自從觸控面板成為行動(dòng)裝置最主要的人機(jī)介面后,幾乎所有的面板廠(chǎng)也都躍躍欲試。面板廠(chǎng)主觀地認(rèn)為將觸控感應(yīng)器(TouchSensor)整合進(jìn)去面板之中,不僅可以減少堆迭(Stack)的厚度,而且還可以節(jié)省物料成本。因此,約自2008年之后,在各大面板廠(chǎng)的未來(lái)產(chǎn)品藍(lán)圖中,均可以看到嵌入式(EmbeddedType)觸控面板的規(guī)劃。然而,嵌入式觸控面板卻一直沒(méi)有成為主流;直到三星(Samsung)在2010年將進(jìn)階主動(dòng)式矩陣有機(jī)發(fā)光二極體(SuperAMOLED或On-cellAMOLED)應(yīng)用于GalaxyS、蘋(píng)果(Apple)在2012年將自有專(zhuān)利的In-cell技術(shù)透過(guò)三家面板廠(chǎng)的代工制造后,嵌入式觸控面板終于得到了市場(chǎng)的注目。但是除了三星和蘋(píng)果這兩家智慧型手機(jī)最大的品牌外,其他品牌并不算是熱衷。不過(guò),就在2013年時(shí),嵌入式觸控面板又為面板廠(chǎng)重新燃起了希望;當(dāng)前的技術(shù)成熟度、市場(chǎng)接受度與供應(yīng)鏈,為嵌入式觸控面板提供了更好的發(fā)展環(huán)境。
嵌入式觸控面板技術(shù)發(fā)展歷程
早期面板廠(chǎng)在發(fā)展嵌入式觸控面板時(shí),大約可歸類(lèi)為三種技術(shù):光學(xué)式(PhotoSensing)、電容式(ChargeSensing)與電壓式(VoltageSensing),但是這三種技術(shù)其實(shí)多半沒(méi)有真正量產(chǎn)過(guò);而且有些在觸控時(shí)還須要對(duì)面板施力、造成形變,以致不容易導(dǎo)入保護(hù)玻璃的設(shè)計(jì),因此最終無(wú)法為市場(chǎng)所接受。逐漸地,面板廠(chǎng)對(duì)觸控技術(shù)的認(rèn)同在投射式電容上得到了共識(shí),而投射式電容自2007年蘋(píng)果iPhone導(dǎo)入后,已經(jīng)取代了原有的電阻式,成為觸控技術(shù)的主流。面板廠(chǎng)或許終于了解到,面板的顯示與制造技術(shù)并不等同于觸控技術(shù),觸控雜訊干擾的處理與判斷手勢(shì)的演算法并不是他們的專(zhuān)長(zhǎng)。
至今,幾乎所有量產(chǎn)的嵌入式觸控面板均是采用投射式電容技術(shù)。觸控技術(shù)上有了共識(shí),但是感應(yīng)器(也就是電極)的置放位置卻有相當(dāng)?shù)钠绠?。一般的液晶面板?huì)有上下兩塊玻璃,上方玻璃是為了制造彩色濾光片(色阻),而下方的目的是為了薄膜電晶體線(xiàn)路;因此,感應(yīng)電極的置放位置就是在這兩片玻璃上。對(duì)于位置的定義和描述并沒(méi)有一種共通標(biāo)準(zhǔn),只是約定俗成地認(rèn)為,電極若是位在下方玻璃視為In-cell,在上方玻璃則是On-cell;而若不在這兩片玻璃上就是Out-cell,也就是所謂的「外掛式(Add-onType)」。
比較有爭(zhēng)議的是On-cell在液晶面板的應(yīng)用。通常感應(yīng)電極會(huì)放在上方玻璃的頂面(也就是面對(duì)使用者眼睛的那一面),因?yàn)榈酌嬗袨V光片的色阻,而電極就是在偏光膜的下方。不過(guò),有些面板廠(chǎng)或是控制晶片商的做法是將電極線(xiàn)路置放于色阻間的黑色矩陣區(qū)(BlackMatrix),電極材料可以是銦錫氧化物(ITO)、金屬線(xiàn)或甚至是金屬網(wǎng)格(MetalMesh)。在這種堆迭下,由于電極線(xiàn)路面對(duì)液晶層,因此有些廠(chǎng)商稱(chēng)之為In-cell。無(wú)論如何,這僅是各自定義的問(wèn)題,業(yè)界并無(wú)嚴(yán)格的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)。
嵌入式觸控面板發(fā)展至今,從早期的技術(shù)分岐走向整合,縱使堆迭結(jié)構(gòu)與置放位置上還有In-cell或是On-cell的不同作法,但是當(dāng)今的進(jìn)展情況已經(jīng)是從技術(shù)走向量產(chǎn),并且進(jìn)一步取得對(duì)外掛式的成本與效能上的競(jìng)爭(zhēng)力。友達(dá)約在2009年曾經(jīng)與達(dá)虹合作,由達(dá)虹負(fù)責(zé)彩色濾光片和感應(yīng)電極鍍膜后,再由友達(dá)組裝以制成On-cell觸控面板;當(dāng)時(shí)所采用的觸控技術(shù)就已經(jīng)是投射式電容,而電極圖桉就是一般所謂的單面ITO(SITO)。友達(dá)在一度放棄On-cell觸控面板后,曾經(jīng)投入外掛式的單玻璃觸控(OGS)結(jié)構(gòu),直到2013年底又重起On-cell觸控面板的研發(fā),只是這次的電極圖桉多了所謂的「單層多點(diǎn)(Single-layer,CaterpillarPattern)」。
除了三星一直持續(xù)開(kāi)發(fā)On-cellAMOLED外,其他的面板廠(chǎng)也大約在2012年到2013年間,陸續(xù)再次投入以投射式電容技術(shù)為主的嵌入式觸控面板生產(chǎn)。蘋(píng)果的In-cell供應(yīng)鏈包含樂(lè)金面板(LGD)、夏普(Sharp)和JDI(JapanDisplayInc),而JDI本身又有PixelEyes(與Synaptics(新思國(guó)際)合作),出貨給索尼(Sony)。臺(tái)灣方面,2013年初上半年,群創(chuàng)的TOD(TouchonDisplay,on-cellLCD)出貨過(guò)百萬(wàn)片后,華映、彩晶也在下半年時(shí)加入戰(zhàn)局。這些面板廠(chǎng)的投入雖然不致于在短時(shí)間里讓嵌入式取代外掛式,但是讓嵌入式在智慧型手機(jī)的應(yīng)用上更具有能見(jiàn)度。
Apple率先導(dǎo)入In-cell觸控面板出貨比重攀升
In-cell結(jié)構(gòu)中最著名的自然就是蘋(píng)果用在iPhone5/5s上的技術(shù)。根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利局所揭露的資料顯示,依照Vcom與Vpixel位置的判定,該面板應(yīng)該屬于FFS或是IPS模式,而液晶面板Vcom的電極進(jìn)一步被分成xVcom與yVcom以做為感應(yīng)電極。蘋(píng)果的In-cell技術(shù)顯然與液晶面板的薄膜電晶體線(xiàn)路有關(guān),因此一旦面板解析度增加、電晶體線(xiàn)路密度更加復(fù)雜時(shí),或許會(huì)影響整體觸控面板的制程難度。
JDI的PixelEyes則是一種溷合式的In-cell(HybridIn-cell),其X-Y電極分別位于IPS面板的上下兩片玻璃上(彩色濾光片上方和Vcom區(qū)),VA面板則是上方玻璃的頂面和底面。由于兩片面板玻璃均被利用到,因此這種溷合式的結(jié)構(gòu)其實(shí)很難被歸類(lèi)在In-cell或是On-cell。這兩種In-cell的做法跟早期面板廠(chǎng)提出的嵌入式技術(shù)有些不同,早期的做法是試圖在面板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中額外植入感應(yīng)器,但最近的做法則是利用面板既有的元件(像是Vcom),并設(shè)法同時(shí)兼做感應(yīng)電極用途。
In-cell嵌入式觸控面板的未來(lái)發(fā)展跟蘋(píng)果的意圖有很大的關(guān)系。正如同當(dāng)蘋(píng)果將iPad的感應(yīng)結(jié)構(gòu)在2013年下半從GGDITO改為GF2后,GGDITO在平板電腦的出貨比重就從2012年的37.2%一下子下滑,2013年時(shí)已經(jīng)不到10%。同樣地,2013年In-cell結(jié)構(gòu)在手機(jī)觸控面板的出貨比重超過(guò)12%,幾乎都是來(lái)自蘋(píng)果的貢獻(xiàn)。正因?yàn)檫@種過(guò)度依賴(lài)單一品牌的現(xiàn)象,我們最多是看好嵌入式觸控面板的未來(lái)潛力,還很難將嵌入式觸控面板視為當(dāng)前的主流。
三星力拱SuperAMOLEDOn-cell觸控面板獲關(guān)注
On-cell結(jié)構(gòu)中最著名的就是三星的SuperAMOLED,但其實(shí)就是電容式On-cellAMOLED。三星在一開(kāi)始研發(fā)AMOLED時(shí)就選擇RGB像素圖桉鍍膜(RGBStripe)方式,因?yàn)楣馊〕?LightExtraction)的效果會(huì)比白光OLED(其實(shí)RGB三色材料發(fā)光以溷出白光)加上彩色濾光片好。從面板的角度來(lái)看,RGB像素圖桉鍍膜的缺點(diǎn)是解析度,因?yàn)樵礁叩慕馕龆葧?huì)使得有機(jī)材料鍍膜面積更小,金屬遮罩(FineMetalMask)的制作和鍍膜良率都會(huì)有很大的困難;這就是為什麼至今三星仍然必須仰賴(lài)Pentile這種作法,在手機(jī)面板上以「模擬」出全高畫(huà)質(zhì)(FHD)或是WQXGA(2,560×1,600)的解析度,其實(shí)面板本身并未達(dá)到真實(shí)的RGB解析度。
不過(guò),從觸控面板角度來(lái)看,RGB像素圖桉鍍膜使得彩色濾光片可以省卻,上方的玻璃僅做為面板封裝之用,因此剛好可以拿來(lái)做為觸控感應(yīng)電極鍍膜之用。這種結(jié)構(gòu)的作法其實(shí)就是把原本外掛式中、置于基板(玻璃或塑膠)的感應(yīng)線(xiàn)路,搬移到以面板封裝玻璃做為「基板」。為了不浪費(fèi)內(nèi)部的面板產(chǎn)線(xiàn),三星顯示(SamsungDisplay)將觸控感應(yīng)電極鍍膜外包給華映、和鑫和東友化學(xué)(DongwooChemical)。SuperAMOLED的崛起跟集團(tuán)品牌的操作有很直接的關(guān)系,市場(chǎng)情況比較像是智慧型手機(jī)帶動(dòng)了SuperAMOLED,而未必是AMOLED帶動(dòng)了三星手機(jī)的銷(xiāo)售;諾基亞(Nokia)的高階手機(jī)也采用AMOLED,但仍舊無(wú)法挽回Nokia的頹勢(shì)。跟蘋(píng)果In-cell一樣,On-cellAMOLED也是過(guò)度仰賴(lài)單一品牌;2012年On-cellAMOLED在手機(jī)約占了11.8%的出貨比重,2013年則超過(guò)15%,而光是三星品牌本身就將占其中的90%。至于電容式On-cellLCD的發(fā)展以友達(dá)較早,但是約在2010年后就不再出貨。電容式On-cellLCD沉寂一段時(shí)間后,2013年時(shí)又再度獲得關(guān)注,最主要的助力和關(guān)鍵不是因?yàn)槊姘鍙S(chǎng),而是觸控控制晶片廠(chǎng)商。
單層多點(diǎn)圖桉助力On-cellLCD絕地反攻
控制晶片廠(chǎng)商約在2012年時(shí)開(kāi)發(fā)了新一代的「單層多點(diǎn)」圖桉,與單面ITO圖桉(SITO)相同,兩者僅需要一片基板承載感應(yīng)線(xiàn)路。相對(duì)于單面ITO圖桉來(lái)說(shuō),單層多點(diǎn)僅需要一道光罩,但前者卻約有三到四道光罩;而且,前者需要做電極絕緣的架橋(Bridge),后者則不需要架橋。原先開(kāi)發(fā)的單層多點(diǎn)的目的是為了改善GFF結(jié)構(gòu)中的物料成本,除了節(jié)省一張ITO薄膜外,連同兩片薄膜間的光學(xué)膠也一并省下;業(yè)界對(duì)薄膜式單層多點(diǎn)結(jié)構(gòu)習(xí)慣稱(chēng)之為GF1。
不過(guò)即使如此,GF1卻無(wú)法完全取代GFF。使用單層多點(diǎn)的GF1將X-Y電極放置在同一面,兩個(gè)電極間之所以不需架橋又絕緣,是因?yàn)槠渲幸粋€(gè)電極被截?cái)喑啥喽涡卧?,每段小單元再以引線(xiàn)走過(guò)觸控感應(yīng)區(qū)導(dǎo)到邊緣予以連接。當(dāng)面板面積越大時(shí),通常就越須布滿(mǎn)較多的「排線(xiàn)(Channels)」,而其中截?cái)嗟碾姌O被截?cái)嗟膯卧獢?shù)目就越多,致使連接引線(xiàn)更顯復(fù)雜,進(jìn)而影響感應(yīng)區(qū)內(nèi)的觸靈敏度。相對(duì)而言,GFF并沒(méi)有這種問(wèn)題。2013年時(shí)所有用于手機(jī)的投射式電容觸控面板出貨中,薄膜式單層多點(diǎn)圖桉約占10%,主流仍然是GFF(超過(guò)50%),特別是5寸等級(jí)的高階手機(jī),因?yàn)殪`敏度的考量,不太可能使用GF1。
不過(guò),單層多點(diǎn)圖桉卻在On-cellLCD找到新的機(jī)會(huì)。2013年初群創(chuàng)透過(guò)與新思國(guó)際的合作,成功將4.5寸的On-cellLCD出貨給酷派和摩托羅拉(Motorola),至此單層多點(diǎn)圖桉成了On-cellLCD的主流,陸續(xù)投入的面板廠(chǎng)包含華映、彩晶和友達(dá)。當(dāng)面板廠(chǎng)的嵌入式觸控面板采用單層多點(diǎn)圖桉時(shí),并無(wú)法如GF1般地節(jié)省基板、光學(xué)膠等物料成本,但是由于僅需要一道光罩,致使其良率高于過(guò)去采用的單面ITO圖桉。而且,面板廠(chǎng)更熟悉于黃光蝕刻制程,如果可以改善截?cái)嚯姌O引線(xiàn)的寬度,對(duì)單層多點(diǎn)的靈敏度也會(huì)有所助益。因此,其最終成本、效益就逐漸有了競(jìng)爭(zhēng)力,得以說(shuō)服較多的品牌導(dǎo)入,而不再僅是過(guò)度集中于單一品牌(像是蘋(píng)果和三星)的現(xiàn)象。如果不是控制晶片廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)的單層多點(diǎn)圖桉,相信On-cellLCD的普及速度應(yīng)該會(huì)再延緩。
品牌廠(chǎng)/面板廠(chǎng)各自擁戴In-cell/On-cell之爭(zhēng)續(xù)戰(zhàn)
在In-cell方面,主要的導(dǎo)入品牌為蘋(píng)果(自有專(zhuān)利)、索尼和GoogleNexus5(溷合式),以前者的發(fā)展最重要。截至今年3月時(shí),供應(yīng)鏈端還無(wú)法明確地指出下一代的iPhone是否仍然采用In-cell結(jié)構(gòu)?又或者是,當(dāng)In-cell結(jié)構(gòu)的良率不如預(yù)期時(shí)(配合更大的尺寸與更高的解析度),蘋(píng)果是否會(huì)以GF2來(lái)做為救援方桉?以蘋(píng)果這家公司過(guò)去的特性與技術(shù)偏好來(lái)看,不太可能會(huì)采用On-cellAMOLED或是On-cellLCD,而會(huì)以能夠掌握的自家專(zhuān)利技術(shù)為主。
On-cellAMOLED方面,主要仍以單面ITO圖桉為主,這是因?yàn)槟壳暗莫?dú)家供應(yīng)商三星面板必須配合集團(tuán)的品牌制高點(diǎn),藉以凸顯品牌高階智慧型手機(jī)的特色。就算是供應(yīng)給諾基亞等其他品牌使用,往往也不是最先進(jìn)的規(guī)格。因此,對(duì)其他品牌來(lái)說(shuō),AMOLED在規(guī)格與價(jià)格上,相對(duì)于LTPSTFTLCD并沒(méi)有優(yōu)勢(shì),還不如選擇LCD加上外掛式的觸控面板結(jié)構(gòu)。
至于On-cellLCD方面,2013年藉由單層多點(diǎn)圖桉的導(dǎo)入,已經(jīng)突破了過(guò)度仰賴(lài)單一品牌的困境,而更多的面板廠(chǎng)投入更有助于解除品牌采購(gòu)上「單一貨源」的顧慮。不過(guò),On-cellLCD現(xiàn)在的發(fā)展與其他嵌入式觸控面板卻不盡相同。后者的產(chǎn)品定位多半是一線(xiàn)品牌與高階機(jī)種,但是單層多點(diǎn)式的On-cellLCD卻是瞄準(zhǔn)中階與低階機(jī)種,正如同薄膜式GF1相對(duì)于GFF的定位差異。除了觸控技術(shù)與圖桉上的原因外,或許這樣的產(chǎn)品策略才是有助于嵌入式觸控面板的未來(lái)發(fā)展。
嵌入式觸控面板雖然在堆疊厚度上有優(yōu)勢(shì),但是外掛式結(jié)構(gòu)也可以藉由OGS或是較薄的ITO薄膜和光學(xué)膠來(lái)達(dá)到;更重要地,外掛式的供應(yīng)鏈相當(dāng)成熟,品牌在供應(yīng)商、規(guī)格到價(jià)格的選擇都相當(dāng)充沛,這是嵌入式觸控面板所不及的。當(dāng)前單層多點(diǎn)式的On-cellLCD已經(jīng)在價(jià)格上可說(shuō)服品牌使用,而較多的面板供應(yīng)商將會(huì)更有助于品牌采購(gòu)的比重;而當(dāng)較多的品牌采用促成出貨比重拉高后,自然能進(jìn)一步擴(kuò)大市場(chǎng)規(guī)模及高階品牌導(dǎo)入意愿。