打造轻薄触控模组 OGS/In-Cell精简感应层结构
时间：2013-04-14 10:32:00
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[导读]低成本与轻薄化已是下一代触控技术发展的首要考量，因此，除高整合度的内嵌式(In-cell)技术外，仅在显示面板外加上一层保护玻璃的OGS方案，同样备受业界期待。目前，全球触控面板制造商已全力投入OGS与In-Cell技术研
低成本与轻薄化已是下一代触控技术发展的首要考量，因此，除高整合度的内嵌式(In-cell)技术外，仅在显示面板外加上一层保护玻璃的OGS方案，同样备受业界期待。目前，全球触控面板制造商已全力投入OGS与In-Cell技术研发，期进一步提高贴合良率，早日大量商用。
然而，随着外挂式(Out-Cell)和On-Cell触控产品大量采用投射式电容技术，扩大多点触控的生活化应用。自此开始，投射电容式触控面板渐成市场主流，故本文仅就此一技术现况与未来发展趋势做介绍。
多点触控面板技术各有优劣
多点触控技术大致可分为五种叠层结构(图1)，而以触控叠构和显示面板的相对位置，又可归纳为三类，包括Out-Cell、On-Cell及In-Cell等技术架构。其中，Out-Cell系指触控面板模组外挂于显示模组之外，共有单玻璃触控方案(OGS)、双玻璃(GG)与双薄膜(Cover Glass/Sensor Film X/Sensor Film Y, GFF)触控方案三种主要类型。
图1 各种触控模组架构示意图
Out-Cell优点为触控面板和显示模组的组合弹性和可提供多元选择；不过，囿于须采用较多材料及复杂堆叠结构，导致Out-Cell面临模组简化的难题。也因此，Out-Cell触控面板中的OGS即被视为下一代触控技术的发展重点。
至于更先进的On-Cell技术，系将触控感应层(Touch Sensor)做在显示面板上的玻璃外层，优点为显示和触控一体提供，达成轻薄化效益，在不需上覆镜片(Cover Lens)的产品应用下，可直接在显示面板上触控操作。不过，其缺点则为触控感应层与显示面板玻璃贴合的良率问题。
最新的In-Cell触控制程则进一步整合于显示面板内，即彩色滤光片(Color Filter)玻璃与薄膜电晶体(TFT)玻璃合起来的Cell内，其优点同On-Cell，但可解决触控感应层做在显示面板玻璃外层时的良率问题。惟因IC讯号处理藉由液晶显示器(LCD)的资料与闸极驱动(Data and Gate Driving)时的频宽空隙来执行，触控讯号的回报时间受限，灵敏度将为一大考验。
In-Cell/Out-Cell应用领域大同小异
In-Cell技术类型可再细分为四种感应模式，包括按压电式、电压/电荷感应式(Voltage/Charge Sensing)、光感应式及投射式电容等。随着智慧型手机，平板装置与电子书(E-reader)及其他应用领域的高度成长下，为求产品朝轻薄化发展，In-Cell触控技术已受到大量关注。
但是，In-Cell与Out-Cell技术仍各有最适合的应用区分(表1)，其中，Out-Cell的OGS及GG方案适合用于智慧型手机、平板装置、笔电、电泳显示(Electrophoretic Display, EPD)、大型公共显示器(Public Information Display, PID)，以及一体成型电脑。
至于In-Cell则依是否搭载上覆镜片做适用区分，若有加装上覆镜片，将适合笔电、数位相机及大型公共显示器等产品；反之，不导入上覆镜片的In-cell方案则较受行动装置青睐。
缩减模组厚度/成本触控业者加码投资OGS
根据知名市场调查机构的消费者行为研究结果指出，70%以上美国、日本使用者，认为现在的智慧型行动装置须减轻整机重量，并延长电池续航力，才能进一步符合消费者需求。因此，Out-Cell技术已加快朝向轻薄化，并兼顾保护玻璃强度的开发方向前进。
有鉴于传统的Out-Cell大多为GFF和GG方案，多层结构加剧整体模组厚度，因此，各家触控业者无不大幅提升对OGS的投资，期进一步跨越Out-Cell触控的薄型化障碍。
其中，友达研发团队利用多年TFT-LCD半导体黄光制程开发能量，包含前段Array设计能力与后段模组制造经验，已顺利克服OGS技术门槛，并于2011年第四季底开始出货，目前3.5、7及10.1寸OGS触控面板均已进入量产阶段。此外，友达也率先于2011年日本横滨国际平面显示器大展(FPD International)，展出0.7毫米厚度全贴合到面板上的投射电容式OGS产品。
触控/面板整合难度高厂商先推小尺寸In-Cell
尽管In-Cell触控特性相当符合新一代的可携式电子产品，如手机使用的触控方式未来可望大举导入单边(Single-side)和双边(Double-side)投射电容式In-Cell触控(图2)，但因两种方案均须搭配面板制程，且须考虑触控讯号和液晶驱动讯号(Driving Signal)间的干扰问题，故要开发最佳化的画素设计，并导入特殊的驱动控制讯号和阵列制程调整，方能打造触控灵敏度表现较佳的产品架构。
图2 投射电容式In-cell可分为单边和双边两种设计模式。
目前全球面板厂均持续投资开发In-Cell，以期结合最新型的显示技术和克服量产挑战，并与IC厂商共同解决In-Cell与面板的整合问题。然而，整合愈多层架构在物料成本上看似有利，但在整体直通良率(Through Yield)不佳的情况下，对制造成本的影响不见得低于传统方案，因此，如何提升良率将是In-Cell成功的关键因素。预估初期各大面板厂将聚焦在较小尺寸的In-Cell触控面板开发，再逐步拓展到中大尺寸领域。
In-Cell良率仍低OGS先攻薄商机
显而易见，在下一代触控技术当中，轻薄化为主要考量，除高整合度的In-Cell技术外，仅在显示面板外加上一层保护玻璃的OGS方案，同样备受业界期待。因此，目前在In-Cell量产良率难以突破之际，OGS产品及技术开发更加如火如荼进行，期能提升触控面板的市场竞争力，并不断朝向更轻更薄、更强的次世代技术努力。
未来，一旦全球面板厂开发的OGS及In-Cell产品陆续出炉后，将能进一步满足各种行动联网装置、可携式电子产品对轻薄化的殷切需求。
(本文作者陈伯纶为友达光电协理、陈雨村为触控事业单位行销处长、黄彦衡为友达触控事业单位产品行销经理)
然而，随着外挂式(Out-Cell)和On-Cell触控产品大量采用投射式电容技术，扩大多点触控的生活化应用。自此开始，投射电容式触控面板渐成市场主流，故本文仅就此一技术现况与未来发展趋势做介绍。
多点触控面板技术各有优劣
多点触控技术大致可分为五种叠层结构(图1)，而以触控叠构和显示面板的相对位置，又可归纳为三类，包括Out-Cell、On-Cell及In-Cell等技术架构。其中，Out-Cell系指触控面板模组外挂于显示模组之外，共有单玻璃触控方案(OGS)、双玻璃(GG)与双薄膜(Cover Glass/Sensor Film X/Sensor Film Y, GFF)触控方案三种主要类型。
图1 各种触控模组架构示意图
Out-Cell优点为触控面板和显示模组的组合弹性和可提供多元选择；不过，囿于须采用较多材料及复杂堆叠结构，导致Out-Cell面临模组简化的难题。也因此，Out-Cell触控面板中的OGS即被视为下一代触控技术的发展重点。
至于更先进的On-Cell技术，系将触控感应层(Touch Sensor)做在显示面板上的玻璃外层，优点为显示和触控一体提供，达成轻薄化效益，在不需上覆镜片(Cover Lens)的产品应用下，可直接在显示面板上触控操作。不过，其缺点则为触控感应层与显示面板玻璃贴合的良率问题。
最新的In-Cell触控制程则进一步整合于显示面板内，即彩色滤光片(Color Filter)玻璃与薄膜电晶体(TFT)玻璃合起来的Cell内，其优点同On-Cell，但可解决触控感应层做在显示面板玻璃外层时的良率问题。惟因IC讯号处理藉由液晶显示器(LCD)的资料与闸极驱动(Data and Gate Driving)时的频宽空隙来执行，触控讯号的回报时间受限，灵敏度将为一大考验。
In-Cell/Out-Cell应用领域大同小异
In-Cell技术类型可再细分为四种感应模式，包括按压电式、电压/电荷感应式(Voltage/Charge Sensing)、光感应式及投射式电容等。随着智慧型手机，平板装置与电子书(E-reader)及其他应用领域的高度成长下，为求产品朝轻薄化发展，In-Cell触控技术已受到大量关注。
但是，In-Cell与Out-Cell技术仍各有最适合的应用区分(表1)，其中，Out-Cell的OGS及GG方案适合用于智慧型手机、平板装置、笔电、电泳显示(Electrophoretic Display, EPD)、大型公共显示器(Public Information Display, PID)，以及一体成型电脑。
至于In-Cell则依是否搭载上覆镜片做适用区分，若有加装上覆镜片，将适合笔电、数位相机及大型公共显示器等产品；反之，不导入上覆镜片的In-cell方案则较受行动装置青睐。
缩减模组厚度/成本触控业者加码投资OGS
根据知名市场调查机构的消费者行为研究结果指出，70%以上美国、日本使用者，认为现在的智慧型行动装置须减轻整机重量，并延长电池续航力，才能进一步符合消费者需求。因此，Out-Cell技术已加快朝向轻薄化，并兼顾保护玻璃强度的开发方向前进。
有鉴于传统的Out-Cell大多为GFF和GG方案，多层结构加剧整体模组厚度，因此，各家触控业者无不大幅提升对OGS的投资，期进一步跨越Out-Cell触控的薄型化障碍。
其中，友达研发团队利用多年TFT-LCD半导体黄光制程开发能量，包含前段Array设计能力与后段模组制造经验，已顺利克服OGS技术门槛，并于2011年第四季底开始出货，目前3.5、7及10.1寸OGS触控面板均已进入量产阶段。此外，友达也率先于2011年日本横滨国际平面显示器大展(FPD International)，展出0.7毫米厚度全贴合到面板上的投射电容式OGS产品。
触控/面板整合难度高厂商先推小尺寸In-Cell
尽管In-Cell触控特性相当符合新一代的可携式电子产品，如手机使用的触控方式未来可望大举导入单边(Single-side)和双边(Double-side)投射电容式In-Cell触控(图2)，但因两种方案均须搭配面板制程，且须考虑触控讯号和液晶驱动讯号(Driving Signal)间的干扰问题，故要开发最佳化的画素设计，并导入特殊的驱动控制讯号和阵列制程调整，方能打造触控灵敏度表现较佳的产品架构。
图2 投射电容式In-cell可分为单边和双边两种设计模式。
目前全球面板厂均持续投资开发In-Cell，以期结合最新型的显示技术和克服量产挑战，并与IC厂商共同解决In-Cell与面板的整合问题。然而，整合愈多层架构在物料成本上看似有利，但在整体直通良率(Through Yield)不佳的情况下，对制造成本的影响不见得低于传统方案，因此，如何提升良率将是In-Cell成功的关键因素。预估初期各大面板厂将聚焦在较小尺寸的In-Cell触控面板开发，再逐步拓展到中大尺寸领域。
In-Cell良率仍低OGS先攻薄商机
显而易见，在下一代触控技术当中，轻薄化为主要考量，除高整合度的In-Cell技术外，仅在显示面板外加上一层保护玻璃的OGS方案，同样备受业界期待。因此，目前在In-Cell量产良率难以突破之际，OGS产品及技术开发更加如火如荼进行，期能提升触控面板的市场竞争力，并不断朝向更轻更薄、更强的次世代技术努力。
未来，一旦全球面板厂开发的OGS及In-Cell产品陆续出炉后，将能进一步满足各种行动联网装置、可携式电子产品对轻薄化的殷切需求。
(本文作者陈伯纶为友达光电协理、陈雨村为触控事业单位行销处长、黄彦衡为友达触控事业单位产品行销经理)
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