單片式玻璃、面板內嵌式引爆觸控面板技術競賽
北京時間2011年12月24日消息，寶威科技援引OFweek電子工程網網訊，市場對于觸控面板技術最有興趣的話題之一，莫過于玻璃式電容與薄膜式電容技術之間的競爭，并且試圖去回答競爭后可能的勝負結果。然而，對于觸控這個新興、尚在發(fā)展中的領域來說，往往未來會是出乎意料的。從過去PDA的時代到早期的觸控手機，電阻式的技術一度引領風騷，而當2007年第一代的iPhone正式將投射式電容帶進智能手機應用后，到2011年尚不到五年的時間里，投射式電容就即將取代電阻，成為出貨量最大的觸控技術。同時，即使是投射式電容與電阻仍然維持倍數的成本價差，依然改變不了這個趨勢。
對于投射式電容的傳感器（touch sensor）結構，下游的品牌有不同的技術偏好，主要的兩種結構分別是玻璃式電容和薄膜式電容；前者是以一片玻璃作為X/Y感應線路基板，線路可以是單面雙層（SITO）重迭或是雙面單層（DITO），后者則是以兩片ITO薄膜來承載感應線路。玻璃式電容最主要的代表品牌就是蘋果，而采用薄膜式電容的典型就是三星。正是因為品牌間不同的傳感器結構選擇，而且背后還有不同陣營的觸控模塊供應鏈，所以對許多觸控產業(yè)的觀察者來說，猜測這兩個陣營的最終競爭結果是持續(xù)熱門的話題。
然而，未來的發(fā)展卻會比玻璃與薄膜的孰勝孰敗更為戲劇性，同時在未來的一、兩年內趨勢就會更加清楚起來?，F有的外掛式觸控模塊、不論是玻璃或是薄膜式，都必須往單片式玻璃觸控方案（sensor on cover or one glass solution）布局，而玻璃或是薄膜之間的競爭，也將轉換成單片式玻璃觸控與面板內嵌式觸控（in-cell and on-cell touch）之間的競爭。
傳感器結構的新演進
目前現有的投射式電容絕大多數是外掛式，“外掛式”指的是以獨立于面板之外的基板（sensor substrate）來承載觸控感應線路（sensor pattern）；此一基板將會與面板作進一步地貼合。嚴格來說，表面玻璃（cover lens）并非觸控模塊的一個必要功能部分，但是由于表面玻璃具有美觀與保護的功能，幾乎沒有一臺手機或平板電腦沒有設計表面玻璃，因此在一般較非技術面的看法上，也將之視為整個觸控的一部分。以外掛式結構的堆棧來看，由上到下分別是表面玻璃、感應線路基板、顯示面板。貼合方式可以是全貼合（full lamination or direct bonding）或是膠帶邊緣貼合（air gap or air bonding）；前者指的是以光學膠（固態(tài)或液態(tài)）充滿兩個層之間，后者則僅是以膠帶圍繞堆棧層的四個邊緣貼合。
觸控感應線路的基板選擇通常不是玻璃就是薄膜（PET）。玻璃的好處是可以承受較高的制程溫度、耐受性高，也因此在進行ITO觸控感應層濺鍍時，往往可以有較好的阻抗值。相比之下，薄膜的阻抗值一般就沒有玻璃來得理想；不過薄膜在厚度、重量上卻有著明顯的優(yōu)勢。感應線路基板材料的選擇往往也反映出觸控模塊廠既有的制程與設備。通常選擇玻璃的觸控模塊廠多半以黃光制程（photolithography）來完成感應線路，這是由于其制程溫度多半在400℃左右，薄膜材料根本無法承受；不過也有些廠商采用低溫（約140℃）黃光制程與薄膜材料。至于一般采用薄膜的觸控模塊廠則是以蝕刻（圖案）和印刷（導線）來完成感應線路。然而，玻璃材料也可以應用于蝕刻印刷的方式，像是目前20吋以上等級的all-in-one PC所需要的傳感器多是以玻璃和此制程來進行；這個選擇與當前用于觸控傳感器的黃光世代線和需求量有關。
由于堆棧的層與層之間需要進行貼合，因此觸控模塊的最終成本除了材料成本外，就跟貼合的良率息息相關，特別是進行全貼合的方式。以玻璃式電容來說，需要在表面玻璃與感應線路基板之間進行一次貼合，而另一次的貼合則是在基板與面板之間。如果為了減少全反射的現象而采用全貼合，那么脫泡與貼合良率的控制就會成為比材料成本更重要的關鍵；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，必然會使得觸控模塊廠的毛利成為負值。即使對薄膜式電容也是一樣，特別是薄膜式電容由于采用兩層ITO薄膜作為基板的緣故，還比玻璃式電容多了一道貼合程序。目前一線廠在手機的全貼合已經有機會達到九成以上的良率，但是對于平板電腦來說，由于面積大、控制不易，所以在面板與基板之間仍多是采用膠帶邊緣貼合的方式。
因此，若是能夠提高貼合良率、甚至減少貼合次數，就會成為觸控制程技術的發(fā)展方向；對真正的最終生產成本而言，這比起基板的材料選擇明顯來得更為重要。目前觸控產業(yè)已經有兩種新技術正在發(fā)展中，而這兩種技術的目的均是要取消掉感應線路基板的使用；一種是單片式玻璃觸控方案，另一種則是面板內嵌式觸控方案。單片式玻璃觸控方案的發(fā)展來自于原先的觸控模塊廠，而面板內嵌式觸控方案自然是來自面板廠。感應線路基板的取消并非就沒有了感應線路，而是將線路或傳感器整合至其他組件；單片式玻璃觸控是與表面玻璃整合，而面板內嵌式觸控則是在面板的上或下層玻璃基板上布置線路，若是上層基板（可能同時有彩色濾光片）稱之為On-cell，若是下層基板則是In-cell。減少了感應線路基板的使用后，貼合次數也僅剩下一次，也就是表面玻璃和面板之間的貼合。這兩種技術目前均還未至完全成熟，特別是觸控感應線路對來自面板的噪聲干擾，以單片式玻璃觸控方案來說，往往需要增加一層阻絕層（shielding layer）并加上觸控控制芯片的配合，才有辦法維持既有外掛式觸控模塊的靈敏度。然而，發(fā)展的趨勢已經底定，只待成熟后導入、逐年增加的成長率。
沒有了感應線路基板以后。
在既有外掛式觸控模塊的價值鏈中，上下游串聯(lián)雖然復雜、但是角色分明；包含了表面玻璃加工、光學膠材料、ITO靶材、銅箔軟扁平電纜、感應線路基板（玻璃或薄膜）、模塊貼合、控制芯片等，一般我們所稱的觸控模塊廠指的就是模塊貼合這一段。當觸控模塊廠選擇單片式玻璃觸控方案，企圖將感應線路整合到表面玻璃上時，對產業(yè)與價值鏈所產生的影響其實遠超過表面上的技術演進。表面玻璃加工跟觸控模塊是完全不同的制程，前者至少包含成形（forming）、化學強化（chemical strengthening）與光學鍍膜（coating）等流程。當已經加工好的表面玻璃（piece type）要進一步進行ITO感應線路處理時，原有的黃光制程或是蝕刻印刷產線制程勢必要另做調整。又或者選擇先以大片強化后的玻璃（sheet type）進行感應線路處理后再切割成小片，如此將會使原有的強化玻璃強度（CS， compressive strength）減少約40%。
制程的問題終究會隨學習曲線與時間得到改善或解決。然而當一線的觸控模塊廠選擇單片式玻璃觸控方案后，必然也要整合表面玻璃加工這項關鍵。其中的原因包含有：可以掌控表面玻璃的成本，表面玻璃處理的工法、制程與感應線路制程必須進行調整和整合，還有就是長距離的物流運送容易對玻璃造成破損。整合表面玻璃加工后除了可以縮短供應鏈的時間、提高整合效率外，同時也改變了價值鏈的上下游關系。
相比之下，面板內嵌式觸控方案在整合上比較單純，主要是牽涉到TFT LCD或AMOLED面板廠內部的研發(fā)能力，加上配合的觸控控制芯片商之間的合作，比較沒有牽涉到上下游的問題。面板內嵌式觸控方案曾經有大量出貨記錄的是on-cell技術，包含三星SMD（Samsung Mobile Display）和友達；前者是On-cell AMOLED（又稱為Super AMOLED），后者是On-cell TFT LCD。而至今還有大量持續(xù)出貨的僅有三星SMD的On-cell AMOLED。早期in-cell電容技術在形成觸控感應時，必須造成面板上下基板間距（cell gap）的形變，因此比較不適合支持表面玻璃的設計。不過近期提出的in-cell技術就已經克服這個問題，傳感器的布置從基板間距之間或是下層基板上都有面板廠提出，甚至還有置放紅外線光學傳感器于背光上的設計。
以上這兩種新的技術多半使用投射式電容原理，所以均可支持多點觸控，同時兩者也都省掉了額外感應線路基板的使用，而這對一般僅出貨感應線路基板的廠商可不是好消息，包含了尚未線路化的ITO薄膜供貨商（如Nitto Denko）和已經線路化的玻璃感應線路基板供貨商（如HannsTouch）。不過從較完整的觸控相關產業(yè)上下游關系來看，這兩種技術對產業(yè)生態(tài)的影響卻是不盡相同。
對單片式玻璃觸控方案來說，表面玻璃加工是重要的關鍵，也同時被整合進觸控模塊廠（以兼具觸控感應線路基板），但是觸控控制芯片和面板并沒有。而對面板內嵌式觸控方案來說，感應線路、觸控控制芯片和面板已經整合（觸控控制芯片甚至可和面板驅動芯片進一步整合），但是表面玻璃加工并沒有。一般來說，觸控模塊廠應該不會進一步去整合面板廠，因為投資成本實在太高、也不甚有必要。相對地，面板廠是否有需要去整合表面玻璃加工，恐怕也是見仁見智；因為表面玻璃加工這個產業(yè)的投資成本對面板廠來說雖然不算什么，但是產業(yè)屬性、人員文化等，均與面板廠的既有情況大異其趣。
單片式玻璃（OGS）與面板內嵌式（InCell）觸控方案價值鏈比較
單片式玻璃觸控與面板內嵌式觸控方案均可以減少貼合次數、節(jié)省材料成本，同時可以減輕應用裝置的重量，而這一點對平板電腦來說尤其重要；而這就是為什么從今年第三季開始，系統(tǒng)廠所接到來自品牌的開發(fā)需求（RFQ， Request for Quotation）有很大比重的情況是，希望導入單片式玻璃觸控方案給2012年的新機種。除了對價值鏈的影響與整合不同外，這兩種技術在可預見的未來也不會是零和競賽；原因乃在于這兩種技術有其優(yōu)缺點，而且不見得僅是從技術面上的考慮。
從表面玻璃的搭配來看，單片式玻璃觸控方案并不容易搭配2.5D或是3D形式的表面玻璃，特別是當選擇所謂的“大片制程（sheet type）”后，不容易再進行過度復雜的表面玻璃加工。而對面板內嵌式觸控方案來說，因為感應線路與表面玻璃無關，所以原則上表面玻璃的設計與搭配會比較自由，就跟外掛式方案一樣。
從感應線路的良率成本看來，面板內嵌式觸控方案顯然較高。單片式玻璃觸控方案一旦在感應線路過程（sensor patterning）中出現不良品，所產生的損失僅是表面玻璃而已，但是面板內嵌式觸控方案就是整塊面板報廢掉。不過若從后續(xù)的模塊制程來看，面板內嵌式觸控方案顯然比較省事些，因為僅需要貼合表面玻璃就好，觸控控制芯片、銅箔軟扁平電纜和面板的部分都已經整合。單片式玻璃觸控方案即使并不需要感應線路基板，但是觸控控制芯片、銅箔軟扁平電纜和面板的貼合還是必須的。而相對于外掛式觸控方案來說，這兩種新的結構都只需要一次的貼合即可。
直觀上來看，面板內嵌式觸控方案應該會比較占優(yōu)勢，如果面板廠的良率和報價都有相當的競爭力的話。雖然觸控傳感器結構朝向簡化與整合的趨勢已經明顯，但實際上來自品牌考慮的復雜因素加入后，卻使得這兩種技術各有千秋。由于手機等中小尺寸應用的客制化需求一直存在，從電子平臺規(guī)格、機構設計、附加功能、面板等，均有來自品牌的特定需求，而且手機這類消費性電子產品的生命周期太短，也會使得客制化中要求與接收要求的雙方有較多業(yè)務上、而非技術上的考慮。
若是采用單片式玻璃觸控方案，品牌對于觸控控制芯片的掌控權會比較完整，不僅可以選擇合適的觸控控制芯片以求搭配、與終端的操作系統(tǒng)平臺優(yōu)化；也可以因應不同的終端機構設計作觸控效能的微調，而且在觸控控制芯片與面板的供貨商選擇上也較為自由，不太容易發(fā)生單一供貨商（single source）的情況。
若選擇的是面板內嵌式觸控方案，往往捆綁在一起的組件包含了重要的面板和觸控控制芯片、甚至可能還會包含面板驅動芯片，因此從品牌采購的角度來看，單一供貨商的風險較高。再從提供面板內嵌式觸控方案的面板廠來看，除非品牌可以承諾一定的出貨量，否則面板廠未必愿意進行客制化，而多半會希望品牌可以直接采納面板廠所提出的整套方案，然而面板廠選用的觸控控制芯片卻未必能夠為品牌所接受、認證。而對一線的觸控控制芯片供貨商來說，若是沒有品牌的支持和背書，他們也未必愿意和面板廠進行合作開發(fā)；更何況面板廠為了扶持自己的供應鏈，也許一開始選用這些一線的觸控控制芯片供貨商，但最后往往可能傾向采用相關企業(yè)的觸控控制芯片方案，特別是來自面板廠相關的驅動芯片供貨商。
從以上的分析來看，單片式玻璃與面板內嵌式觸控方案的競爭，在可以預見的未來也絕對不會是零和競賽，就跟玻璃式與薄膜式電容一樣；而且品牌的主導力量會比較明顯，而不會是面板廠。以目前的情況來看，面板內嵌式觸控方案其實最適合的品牌就是Apple和Samsung；前者的機種少樣多量、非常適合客制化，后者雖然多樣多量，但是有自家的面板廠力挺，對于方案的選擇和客制化都會比較容易進行。
而其他多樣少量的品牌就比較缺乏跟面板廠談判的籌碼，因此往往會照單全收。所以以這種情況來看，面板內嵌式觸控方案的定位可能就會兩極化；一方面會是某些品牌的客制化、定位在高階機種使用，并且強調輕薄，而另一方面可能是多個多樣少量的品牌一起采用來自面板廠、較不客制化、成本相對較低的整套方案，應用于他們的中低階機種。至于這些多樣少量的品牌為了尋求高階機種的規(guī)格差異化，就可以選擇單片式玻璃觸控方案或是繼續(xù)采用一般的外掛式。
再者，表面上單片式玻璃與面板內嵌式觸控方案是處于競爭的關系，但實際業(yè)務上對面板廠和觸控模塊廠來說卻未必。未來有可能發(fā)生的情況是，品牌采用面板內嵌式觸控方案，而觸控模塊廠承接后續(xù)表面玻璃貼合的業(yè)務。或者，品牌采用單片式玻璃觸控方案，面板廠繼續(xù)出貨一般的面板給觸控模塊廠作貼合。也因此，未來絕對不是零和競賽。不過對觸控模塊廠來說，這個下一代傳感器結構趨勢的演變，影響的確相當深遠，一方面必須跨入表面玻璃加工、提高貼合良率以鞏固毛利率，二方面來自面板廠的面板內嵌式觸控方案卻也可能影響未來的營業(yè)額；因為以往的報價可以包含觸控感應線路與芯片的部分，未來可能減少為表面玻璃與貼合。
