從全貼合技術(shù)發(fā)展分析觸控面板市場發(fā)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)

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(yōu)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(dǎo)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(xué)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(dǎo)的OGS（One Glass Solution 單片式觸控面板）方案，以及由面板廠商主導(dǎo)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(shù)方案。

全貼合優(yōu)點：全貼合技術(shù)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(shù)。

全貼合技術(shù)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(jié)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(yōu)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(shù)

手機屏幕在生產(chǎn)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(jīng)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(shù)，無疑將提高全貼合的良品率，目前出現(xiàn)了幾個發(fā)展方向：以原有觸控屏廠商為主導(dǎo)的OGS 方案，以及由面板廠商主導(dǎo)的On Cell和In Cell 技術(shù)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(chǎn)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(shù)。兩者的共同點均可以減少貼合次數(shù)，這樣也就可以達到節(jié)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(jié)約材料成本和實現(xiàn)輕薄化的目的，而其中蘋果iPhone5 就是采用了In-Cell的技術(shù)。

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(nèi)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(dǎo)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(shù)的門檻相當高，仍需過良品率偏低這一難關(guān)。目前采用In-Cell 技術(shù)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(shù)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(shù)難度降低不少。三星、日立、LG 等廠商在On-Cell 結(jié)構(gòu)觸摸屏上進展較快，目前，On-Cell 多應(yīng)用于三星Amoled面板產(chǎn)品上，技術(shù)上尚未能克服薄型化、觸控時產(chǎn)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(shù)

OGS 技術(shù)就是把觸控屏與保護玻璃集成在一起，在保護玻璃內(nèi)側(cè)鍍上ITO 導(dǎo)電層，直接在保護玻璃上進行鍍膜和光刻，由于節(jié)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(fā)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(shù)的對比圖

2 未來幾年觸控面板的發(fā)展趨勢

在所有投射式觸控面板中，以O(shè)GS為公認成本最低，且觸控質(zhì)量最好的技術(shù)，許多人看好其將成為未來的主流觸控技術(shù)。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(fā)展OGS，顯見市場對其未來的發(fā)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(gòu)，會發(fā)現(xiàn)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(nèi)，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(guān)鍵處，而且也會導(dǎo)致良率下降。反觀OGS的結(jié)構(gòu)，由于感測層已經(jīng)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(jù)證明，蘋果下一代手機絕無采用OGS 技術(shù)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(shù)，若只用于iPhone 5 上，似乎太過可惜，因此推論下一代產(chǎn)品可能還將繼續(xù)看到In-cell的身影，看似OGS 短期內(nèi)在蘋果產(chǎn)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(shù)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(shù)。特別是OGS的優(yōu)點逐漸被凸顯，缺點也陸續(xù)改善。蘋果仍然非常有可能在下一代產(chǎn)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(shù)有明顯的證據(jù)顯示，蘋果的In-cell 技術(shù)并非最佳的In-cell 技術(shù)。目前In-cell的技術(shù)專利有數(shù)十種。專家指出，蘋果In-cell 面板的立體結(jié)構(gòu)太過于復(fù)雜，對于LCD的生產(chǎn)能力將是一大考驗。特別是蘋果產(chǎn)品標榜高分辨率，當分辨率越高，面板結(jié)構(gòu)將會越復(fù)雜，相對的良率也會降低。李祥宇說，觸控與LCD 驅(qū)動IC 分時使用，LCD 驅(qū)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(yīng)速度變慢。且與LCD 驅(qū)動IC 配合作業(yè)，使得整合更加困難。另外，觸控驅(qū)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(fù)雜度。

OGS 盡管優(yōu)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(shù)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(shù)的關(guān)鍵。其他問題還包括，OGS減少單片玻璃，使玻璃厚度變薄，業(yè)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(guān)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(chǎn)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(yè)界標準要有450 MPa 以上強度才夠，因此必須是六面強化。據(jù)悉，iPhone 5 強度就達到800 MPa。但是在化學(xué)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(xué)溶液濃度、浸泡時間、過濾系統(tǒng)、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(xué)溶液氰氟酸為不穩(wěn)定物質(zhì)，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(guī)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(dǎo)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(chǎn)效率上卻不如大片制程有效率?，F(xiàn)今整片強化玻璃在黃光制程上較具效益，面板產(chǎn)業(yè)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(chǎn)效率及設(shè)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(xiàn)。現(xiàn)今許多觸控面板在貼合時，習(xí)慣采用生產(chǎn)效率較高、厚度容易均一的光學(xué)膠帶（OCA）貼合技術(shù)，但此技術(shù)在貼合過程中，容易產(chǎn)生小氣泡，導(dǎo)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(shè)備才能有機會抑制氣泡產(chǎn)生。此外，光學(xué)膠帶沒有辦法返工，瑕疵品多半只能報廢，導(dǎo)致生產(chǎn)效益降低，增加貼合成品壓力。較為里想的方式是采用液態(tài)光學(xué)膠貼合技術(shù)，然而此技術(shù)盡管較顯優(yōu)勢，但是在厚度調(diào)整及平行度維持上則較為困難。貼合時如光學(xué)膠太多，易產(chǎn)生溢膠，太少則會造成表面凹凸不平整。

3 結(jié)束語

雖比較In-cell，OGS 看似較占優(yōu)勢，然而因其技術(shù)門檻限制，雖最近應(yīng)用擴大不少，卻僅應(yīng)用在中低端產(chǎn)品。OGS 輕薄的特性符合這一類型產(chǎn)品的需求，且因成本考量，中低階產(chǎn)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(chǎn)品采用的OGS 觸控方案，在技術(shù)演進上也還需要一段時間才能達成。

[1]韓兵.觸摸屏技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2]洪錦維.電容式觸控技術(shù)入門及實例解析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.