 开关元件的面板称为“被动矩阵式(Passive matrix)”,这种面板的开关元件做在面板外的印刷电路板(PCB)上,开关距离像素比较远所以反应比较慢,那大家猜猜什么是 AMOLED?有机发光二极体(Organic Light Emitting Diode,OLED)也有后导电玻璃,所以 AMOLED 就是指后导电玻璃上有 TFT 开关元件。

图四:LCD 面板的基本原理与构造。(Source:Flickr/Jakub Vacek CC BY 2.0、Flickr/Osman Kalkavan CC BY 2.0、Noun Project)
图四:LCD 面板的基本原理与构造。(Source:Flickr/Jakub Vacek CC BY 2.0、Flickr/Osman Kalkavan CC BY 2.0、Noun Project)

什么是 Cell?什么又是 Out-cell、On-cell、In-cell?

LCD 的制作流程是先在“前导电玻璃”下方的 ITO 侧制作开关线路与彩色滤光片;在“后导电玻璃”上方的 ITO 侧制作开关线路与 TFT;再将前后两片导电玻璃的 ITO 侧面对面夹起来,并将液态的液晶注入两片导电玻璃之间,形成图四(b)的构造,这个流程通称为“面板工程(Cell engineering)”,因此两片导电玻璃与之间的区域就通称为“面板(Cell)”,其实面板工程的步骤还蛮复杂的。

触摸面板需要“触摸线路(Sensor pattern)”来确定使用者手指点选的位置,触摸线路如果先制作在保护玻璃(Cover glass)上再以黏着剂贴合在面板(Cell)的前导电玻璃上方(也就是在 Cell 外面),则称为“Out-cell”,如图五(a)所示。

触摸线路如果直接制作在面板(Cell)的前导电玻璃上方(也就是在 Cell 上面),则称为“On-cell”,如图五(b)所示;触摸线路如果直接制作在面板(Cell)的前后导电玻璃之间(也就是在Cell里面),则称为“In-cell”,如图五(c)所示。由图中可以看出 In-cell 最大的优点就是厚度薄,因此目前已经成为智能手机面板的主流,但是也有价格高与触摸线路易受 TFT 与开关线路干扰的问题,因此 Out-cell 与 On-cell 仍然有存在价值,可以应用在其他大尺寸或对厚度要求比较不计较的产品上。

图五:触摸线路的位置示意图(图中省略彩色滤光片)。
图五:触摸线路的位置示意图(图中省略彩色滤光片)。


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