On-cell LCD复出 打破嵌入式触控面板格局

来源:互联网 作者:------ 时间:2014-12-12 09:52

On-cell

  在触控芯片商与面板厂通力合作下,On-cell LCD嵌入式触控技术已顺利突破单层多点图案设计关卡,并开始挟低成本优势,在中低阶智能手机市场攻城掠地,可望打破现今由In-cell和On-cell AMOLED主导嵌入式触控市场的局面。

  自从触控面板成为行动设备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(TouchSensor)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(EmbeddedType)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(SuperAMOLED或On-cellAMOLED)应用于GalaxyS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制造后,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能手机龙头品牌外,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(PhotoSensing)、电容式(ChargeSensing)与电压式(VoltageSensing),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,面板的显示与制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采用投射式电容技术。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,上方玻璃是为了制造彩色滤光片(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-onType)”。

  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芯片商的做法是将电极线路置放于色阻间的黑色矩阵区(BlackMatrix),电极材料可以是铟锡氧化物(ITO)、金属线或甚至是金属网格(MetalMesh)。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,再由友达组装以制成On-cell触控面板;当时所采用的触控技术就已经是投射式电容,而电极图案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,只是这次的电极图案多了所谓的“单层多点(Single-layer,CaterpillarPattern)”。

  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(JapanDisplayInc),而JDI本身又有PixelEyes(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(TouchonDisplay,on-cellLCD)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里让嵌入式取代外挂式,但是让嵌入式在智能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iPhone5/5s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FFS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复杂时,或许会影响整体触控面板的制程难度。

  JDI的PixelEyes则是一种混合式的In-cell(HybridIn-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,因此这种混合式的结构其实很难被归类在In-cell或是On-cell。这两种In-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系。正如同当苹果将iPad的感应结构在2013年下半从GGD ITO改为GF2后,GGDITO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,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SuperAMOLED On-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像素图案镀膜(RGBStripe)方式,因为光取出(LightExtraction)的效果会比白光OLED(其实RGB三色材料发光以混出白光)加上彩色滤光片好。

  从面板的角度来看,RGB像素图案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(FineMetalMask)的制作和镀膜良率都会有很大的困难;这就是为什么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(2,560×1,600)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像素图案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(SamsungDisplay)将触控感应电极镀膜外包给华映、和鑫和东友化学(DongwooChemical)。

  Super AMOLED的崛起跟集团品牌的操作有很直接的关系,市场情况比较像是智能手机带动了SuperAMOLED,而未必是AMOLED带动了三星手机的销售;诺基亚(Nokia)的高阶手机也采用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,而是触控控制芯片厂商。

  单层多点图案助力On-cell LCD绝地反攻

  

 

  控制芯片厂商约在2012年时开发了新一代的“单层多点”图案,与单面ITO图案(SITO)相同,两者仅需要一片基板承载感应线路。相对于单面ITO图案来说,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并省下;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,致使连接引线更显复杂,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,薄膜式单层多点图案约占10%,主流仍然是GFF(超过50%),特别是5寸等级的高阶手机,因为灵敏度的考量,不太可能使用GF1。

  不过,单层多点图案却在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寸的On-cell LCD出货给酷派和摩托罗拉(Motorola),至此单层多点图案成了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采用单层多点图案时,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采用的单面ITO图案。而且,面板厂更熟悉于黄光蚀刻制程,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。如果不是控制芯片厂商开发的单层多点图案,相信On-cellLCD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GoogleNexus5(混合式),以前者的发展最重要。

  On-cell AMOLED方面,主要仍以单面ITO图案为主,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能手机的特色。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LTPSTFTLCD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年藉由单层多点图案的导入,已经突破了过度仰赖单一品牌的困境,而更多的面板厂投入更有助于解除品牌采购上“单一货源”的顾虑。不过,On-cell LCD现在的发展与其他嵌入式触控面板却不尽相同。后者的产品定位多半是一线品牌与高阶机种,但是单层多点式的On-cellLCD却是瞄准中阶与低阶机种,正如同薄膜式GF1相对于GFF的定位差异。除了触控技术与图案上的原因外,或许这样的产品策略才是有助于嵌入式触控面板的未来发展。

  嵌入式触控面板虽然在堆叠厚度上有优势,但是外挂式结构也可以藉由OGS或是较薄的ITO薄膜和光学胶来达到;更重要地,外挂式的供应链相当成熟,品牌在供应商、规格到价格的选择都相当充沛,这是嵌入式触控面板所不及的。当前单层多点式的On-cell LCD已经在价格上可说服品牌使用,而较多的面板供应商将会更有助于品牌采购的比重;而当较多的品牌采用促成出货比重拉高后,自然能进一步扩大市场规模及高阶品牌导入意愿。

 

 

关注电子行业精彩资讯,关注华强资讯官方微信,精华内容抢鲜读,还有机会获赠全年杂志

关注方法:添加好友→搜索“华强微电子”→关注

或微信“扫一扫”二维码

资讯排行榜

  • 每日排行
  • 每周排行
  • 每月排行

华强资讯微信号

关注方法:
· 使用微信扫一扫二维码
· 搜索微信号:华强微电子