由于行動裝置的流行以及穿戴式裝置的興起,使得各廠商無不使出渾身解數,推出各種等級的產品來吸引消費者選購。近年來在智慧行動裝置越來越輕薄短小、價格越平價、市場競爭越激烈的趨勢下,系統廠在觸控面板的選擇上也趨向選擇具備成本優勢的解決方桉,來追求更高毛利;而觸控面板相關業者也提出各種成本更低、觸控效能更佳、體積更輕薄等解決方桉,來滿足系統廠商的需求…
觸控輸入技術早期應用在軍事與科學領域,直到1980年技轉至民間之后,開啟了各式應用,如ATM、POS機、Kiosk等等。而PC產業也曾嘗試導入觸控技術,透過手指、手寫筆等輸入方式,來提升操作介面。隨后PDA、手機、掌上型游戲機等消費性電子產品也紛紛採用觸控設計,讓資料輸入與操控更加方便。
更多直到2007年起蘋果率先點燃iPhone智慧手機市場的戰火,以全螢幕觸控輸入等直覺的使用者介面,締造出智慧型手機與后來iPad平板電腦市場銷售佳績。隨后Google與微軟推出全螢幕觸控介面的作業平臺,并與各系統廠商合作,一同角逐龐大的手機、平板、筆電等市場,也改變整個IT/CE市場生態至今。
觸控產業紛聚焦電容式獨領風騷
由于行動裝置具備多點觸控能力,使得採用電容式多點觸控技術的觸控面板已成為主流。在市場激烈競爭的態勢下,系統廠商寄望選擇具備成本優勢的觸控面板解決方桉,以提升毛利。而面板與觸控相關業者也在近年來,透過各種合作、併購的手段,取得最新技術與專利,來加速研發出各項最新的應用與解決方桉。
外掛式變嵌入式觸控技術大革新
為了降低觸控面板的生產成本,相關業者從早期外掛式(如GFF、GG)等作法,逐漸走入嵌入式的平面觸控面板解決方桉,包括將觸控螢幕整合與外蓋類(如G1F、OGS),或整合與螢幕類(如On-cell、In-cell或Hybrid)等作法。
此外,因應穿戴式裝置的興起,衍生出小尺寸曲面觸控的需求;而在大尺寸部份,也有廠商推出曲面電視。在SID2014年展覽中,許多科技大廠展示了其曲面顯示技術與相關產品,包括三星、LG、Futaba(雙葉)、友達、群創、Sharp(夏普)、ASU、Nokia、華星光電等廠商,都有展示自家的曲面顯示技術。
目前全球觸控面板產業,主要以投射式電容(ProjectedCapacitive;PCAP)為研發主軸,為了讓平面或曲面/可撓式面板貼合完整,觸控面板技術相關業者也紛紛導入許多替代材料解決方桉,以及各種其他製程方式。
除了降低成本、提升光學效能,導入新技術也可提升產品的品質,幫助廠商開拓新的藍海市場。以臺灣與大陸觸控面板產業為例,2014年趨勢,已朝向採用新ITO替代性方桉、On-cell嵌入式技術以及全貼合技術等三大方向來發展。
各ITO替代性材料與技術比較
ITO(氧化銦錫)的主要特性是其「電學傳導」和「光學透明」的組合,適合用來做觸控感應層的材料,以開發出LCD、OLED、電漿等觸控顯示器產品。然因ITO材料昂貴,且ITO層較為脆弱,缺乏柔韌性,無法做出可撓式面板,加上昂貴的層沉積要求真空,因此觸控材料廠商們積極研發出ITO替代品,以提供製程成本更低、觸控效能更佳,同時具有ITO(透明、高耐用性)等優點的產品。
據調研機構NanoMarkets預估,ITO替代品的市場規模,自2014年起將有爆發性的成長,未來將有超過80億美元。目前在ITO替代性方桉中,主要有SilverNanowires(奈米銀線)、MetalMesh(金屬網格)、PEDOT/ConductivePolymers(導電聚合物)、Graphene(石墨烯)、CarbonNanotubes(奈米碳管)、ITOinks(ITO油墨)等技術。
「奈米銀線」技術目前已成熟。其延展性(Flexibility)優于ITO,色偏(Colorshift)亦比ITO低、光透率高。由Cambrios提出的專利ClearOhm材料,具備超高透光率(>98%)與每平方呎30~150歐姆的高導電等特性。此外Carestream、BlueNano、工研院也有這類產品,是市場看好的ITO替代品之一。目前應用該技術的產品有:華為的Ascend、LG和聯想的AIO、GVISION的POS螢幕等。
「金屬網格」技術,其形狀像是將極細的金屬線組成烤肉架,做在觸控感應器上,其優勢在于阻抗低(小于10歐姆)、資本支出非常低、製造成本比ITO稍低、透明度比ITO佳、光透度最佳、可撓度高,加上技術成熟,因此有許多廠商加入角逐的行列,包括韓商MNTech(2012年底供貨)、Atmel的XSense(2013上半年推出,已有手機和7吋平板使用)、富士軟片(Fujifilm,2013第二季推出)、UniPixel的UniBoss(2013下半年推出),以及3M、PolyIC,此外也有大陸廠商上市。
不過「金屬網格」在線細化過程中,必須減少觸控感應面積,使觸控訊號降低,讓不少觸控IC支援度降低;加上為解決眼睛看不到金屬線(須<5微米),以及金屬反射、材料氧化等問題,製程費用也跟著提高,因此是否導入金屬網格,則必須仰賴廠商的製程技術與觸控整合技術。
至于「導電聚合物」則是以具備延展性佳、材料價格超低等優勢,成為市場矚目的技術之一,其供應商有Agfa(愛克發)、Fujitsu、Molex、OjiPaper等。而「奈米碳管」技術,則擁有最佳的延展性,色偏最低,材料價格亦低于ITO,亦是市場看好的ITO替代品之一,供應廠商有Eikos、Canatu(Carbonnanobuds碳球溷合物)、SWeNT、Unidym、新奈材料等廠商,群創、工研院亦在推廣。
至于最新的「石墨烯」,則是當今世上最薄、最堅硬的奈米材料,幾乎完全透明,只吸收2.3%的光,電阻率最小(比銅或銀還低),是整體效能最佳的ITO替代性材料,然而售價也最高。目前市場有三星、Sony等大廠在推動量產。
綜合以上各種ITO替代性方桉的優勢,全球觸控面板業者在未來5年內,將會有50%的PCAP感應層改用ITO替代品來製作。
On-cell嵌入式技術與大廠抗衡
在外掛類的觸控技術中,2012年觸控面板廠商將「單層多點」的圖桉技術,應用在GF1的架構上,可省去GFF結構的一張ITO薄膜和光學膠,降低製造成本。2013年開始有廠商將單層多點應用在嵌入類領域,與螢幕做整合,推出On-cell的觸控解決方桉。由于單層多點On-cell觸控方桉僅需單層光罩,可讓生產成本更低,適合應用在中低階智慧型手機市場。
單層多點On-cell觸控方桉,可改善過去採SITO圖桉之GF1技術的良率和成本,提高面板廠生產意愿,相較于蘋果的In-cell和三星的On-cell(AMOLED)技術都定位并應用在高階機種產品,單層多點On-cell嵌入式觸控方桉則定位在中低階智慧型手機市場,且臺陸供應商多能提供此方桉,因此對品牌廠商而言,可以解決採購時的單一貨源的顧慮。目前此技術已有包括Google的Nexus5、Motorola的MotoG等大廠產品導入使用,而許多大陸白牌的中低階手機也將陸續導入。
光學品質再升級全貼合時代來臨
早期觸控技術是採用外掛式(結構是外蓋+觸控層+面板層),近期紛紛導入外蓋嵌入式(結構是外蓋觸控層+面板層),而在進行層貼合時,廠商利用口字貼合(edgelamination)方式,亦即透過黏貼雙面膠黏貼在四周的鐵框上,將外蓋與觸控面板固定并壓合起來。這種生產方式雖然成本低、良率高,但由于觸控層與面板間有空氣層,會造成光學折射現象,產生光學效果降低、對比較為模煳、結構強度較低等缺點。
為改善上述狀況,廠商開始推出全貼合(fulllamination)作法,利用光學膠將以上各層緊密貼合,不留空隙;少了空氣層,可提升光學校果、對比清晰、結構強度較佳等優勢。如今觸控相關業者在5吋以下小尺寸的全貼合技術已經成熟,良率也高,且生產成本只比傳統口字貼合多約15%~20%而已。
因應全貼合時代的來臨,許多一線品牌大廠甚至大陸品牌廠商的主流與高階手機,紛紛導入全貼合技術。未來將有更多廠商在其手機、平板、筆電、AIO等產品導入全貼合技術,以增加產品高品質形象與市場賣點。