打造輕薄觸控模組 OGS/In-Cell精簡感應層結(jié)構(gòu)
[導讀]低成本與輕薄化已是下一代觸控技術發(fā)展的首要考量，因此，除高整合度的內(nèi)嵌式(In-cell)技術外，僅在顯示面板外加上一層保護玻璃的OGS方案，同樣備受業(yè)界期待。目前，全球觸控面板制造商已全力投入OGS與In-Cell技術研
低成本與輕薄化已是下一代觸控技術發(fā)展的首要考量，因此，除高整合度的內(nèi)嵌式(In-cell)技術外，僅在顯示面板外加上一層保護玻璃的OGS方案，同樣備受業(yè)界期待。目前，全球觸控面板制造商已全力投入OGS與In-Cell技術研發(fā)，期進一步提高貼合良率，早日大量商用。
然而，隨著外掛式(Out-Cell)和On-Cell觸控產(chǎn)品大量采用投射式電容技術，擴大多點觸控的生活化應用。自此開始，投射電容式觸控面板漸成市場主流，故本文僅就此一技術現(xiàn)況與未來發(fā)展趨勢做介紹。
多點觸控面板技術各有優(yōu)劣
多點觸控技術大致可分為五種疊層結(jié)構(gòu)(圖1)，而以觸控疊構(gòu)和顯示面板的相對位置，又可歸納為三類，包括Out-Cell、On-Cell及In-Cell等技術架構(gòu)。其中，Out-Cell系指觸控面板模組外掛于顯示模組之外，共有單玻璃觸控方案(OGS)、雙玻璃(GG)與雙薄膜(Cover Glass/Sensor Film X/Sensor Film Y, GFF)觸控方案三種主要類型。
圖1 各種觸控模組架構(gòu)示意圖
Out-Cell優(yōu)點為觸控面板和顯示模組的組合彈性和可提供多元選擇；不過，囿于須采用較多材料及復雜堆疊結(jié)構(gòu)，導致Out-Cell面臨模組簡化的難題。也因此，Out-Cell觸控面板中的OGS即被視為下一代觸控技術的發(fā)展重點。
至于更先進的On-Cell技術，系將觸控感應層(Touch Sensor)做在顯示面板上的玻璃外層，優(yōu)點為顯示和觸控一體提供，達成輕薄化效益，在不需上覆鏡片(Cover Lens)的產(chǎn)品應用下，可直接在顯示面板上觸控操作。不過，其缺點則為觸控感應層與顯示面板玻璃貼合的良率問題。
最新的In-Cell觸控制程則進一步整合于顯示面板內(nèi)，即彩色濾光片(Color Filter)玻璃與薄膜電晶體(TFT)玻璃合起來的Cell內(nèi)，其優(yōu)點同On-Cell，但可解決觸控感應層做在顯示面板玻璃外層時的良率問題。惟因IC訊號處理藉由液晶顯示器(LCD)的資料與閘極驅(qū)動(Data and Gate Driving)時的頻寬空隙來執(zhí)行，觸控訊號的回報時間受限，靈敏度將為一大考驗。
In-Cell/Out-Cell應用領域大同小異
In-Cell技術類型可再細分為四種感應模式，包括按壓電式、電壓/電荷感應式(Voltage/Charge Sensing)、光感應式及投射式電容等。隨著智慧型手機，平板裝置與電子書(E-reader)及其他應用領域的高度成長下，為求產(chǎn)品朝輕薄化發(fā)展，In-Cell觸控技術已受到大量關注。
但是，In-Cell與Out-Cell技術仍各有最適合的應用區(qū)分(表1)，其中，Out-Cell的OGS及GG方案適合用于智慧型手機、平板裝置、筆電、電泳顯示(Electrophoretic Display, EPD)、大型公共顯示器(Public Information Display, PID)，以及一體成型電腦。
至于In-Cell則依是否搭載上覆鏡片做適用區(qū)分，若有加裝上覆鏡片，將適合筆電、數(shù)位相機及大型公共顯示器等產(chǎn)品；反之，不導入上覆鏡片的In-cell方案則較受行動裝置青睞。
縮減模組厚度/成本觸控業(yè)者加碼投資OGS
根據(jù)知名市場調(diào)查機構(gòu)的消費者行為研究結(jié)果指出，70%以上美國、日本使用者，認為現(xiàn)在的智慧型行動裝置須減輕整機重量，并延長電池續(xù)航力，才能進一步符合消費者需求。因此，Out-Cell技術已加快朝向輕薄化，并兼顧保護玻璃強度的開發(fā)方向前進。
有鑒于傳統(tǒng)的Out-Cell大多為GFF和GG方案，多層結(jié)構(gòu)加劇整體模組厚度，因此，各家觸控業(yè)者無不大幅提升對OGS的投資，期進一步跨越Out-Cell觸控的薄型化障礙。
其中，友達研發(fā)團隊利用多年TFT-LCD半導體黃光制程開發(fā)能量，包含前段Array設計能力與后段模組制造經(jīng)驗，已順利克服OGS技術門檻，并于2011年第四季底開始出貨，目前3.5、7及10.1寸OGS觸控面板均已進入量產(chǎn)階段。此外，友達也率先于2011年日本橫濱國際平面顯示器大展(FPD International)，展出0.7毫米厚度全貼合到面板上的投射電容式OGS產(chǎn)品。
觸控/面板整合難度高廠商先推小尺寸In-Cell
盡管In-Cell觸控特性相當符合新一代的可攜式電子產(chǎn)品，如手機使用的觸控方式未來可望大舉導入單邊(Single-side)和雙邊(Double-side)投射電容式In-Cell觸控(圖2)，但因兩種方案均須搭配面板制程，且須考慮觸控訊號和液晶驅(qū)動訊號(Driving Signal)間的干擾問題，故要開發(fā)最佳化的畫素設計，并導入特殊的驅(qū)動控制訊號和陣列制程調(diào)整，方能打造觸控靈敏度表現(xiàn)較佳的產(chǎn)品架構(gòu)。
圖2 投射電容式In-cell可分為單邊和雙邊兩種設計模式。
目前全球面板廠均持續(xù)投資開發(fā)In-Cell，以期結(jié)合最新型的顯示技術和克服量產(chǎn)挑戰(zhàn)，并與IC廠商共同解決In-Cell與面板的整合問題。然而，整合愈多層架構(gòu)在物料成本上看似有利，但在整體直通良率(Through Yield)不佳的情況下，對制造成本的影響不見得低于傳統(tǒng)方案，因此，如何提升良率將是In-Cell成功的關鍵因素。預估初期各大面板廠將聚焦在較小尺寸的In-Cell觸控面板開發(fā)，再逐步拓展到中大尺寸領域。
In-Cell良率仍低OGS先攻薄商機
顯而易見，在下一代觸控技術當中，輕薄化為主要考量，除高整合度的In-Cell技術外，僅在顯示面板外加上一層保護玻璃的OGS方案，同樣備受業(yè)界期待。因此，目前在In-Cell量產(chǎn)良率難以突破之際，OGS產(chǎn)品及技術開發(fā)更加如火如荼進行，期能提升觸控面板的市場競爭力，并不斷朝向更輕更薄、更強的次世代技術努力。
未來，一旦全球面板廠開發(fā)的OGS及In-Cell產(chǎn)品陸續(xù)出爐后，將能進一步滿足各種行動聯(lián)網(wǎng)裝置、可攜式電子產(chǎn)品對輕薄化的殷切需求。
(本文作者陳伯綸為友達光電協(xié)理、陳雨村為觸控事業(yè)單位行銷處長、黃彥衡為友達觸控事業(yè)單位產(chǎn)品行銷經(jīng)理)
然而，隨著外掛式(Out-Cell)和On-Cell觸控產(chǎn)品大量采用投射式電容技術，擴大多點觸控的生活化應用。自此開始，投射電容式觸控面板漸成市場主流，故本文僅就此一技術現(xiàn)況與未來發(fā)展趨勢做介紹。
多點觸控面板技術各有優(yōu)劣
多點觸控技術大致可分為五種疊層結(jié)構(gòu)(圖1)，而以觸控疊構(gòu)和顯示面板的相對位置，又可歸納為三類，包括Out-Cell、On-Cell及In-Cell等技術架構(gòu)。其中，Out-Cell系指觸控面板模組外掛于顯示模組之外，共有單玻璃觸控方案(OGS)、雙玻璃(GG)與雙薄膜(Cover Glass/Sensor Film X/Sensor Film Y, GFF)觸控方案三種主要類型。
圖1 各種觸控模組架構(gòu)示意圖
Out-Cell優(yōu)點為觸控面板和顯示模組的組合彈性和可提供多元選擇；不過，囿于須采用較多材料及復雜堆疊結(jié)構(gòu)，導致Out-Cell面臨模組簡化的難題。也因此，Out-Cell觸控面板中的OGS即被視為下一代觸控技術的發(fā)展重點。
至于更先進的On-Cell技術，系將觸控感應層(Touch Sensor)做在顯示面板上的玻璃外層，優(yōu)點為顯示和觸控一體提供，達成輕薄化效益，在不需上覆鏡片(Cover Lens)的產(chǎn)品應用下，可直接在顯示面板上觸控操作。不過，其缺點則為觸控感應層與顯示面板玻璃貼合的良率問題。
最新的In-Cell觸控制程則進一步整合于顯示面板內(nèi)，即彩色濾光片(Color Filter)玻璃與薄膜電晶體(TFT)玻璃合起來的Cell內(nèi)，其優(yōu)點同On-Cell，但可解決觸控感應層做在顯示面板玻璃外層時的良率問題。惟因IC訊號處理藉由液晶顯示器(LCD)的資料與閘極驅(qū)動(Data and Gate Driving)時的頻寬空隙來執(zhí)行，觸控訊號的回報時間受限，靈敏度將為一大考驗。
In-Cell/Out-Cell應用領域大同小異
In-Cell技術類型可再細分為四種感應模式，包括按壓電式、電壓/電荷感應式(Voltage/Charge Sensing)、光感應式及投射式電容等。隨著智慧型手機，平板裝置與電子書(E-reader)及其他應用領域的高度成長下，為求產(chǎn)品朝輕薄化發(fā)展，In-Cell觸控技術已受到大量關注。
但是，In-Cell與Out-Cell技術仍各有最適合的應用區(qū)分(表1)，其中，Out-Cell的OGS及GG方案適合用于智慧型手機、平板裝置、筆電、電泳顯示(Electrophoretic Display, EPD)、大型公共顯示器(Public Information Display, PID)，以及一體成型電腦。
至于In-Cell則依是否搭載上覆鏡片做適用區(qū)分，若有加裝上覆鏡片，將適合筆電、數(shù)位相機及大型公共顯示器等產(chǎn)品；反之，不導入上覆鏡片的In-cell方案則較受行動裝置青睞。
縮減模組厚度/成本觸控業(yè)者加碼投資OGS
根據(jù)知名市場調(diào)查機構(gòu)的消費者行為研究結(jié)果指出，70%以上美國、日本使用者，認為現(xiàn)在的智慧型行動裝置須減輕整機重量，并延長電池續(xù)航力，才能進一步符合消費者需求。因此，Out-Cell技術已加快朝向輕薄化，并兼顧保護玻璃強度的開發(fā)方向前進。
有鑒于傳統(tǒng)的Out-Cell大多為GFF和GG方案，多層結(jié)構(gòu)加劇整體模組厚度，因此，各家觸控業(yè)者無不大幅提升對OGS的投資，期進一步跨越Out-Cell觸控的薄型化障礙。
其中，友達研發(fā)團隊利用多年TFT-LCD半導體黃光制程開發(fā)能量，包含前段Array設計能力與后段模組制造經(jīng)驗，已順利克服OGS技術門檻，并于2011年第四季底開始出貨，目前3.5、7及10.1寸OGS觸控面板均已進入量產(chǎn)階段。此外，友達也率先于2011年日本橫濱國際平面顯示器大展(FPD International)，展出0.7毫米厚度全貼合到面板上的投射電容式OGS產(chǎn)品。
觸控/面板整合難度高廠商先推小尺寸In-Cell
盡管In-Cell觸控特性相當符合新一代的可攜式電子產(chǎn)品，如手機使用的觸控方式未來可望大舉導入單邊(Single-side)和雙邊(Double-side)投射電容式In-Cell觸控(圖2)，但因兩種方案均須搭配面板制程，且須考慮觸控訊號和液晶驅(qū)動訊號(Driving Signal)間的干擾問題，故要開發(fā)最佳化的畫素設計，并導入特殊的驅(qū)動控制訊號和陣列制程調(diào)整，方能打造觸控靈敏度表現(xiàn)較佳的產(chǎn)品架構(gòu)。
圖2 投射電容式In-cell可分為單邊和雙邊兩種設計模式。
目前全球面板廠均持續(xù)投資開發(fā)In-Cell，以期結(jié)合最新型的顯示技術和克服量產(chǎn)挑戰(zhàn)，并與IC廠商共同解決In-Cell與面板的整合問題。然而，整合愈多層架構(gòu)在物料成本上看似有利，但在整體直通良率(Through Yield)不佳的情況下，對制造成本的影響不見得低于傳統(tǒng)方案，因此，如何提升良率將是In-Cell成功的關鍵因素。預估初期各大面板廠將聚焦在較小尺寸的In-Cell觸控面板開發(fā)，再逐步拓展到中大尺寸領域。
In-Cell良率仍低OGS先攻薄商機
顯而易見，在下一代觸控技術當中，輕薄化為主要考量，除高整合度的In-Cell技術外，僅在顯示面板外加上一層保護玻璃的OGS方案，同樣備受業(yè)界期待。因此，目前在In-Cell量產(chǎn)良率難以突破之際，OGS產(chǎn)品及技術開發(fā)更加如火如荼進行，期能提升觸控面板的市場競爭力，并不斷朝向更輕更薄、更強的次世代技術努力。
未來，一旦全球面板廠開發(fā)的OGS及In-Cell產(chǎn)品陸續(xù)出爐后，將能進一步滿足各種行動聯(lián)網(wǎng)裝置、可攜式電子產(chǎn)品對輕薄化的殷切需求。
(本文作者陳伯綸為友達光電協(xié)理、陳雨村為觸控事業(yè)單位行銷處長、黃彥衡為友達觸控事業(yè)單位產(chǎn)品行銷經(jīng)理)
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