在觸控晶片商與面板廠通力合作下，On-cell LCD嵌入式觸控技術(shù)已順利突破單層多點(diǎn)圖案設(shè)計(jì)關(guān)卡，并開(kāi)始挾低成本優(yōu)勢(shì)，在中低階智慧型手機(jī)市場(chǎng)攻城掠地，可望打破現(xiàn)今由In-cell和On-cell AMOLED主導(dǎo)嵌入式觸控市場(chǎng)的局面。
自從觸控面板成為行動(dòng)裝置最主要的人機(jī)介面后，幾乎所有的面板廠也都躍躍欲試。面板廠主觀地認(rèn)為將觸控感應(yīng)器(Touch Sensor)整合進(jìn)去面板之中，不僅可以減少堆疊(Stack)的厚度，而且還可以節(jié)省物料成本。因此，約自2008年之后，在各大面板廠的未來(lái)產(chǎn)品藍(lán)圖中，均可以看到嵌入式(Embedded Type)觸控面板的規(guī)畫(huà)。
然而，嵌入式觸控面板卻一直沒(méi)有成為主流；直到三星(Samsung)在2010年將進(jìn)階主動(dòng)式矩陣有機(jī)發(fā)光二極體(Super AMOLED或On-cell AMOLED)應(yīng)用于Galaxy S系列、蘋(píng)果(Apple)在2012年將自有專利的內(nèi)嵌式觸控(In-cell)技術(shù)透過(guò)三家面板廠代工制造后，嵌入式觸控面板終于得到了市場(chǎng)的注目。但是除了三星和蘋(píng)果這兩家智慧型手機(jī)龍頭品牌外，其他品牌并不算是熱衷。不過(guò)，就在2013年時(shí)，嵌入式觸控面板又為面板廠重新燃起了希望；當(dāng)前的技術(shù)成熟度、市場(chǎng)接受度與供應(yīng)鏈，為嵌入式觸控面板提供了更好的發(fā)展環(huán)境。
投射式電容躍居嵌入式觸控面板技術(shù)主流
早期面板廠在發(fā)展嵌入式觸控面板時(shí)，大約可歸類為三種技術(shù)：光學(xué)式(Photo Sensing)、電容式(Charge Sensing)與電壓式(Voltage Sensing)，但是這三種技術(shù)其實(shí)多半沒(méi)有真正量產(chǎn)過(guò)；而且有些在觸控時(shí)還須要對(duì)面板施力、造成形變，以致不容易導(dǎo)入保護(hù)玻璃的設(shè)計(jì)，因此最終無(wú)法為市場(chǎng)所接受。逐漸地，面板廠對(duì)觸控技術(shù)的認(rèn)同在投射式電容上得到了共識(shí)，而投射式電容自2007年蘋(píng)果iPhone導(dǎo)入后，已經(jīng)取代了原有的電阻式，成為觸控技術(shù)的主流。面板廠或許終于了解到，面板的顯示與制造技術(shù)并不等同于觸控技術(shù)，觸控雜訊干擾的處理與判斷手勢(shì)的演算法并不是他們的專長(zhǎng)。
至今，幾乎所有量產(chǎn)的嵌入式觸控面板均是采用投射式電容技術(shù)。觸控技術(shù)上有了共識(shí)，但是感應(yīng)器(也就是電極)的置放位置卻有相當(dāng)?shù)钠绠?。一般的液晶面板?huì)有上下兩塊玻璃，上方玻璃是為了制造彩色濾光片(色阻)，而下方的目的是為了薄膜電晶體線路；因此，感應(yīng)電極的置放位置就是在這兩片玻璃上。對(duì)于位置的定義和描述并沒(méi)有一種共通標(biāo)準(zhǔn)，只是約定俗成地認(rèn)為，電極若是位在下方玻璃視為In-cell，在上方玻璃則是On-cell；而若不在這兩片玻璃上就是Out-cell，也就是所謂的“外掛式(Add-on Type)”。
比較有爭(zhēng)議的是On-cell在液晶面板的應(yīng)用。通常感應(yīng)電極會(huì)放在上方玻璃的頂面(也就是面對(duì)使用者眼睛的那一面)，因?yàn)榈酌嬗袨V光片的色阻，而電極就是在偏光膜的下方。不過(guò)，有些面板廠或是控制晶片商的做法是將電極線路置放于色阻間的黑色矩陣區(qū)(Black Matrix)，電極材料可以是銦錫氧化物(ITO)、金屬線或甚至是金屬網(wǎng)格(Metal Mesh)。在這種堆疊下，由于電極線路面對(duì)液晶層，因此有些廠商稱之為In-cell。無(wú)論如何，這僅是各自定義的問(wèn)題，業(yè)界并無(wú)嚴(yán)格的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)。
嵌入式觸控面板發(fā)展至今，從早期的技術(shù)分岐走向整合，縱使堆疊結(jié)構(gòu)與置放位置上還有In-cell或是On-cell的不同作法，但是當(dāng)今的進(jìn)展情況已經(jīng)是從技術(shù)走向量產(chǎn)，并且進(jìn)一步取得對(duì)外掛式的成本與效能上的競(jìng)爭(zhēng)力。友達(dá)約在2009年曾經(jīng)與達(dá)虹合作，由達(dá)虹負(fù)責(zé)彩色濾光片和感應(yīng)電極鍍膜后，再由友達(dá)組裝以制成On-cell觸控面板；當(dāng)時(shí)所采用的觸控技術(shù)就已經(jīng)是投射式電容，而電極圖案就是一般所謂的單面ITO(SITO)。友達(dá)在一度放棄On-cell觸控面板后，曾經(jīng)投入外掛式的單玻璃觸控(OGS)結(jié)構(gòu)，直到2013年底又重起On-cell觸控面板的研發(fā)，只是這次的電極圖案多了所謂的“單層多點(diǎn)(Single-layer, Caterpillar Pattern)”。
除了三星一直持續(xù)開(kāi)發(fā)On-cell AMOLED外，其他的面板廠也大約在2012年到2013年間，陸續(xù)再次投入以投射式電容技術(shù)為主的嵌入式觸控面板生產(chǎn)。蘋(píng)果的In-cell供應(yīng)鏈包含樂(lè)金顯示(LGD)、夏普(Sharp)和JDI(Japan Display Inc)，而JDI本身又有Pixel Eyes(與新思國(guó)際(Synaptics)合作)，出貨給索尼(Sony)。臺(tái)灣方面，2013年初上半年，群創(chuàng)的TOD(Touch on Display, on-cell LCD)出貨過(guò)百萬(wàn)片后，華映、彩晶也在下半年時(shí)加入戰(zhàn)局。這些面板廠的投入雖然不致于在短時(shí)間里讓嵌入式取代外掛式，但是讓嵌入式在智慧型手機(jī)的應(yīng)用上更具有能見(jiàn)度。
Apple率先導(dǎo)入 In-cell出貨比重攀升
In-cell結(jié)構(gòu)中最著名的自然就是蘋(píng)果用在iPhone 5/5s上的技術(shù)。根據(jù)美國(guó)專利局所揭露的資料顯示，依照Vcom與Vpixel位置的判定，該面板應(yīng)該屬于FFS或是IPS模式，而液晶面板Vcom的電極進(jìn)一步被分成xVcom與yVcom以做為感應(yīng)電極。蘋(píng)果的In-cell技術(shù)顯然與液晶面板的薄膜電晶體線路有關(guān)，因此一旦面板解析度增加、電晶體線路密度更加復(fù)雜時(shí)，或許會(huì)影響整體觸控面板的制程難度。
JDI的Pixel Eyes則是一種混合式的In-cell(Hybrid In-cell)，其X-Y電極分別位于IPS面板的上下兩片玻璃上(彩色濾光片上方和Vcom區(qū))，VA面板則是上方玻璃的頂面和底面。由于兩片面板玻璃均被利用到，因此這種混合式的結(jié)構(gòu)其實(shí)很難被歸類在In-cell或是On-cell。這兩種In-cell的做法跟早期面板廠提出的嵌入式技術(shù)有些不同，早期的做法是試圖在面板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中額外植入感應(yīng)器，但最近的做法則是利用面板既有的元件(像是Vcom)，并設(shè)法同時(shí)兼做感應(yīng)電極用途。
In-cell嵌入式觸控面板的未來(lái)發(fā)展跟蘋(píng)果的意圖有很大的關(guān)系。正如同當(dāng)蘋(píng)果將iPad的感應(yīng)結(jié)構(gòu)在2013年下半從GG DITO改為GF2后，GG DITO在平板電腦的出貨比重就從2012年的37.2%一下子下滑，2013年時(shí)已經(jīng)不到10%。同樣地，2013年In-cell結(jié)構(gòu)在手機(jī)觸控面板的出貨比重超過(guò)12%，幾乎都是來(lái)自蘋(píng)果的貢獻(xiàn)。正因?yàn)檫@種過(guò)度依賴單一品牌的現(xiàn)象，我們最多是看好嵌入式觸控面板的未來(lái)潛力，還很難將嵌入式觸控面板視為當(dāng)前的主流。
三星拱Super AMOLED On-cell觸控面板獲關(guān)注
On-cell結(jié)構(gòu)中最著名的就是三星的Super AMOLED，但其實(shí)就是電容式On-cell AMOLED。三星在一開(kāi)始研發(fā)AMOLED時(shí)就選擇RGB像素圖案鍍膜(RGB Stripe)方式，因?yàn)楣馊〕?Light Extraction)的效果會(huì)比白光OLED(其實(shí)RGB三色材料發(fā)光以混出白光)加上彩色濾光片好。從面板的角度來(lái)看，RGB像素圖案鍍膜的缺點(diǎn)是解析度，因?yàn)樵礁叩慕馕龆葧?huì)使得有機(jī)材料鍍膜面積更小，金屬遮罩(Fine Metal Mask)的制作和鍍膜良率都會(huì)有很大的困難；這就是為什么至今三星仍然必須仰賴Pentile這種作法，在手機(jī)面板上以“模擬”出全高畫(huà)質(zhì)(FHD)或是WQXGA(2,560×1,600)的解析度，其實(shí)面板本身并未達(dá)到真實(shí)的RGB解析度。
不過(guò)，從觸控面板角度來(lái)看，RGB像素圖案鍍膜使得彩色濾光片可以省卻，上方的玻璃僅做為面板封裝之用，因此剛好可以拿來(lái)做為觸控感應(yīng)電極鍍膜之用。這種結(jié)構(gòu)的作法其實(shí)就是把原本外掛式中、置于基板(玻璃或塑膠)的感應(yīng)線路，搬移到以面板封裝玻璃做為“基板”。為了不浪費(fèi)內(nèi)部的面板產(chǎn)線，三星顯示(Samsung Display)將觸控感應(yīng)電極鍍膜外包給華映、和鑫和東友化學(xué)(Dongwoo Chemical)。Super AMOLED的崛起跟集團(tuán)品牌的操作有很直接的關(guān)系，市場(chǎng)情況比較像是智慧型手機(jī)帶動(dòng)了Super AMOLED，而未必是AMOLED帶動(dòng)了三星手機(jī)的銷售；諾基亞(Nokia)的高階手機(jī)也采用AMOLED，但仍舊無(wú)法挽回Nokia的頹勢(shì)。跟蘋(píng)果In-cell一樣，On-cell AMOLED也是過(guò)度仰賴單一品牌；2012年On-cell AMOLED在手機(jī)約占了11.8%的出貨比重，2013年則超過(guò)15%，而光是三星品牌本身就將占其中的90%。至于電容式On-cell LCD的發(fā)展以友達(dá)較早，但是約在2010年后就不再出貨。電容式On-cell LCD沉寂一段時(shí)間后，2013年時(shí)又再度獲得關(guān)注，最主要的助力和關(guān)鍵不是因?yàn)槊姘鍙S，而是觸控控制晶片廠商。
單層多點(diǎn)圖案助力 On-cell LCD絕地反攻
控制晶片廠商約在2012年時(shí)開(kāi)發(fā)了新一代的“單層多點(diǎn)”圖案，與單面ITO圖案(SITO)相同，兩者僅需要一片基板承載感應(yīng)線路。相對(duì)于單面ITO圖案來(lái)說(shuō)，單層多點(diǎn)僅需要一道光罩，但前者卻約有三到四道光罩；而且，前者需要做電極絕緣的架橋(Bridge)，后者則不需要架橋。原先開(kāi)發(fā)的單層多點(diǎn)的目的是為了改善GFF結(jié)構(gòu)中的物料成本，除了節(jié)省一張ITO薄膜外，連同兩片薄膜間的光學(xué)膠也一并省下；業(yè)界對(duì)薄膜式單層多點(diǎn)結(jié)構(gòu)習(xí)慣稱之為GF1。
不過(guò)即使如此，GF1卻無(wú)法完全取代GFF。使用單層多點(diǎn)的GF1將X-Y電極放置在同一面，兩個(gè)電極間之所以不需架橋又絕緣，是因?yàn)槠渲幸粋€(gè)電極被截?cái)喑啥喽涡卧慷涡卧僖砸€走過(guò)觸控感應(yīng)區(qū)導(dǎo)到邊緣予以連接。當(dāng)面板面積越大時(shí)，通常就越須布滿較多的“排線(Channels)”，而其中截?cái)嗟碾姌O被截?cái)嗟膯卧獢?shù)目就越多，致使連接引線更顯復(fù)雜，進(jìn)而影響感應(yīng)區(qū)內(nèi)的觸控靈敏度。相對(duì)而言，GFF并沒(méi)有這種問(wèn)題。2013年時(shí)所有用于手機(jī)的投射式電容觸控面板出貨中，薄膜式單層多點(diǎn)圖案約占10%，主流仍然是GFF(超過(guò)50%)，特別是5寸等級(jí)的高階手機(jī)，因?yàn)殪`敏度的考量，不太可能使用GF1。
不過(guò)，單層多點(diǎn)圖案卻在On-cell LCD找到新的機(jī)會(huì)。2013年初群創(chuàng)透過(guò)與新思國(guó)際的合作，成功將4.5寸的On-cell LCD出貨給酷派和摩托羅拉(Motorola)，至此單層多點(diǎn)圖案成了On-cell LCD的主流，陸續(xù)投入的面板廠包含華映、彩晶和友達(dá)。當(dāng)面板廠的嵌入式觸控面板采用單層多點(diǎn)圖案時(shí)，并無(wú)法如GF1般地節(jié)省基板、光學(xué)膠等物料成本，但是由于僅需要一道光罩，致使其良率高于過(guò)去采用的單面ITO圖案。而且，面板廠更熟悉于黃光蝕刻制程，如果可以改善截?cái)嚯姌O引線的寬度，對(duì)單層多點(diǎn)的靈敏度也會(huì)有所助益。因此，其最終成本、效益就逐漸有了競(jìng)爭(zhēng)力，得以說(shuō)服較多的品牌導(dǎo)入，而不再僅是過(guò)度集中于單一品牌(像是蘋(píng)果和三星)的現(xiàn)象。如果不是控制晶片廠商開(kāi)發(fā)的單層多點(diǎn)圖案，相信On-cell LCD的普及速度應(yīng)該會(huì)再延緩。
品牌/面板廠各自擁戴 In/On-cell不分軒輊
在In-cell方面，主要的導(dǎo)入品牌為蘋(píng)果(自有專利)、索尼和Google Nexus 5(混合式)，以前者的發(fā)展最重要。
On-cell AMOLED方面，主要仍以單面ITO圖案為主，這是因?yàn)槟壳暗莫?dú)家供應(yīng)商三星面板必須配合集團(tuán)的品牌制高點(diǎn)，藉以突顯品牌高階智慧型手機(jī)的特色。就算是供應(yīng)給諾基亞等其他品牌使用，往往也不是最先進(jìn)的規(guī)格。因此，對(duì)其他品牌來(lái)說(shuō)，AMOLED在規(guī)格與價(jià)格上，相對(duì)于LTPS TFT LCD并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，還不如選擇LCD加上外掛式的觸控面板結(jié)構(gòu)。
至于On-cell LCD方面，2013年藉由單層多點(diǎn)圖案的導(dǎo)入，已經(jīng)突破了過(guò)度仰賴單一品牌的困境，而更多的面板廠投入更有助于解除品牌采購(gòu)上“單一貨源”的顧慮。不過(guò)，On-cell LCD現(xiàn)在的發(fā)展與其他嵌入式觸控面板卻不盡相同。后者的產(chǎn)品定位多半是一線品牌與高階機(jī)種，但是單層多點(diǎn)式的On-cell LCD卻是瞄準(zhǔn)中階與低階機(jī)種，正如同薄膜式GF1相對(duì)于GFF的定位差異。除了觸控技術(shù)與圖案上的原因外，或許這樣的產(chǎn)品策略才是有助于嵌入式觸控面板的未來(lái)發(fā)展。
嵌入式觸控面板雖然在堆疊厚度上有優(yōu)勢(shì)，但是外掛式結(jié)構(gòu)也可以藉由OGS或是較薄的ITO薄膜和光學(xué)膠來(lái)達(dá)到；更重要地，外掛式的供應(yīng)鏈相當(dāng)成熟，品牌在供應(yīng)商、規(guī)格到價(jià)格的選擇都相當(dāng)充沛，這是嵌入式觸控面板所不及的。當(dāng)前單層多點(diǎn)式的On-cell LCD已經(jīng)在價(jià)格上可說(shuō)服品牌使用，而較多的面板供應(yīng)商將會(huì)更有助于品牌采購(gòu)的比重；而當(dāng)較多的品牌采用促成出貨比重拉高后，自然能進(jìn)一步擴(kuò)大市場(chǎng)規(guī)模及高階品牌導(dǎo)入意愿。
(本文作者為NPD DisplaySearch研究總監(jiān))
