早期的手机屏幕只能用来“看”。触摸技术的发明允许人们在2D平面上与屏幕互动。苹果最近推出的iPhone 6s结合了In-cell面板、应变传感器和触觉引擎，开启了智能触摸的新时代。什么是3D触控技术？什么是In-cell面板？
2D触摸：赋予面板生命
LCD面板最初只用于显示图像，用户只能单向接收图像信息。触摸面板的出现允许用户与面板进行交互，并使面板变得生动。触摸面板有很多种。目前手机使用的“多点触控”面板大多采用“投射式电容触控”技术。投射式电容触摸的触摸图案主要包括驱动线(Tx)和感测线(Rx)，水平线和垂直线密集分布在整个面板上，如图1 (a)所示。我们可以想象驱动线(Tx)“投射”电源线。它通过绝缘体(液晶或空气)到达感测线(Rx ),形成一个“电容”,如图1 (b)所示。因为人体本身就是导体，当我们的手指接触到触摸面板时，会影响电源线在没有任何力的情况下改变电容，通过感应线(Rx)测量电容变化就可以计算出手指接触的位置，如图1 (c)所示。
图1:投射电容式触摸示意图。(a)驱动电路和感测电路在不同的导电玻璃上；(b)和(c)驱动电路和感测电路都在下面的导电玻璃上。
触控图案的驱动电路(Tx)和感应电路(Rx)应该在哪里比较好？每个公司都有自己的技术和专利，基本上各有各的优缺点，没有好坏之分。单纯从图1 (c)中LCD面板的结构可以看出，可以做触摸线的地方无非是前导电玻璃上方或下方和后导电玻璃上方三个位置。
一般来说，驱动线(Tx)在后导电玻璃上方，这样电源线会从下往上投射，而感应线(Rx)的位置每个公司都不一样。索尼和JDI的“像素眼”使Rx位于正面导电玻璃上方，如图2 (a)所示；三星把Rx做在前导电玻璃下面，如图2(b)；苹果把Rx做在了后置导电玻璃的上方，也就是和Tx在同一个地方，所以工艺最复杂，成本最高，如图2 (c)所示。
图2:触摸线的驱动线(Tx)和感测线(Rx)的位置示意图。
3D触控：让面板更智能
前面描述的感应器图案有横线和竖线密集分布在整个面板上，所以属于2D平面的触摸技术，只能计算出用户手指触摸面板的X和Y坐标，无法知道手指按压的力度。随着3D touch的出现，用户按压深度的Z坐标也可以传达到手机，让面板更加智能。
目前iPhone 6s使用的“3D Touch”公开信息很少。根据苹果官网上的影片介绍，我们可以看到有两个重要的设计：
1.应变传感器：812=96个应变传感器(注)安装在LCD面板下方。当用户手指按下保护玻璃时，玻璃会轻微向下变形，如图3 (a)所示，这样保护玻璃与应变传感器之间的力矩间隔会缩短，加速度计测得的信号会匹配。通过复杂的数学算法可以快速即时地计算出压力。因为是通过算法间接估算，所以准确率不高，基本分为“Peek”和“Pop”。任何一个形变传感器检测到的信号都可以和周围其他形变传感器检测到的信号进行对比，就可以知道手指按压的位置和力度。
注：由于苹果公布的资料不足，这些812=96的变形传感器在片中只是被模糊地称为“触摸传感器”，但根据苹果的相关专利，是变形传感器的几率非常高。相关文章请参考这里。
2.触觉引擎：它是一种能产生微小振动的机械部件。如图3 (b)所示，它为用户提供即时的触觉反馈。当用户轻按(Peek)时，它会产生10ms的“迷你敲击”，当用户按下(Pop)时，它会产生15ms的“全敲击”，让用户感觉就像是真的一样。
结合以上两个组件，形变传感器检测用户下压的力度，然后通过触觉引擎为用户提供实时触觉反馈，使触摸更加智能，为用户创造更加完美的全新触摸体验。
图iPhone 6s的3D触摸技术结合了812=96应变传感器和触觉引擎。
液晶面板的基本原理和结构
手机体积小，靠电池供电，所以显示屏必须满足轻薄省电的要求。目前主要使用“液晶显示器(LCD)”。如图4所示，LCD的结构包括背光模块、后偏光片、后导电玻璃、薄膜晶体管(TFT)、液晶、彩色滤光片、前导电玻璃、前偏光片(检偏器)、盖玻片等。结构和原理都比较复杂，这里就不详细介绍了(对LCD工作原理感兴趣的可以参考这里)。
手机需要体积小，省电，所以使用发光二极管(led)作为光源。导电玻璃是通过在玻璃基板上生长一薄层“氧化铟锡(ITO)”而形成的导电玻璃。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不仅导电，而且很薄的时候还是透明的。
此外，必须使用半导体制造技术在后导电玻璃上生长“开关元件”。最简单的开关元件是MOS，但MOS具有金属、氧化物和半导体的结构，必须生长在硅片上。要在导电玻璃上生长开关元件，需要设计另一种开关元件，其工作原理与MOS类似，我们称之为“薄膜晶体管(TFT)”。
后导电玻璃上有TFT开关元件的面板叫“有源矩阵”，开关在像素旁边，所以响应更快；没有TFT开关元件的面板称为“无源矩阵”。这个面板的开关元件做在面板外面的印刷电路板(PCB)上，开关离像素远，所以响应慢。猜猜AMOLED是什么？有机发光二极管(有机发光二极管)也有背面导电玻璃，所以AMOLED意味着在背面导电玻璃上有TFT开关元件。
图4:液晶面板的基本原理和结构。
什么是细胞？什么是细胞外、细胞内和细胞内？
LCD的制作工艺是：首先在“前导电玻璃”下面的ITO面上制作开关电路和滤色器；制作开关电路和薄膜晶体管；在“后导电玻璃”上方的ITO侧；然后将前后导电玻璃的ITO侧面相对夹住，在两块导电玻璃之间注入液态液晶，形成图4 (b)所示的结构。这个过程一般称为“细胞工程”，所以两块导电玻璃之间的区域一般称为“细胞”。其实面板工程的步骤相当复杂，有兴趣的人可以参考这个网站。
触摸面板需要一个“感应器图案”来确定用户点击的位置。如果触摸图案首先制作在盖玻片上，然后用粘合剂粘贴在面板的前导电玻璃上(即单元外)，则称为“单元外”，如图5 (a)所示。
如果触摸线直接制作在电池的正面导电玻璃上方(即电池上方)，则称为“On-cell”，如图5 (b)所示；如果触摸线直接制作在电池的前后导电玻璃之间(即电池内部)，则称为“In-cell”，如图5 (c)所示。从图中可以看出，In-cell最大的优势是厚度薄，因此成为目前智能手机面板的主流，但也存在价格高、触摸线易受TFT和开关线干扰等问题。因此，Out-cell和On-cell仍然具有价值，可以应用于其他具有大尺寸或相对不同厚度要求的产品。
图5:触摸线位置示意图(图中省略了彩色滤光片)。
