電容式觸摸屏設備日益成為主流，不再是什么新奇的產品。隨著數以百萬計的設備(如智能手機和平板電腦等)上市銷售，此項技術的普及率與日俱增。然而，隨著電容式觸摸屏技術的廣泛普及，消費者越來越不愿意為此技術支付更多的費用。為了保持利潤，OEM廠商必須降低設備的成本。在觸摸屏設備中，觸摸屏模塊是價格最昂貴的組件之一。本文介紹了多種可通過智能設計方法降低觸摸屏模塊系統成本的方法。主題包含面板層疊和圖樣、顯示屏、材料、路由選擇以及觸摸屏控制器等。
采用投射電容式觸摸屏技術的智能手機和平板電腦目前已成為主流。然而，觸摸屏產品日趨普及以及OEM廠商之間的激烈競爭拉低了產品價格。為了抵消價格壓力，OEM廠商正在尋找既可降低成本同時又能提高利潤的創新途徑。觸摸屏系統是智能手機或平板電腦中最昂貴的模塊之一，其設計成本可以進一步降低，從而幫助OEM廠商提高利潤率。
標準的觸摸屏系統(圖1)包含投射電容式觸摸屏傳感器(層壓在保護性蓋板(cover lens)內)、貼裝有觸摸屏控制器的粘合型柔性印刷電路板(FPC)，以及顯示屏。FPC可將觸摸屏控制器連接至主機處理器。顯示屏位于觸摸屏傳感器下方，并通常由氣隙隔開或直接層壓。
系統設計人員必須仔細了解每個組件的集成對系統的性價比有什么樣的影響，而我們通過智能設計方法可以同時優化這兩方面。
蓋板和觸摸屏傳感器
蓋板是觸摸屏系統最頂端的物理層。蓋板的成本變化范圍很大，主要取決于材料類型(玻璃或PMMA)、特殊涂層(疏油、疏水類)、裝飾性顏料，或者相機或傳感器的鉆孔數量。使用聚甲基丙烯酸甲酯材料(PMMA)可以使蓋板成本銳降50%，這種材料更經濟、更輕巧且不易破碎，是耐用型透光玻璃選件的替代品。但是， PMMA傳感器可能會出現信號靈敏度低的情況。此外，由于PMMA比玻璃更有韌性，因而當手指或其他觸摸物體用力下壓時可以顯示出面板彎曲情況。面板彎曲可能導致錯誤或不準確的觸摸報告信息。但是，如果觸摸屏傳感器包含玻璃基板或其他屏蔽層，則可以避免面板彎曲。因此，對于觸摸屏傳感器層疊所用的蓋板材料必須經過精細的考量(圖2)。
觸摸屏傳感器的結構非常復雜。通過將氧化銦錫(ITO)濺射在玻璃或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板上，然后在ITO上蝕刻出相應的圖案。構成每個傳感器層的圖案和結構都是根據系統的設計需求自定義而成。標準的觸摸屏設計通常使用雙層ITO觸摸屏傳感器(例如圖2中的賽普拉斯MH3和Diamonds傳感器)，以取得良好的準確度、線性度以及多點觸摸性能。雙層傳感器設計使用玻璃或PET基板。PET較便宜且具有較好的抗顯示噪點性能，但透光性會略微降低。從根本上講，降低觸摸屏傳感器成本最有效的方法是減少層疊的層數。
通過集成賽普拉斯的低成本傳感器(LCS)解決方案等單層傳感器，系統設計人員可將傳感器成本銳降50%。較少的層數(基板、ITO、OCA)有助于觸摸面板廠商精減材料和加工成本;此外，處理較少的層數還能進一步提升制造良率。低成本的單層觸摸屏采用一個單PET基板和一個簡化的專用圖案，并具有良好的透光性。在性能方面，單層傳感器具有較低的準確性和線性，并且支持的手指觸摸數量有限(通常僅為一或兩個手指)。這些低成本的單層傳感器解決方案非常適用于低端智能手機和功能電話。之前使用的電阻式觸摸屏或無觸摸屏設備的系統設計人員會發現這種層疊方法非常適合他們的設計和預算需求。與電阻式觸摸屏相比較，單層電容式觸摸屏具有獨特的優勢，其中包括能提高透光性、降低功耗、增強耐用性，以及提升用戶體驗等。
與雙層傳感器相比，諸如賽普拉斯單層獨立多點觸摸(SLIM®)解決方案等單層多點觸摸解決方案可將成本降低40%。單層傳感器的性能雖然略微降低，但卻可以實現最纖薄的外形。此外，利用單層多點觸摸傳感器還可以創建薄邊或無邊的觸摸屏傳感器，從而進一步擴展觸摸屏的工作區域。期望降低設備成本和厚度的設計人員可以考慮選用單層傳感器。
更小的屏幕尺寸可以顯著節約成本;而且觸摸屏成本也受觸摸屏工作區域大小的影響。顯然，系統設計人員必須考慮所有可優化面板設計和選擇的途徑。
FPC設計
另一個降低設備成本的途徑是采用FPC設計。FPC可將單個傳感輸入/輸出(I/O)從觸摸屏面板連接至觸摸屏控制器，然后再從觸摸屏控制器連接至主機處理器。
FPC可以為有源也可以為無源。有源即觸摸屏控制器及其他所需的外部組件(如電阻和電容)安裝在FPC自身上;而無源則是FPC僅包含路由線跡，而觸摸屏控制器和外部組件安裝在印刷電路板(PCB)上。無論是有源還是無源FPC都可以以多種方式進行路由。路由選擇越有效、越多樣化，其他硬件組件就越容易與之集成。但是，請切記，成本一定會隨著路由所需層數的增加而相應增加。在單層上進行合理的路由選擇將有助于保持最低的FPC成本。此外，單層路由選擇還在信號完整性和緊湊型FPC設計方面具有非常大的優勢。
顯示屏
在觸摸屏系統中，投射電容式觸摸屏傳感器位于顯示屏的頂部。顯示屏本身具有噪點性，其產生的噪點可直接與觸摸屏傳感器耦合。這樣會降低觸摸靈敏度，并產生錯誤的觸摸激活。良好的設計方法可以減少顯示屏噪點，并能從根本上提高性能，降低成本。
為了阻隔顯示屏的噪點，業界一貫采用在顯示屏和觸摸屏傳感器之間實施額外的ITO“屏蔽”層。雖然成效顯著，但是屏蔽層也增加了成本和觸摸屏模塊的厚度。另一種方法是采用微小的氣隙，一般在0.2mm到0.5mm之間，可將顯示屏與觸摸屏傳感器分隔開來。氣隙比屏蔽層更節約成本，但同樣會增加觸摸屏模塊的厚度，而這并不符合想要制造外型更美觀、厚度更纖薄的OEM設備廠商的需求。但是，還有一個更加重要的設計要求，那就是顯示屏本身的選擇。
目前，手機和平板電腦最常用的顯示屏仍然是TFT液晶顯示屏。TFT液晶顯示屏通常具有兩種類型：DCVCOM和ACVCOM。其區別在于驅動常規電極層(VCOM)的方法。另一種在高端設備中越來越常用的顯示屏為AMOLED顯示屏，它具有寬闊的視角，更佳的亮度和對比度、更低的功耗和更纖薄的外形。
AMOLED的顯示噪點很少，屬于最安靜的顯示屏之一，但其價格非常昂貴。此外，DCVCOM顯示屏通常也是比較安靜的，但價格也較高。對比之下，ACVCOM的噪點較多，但是相對而言比較便宜。顯示屏的選擇很大程度上取決于設備所針對的終端客戶。目標應用將決定硬件和性能適用于哪類客戶群。
觸摸屏控制器
雖然觸摸屏控制器沒有顯示屏和觸摸屏面板那么昂貴，但是觸摸屏控制器的選擇在觸摸屏系統性能上會起到最重要的影響。觸摸屏控制器整合了電容式感應和處理技術，可以分析手指觸摸和手勢，并向主機處理器報告其位置和行為信息。當手指放在投射電容式觸摸屏上時，觸摸屏控制器可以檢測到電容變化，并將此信息轉換為數值。通過觸摸屏控制器內復雜的觸摸分辨率算法可進一步對該數字轉換進行處理，然后再將觸摸坐標和其他相關數據交由主機處理器。觸摸屏的主要技術難題是如何處理對噪點敏感的信號。控制器必須具有高質量的模擬前端、內置的噪點處理能力，以及復雜的處理算法。隨著觸摸屏越來越多地成為許多消費類電子設備的用戶界面，因而觸摸屏控制器的質量將直接影響最終產品用戶的體驗。選擇正確的觸摸屏控制器是實現上述性價比優勢不可或缺的因素。
具有高信噪比(SNR)和高效率噪點處理能力的控制器可以補償來自噪點源的信號強度弱化，例如價格低廉的PMMA蓋板或噪點較多的ACVCOM顯示屏。為了幫助優化多點觸摸單層傳感器的性價比，觸摸屏控制器必須具有兼容的處理算法。另外，只有觸摸屏控制器引出線支持高靈活性的路由選擇設計，才能實現單層FPC路由的成本優勢。
另外，觸摸屏控制器還能通過一些可支持的高級特性降低系統成本。例如，大多數觸摸屏控制器會將觸摸屏上的一滴水視為一個手指觸點，因為一滴水的互電容特征和一個手指觸點的類似。為了解決這個問題，觸摸屏面板廠商可以在蓋板上添加一個昂貴的疏水涂層(hydrophobic coating)。當水滴落在蓋板上時，疏水涂層可以將其分解為更小的水滴，使其無法被識別為觸點。同樣，觸摸屏控制器通過使用其硬件和固件特性自身可實現防水功能，其可以通過內置算法檢測并排斥觸摸屏上的水滴，同時還可為OEM廠商節省額外的涂層成本。
明智的設計人員會全面了解觸摸屏系統及其關鍵組件，并能通過合理地選擇設計方法以及蓋板、傳感器材料和層疊、顯示屏類型和FPC路來顯著降低成本。通過選擇高性能的創新型觸摸屏控制器，我們可以在降低成本的同時不犧牲性能，這是一個將終端產品銷售置于最重要位置的環節。
