柔性觸控屏種類結構與設計方案技術分析

　　柔性AMOLED 面板出貨量將在2020 年超過剛性OLED 面板

　　IHS Markit 的研究分析顯示，柔性AMOLED 面板出貨量預計將在2020 年達到3.357 億，突破剛性AMOLED 面板3.159 億的出貨量。柔性AMOLED 面板預計將占AMOLED 面板總出貨量的52%，而在2018年僅為38.9%。

　　圖1：全球柔性AMOLED手機出貨量占比統計及預測（數據來源：IHS Markit）

　　傳統觸控方案回顧

　　在柔性面板中，可分為“可彎折（Bendable）”、“可折疊（Foldable）”和“可彎曲（Rollable）”三個境界?？蓮澱蹱顟B是柔性屏最容易實現的狀態，顯示屏幕是按固定的角度彎曲，比如三星Edge 系列手機；而可折疊和可彎曲的屏幕可以在一個面和任意面上隨意彎曲，所以這兩種形式的柔性面板將對顯示屏的制造工藝和材料提出新的要求，其中就包括對于觸控技術方案的重新選擇。傳統基于LCD屏的觸控技術面對的基板材料、封裝材料和整體多層發光器件的制程難度等方面皆與AMOLED柔屏有較大差異，所以AMOLED柔屏的觸控技術不會簡單復制傳統的方式。而薄膜材料由于其與生俱來的“柔韌性”和“靈活性”，有望在AMOLED柔性屏時代得以重用并快速發展。

　　圖2：柔性面板的三種分類

　　AMOLED柔屏不能使用玻璃作為基板與封裝材料導致觸控方案的改變

　　觸控技術可分為外掛式和內嵌式。外掛式觸控技術（Out-cell）是由觸控廠商主導，該技術主要可分為玻璃方式和薄膜方式。后來由于手機越做越薄的原因，面板廠商推出內嵌式觸控技術，整合了面板和觸控單元。而內嵌式觸控技術又可分為On-cell和In-cell兩類。而高端手機的觸控方案也逐漸從外掛式轉向內嵌式，比如蘋果iPhone的In-cell TFT-LCD。相較于玻璃方式與薄膜方式，In-cell和On-cell 方案節省了玻璃成本和貼合成本，使得模組重量輕，透光度高，更滿足高端手機對品質的要求。

　　早在，2016 年，全球觸控屏出貨量14.7 億片，其中內嵌式出貨量8.2 億片，占比55.6%，首次超過外掛式觸控模組。無論是外掛式還是內嵌式，都是適合應用于LCD顯示屏的觸控技術，且制造工藝皆已發展成熟。

　　圖3：玻璃方式的外掛觸控技術GG（左）與薄膜方式的外掛觸控技術GF（右）

　　圖4：GG/GF觸控技術結構示意圖

　　玻璃方式的外掛觸控技術是將所有觸控傳感器都制作在一層ITO玻璃之上，而薄膜方式則是把這塊ITO玻璃用ITO薄膜取代。

　　表1、玻璃方式與薄膜方式的對比

　　對于玻璃方式，還可以將ITO玻璃與玻璃蓋板融為一體，集成為一片玻璃，直接將觸控傳感器置于該片玻璃之上，該方案也稱為“單片玻璃解決方案”-OGS。

　　圖5：單片玻璃解決方案OGS及其結構示意圖

　　In-cell觸控方式是把觸控模組內置與液晶面板內，而On-Cell觸控方式則是將觸控傳感器外置與液晶模組之上、偏光片之下。

　　圖6：In-cell（左）和On-cell（右）內嵌式觸控技術結構示意圖

　　圖7：以玻璃為襯底和以玻璃或金屬蓋板封裝的OLED硬屏（左）與以柔性聚合物材料為基板和以單層或多層薄膜材料封裝的OLED柔屏（右）結構圖

　　對于AMOLED屏幕而言，硬屏采用的是玻璃基板和玻璃蓋板，而由于玻璃的脆度問題，柔屏則采用柔性聚合物基板和薄膜封裝。繼而兩者對于觸控方案的選擇也有所差異。

　　除了In-cell方式不適用以外，觸控技術的選用類似與LCD屏幕，這是因為In-Cell 將觸控傳感器嵌入到像素中的同時也必須將配套的觸控集成電路嵌入其中，否則很容易導致錯誤的觸控感測訊號或者過大的噪音，這意味著制程工藝的復雜度和難度都會加大。LCD中的液晶層采用印刷涂覆法，良率較高；而OLED中的各項有機層均采用蒸鍍法附膜，技術要求高、難度大，所以良率也較低。在蒸鍍結構中再增加一層觸控IC必將會影響良率。OLED的制程良率一直偏低，如果使用In-Cell必將導致更低的良率。故目前尚無針對AMOLED屏的In-cell觸控方案。

　　目前三星AMOLED硬屏采用的觸控技術是On-cell方案。由于三星采用的是RGB三色像素技術，所以封裝玻璃的下方無需彩色濾光片，其可以拿去先進行觸控感應電極的鍍膜，然后在進行OLED發光器件的封裝。三星的On-cell觸控方案技術難度相當高，收益于三星多年來在AMOLED顯示領域的深耕，其面板生產良率可以控制在70%-85%之間。其他面板廠商采用On-cell觸控方案的概率由于受良率的影響，可能性不高，而轉投良率較高的外掛式GF/GG/OGS方案。AMOLED 屏幕讓被拉下神壇的外掛式觸控模組又得到了市場的關注。

　　圖8：三星“硬屏”內嵌式On-cell觸控方案結構示意圖

　　AMOLED柔屏需要基于薄膜材料的觸控方案

　　On-cell：由于AMOLED柔屏中的發光器件采用的是薄膜封裝，觸控感應電極無法像玻璃封裝時那般，先在玻璃上鍍膜后再拿回來封裝，而是需要把感應電極一次性全部蒸鍍在發光器件之前，這將再次增加良率的挑戰性。而且蒸鍍。蝕刻等工藝流程也會損害封裝薄膜。故目前對于AMOLED柔屏而言，On-cell很有可能不是一項備選方案。

　　“可彎折”柔屏：雖然器件基板和封裝材料換成了柔性材料，但是最上方的蓋板還是選用了3D玻璃。但如果采用GG方案，需要另一片3D感應層玻璃用以蒸鍍觸控感應電極，這無疑增加了技術難度；而OGS方案需要將觸控感覺電極直接蒸鍍與蓋板玻璃內側，由于固定曲面3D玻璃已經進行的熱處理，存在易碎的問題，如果再在此之上進行蒸鍍之類的熱加工，會惡化其脆度。故具有柔性的感應薄膜GF是該類屏幕較適合的觸控技術解決方案。

　　“可折疊”和“可彎曲”柔屏：需要折疊和彎曲的特性把跟玻璃相關的GG/OGS方案排除在外。同時由于最外層的玻璃蓋板需換成柔性保護蓋板，GF方案也將不復存在，但這一層觸控感應薄膜需要繼續留用，以配合柔性顯示。

　　表2、AMOLED硬屏與柔屏的觸控技術方案比較

　　受AMOLED柔屏觸控薄膜技術影響的觸控廠商

　　如果說電容式觸摸屏是智能手機時代最具有深遠意義的發明，那柔性觸摸屏也必將將與柔性顯示一起為智能手機產業的輝煌歷史續寫新的篇章。隨著柔性智能終端產品的漸行漸近，外掛式觸摸屏、特別是以納米銀、金屬網格為代表的柔性觸控產品，因其極具競爭性的價格、性能及產能，已獲得了越來越多行業人士的關注，作為全球觸控應用、材料、設備發展的行業風向標。2018深圳國際全觸與顯示展將圍繞5G、物聯網、工業4.0等行業熱點、精心打造專屬平臺，現場呈現從材料、設備、方案到研發制造的全產業鏈產品展示，其中柔性觸控與顯示專區，集中展示柔性觸控顯示技術產品、材料、設備等全產業鏈資源， TPK、新綸科技、科立視、遷鶴光電、潤德、環球同創、創世紀、恩利克、西可、賽貝爾、聯得裝備、涌泉自動化、寶德自動化等知名品牌等知名品牌將會向觀眾展示最新的技術與產品。同期還將舉辦2018第二屆中國柔性顯示技術（材料）國際論壇，將深入探討不同技術產業鏈路線下的材料、部件及設備發展的情況，共同探索柔性產品最優解決方案之路。