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触控面板产业最新趋势分析

编辑:xiaqiaohui 2011-12-14 09:33 浏览 评论 评论 1 赞    来源: 

  单片式玻璃(OGS)与面板内嵌式(InCell)触控方案的未来竞赛

  市场对于触控面板技术最有兴趣的话题之一,莫过于玻璃式电容与薄膜式电容技术之间的竞争,并且试图去回答竞争后可能的胜负结果。然而,对于触控这个新兴、尚在发展中的领域来说,往往未来会是出乎意料的。从过去PDA的时代到早期的触控手机,电阻式的技术一度引领风骚,而当2007年第一代的iPhone正式将投射式电容带进智能型手机应用后,到2011年尚不到五年的时间里,投射式电容就即将取代电阻,成为出货量最大的触控技术。同时,即使是投射式电容与电阻仍然维持倍数的成本价差,依然改变不了这个趋势。

  对于投射式电容的传感器(touch sensor)结构,下游的品牌有不同的技术偏好,主要的两种结构分别是玻璃式电容和薄膜式电容;前者是以一片玻璃作为X/Y感应线路基板,线路可以是单面双层(SITO)重迭或是双面单层(DITO),后者则是以两片ITO薄膜来承载感应线路。玻璃式电容最主要的代表品牌就是Apple,而采用薄膜式电容的典型就是Samsung。正是因为品牌间不同的传感器结构选择,而且背后还有不同阵营的触控模块供应链,所以对许多触控产业的观察者来说,猜测这两个阵营的最终竞争结果是持续热门的话题。

  然而,未来的发展却会比玻璃与薄膜的孰胜孰败更为戏剧性,同时在未来的一、两年内趋势就会更加清楚起来。现有的外挂式触控模块、不论是玻璃或是薄膜式,都必须往单片式玻璃触控方案(sensor on cover or one glass solution)布局,而玻璃或是薄膜之间的竞争,也将转换成单片式玻璃触控与面板内嵌式触控(in-cell and on-cell touch)之间的竞争。

  图1 单片式玻璃与面板内嵌式触控方案比较

  传感器结构的新演进

  

  目前现有的投射式电容绝大多数是外挂式,“外挂式”指的是以独立于面板之外的基板(sensor substrate)来承载触控感应线路(sensor pattern);此一基板将会与面板作进一步地贴合。严格来说,表面玻璃(cover lens)并非触控模块的一个必要功能部分,但是由于表面玻璃具有美观与保护的功能,几乎没有一台手机或平板电脑没有设计表面玻璃,因此在一般较非技术面的看法上,也将之视为整个触控的一部分。以外挂式结构的堆栈来看,由上到下分别是表面玻璃、感应线路基板、显示面板。贴合方式可以是全贴合(full lamination or direct bonding)或是胶带边缘贴合(air gap or air bonding);前者指的是以光学胶(固态或液态)充满两个层之间,后者则仅是以胶带围绕堆栈层的四个边缘贴合。

  触控感应线路的基板选择通常不是玻璃就是薄膜(PET)。玻璃的好处是可以承受较高的制程温度、耐受性高,也因此在进行ITO触控感应层溅镀时,往往可以有较好的阻抗值。相比之下,薄膜的阻抗值一般就没有玻璃来得理想;不过薄膜在厚度、重量上却有着明显的优势。感应线路基板材料的选择往往也反映出触控模块厂既有的制程与设备。通常选择玻璃的触控模块厂多半以黄光制程(photolithography)来完成感应线路,这是由于其制程温度多半在400℃左右,薄膜材料根本无法承受;不过也有些厂商采用低温(约140℃)黄光制程与薄膜材料。至于一般采用薄膜的触控模块厂则是以蚀刻(图案)和印刷(导线)来完成感应线路。然而,玻璃材料也可以应用于蚀刻印刷的方式,像是目前20吋以上等级的all-in-one PC所需要的传感器多是以玻璃和此制程来进行;这个选择与当前用于触控传感器的黄光世代线和需求量有关。

  由于堆栈的层与层之间需要进行贴合,因此触控模块的最终成本除了材料成本外,就跟贴合的良率息息相关,特别是进行全贴合的方式。以玻璃式电容来说,需要在表面玻璃与感应线路基板之间进行一次贴合,而另一次的贴合则是在基板与面板之间。如果为了减少全反射的现象而采用全贴合,那么脱泡与贴合良率的控制就会成为比材料成本更重要的关键;因为良率不佳而造成的表面玻璃和甚至面板于贴合过程中的消耗、报废,必然会使得触控模块厂的毛利成为负值。即使对薄膜式电容也是一样,特别是薄膜式电容由于采用两层ITO薄膜作为基板的缘故,还比玻璃式电容多了一道贴合程序。目前一线厂在手机的全贴合已经有机会达到九成以上的良率,但是对于平板电脑来说,由于面积大、控制不易,所以在面板与基板之间仍多是采用胶带边缘贴合的方式。

  因此,若是能够提高贴合良率、甚至减少贴合次数,就会成为触控制程技术的发展方向;对真正的最终生产成本而言,这比起基板的材料选择明显来得更为重要。目前触控产业已经有两种新技术正在发展中,而这两种技术的目的均是要取消掉感应线路基板的使用;一种是单片式玻璃触控方案,另一种则是面板内嵌式触控方案。单片式玻璃触控方案的发展来自于原先的触控模块厂,而面板内嵌式触控方案自然是来自面板厂。感应线路基板的取消并非就没有了感应线路,而是将线路或传感器整合至其他组件;单片式玻璃触控是与表面玻璃整合,而面板内嵌式触控则是在面板的上或下层玻璃基板上布置线路,若是上层基板(可能同时有彩色滤光片)称之为On-cell,若是下层基板则是In-cell。减少了感应线路基板的使用后,贴合次数也仅剩下一次,也就是表面玻璃和面板之间的贴合。这两种技术目前均还未至完全成熟,特别是触控感应线路对来自面板的噪声干扰,以单片式玻璃触控方案来说,往往需要增加一层阻绝层(shielding layer)并加上触控控制芯片的配合,才有办法维持既有外挂式触控模块的灵敏度。然而,发展的趋势已经底定,只待成熟后导入、逐年增加的成长率。

  没有了感应线路基板以后…

  在既有外挂式触控模块的价值链中,上下游串联虽然复杂、但是角色分明;包含了表面玻璃加工、光学胶材料、ITO靶材、铜箔软扁平电缆、感应线路基板(玻璃或薄膜)、模块贴合、控制芯片等,一般我们所称的触控模块厂指的就是模块贴合这一段。当触控模块厂选择单片式玻璃触控方案,企图将感应线路整合到表面玻璃上时,对产业与价值链所产生的影响其实远超过表面上的技术演进。表面玻璃加工跟触控模块是完全不同的制程,前者至少包含成形(forming)、化学强化(chemical strengthening)与光学镀膜(coating)等流程。当已经加工好的表面玻璃(piece type)要进一步进行ITO感应线路处理时,原有的黄光制程或是蚀刻印刷产线制程势必要另做调整。又或者选择先以大片强化后的玻璃(sheet type)进行感应线路处理后再切割成小片,如此将会使原有的强化玻璃强度(CS, compressive strength)减少约40%。

  制程的问题终究会随学习曲线与时间得到改善或解决。然而当一线的触控模块厂选择单片式玻璃触控方案后,必然也要整合表面玻璃加工这项关键。其中的原因包含有:可以掌控表面玻璃的成本,表面玻璃处理的工法、制程与感应线路制程必须进行调整和整合,还有就是长距离的物流运送容易对玻璃造成破损。整合表面玻璃加工后除了可以缩短供应链的时间、提高整合效率外,同时也改变了价值链的上下游关系。

  相比之下,面板内嵌式触控方案在整合上比较单纯,主要是牵涉到TFT LCD或AMOLED面板厂内部的研发能力,加上配合的触控控制芯片商之间的合作,比较没有牵涉到上下游的问题。面板内嵌式触控方案曾经有大量出货记录的是on-cell技术,包含三星SMD(Samsung Mobile Display)和友达;前者是On-cell AMOLED(又称为Super AMOLED),后者是On-cell TFT LCD。而至今还有大量持续出货的仅有三星SMD的On-cell AMOLED。早期in-cell电容技术在形成触控感应时,必须造成面板上下基板间距(cell gap)的形变,因此比较不适合支持表面玻璃的设计。不过近期提出的in-cell技术就已经克服这个问题,传感器的布置从基板间距之间或是下层基板上都有面板厂提出,甚至还有置放红外线光学传感器于背光上的设计。

  以上这两种新的技术多半使用投射式电容原理,所以均可支持多点触控,同时两者也都省掉了额外感应线路基板的使用,而这对一般仅出货感应线路基板的厂商可不是好消息,包含了尚未线路化的ITO薄膜供货商(如Nitto Denko)和已经线路化的玻璃感应线路基板供货商(如HannsTouch)。不过从较完整的触控相关产业上下游关系来看,这两种技术对产业生态的影响却是不尽相同。

  对单片式玻璃触控方案来说,表面玻璃加工是重要的关键,也同时被整合进触控模块厂(以兼具触控感应线路基板),但是触控控制芯片和面板并没有。而对面板内嵌式触控方案来说,感应线路、触控控制芯片和面板已经整合(触控控制芯片甚至可和面板驱动芯片进一步整合),但是表面玻璃加工并没有。一般来说,触控模块厂应该不会进一步去整合面板厂,因为投资成本实在太高、也不甚有必要。相对地,面板厂是否有需要去整合表面玻璃加工,恐怕也是见仁见智;因为表面玻璃加工这个产业的投资成本对面板厂来说虽然不算什么,但是产业属性、人员文化等,均与面板厂的既有情况大异其趣。

  单片式玻璃(OGS)与面板内嵌式(InCell)触控方案价值链比较

  片式玻璃触控与面板内嵌式触控方案均可以减少贴合次数、节省材料成本,同时可以减轻应用装置的重量,而这一点对平板电脑来说尤其重要;而这就是为什么从今年第三季开始,系统厂所接到来自品牌的开发需求(RFQ, Request for Quotation)有很大比重的情况是,希望导入单片式玻璃触控方案给2012年的新机种。除了对价值链的影响与整合不同外,这两种技术在可预见的未来也不会是零和竞赛;原因乃在于这两种技术有其优缺点,而且不见得仅是从技术面上的考虑。

  从表面玻璃的搭配来看,单片式玻璃触控方案并不容易搭配2.5D或是3D形式的表面玻璃,特别是当选择所谓的“大片制程(sheet type)”后,不容易再进行过度复杂的表面玻璃加工。而对面板内嵌式触控方案来说,因为感应线路与表面玻璃无关,所以原则上表面玻璃的设计与搭配会比较自由,就跟外挂式方案一样。

  从感应线路的良率成本看来,面板内嵌式触控方案显然较高。单片式玻璃触控方案一旦在感应线路过程(sensor patterning)中出现不良品,所产生的损失仅是表面玻璃而已,但是面板内嵌式触控方案就是整块面板报废掉。不过若从后续的模块制程来看,面板内嵌式触控方案显然比较省事些,因为仅需要贴合表面玻璃就好,触控控制芯片、铜箔软扁平电缆和面板的部分都已经整合。单片式玻璃触控方案即使并不需要感应线路基板,但是触控控制芯片、铜箔软扁平电缆和面板的贴合还是必须的。而相对于外挂式触控方案来说,这两种新的结构都只需要一次的贴合即可。

  直观上来看,面板内嵌式触控方案应该会比较占优势,如果面板厂的良率和报价都有相当的竞争力的话。虽然触控传感器结构朝向简化与整合的趋势已经明显,但实际上来自品牌考虑的复杂因素加入后,却使得这两种技术各有千秋。由于手机等中小尺寸应用的客制化需求一直存在,从电子平台规格、机构设计、附加功能、面板等,均有来自品牌的特定需求,而且手机这类消费性电子产品的生命周期太短,也会使得客制化中要求与接收要求的双方有较多业务上、而非技术上的考虑。

  若是采用单片式玻璃触控方案,品牌对于触控控制芯片的掌控权会比较完整,不仅可以选择合适的触控控制芯片以求搭配、与终端的操作系统平台优化;也可以因应不同的终端机构设计作触控效能的微调,而且在触控控制芯片与面板的供货商选择上也较为自由,不太容易发生单一供货商(single source)的情况。

  若选择的是面板内嵌式触控方案,往往捆绑在一起的组件包含了重要的面板和触控控制芯片、甚至可能还会包含面板驱动芯片,因此从品牌采购的角度来看,单一供货商的风险较高。再从提供面板内嵌式触控方案的面板厂来看,除非品牌可以承诺一定的出货量,否则面板厂未必愿意进行客制化,而多半会希望品牌可以直接采纳面板厂所提出的整套方案,然而面板厂选用的触控控制芯片却未必能够为品牌所接受、认证。而对一线的触控控制芯片供货商来说,若是没有品牌的支持和背书,他们也未必愿意和面板厂进行合作开发;更何况面板厂为了扶持自己的供应链,也许一开始选用这些一线的触控控制芯片供货商,但最后往往可能倾向采用相关企业的触控控制芯片方案,特别是来自面板厂相关的驱动芯片供货商。

  从以上的分析来看,单片式玻璃与面板内嵌式触控方案的竞争,在可以预见的未来也绝对不会是零和竞赛,就跟玻璃式与薄膜式电容一样;而且品牌的主导力量会比较明显,而不会是面板厂。以目前的情况来看,面板内嵌式触控方案其实最适合的品牌就是Apple和Samsung;前者的机种少样多量、非常适合客制化,后者虽然多样多量,但是有自家的面板厂力挺,对于方案的选择和客制化都会比较容易进行。

  而其他多样少量的品牌就比较缺乏跟面板厂谈判的筹码,因此往往会照单全收。所以以这种情况来看,面板内嵌式触控方案的定位可能就会两极化;一方面会是某些品牌的客制化、定位在高阶机种使用,并且强调轻薄,而另一方面可能是多个多样少量的品牌一起采用来自面板厂、较不客制化、成本相对较低的整套方案,应用于他们的中低阶机种。至于这些多样少量的品牌为了寻求高阶机种的规格差异化,就可以选择单片式玻璃触控方案或是继续采用一般的外挂式。

  再者,表面上单片式玻璃与面板内嵌式触控方案是处于竞争的关系,但实际业务上对面板厂和触控模块厂来说却未必。未来有可能发生的情况是,品牌采用面板内嵌式触控方案,而触控模块厂承接后续表面玻璃贴合的业务。或者,品牌采用单片式玻璃触控方案,面板厂继续出货一般的面板给触控模块厂作贴合。也因此,未来绝对不是零和竞赛。不过对触控模块厂来说,这个下一代传感器结构趋势的演变,影响的确相当深远,一方面必须跨入表面玻璃加工、提高贴合良率以巩固毛利率,二方面来自面板厂的面板内嵌式触控方案却也可能影响未来的营业额;因为以往的报价可以包含触控感应线路与芯片的部分,未来可能减少为表面玻璃与贴合。

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