從全貼合技術發展分析觸控面板市場發展趨勢

孫紅彪，段青鵬，趙乃輝

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原，030024)

從屏幕的結構上看，我們可以把屏幕大致分成3個部分，從上到下分別是保護玻璃，觸摸屏、顯示屏，如圖1所示。而這三部分是需要進行貼合的，一般來說需要兩次貼合，在保護玻璃與觸摸屏之間進行一次貼合，而另一次的貼合則是在顯示屏與觸摸屏之間。按貼合的方式分可以分為全貼合和框貼。

圖1 屏幕結構

所謂框貼又稱為口字膠貼合，即簡單的以雙面膠將觸摸屏與顯示屏的四邊固定，這也是目前大部分顯示屏所采用的貼合方式，其優點在于工藝簡單且成本低廉，但因為顯示屏與觸摸屏間存在著空氣層，在光線折射后導致顯示效果大打折扣成為框貼最大的缺憾。

全貼合即是以水膠或光學膠將面板與觸摸屏以無縫隙的方式完全粘貼在一起。相較于框貼來說，可以提供更好的顯示效果。目前市場上常見的全貼合屏幕主要是以原有觸控屏廠商為主導的OGS（One Glass Solution 單片式觸控面板）方案，以及由面板廠商主導的On Cell（將觸摸屏嵌入到顯示屏的彩色濾光片基板和偏光片之間的方法）和In Cell（將觸摸面板功能嵌入到液晶像素中的方法）技術方案。

全貼合優點：全貼合技術使得屏幕間無空氣，這有助于減少顯示面板和玻璃之間的反光，可以讓屏幕看起來更加通透，增強屏幕的顯示效果。目前一些手機像iPhone 5、小米2、Nexus 7、三星S3等也都采用了全貼合技術。

全貼合技術的另外一個好處是屏幕再也不會進灰了。觸控模塊也因為與面板緊密結合讓強度有所提升，除此之外，全貼合更能有效降低顯示面板噪聲對觸控訊號所造成的干擾。

雖然說全貼合的優勢巨大，但良品率相對較低，因為良率不佳而造成的表面玻璃和甚至面板于貼合過程中的消耗、報廢，必然會造成成本的上升，因此脫泡與貼合良率的控制就會成為比材料成本更重要的因素。

1 全貼合In-Cell、On-Cell、OGS 屏幕技術

手機屏幕在生產過程中需要對保護玻璃、觸摸屏、顯示屏進行兩次貼合，如果采用框貼顯示效果將大打折扣，而如果采用全貼合良品率又是一個問題。由于保護玻璃、觸摸屏、顯示屏間每經過一道貼合制作程序，良品率就會大打折扣，如果能夠降低貼合的次數，無疑將提高全貼合的良品率，目前出現了幾個發展方向：以原有觸控屏廠商為主導的OGS 方案，以及由面板廠商主導的On Cell和In Cell 技術方案。目前較有實力的顯示面板廠商傾向推動On-Cell 或In-Cell的方案，主要原因是其擁有顯示屏生產能力，即傾向于將觸摸層制作在顯示屏；而觸控模組廠商或上游材料廠商則傾向于OGS，即將觸控層制作在保護玻璃上，主要原因是具備較強的制作工藝能力和技術。兩者的共同點均可以減少貼合次數，這樣也就可以達到節省成本提升貼合的良品率。另外由于少了一層觸摸層，從而也可以達到節約材料成本和實現輕薄化的目的，而其中蘋果iPhone5 就是采用了In-Cell的技術。

1.1 In-cell

In-Cell 是指將觸摸面板功能嵌入到液晶像素中的方法，即在顯示屏內部嵌入觸摸傳感器功能，這樣能使屏幕變得更加輕薄。同時In-Cell 屏幕還要嵌入配套的觸控IC，否則很容易導致錯誤的觸控感測訊號或者過大的噪音。因此，對顯示面板廠商而言，切入In-Cell/On-Cell 式觸控屏技術的門檻相當高，仍需過良品率偏低這一難關。目前采用In-Cell 技術除了蘋果的iPhone 5，還有諾基亞的Lumia920。其中iPhone5 屏幕的厚度為2.54 mm，采用In-Cell 技術可薄0.44 mm，約占到總厚度下降值（1.7 mm）的25%。見圖2，iPhone5 比iPhone4S 少了一層觸摸屏。

1.2 On-Cell

On-Cell 是指將觸摸屏嵌入到顯示屏的彩色濾光片基板和偏光片之間的方法，即在液晶面板上配觸摸傳感器，相比In-Cell 技術難度降低不少。三星、日立、LG 等廠商在On-Cell 結構觸摸屏上進展較快，目前，On-Cell 多應用于三星Amoled面板產品上，技術上尚未能克服薄型化、觸控時產生的顏色不均等問題。見圖3。

圖2 觸摸屏厚度對比圖

1.3 OGS 技術

OGS 技術就是把觸控屏與保護玻璃集成在一起，在保護玻璃內側鍍上ITO 導電層，直接在保護玻璃上進行鍍膜和光刻，由于節省了一片玻璃和一次貼合，觸摸屏能夠做的更薄且成本更低。不過OGS 仍面臨著強度和加工成本等問題。由于OGS 保護玻璃和觸摸屏是集成在一起的，通常需要先強化，然后鍍膜、蝕刻，最后切割。這樣在強化玻璃上切割是非常麻煩的，成本高、良率低，并且造成玻璃邊沿形成一些毛細裂縫，這些裂縫降低了玻璃的強度，目前強度不足成為制約OGS 發展的重要因素。

In-Cell、On-Cell、OGS、GG 屏幕對比，見圖4。

圖4 不同技術的對比圖

2 未來幾年觸控面板的發展趨勢

在所有投射式觸控面板中，以OGS為公認成本最低，且觸控質量最好的技術，許多人看好其將成為未來的主流觸控技術。例如微軟于去年并購了一家OGS 廠，韓國政府更是直接投入700 億韓元發展OGS，顯見市場對其未來的發展十分樂觀。OGS 比In-cell 更具有冠軍相，理由很簡單：OGS的成本比In-cell 控制得更低。仔細檢視這兩者的架構，會發現兩者其實差異不大，所使用的材料也相同，都只需使用一片玻璃。

就制程上，In-cell的感測層位于LCD 內，因此從表層玻璃、感測層到LCD 必須全面貼合，這就是成本昂貴的關鍵處，而且也會導致良率下降。反觀OGS的結構，由于感測層已經與玻璃一體化，和LCD 間不會有空氣問題，制程上不需全面貼合，成本自然可以降低很多，更能讓良率提高，以及做出更大尺寸的面板。因此說OGS 是未來幾年觸控面板的主流，其主要原因：

（1）蘋果依然有采用OGS的可能性。并無明顯證據證明，蘋果下一代手機絕無采用OGS 技術的可能性。盡管市場認為，蘋果投入大筆資金并擁有專利的In-cell 技術，若只用于iPhone 5 上，似乎太過可惜，因此推論下一代產品可能還將繼續看到In-cell的身影，看似OGS 短期內在蘋果產品上亮相的可能性微乎其微。然而別忘了，蘋果可是走在技術最前端的科技大廠，既使擁有了In-cell的專利，并不代表蘋果就此不再采用最新的技術。特別是OGS的優點逐漸被凸顯，缺點也陸續改善。蘋果仍然非常有可能在下一代產品中采用OGS面板。而一旦獲得蘋果采用，OGS的全球能見度將大幅提升。

（2）蘋果的In-cell 并非最佳In-cell。技術有明顯的證據顯示，蘋果的In-cell 技術并非最佳的In-cell 技術。目前In-cell的技術專利有數十種。專家指出，蘋果In-cell 面板的立體結構太過于復雜，對于LCD的生產能力將是一大考驗。特別是蘋果產品標榜高分辨率，當分辨率越高，面板結構將會越復雜，相對的良率也會降低。李祥宇說，觸控與LCD 驅動IC 分時使用，LCD 驅動使用12 ms，觸控則使用4 ms，這將造成報點率的下降，讓觸控的反應速度變慢。且與LCD 驅動IC 配合作業，使得整合更加困難。另外，觸控驅動訊號不能太高，否則會造成漏電流，進而影響LCD的顯示。但訊號若不夠高，SNR 比又不足，會影響訊號的判讀，增加算法的復雜度。

OGS 盡管優勢多，但是OGS 較大的缺憾在于面板硬度不夠，其次在觸控靈敏度上仍有一定的技術門檻。幾乎沒有控制IC 廠能同時解決LCD及電源的物理噪聲問題，這也是OGS 是否能成為觸控面板主流技術的關鍵。其他問題還包括，OGS減少單片玻璃，使玻璃厚度變薄，業者大多選擇最后再包上一層防爆膜來強化硬度，但同時也容易造成黃化、凹凸不平等良率問題。

（1）關鍵瓶頸— 玻璃強度。OGS 可分為先切割后強化的小片制程以及先強化后切割的大片制程，不管哪一種，都面臨生產效率以及玻璃強度兩難的抉擇。在觸控面板中，玻璃是主要材料，強度很重要，業界標準要有450 MPa 以上強度才夠，因此必須是六面強化。據悉，iPhone 5 強度就達到800 MPa。但是在化學強化后切割或研磨，六面體的強化被破壞，除非補做二次強化制程，否則會破壞玻璃本身強度，玻璃邊框強度會減弱。然而二次強化過程中，強化爐的溫度、化學溶液濃度、浸泡時間、過濾系統、留場等都有可能影響最后成品的觸控靈敏度。且二次強化所使用的化學溶液氰氟酸為不穩定物質，含有強烈劇毒，使用不慎將對人體造成危害，已有多個國家規定禁用氰氟酸。因此，先強化后切割的大片制程在玻璃強度上一直是各家所考慮的問題。與先強化后切割的大片制程相反，小片制程則是在切割、磨邊、導角等程序之后才作強化，因此沒有強度不足的問題，但是小片制程在生產效率上卻不如大片制程有效率。現今整片強化玻璃在黃光制程上較具效益，面板產業面對的難題是，若采用切割好的強化玻璃作OGS，勢必會在黃光制程上遇到問題，生產效率及設備機臺都會受到影響。

（2）防爆膜貼合困難。OGS的另外一個問題即是防爆膜的貼合。防爆膜貼合除了容易有黃光、凹凸不平等問題之外，也會影響透光度、觸控靈敏度或功耗表現。現今許多觸控面板在貼合時，習慣采用生產效率較高、厚度容易均一的光學膠帶（OCA）貼合技術，但此技術在貼合過程中，容易產生小氣泡，導致良率降低。且這些微小氣泡可能隨著時間擴大，只有采用昂貴的真空設備才能有機會抑制氣泡產生。此外，光學膠帶沒有辦法返工，瑕疵品多半只能報廢，導致生產效益降低，增加貼合成品壓力。較為里想的方式是采用液態光學膠貼合技術，然而此技術盡管較顯優勢，但是在厚度調整及平行度維持上則較為困難。貼合時如光學膠太多，易產生溢膠，太少則會造成表面凹凸不平整。

3 結束語

雖比較In-cell，OGS 看似較占優勢，然而因其技術門檻限制，雖最近應用擴大不少，卻僅應用在中低端產品。OGS 輕薄的特性符合這一類型產品的需求，且因成本考量，中低階產品對于玻璃強度要求也較低，讓OGS 在市場中仍有一定的生存空間。但是，要把硬度、觸控靈敏度、透光度問題一并解決，幾乎還沒有一家廠商能提出解決之道，真正能被高階產品采用的OGS 觸控方案，在技術演進上也還需要一段時間才能達成。

[1]韓兵.觸摸屏技術及應用[M].北京：化學工業出版社，2008.

[2]洪錦維.電容式觸控技術入門及實例解析[M].北京：化學工業出版社，2012.