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1、On-cell LCD 势力崛起 嵌入式触控面板展新局作者： Touchscreen 时间：2014-12-11 自从触控面板成为行动装置最主要的人机介面后，几乎所有的面板厂也都跃跃欲试。面板厂主观地认为将触控感应器(Touch Sensor)整合进去面板之中，不仅可以减少堆叠(Stack)的厚度，而且还可以节省物料成本。因此，约自 2008 年之后，在各大面板厂的未来产品蓝图中，均可以看到嵌入式(Embedded Type)触控面板的规画。 然而，嵌入式触控面板却一直没有成为主流；直到三星(Samsung)在 2010 年将进阶主动式矩阵有机发光二极体(Super AMOLED 或 On-c
2、ell AMOLED)应用于 Galaxy S 系列、苹果(Apple)在 2012 年将自有专利的内嵌式触控(In-cell)技术透过三家面板厂代工製造后，嵌入式触控面板终于得到了市场的注目。但是除了三星和苹果这两家智慧型手机龙头品牌外，其他品牌并不算是热衷。不过，就在 2013 年时，嵌入式触控面板又为面板厂重新燃起了希望；当前的技术成熟度、市场接受度与供应链，为嵌入式触控面板提供了更好的发展环境。 投射式电容跃居嵌入式触控面板技术主流 早期面板厂在发展嵌入式触控面板时，大约可归类为三种技术：光学式(Photo Sensing)、电容式(Charge Sensing)与电压式(Voltag
3、e Sensing)，但是这三种技术其实多半没有真正量产过；而且有些在触控时还须要对面板施力、造成形变，以致不容易导入保护玻璃的设计，因此最终无法为市场所接受。逐渐地，面板厂对触控技术的认同在投射式电容上得到了共识，而投射式电容自 2007年苹果 iPhone 导入后，已经取代了原有的电阻式，成为触控技术的主流。面板厂或许终于了解到，面板的显示与製造技术并不等同于触控技术，触控杂讯干扰的处理与判断手势的演算法并不是他们的专长。 至今，几乎所有量产的嵌入式触控面板均是採用投射式电容技术。触控技术上有了共识，但是感应器(也就是电极) 的置放位置却有相当的歧异。一般的液晶面板会有上下两块玻璃，上方玻
4、璃是为了製造彩色滤光片(色阻) ，而下方的目的是为了薄膜电晶体线路；因此，感应电极的置放位置就是在这两片玻璃上。对于位置的定义和描述并没有一种共通标准，只是约定俗成地认为，电极若是位在下方玻璃视为 In-cell，在上方玻璃则是 On-cell；而若不在这两片玻璃上就是 Out-cell，也就是所谓的 外挂式(Add-on Type)。 比较有争议的是 On-cell 在液晶面板的应用。通常感应电极会放在上方玻璃的顶面(也就是面对使用者眼睛的那一面) ，因为底面有滤光片的色阻，而电极就是在偏光膜的下方。不过，有些面板厂或是控制晶片商的做法是将电极线路置放于色阻间的黑色矩阵区(Black Mat
5、rix)，电极材料可以是铟锡氧化物 (ITO)、金属线或甚至是金属网格(Metal Mesh)。在这种堆叠下，由于电极线路面对液晶层，因此有些厂商称之为 In-cell。无论如何，这仅是各自定义的问题，业界并无严格的认定标准。 嵌入式触控面板发展至今，从早期的技术分岐走向整合，纵使堆叠结构与置放位置上还有 In-cell 或是 On-cell 的不同作法，但是当今的进展情况已经是从技术走向量产，并且进一步取得对外挂式的成本与效能上的竞争力。友达约在 2009 年曾经与达虹合作，由达虹负责彩色滤光片和感应电极镀膜后，再由友达组装以製成 On-cell触控面板；当时所採用的触控技术就已经是投射式电
6、容，而电极图桉就是一般所谓的单面 ITO(SITO)。友达在一度放弃 On-cell 触控面板后，曾经投入外挂式的单玻璃触控(OGS)结构，直到 2013 年底又重起 On-cell 触控面板的研发，只是这次的电极图桉多了所谓的单层多点(Single-layer, Caterpillar Pattern)。 除了三星一直持续开发 On-cell AMOLED 外，其他的面板厂也大约在 2012 年到 2013 年间，陆续再次投入以投射式电容技术为主的嵌入式触控面板生产。苹果的 In-cell 供应链包含乐金显示(LGD) 、夏普(Sharp)和 JDI(Japan Display Inc)，而
7、 JDI 本身又有 Pixel Eyes(与新思国际 (Synaptics)合作) ，出货给索尼(Sony)。台湾方面，2013 年初上半年，群创的 TOD(Touch on Display, on-cell LCD)出货过百万片后，华映、彩晶也在下半年时加入战局。这些面板厂的投入虽然不致于在短时间裡让嵌入式取代外挂式，但是让嵌入式在智慧型手机的应用上更具有能见度。 Apple 率先导入In-cell 出货比重攀升 In-cell 结构中最着名的自然就是苹果用在 iPhone 5/5s 上的技术。根据美国专利局所揭露的资料显示，依照 Vcom 与 Vpixel 位置的判定，该面板应该属于 FF
8、S 或是 IPS 模式，而液晶面板 Vcom 的电极进一步被分成 xVcom 与 yVcom 以做为感应电极。苹果的 In-cell 技术显然与液晶面板的薄膜电晶体线路有关，因此一旦面板解析度增加、电晶体线路密度更加複杂时，或许会影响整体触控面板的製程难度。 JDI 的 Pixel Eyes 则是一种溷合式的 In-cell(Hybrid In-cell)，其X-Y 电极分别位于 IPS 面板的上下两片玻璃上(彩色滤光片上方和Vcom 区) ，VA 面板则是上方玻璃的顶面和底面。由于两片面板玻璃均被利用到，因此这种溷合式的结构其实很难被归类在 In-cell 或是 On-cell。这两种 In
9、-cell 的做法跟早期面板厂提出的嵌入式技术有些不同，早期的做法是试图在面板的内部结构中额外植入感应器，但最近的做法则是利用面板既有的元件(像是 Vcom)，并设法同时兼做感应电极用途。 In-cell 嵌入式触控面板的未来发展跟苹果的意图有很大的关係。正如同当苹果将 iPad 的感应结构在 2013 年下半从 GG DITO 改为GF2 后，GG DITO 在平板电脑的出货比重就从 2012 年的 37.2%一下子下滑，2013 年时已经不到 10%。同样地， 2013 年 In-cell 结构在手机触控面板的出货比重超过 12%，几乎都是来自苹果的贡献。正因为这种过度依赖单一品牌的现象，
10、我们最多是看好嵌入式触控面板的未来潜力，还很难将嵌入式触控面板视为当前的主流。 三星拱 Super AMOLEDOn-cell 触控面板获关注On-cell 结构中最着名的就是三星的 Super AMOLED，但其实就是电容式 On-cell AMOLED。三星在一开始研发 AMOLED 时就选择RGB 像素图桉镀膜(RGB Stripe)方式，因为光取出(Light Extraction)的效果会比白光 OLED(其实 RGB 三色材料发光以溷出白光) 加上彩色滤光片好。从面板的角度来看，RGB 像素图桉镀膜的缺点是解析度，因为越高的解析度会使得有机材料镀膜面积更小，金属遮罩(Fine Me
11、tal Mask)的製作和镀膜良率都会有很大的困难；这就是为什麽至今三星仍然必须仰赖 Pentile 这种作法，在手机面板上以模拟出全高画质(FHD)或是 WQXGA(2,5601,600)的解析度，其实面板本身并未达到真实的 RGB 解析度。 不过，从触控面板角度来看，RGB 像素图桉镀膜使得彩色滤光片可以省却，上方的玻璃仅做为面板封装之用，因此刚好可以拿来做为触控感应电极镀膜之用。这种结构的作法其实就是把原本外挂式中、置于基板(玻璃或塑胶)的感应线路，搬移到以面板封装玻璃做为基板。为了不浪费内部的面板产线，三星显示(Samsung Display)将触控感应电极镀膜外包给华映、和鑫和东友化
12、学(Dongwoo Chemical)。Super AMOLED 的崛起跟集团品牌的操作有很直接的关係，市场情况比较像是智慧型手机带动了 Super AMOLED，而未必是 AMOLED 带动了三星手机的销售；诺基亚(Nokia)的高阶手机也採用 AMOLED，但仍旧无法挽回 Nokia 的颓势。跟苹果 In-cell 一样，On-cell AMOLED 也是过度仰赖单一品牌；2012 年 On-cell AMOLED 在手机约占了 11.8%的出货比重，2013年则超过 15%，而光是三星品牌本身就将占其中的 90%。至于电容式 On-cell LCD 的发展以友达较早，但是约在 2010
13、年后就不再出货。电容式 On-cell LCD 沉寂一段时间后，2013 年时又再度获得关注，最主要的助力和关键不是因为面板厂，而是触控控制晶片厂商。单层多点图桉助力On-cell LCD 绝地反攻控制晶片厂商约在 2012 年时开发了新一代的单层多点图桉，与单面 ITO 图桉(SITO)相同，两者仅需要一片基板承载感应线路。相对于单面 ITO 图桉来说，单层多点仅需要一道光罩，但前者却约有三到四道光罩；而且，前者需要做电极绝缘的架桥(Bridge)，后者则不需要架桥。原先开发的单层多点的目的是为了改善 GFF 结构中的物料成本，除了节省一张 ITO 薄膜外，连同两片薄膜间的光学胶也一併省下；
14、业界对薄膜式单层多点结构习惯称之为 GF1。 不过即使如此，GF1 却无法完全取代 GFF。使用单层多点的GF1 将 X-Y 电极放置在同一面，两个电极间之所以不需架桥又绝缘，是因为其中一个电极被截断成多段小单元，每段小单元再以引线走过触控感应区导到边缘予以连接。当面板面积越大时，通常就越须布满较多的排线(Channels)，而其中截断的电极被截断的单元数目就越多，致使连接引线更显複杂，进而影响感应区内的触控灵敏度。相对而言，GFF 并没有这种问题。2013 年时所有用于手机的投射式电容触控面板出货中，薄膜式单层多点图桉约占 10%，主流仍然是 GFF(超过 50%)，特别是 5 吋等级的高阶
15、手机，因为灵敏度的考量，不太可能使用 GF1。 不过，单层多点图桉却在 On-cell LCD 找到新的机会。2013 年初群创透过与新思国际的合作，成功将 4.5 吋的 On-cell LCD 出货给酷派和摩托罗拉(Motorola)，至此单层多点图桉成了 On-cell LCD的主流，陆续投入的面板厂包含华映、彩晶和友达。当面板厂的嵌入式触控面板採用单层多点图桉时，并无法如 GF1 般地节省基板、光学胶等物料成本，但是由于仅需要一道光罩，致使其良率高于过去採用的单面 ITO 图桉。而且，面板厂更熟悉于黄光蚀刻製程，如果可以改善截断电极引线的宽度，对单层多点的灵敏度也会有所助益。因此，其最终
16、成本、效益就逐渐有了竞争力，得以说服较多的品牌导入，而不再仅是过度集中于单一品牌(像是苹果和三星) 的现象。如果不是控制晶片厂商开发的单层多点图桉，相信 On-cell LCD 的普及速度应该会再延缓。 品牌/面板厂各自拥戴In/On-cell 不分轩轾在 In-cell 方面，主要的导入品牌为苹果(自有专利)、索尼和Google Nexus 5(溷合式)，以前者的发展最重要。 On-cell AMOLED 方面，主要仍以单面 ITO 图桉为主，这是因为目前的独家供应商三星面板必须配合集团的品牌制高点，藉以突显品牌高阶智慧型手机的特色。就算是供应给诺基亚等其他品牌使用，往往也不是最先进的规格。因此，对其他品牌来说，AMOLED 在规格与价格上，相对于 LTPS TFT LCD 并没有优势，还不如选择 LCD加上外挂式的触控面板结构。 至于 On-cell LCD 方面，2013 年藉由单层多点图桉的导入，已经突破了过度仰赖单一品牌的困境，而更多的面
