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触摸屏会走向何方?来看看in-cell触摸屏分析

日期: 2016-09-05
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    相对于将触摸面板设置在液晶面板上使用的原有方法,将触摸面板功能与液晶面板一体化的研究日渐盛行。触摸面板和液晶面板的一体化包括“In-cell”方法和“On-cell”方法。In-cell是指将触摸面板功能嵌入到液晶像素中的方法。On-cell是指将触摸面板功能嵌入到彩色滤光片基板和偏光板之间的方法。
   如果能使原本外置的触摸面板部件与液晶面板实现一体化,便有可能实现面板的薄型化和轻量化。另外,在将触摸面板外置于液晶的原方式中,液晶和触摸面板之间存在物理空间,因此,在液晶面板的上面和触摸面板的下面之间会反射外来光线等,导致在室外等明亮的环境下的可视性降低。如果外置的触摸面板部件能实现一体化,便可抑制在室外等的可视性降低现象。
   In-cell技术的提案以前就提出过,但因难以确保成品率和显示性能,实用化未能取得进展。其原因在于,需要在TFT阵列基板上的像素内部嵌入触摸传感器功能。为此,必须使用复杂的半导体制造工艺,这成为提高成品率的绊脚石。另外,在像素内嵌入触摸传感器,可利用于显示的面积部分便会减少,这又是导致画质劣化的主要原因。据消息人士称,夏普和东芝in-cell触控面板的良品率已经有所改善

    in-cell和on-cell优缺点

相对于将触摸面板设置在液晶面板上使用的原有方法,将触摸面板功能与液晶面板一体化的研究日渐盛行。触摸面板和液晶面板的一体化包括“In-cell”方法和“On-cell”方法。In-cell是指将触摸面板功能嵌入到液晶像素中的方法。On-cell是指将触摸面板功能嵌入到彩色滤光片基板和偏光板之间的方法。

如果能使原本外置的触摸面板部件与液晶面板实现一体化,便有可能实现面板的薄型化和轻量化。另外,在将触摸面板外置于液晶的原方式中,液晶和触摸面板之间存在物理空间,因此,在液晶面板的上面和触摸面板的下面之间会反射外来光线等,导致在室外等明亮的环境下的可视性降低。如果外置的触摸面板部件能实现一体化,便可抑制在室外等的可视性降低现象。
   In-cell技术的提案以前就提出过,但因难以确保成品率和显示性能,实用化未能取得进展。其原因在于,需要在TFT阵列基板上的像素内部嵌入触摸传感器功能。为此,必须使用复杂的半导体制造工艺,这成为提高成品率的绊脚石。另外,在像素内嵌入触摸传感器,可利用于显示的面积部分便会减少,这又是导致画质劣化的主要原因。不过,随着On-cell技术的亮相,液晶和触摸面板的一体化迎来了转机。由于只需在彩色滤光片基板和偏光板之间形成简单的透明电极图案等,因此容易确保成品率。另外,像素内的有效显示区域的面积也不会减小,几乎不会由此发生画质劣化现象。
   如果On-cell方式等液晶一体化技术得到普及,就无需再使用外置的触摸面板部件。制造触摸面板的厂商很有可能从原来的外置触摸面板厂商转型为液晶面板和彩色滤光片厂商。产品厂商从触摸面板厂商手中采购外置部件的原供应链也将完全改变。如今On-cell技术屏幕已经面世两年。最广泛的应用为三星super amoled屏幕。得益于此面板技术,三星Galaxy S 2的厚度达到了8.49mm,重量只有116g。Galaxy S 3的厚度达到了8.6mm,重量达到133g。并且两者都兼具可更换电池的能力。

    智能终端之In-Cell触摸屏。
     一、iPhone 5采用In-Cell 触控技术

    北京时间2012年9月13日凌晨,苹果公司在美国旧金山芳草地艺术中心举行新品发布会,正式发布其新一代产品 iPhone 5。iPhone 5如期采用In-Cell触控屏幕,In-Cell面板不仅更轻、更薄,其触控灵敏度也比传统触控面板更高。

    In-Cell: 触控Sensor 和TFT 的融合

    触控技术按Sensor位臵主要可分为三类:In-Cell、On-Cell和Out Of Cell(外挂式),其中这里的Cell可以理解为两个玻璃基板及中间夹着的部分,In-Cell指的就是Sensor在Celll里面,既在液晶下面,和TFT在同一个玻璃基板上。On-Cell指的就是Sensor在Cell上面,也就是在彩色滤光片所在的玻璃基板上面并处于偏光板下面。Out Of Cell指的就是外挂式的,触控模组和面板是分离的,目前主要有GG、GFF/GFx以及OGS等方案。 而目前可以做薄的触控技术主要有In-Cell、On-Cell、GFF/GFx和OGS。2012年手机流行轻薄,由于OGS以及In-Cell良率问题,为了使手机做到轻薄,很多手机厂商先采用了out-of-cell技术流派下的GFF/GFx作为主要的过渡技术方案,国内该技术的代表公司是欧菲光。


 


 触控技术分类图
 

     In-Cell技术,是通过使原本外臵的触控面板部件与液晶面板实现一体化,来实现含触控功能显示组件的薄型化和轻量化。将产业中原来由面板厂商、触控sensor厂商、模组厂商、贴合供应商等组合环节合并起来,直接由面板厂in-house完成。由于In-Cell是将触摸Sensor嵌入到液晶像素中。即通过复杂的半导体制造工艺,在TFT阵列基板上的像素内部嵌入触摸传感器。那么在像素内嵌入触摸传感器,会使可利用于显示的面积部分便会减少,降低显示性能。一般情况下如果是采用In-Cell技术的话,将首先会选择由开口率较大的LTPS TFT基板相配合以保证透光性和显示性能,而不会选择开口率本身就很小的a-SI TFT基板。当然如果一定要在a-Si TFT上使用In-Cell技术,也未尝不可,但从技术解决方案上来看,显得有点不伦不类。如果是采用In-Cell技术的话,最好是采用在LTPS(低温多晶硅)面板产线上生产。但是,由于全球能够供应LTPS面板的生产线极少,所以也大大限制了In-Cell技术推广的空间。 
  
     二、轻薄化和厂商竞合是苹果采用In-Cell 技术重要原因

    In-Cell:轻薄化的同时缩短供应流程、保证供应安全其实苹果最早提出来的多点触控方案就是In-Cell,只是当时现实上没法实现,才退而求其次和宸鸿共同发展外挂式的解决方式,如今In-Cell技术发展了且优点明显,苹果也就顺其自然使用In-Cell。为iPhone5轻薄化贡献度约25%

     iPhone5最大的亮点之一在于轻薄化。iPhone5的厚度只有7.6mm,较iPhone 4S的9.3mm薄了1.7mm,分析比较iPhone 4S和iPhone5,可以看到In-Cell架构对这次厚度下降起了重要作用。使用传统触控模组的iPhone 4S,其面板模组的整体厚度为2.98mm;而采用In-Cell Touch的iPhone 5,少掉了ITO玻璃及一层贴合胶材,所用的贴合胶材也将从光学胶改为水胶,保护玻璃可能会改为0.9mm,从而增加强度。因此iPhone5所采用面板模组总厚度估计为2.54mm,薄化贡献为0.44mm,约占到厚度下降1.7mm的25%。

    提高屏幕显示性能

    传统触摸屏在阳光下比较难看清楚显示内容,其原因是液晶屏和触摸板之间有空隙。所以导致可读性下降,并且会引起视差,而In-Cell由于没了外挂式触摸板,自然也就没了视差,可读性也提高了。另外,由于相对于传统的GG或GF方案少了一层玻璃或膜,所以透光性也有所提升,提高了屏幕显示性能。缩短供应流程以确保供应安全,同时确保在屏幕方面的技术主导权传统外挂式触控模块的供应链中,上下游串联虽然复杂、但是角色分明,包含了表面玻璃加工、光学胶材料、ITO靶材、铜箔软扁平电缆、感应线路基板(玻璃或薄膜)、模块贴合、控制芯片等。而采用In-Cell方案,流程将集中在面板厂完成,进而缩短了供应链的运作时间,提高供应效率。触控面板模块包括TFT-LCD面板模块的制程程序,则可由8道减少至5道,制程所需时间可由12-16天缩短至3-5天。就In-Cell触控方案来说,由于手机等中小尺寸应用终端的定制化需求较高,且手机这类消费性电子产品的生命周期太短,但In-Cell触控方案往往“捆绑”了面板和触控芯片、甚至可能还会包含面板驱动芯片等组件,导致定制化难度较大。因此从品牌采购的角度来看,单一供货商的风险较高;但是反过来讲,品牌厂商对供应链的控制会有主导权。从提供In-Cell方案的面板厂商来说,除非品牌商可以承诺一定的出货量,否则面板厂未必愿意进行定制化。因此,机种少但量多的苹果采用In-Cell方案对于供货商和苹果本身来讲,将是共赢的。从目前来看,只有苹果才有能力对In-Cell的产能做整合的能力。

    OGS:只是升级而不是革新,不会成为苹果先锋产品的技术选择

    OGS方案就是将原本镀在玻璃或薄膜基板的上的Sensor镀到保护玻璃之下,这样就可以减少一层玻璃或薄膜,以及一次贴合制程,在降低厚度的同时也降低了成本。但本质上还是外挂式的触控模组,相对于In-Cell来讲,技术难度较低,也没有大幅缩短供应流程。对于一直以来引领全球技术革新的苹果公司来讲,OGS只能算是一种技术升级和成本的降低,所以在去年系列报告中就多次对苹果在新一代手机中使用OGS的技术表示怀疑。从iphone5的选择In-Cell来看,苹果仍然是将创新用在其先锋产品上。另外,OGS在制程上,主要有两种:Sheet制程和Piece制程。Sheet制程流程主要是强化、镀刻、切割、印刷、二次强化。生产效率较高但切小尺寸的时候边缘强度欠佳。Piece制程流程主要是切割、强化、印刷、镀刻。虽然边缘强度可以保证,但小片镀刻效率低且良率差。所以,在OGS上,最先起来的应该是用Sheet制程生产出的大尺寸的触控模组,大尺寸领域是目前OGS的优势所在。On-Cell 技术只在AMOLED 上才有市场On-Cell是指将触摸面板功能嵌入到彩色滤光片基板和偏光板之间的方法。故彩色滤光片所在的基板一面是彩色滤光片,另一面是Sensor。由于工艺问题,无论先加工Sensor还是彩色滤光片,都会影响已加工的另一面,带来良率的下降。另外,由于On-Cell的Sensor是做在彩色滤光片的玻璃基板上的,所以相较于In-Cell在厚度上也会增加约0.3mm。最后,由于Sensor的原因,彩色滤光片所在玻璃基板无法做薄化处理,未来整体厚度减薄空间有限。所以On-Cell技术相比In-Cell,一直不为大家所看好。但是,当On-Cell和AMOLED面板配合的时候,效果就明显改善。由于AMOLED没有彩色滤光片(CF),所以在封装RGB三色有机EL的玻璃基板上做Sensor不会出现制程干扰等问题,且AMOLED在厚度上相较于LCD也有优势,所以On-Cell搭配AMOLED将是较适合触控方案。但由于AMOLED技术主要被三星垄断,在AMOLED面板上三星的垄断态势无法打破的话,On-Cell技术还无法得到更大的普及。在苹果“去三星”化趋势下,苹果不可能将AMOLED作为自己的面板解决方案,所以选择In-Cell技术也是苹果唯一可以走的路。

    三、iPhone5 采用In-Cell 对触控产业的影响

    In-Cell 产能偏紧,未来一年唯苹果独享目前iPhone5供应厂仅有韩系LGD、Japan Display、夏普三家。此前预估iPhone 5第三季需求约1200万部,从目前的情况来看,实际可能符合预期。虽然iPhone 5在开放预订购的头24个小时中就已经售出了200万部,与iPhone 4S此前创下的销售纪录相比翻了一番,但目前配送也由之前的2周延长至3-4周,这不免让市场对iPhone5的供应产生担忧。此外,由于新款iPod-touch也采用In-Cell屏幕,因此带来Q4约600万左右的需求,两者三季度需求约1200万,而四季度约5000万。而从In-Cell的产能情况来看,据Digitimes报道,第3季上游供应链的In-Cell整体良率仍未火力全开,8月出货量不到1000万片。三季度出货量应该就在1600万左右,预计四季度产量达到4800万片。结合起来看,目前全球的In-Cell产能被苹果全包,三家厂商不可能给其他手机厂商供货。从现有产能测算,未来一年In-Cell方面能给其他厂商的产能很少,几乎没有。

    非苹果阵营:AMOLED+On-Cell 和OGS 定位高端,GF 定位中低端轻薄化是高端的标志,就小尺寸触控而言,在三星的推动下,AMOLED+On-Cell会占据部分高端市场。而OGS在技术成熟度和量产时间上占有优势,将会是非苹果阵营未来针对高端市场机型最具性价比的技术。GF由于在厚度和性能上的劣势,且未来竞争将很激烈,价格存在下滑趋势,未来将面向中低端市场。当然,OGS首先主要攻占的将是大尺寸市场,随着Ultrabook的兴起,将带动OGS出货量的提升,OGS的良率也将得到改善,成本优势也将逐步显现,进而开始侵占中小尺寸市场。而In-Cell由于其自身技术良率问题,目前在大尺寸上应用的概率不大,主要市场定位是在小尺寸上。在这个意义上来说,In-Cell技术的进一步推进,对OGS影响相对较小,但对G-Film阵营的影响较大。

    In-Cell 是苹果中长期选择,未来有望过渡到其它产品

    从苹果的屏幕技术复制历程来看,苹果会将一些新技术先使用到iPhone上,然后再延伸到其它产品。以视网膜屏为例,2010年6月7日发布的iPhone4首先采用了该技术,然后延伸到2012年3月7日发布的The New iPad,再延伸到2012年6月11日发布的Retina MacBook Pro。In-Cell将是苹果中长期的选择,随着产能和良率的提升,以及技术的成熟,未来有望过渡到iPad系列产品。至于Mac产品,未来若引入触控功能,在触控技术选择上主要取决于In-Cell良率和技术的提升速度,在这些不理想的情况下,也不排除Mac使用OGS的可能。

    四、主要上市公司

    在A股上市公司中,拥有in-cell类似技术储备的并非仅有深天马A一家,比如华东科技(000727),在2011年7月的时候,就申请过“一种内嵌电容式液晶触摸屏”的专利;又如星星科技(300256)对in-cell也有过探索;再比如超声电子(000823),该公司在投资者互动平台上明确回答,“公司已掌握包括in-cell、on-cell在内的多种触控技术,并拥有三十多项触控技术专利”,且近期又向投资者透露“公司对in-cell技术没有投资计划,现已向国内知名客户批量供货OGS手机触摸屏”的信息。

    1、深天马

    在大陆中小尺寸面板行业中,深天马在技术和生产线布局上都具有一定的领先优势。公司在上海天马AMOLED中试线上积累了LTPS生产技术和经验,厦门天马5代LTPS生产线也有望在2012年年底投产,2013年二季度有望产出In-Cell产品,厦门天马也存在注入上市公司的预期,但今年In-Cell业务应该不会对公司贡献业绩。

    敦泰科技随即在9月13日正式公布其和显示屏制造商共同开发的最新的in-cell面板触控技术。据悉,敦泰科技之所以反应如此迅速,完全是凭借之前做LCDDriver的底子,以及结合多年来在触控领域积累的逾亿颗触控芯片量产出货的经验,而其in-cell方案也是采用的敦泰科技最新研发的触控芯片FT3306。

    敦泰科技的合作伙伴正是深天马A,而此时的深天马A的股价,已经被先知先觉的资金拉起。

    深天马A在9月19日发布了一则澄清公告称,公司目前in-cell技术处于量产可行性技术研发阶段,要实现量产,还需对产品的稳定性进一步验证、相关配套资源的完善和大规模生产的量产性验证等。
    从深天马A上述澄清公告看,一是承认了其拥有in-cell的技术储备,二则表明量产待定。据公司证券部工作人员称,in-cell要达到量产相当有难度,需要攻克的难关包括解决干扰、提高良品率等,纵观全市场,也只有寥寥几家厂商可以做到量产,所以公司在探索量产可行性的过程中,可能会遇到很多需要解决的难题,量产根本无从定时间表。该人士同时还强调,技术是公司独立研究的,没有与人合作。

    公开资料显示,触控领域近年来的技术变迁非常快,为追求最优的触控体验,触控技术从最早的红外式、表面声波,演化到电阻式,再到当前主流的投射式电容式,而电容式又细分成膜-玻璃(F/G)和玻璃-玻璃(G/G)。随着面板轻薄化的不断诉求,OGS(oneglasssolution)的概念被提了出来,即将触控传感器集成到保护玻璃上,触控感应层这层就此去掉。不过随后,这一概念再度分化成了TOL、on-cell、in-cell这三个概念。

    TOL与此前OGS最初的设想差不多,即舍弃原有的触控感应层,将触控传感器直接制作在保护玻璃上,与传统相比,TOL(业界习惯称其为OGS,下文统一采用这一称谓)少了一层玻璃并减少了一次贴合;in-cell也是将中间的触控感应层舍弃,但却是将触控传感器做到了下面的液晶屏中;而on-cell也是将触控传感器向下方的液晶屏去集成,其与in-cell的区别在于触控传感器的位置有些许不同,前者在滤光片的上面,介于滤光片和偏光片之间,后者则是在滤光片的下面。技术有分流,主要是主导厂商的不同,以触控屏为主营的厂商倾向于OGS。因为不愿从技术更新的洪流中被淘汰,也不希望主动权被剥夺,所以触控屏厂商更倾向于自己主导的OGS技术。目前来看,胜华、宸鸿等厂商推广得最为积极,而胜华和宸鸿都曾是苹果公司触摸屏供应商。on-cell和in-cell的主导方,则是比触控屏厂商更具实力的显示屏厂商,所以看到了给iPhone5供货in-cell的夏普、LG,以及主导on-cell的三星,而方案的选择同样是为了把控主动权。

    2、南玻A(000012)

     由于有做精细玻璃的基础,其深圳几家子公司各司其职,对OGS的研发获得成功,南玻A半年报显示,预计公司OGS产品将于今年下半年进入量产。
    同样紧盯OGS的还有星星科技。公司证券部工作人员称,公司OGS产品是研究方向,目前处于打样阶段,虽然也有边缘硬化方面的难题,但就如解决以前雕刻出现毛刺一样,工艺的发展最终能够克服这些瓶颈。

    3、超声电子5月31日的公告显示,公司与英特尔达成超级本触控屏项目合作开发意向,双方将共同为平板电脑和超级本开发更多OGS触摸屏项目,英特尔将帮助超声电子与(不限于)OEM和ODM厂商建立合作关系。另据知情人士称,超声电子与英特尔之间锁定的是小尺寸产品。

    4、莱宝高科(002106)的研发能力一向备受市场关注。资料显示,公司是国内首家自主研发出一体化电容式触摸屏(TOL)、并已进行多款样品认证的厂家。

    5、长信科技(300088),也已经成功研制OGS,可配超级本,2012年4月,公司18.5寸大尺寸OGS触控产品顺利通过英特尔的测试。8月,长信科技在深圳举办的英特尔供应链技术峰会上展出了搭载公司自己开发的18.5寸、21.6寸OGS触摸屏的AIO样机,在此次大会上,长信科技被列入英特尔供应商目录。

    6、欧菲光(002456)证券部工作人员称,公司虽有OGS的技术储备,但暂非主攻方向,主要方向还是在F/G,这一领域目前具备成本和技术成熟的优势。

    7、华东科技似乎也是按照自己既定的目标稳步前进,在上述新技术方向上没有大的动作。

 

 

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