[導讀]為掌握行動裝置輕薄化發(fā)展商機，晶片商與面板廠不約而同在縮減觸控面板厚度上多所著墨。其中，三星行動顯示明年計劃在智慧型手機中導入單玻璃觸控方案，朝超薄產品邁大步；而賽普拉斯則針對內嵌式觸控面板發(fā)布新一代
為掌握行動裝置輕薄化發(fā)展商機，晶片商與面板廠不約而同在縮減觸控面板厚度上多所著墨。其中，三星行動顯示明年計劃在智慧型手機中導入單玻璃觸控方案，朝超薄產品邁大步；而賽普拉斯則針對內嵌式觸控面板發(fā)布新一代觸控晶片，期搶占市場先機。
觸控技術五花八門，目前最普遍采用的是外掛式(Out-cell)觸控面板，其中包含雙片玻璃觸控方案(Glass/Glass, G/G)及雙薄膜觸控方案(Glass/ITO X Film/ITO Y Film, G/F/F)，已搭載在各種行動裝置上。不過，由于需要兩片玻璃或薄膜分別導入X軸及Y軸感測電極，在厚度上的表現已日漸不敷行動裝置追求薄型化的趨勢。
有鑒于此，在外掛式觸控技術范疇中，已發(fā)展出單片玻璃觸控方案(One Glass Solution, OGS)及單薄膜(G/F)觸控方案，舍去一片玻璃或薄膜的厚度。而為更進一步協(xié)助行動裝置設計再朝薄型化邁進，晶片商及面板廠也全力研發(fā)On-cell與In-cell等內嵌式觸控技術。
該類技術直接將觸控感測電極鍍在液晶顯示器(LCD)層內，可不須在外層保護玻璃上制作觸控感測層，不僅大幅降低厚度，亦省去外層觸控玻璃或薄膜的材料成本。不過，由于內嵌式觸控技術復雜度高，制程良率與靈敏度均須進一步改善，且因過度追求薄型化，面板強度亦招致業(yè)界疑慮，因此，預期要到2013年才能突破種種技術問題，并有望落實在量產設計的產品線上。
更輕薄/靈敏單玻璃觸控明年導入手機
為迎合行動裝置輕薄設計趨勢，外掛式觸控技術正逐步朝向OGS方案發(fā)展，以節(jié)省貼合成本并提高觸控靈敏度，包括宸鴻和三星行動顯示(SMD)均緊鑼密鼓展開布局，其中宸鴻將于年底前投入量產，SMD則規(guī)畫于明年上半年搭載在母公司三星(Samsung)旗下的智慧型手機。
圖1 積體光機電科技協(xié)會理事長林晏瑞表示，虛擬觸控概念也逐漸興起，透過微投影機投射螢幕，再由感測器接收訊號，讓觸控無所不在。
積體光機電科技協(xié)會理事長林晏瑞(圖1)表示，OGS系將觸控感測層(Touch Sensor)與保護玻璃(Cover Glass)結合，使觸控模組的結構簡化成一片玻璃的形式；亦即在保護玻璃內層鍍上含X及Y軸感測電極的導電層，以降低玻璃材料成本，并減少貼合制程道數來提高生產良率，進一步縮小與薄膜式觸控方案的價差。同時，還能因薄型、輕量化且減去一面玻璃的感測阻抗，大幅提升面板透光度及觸控靈敏度，成為面板廠商競相布局的新技術領域，其中，進展較快的廠商包括宸鴻、SMD均將在年底前啟動量產計劃。
據了解，SMD原本系以單片薄膜的觸控方案為主要研發(fā)方向，也就是先將觸控面板X或Y軸的金屬氧化銦錫(ITO)導電膜鍍在保護玻璃上，再貼合上另一軸的ITO層，以減少30～40%的觸控面板厚度，但因制程良率遲遲未能提升，加上構成ITO層的稀土材料成本攀高，最終難竟全功。如今，該公司改以新一代的透明導電材料來實現OGS，初步已有不錯成效，預計明年可望與主動矩陣式有機發(fā)光二極體(AMOLED)面板結合，打造出令人驚艷的薄型智慧型觸控手機。
事實上，目前中小尺寸多點觸控面板，依內部組成架構主要分為玻璃式和薄膜式兩大陣營，前者如宸鴻、勝華及奇美的雙片玻璃觸控方案，具有較佳的面板強度與透光度，但因制程成本高，多半用于中高階機種，如蘋果(Apple)iPhone即采用此類技術。另外，宏達電、諾基亞(Nokia)則導入洋華和介面生產的雙薄膜觸控方案，此類技術成本較低且量產速度快，以中低階機種為應用大宗，亦能因應機海策略的生產腳步。
為因應觸控面板薄型化趨勢，兩大技術陣營也已分別朝向OGS及G/F方案邁進。林晏瑞分析，實際上玻璃式和薄膜式在制程良率、材料成本及回路阻抗值等方面仍有許多差別，特別是薄膜式阻抗較高，致使觸控驅動IC須耗費更多電力來滿足觸控行為，雖在貼合制程的時間及成本上，表現較玻璃式優(yōu)異，但導入終端產品設計后，高耗電量及產品發(fā)熱的狀況則令人頭痛。因此，若OGS方案能突破單片玻璃強度不足，造成貼合良率不佳且較易產生破片而增加成本的瓶頸，勢將成為薄型觸控技術的主流。
突破畫面更新率/掃描速度TrueTouch Gen4搶市
為持續(xù)鞏固智慧型手機與平板裝置的市場版圖，賽普拉斯(Cypress)推出第四代TrueTouch電容式觸控系列晶片，可達400Hz螢幕畫面更新率(Refresh Rate)和1kHz的掃描速度，以因應作業(yè)系統(tǒng)(OS)、中央處理器(CPU)效能及多元化觸控應用趨勢下，系統(tǒng)商日益嚴苛的要求。
圖2 賽普拉斯臺灣區(qū)總經理楊晉銘(右)指出，新型Gen4系列可憑藉多項IP實現抗雜訊效能。左為TrueTouch產品行銷經理王一杭
賽普拉斯臺灣區(qū)總經理楊晉銘(圖2右)表示，智慧型手機和平板裝置軟硬體效能升級速度飛快，目前最高的觸控螢幕控制晶片的畫面更新率達180Hz，已難滿足未來2～3年的市場需求。有鑒于此，賽普拉斯已搶先業(yè)界推出畫面更新率和掃描速度分別高達400Hz、1kHz的觸控螢幕晶片TrueTouch Gen4系列，讓系統(tǒng)設計客戶無后顧之憂。
賽普拉斯TrueTouch產品行銷經理王一杭(圖2左)指出，TrueTouch Gen4系列能實現高畫面更新率和掃描速度性能，主要歸功于32位元安謀國際(ARM)Cortex核心，并首度在32位元處理器核心整合數位訊號處理器(DSP)，以藉此降低耗電量、提高運算效能及減少雜訊。
不僅是提高畫面更新率和掃描速度，針對電容式觸控最棘手的顯示器雜訊技術難題，TrueTouch Gen4系列亦已為系統(tǒng)客戶解套。王一杭強調，賽普拉斯憑藉正在審核中的Display Armor專利技術，消弭電容式觸控螢幕雜訊弊病，致使觸控螢幕的系統(tǒng)商可采用直接壓合感測器(Sensor-on-lens)，開發(fā)出更薄的觸控螢幕產品，并可支援On-cell與In-cell等內嵌式觸控架構。
此外，為進一步強化訊噪比(SNR)，有別于蘋果iPhone系采用21伏特的傳送(Tx)路徑，為兼顧節(jié)能優(yōu)勢，TrueTouch Gen4系列提供10伏特的Tx，且支援多重Tx，能符合應用需要的訊噪比。楊晉銘透露，賽普拉斯TrueTouch Gen3系列已掌握全球前五大智慧型手機客戶群(除蘋果與諾基亞之外)，預期TrueTouch Gen4系列問世后，仍將持續(xù)獲得智慧型手機客戶群的青睞?，F階段該公司已將TrueTouch Gen4系列送樣給客戶，預計2012年第一季導入量產。 [!--empirenews.page--]
除上述功能外，TrueTouch Gen4系列的其他特點包括運作功耗2毫瓦(mW)、深層睡眠模式僅1.8微瓦(μW)以及能同時追蹤數量無上限的觸控點。相較于前一代產品，提供小尺寸晶片層級封裝(CSP)，具備節(jié)省手機空間優(yōu)勢。此外，該晶片并整合賽普拉斯專利審核中的自容(Self Capacitance)與互容式(Mutual Capacitance)感測功能，協(xié)助客戶開發(fā)如防水、支援直徑1毫米(mm)的觸控筆及偵測螢幕上方停留物體的功能，且不會增加材料或空間成本。
值得注意的是，2012年智慧型手機仍為手機產業(yè)主要成長動能，成長備受期待；至于平板裝置方面，Android與iOS市場定位較相似，相較之下，微軟(Microsoft)Windows 8將會是影響非蘋果的平板裝置市場規(guī)模關鍵指標，預期在Windows 8上市后，較能預估整體平板裝置的市場規(guī)模。楊晉銘不諱言，賽普拉斯大中華區(qū)營收貢獻已占33%，因此中國大陸白牌智慧型手機亦為該公司關注的主力市場之一，不過其生態(tài)系統(tǒng)(Ecosystem)與合作模式將與其他廠商有所不同，目前賽普拉斯已有接洽。
現階段，賽普拉斯觸控螢幕控制晶片效能獲得客戶信賴，因此已直接內建在主機板上，王一杭說明，目前該公司主要的客戶群為系統(tǒng)商而非觸控面板業(yè)者，系統(tǒng)商會將與賽普拉斯合作的規(guī)格去要求觸控面板廠配合。
內嵌式觸控熱燒晶片/面板擬整合因應
觸控面板賡續(xù)朝向輕薄化邁進，相較于現有的外掛式觸控技術，On-cell與In-cell等內嵌式技術已成未來趨勢。不過，On-cell技術因直接將X軸及Y軸的觸控感測電極做在同一層中，再貼合于LCD面板上；而In-cell技術更是X軸及Y軸觸控感測電極直接導入LCD面板內，兩種技術均與行之有年的外掛式觸控技術大相逕庭。因此，要達成內嵌式觸控運作須以一種全新的形式進行溝通，驅使晶片與面板廠間的設計合作需求急遽升溫。
工研院顯示與光源整合技術部專案經理貢振邦透露，除外掛式觸控技術大有進展外，包括友達、SMD、東芝行動顯示(TMD)和夏普(Sharp)等面板大廠也積極挾資金優(yōu)勢，投入更先進的On-cell及In-cell內嵌式觸控技術研發(fā)，預期2013年左右可導入量產。
不過，貢振邦強調，由于內嵌式觸控面板與控制晶片間協(xié)同運作的模式較外掛式復雜許多，因此，如何解決X軸與Y軸感測電極同時存在LCD層內，所產生的交互訊號干擾，進一步克服觸控靈敏度下降的問題，將是晶片商與面板廠共同面臨的關鍵技術挑戰(zhàn)。若能有效解決此一問題，可想見行動裝置將掀起一波超薄型觸控設計新風潮。
也因此，目前如愛特梅爾(Atmel)、新思國際(Synaptics)等觸控晶片商均與面板廠展開緊密的合作，開發(fā)得以導入產品設計的內嵌式觸控方案，只不過，礙于產品仍處開發(fā)階段，不便公布合作對象及技術進展。對此，貢振邦表示，要實現內嵌式觸控技術，晶片設計勢將朝向高度客制化邁進，以符合各個面板廠的產品需求，如此一來，開發(fā)時程勢必拉長，且礙于客制化規(guī)格，能否藉開出產量來壓低生產成本仍待評估。故未來孰能快速完成設計，也是撇開技術層面的比較后，在市場上勝出的關鍵。
觸控技術五花八門，目前最普遍采用的是外掛式(Out-cell)觸控面板，其中包含雙片玻璃觸控方案(Glass/Glass, G/G)及雙薄膜觸控方案(Glass/ITO X Film/ITO Y Film, G/F/F)，已搭載在各種行動裝置上。不過，由于需要兩片玻璃或薄膜分別導入X軸及Y軸感測電極，在厚度上的表現已日漸不敷行動裝置追求薄型化的趨勢。
有鑒于此，在外掛式觸控技術范疇中，已發(fā)展出單片玻璃觸控方案(One Glass Solution, OGS)及單薄膜(G/F)觸控方案，舍去一片玻璃或薄膜的厚度。而為更進一步協(xié)助行動裝置設計再朝薄型化邁進，晶片商及面板廠也全力研發(fā)On-cell與In-cell等內嵌式觸控技術。
該類技術直接將觸控感測電極鍍在液晶顯示器(LCD)層內，可不須在外層保護玻璃上制作觸控感測層，不僅大幅降低厚度，亦省去外層觸控玻璃或薄膜的材料成本。不過，由于內嵌式觸控技術復雜度高，制程良率與靈敏度均須進一步改善，且因過度追求薄型化，面板強度亦招致業(yè)界疑慮，因此，預期要到2013年才能突破種種技術問題，并有望落實在量產設計的產品線上。
更輕薄/靈敏單玻璃觸控明年導入手機
為迎合行動裝置輕薄設計趨勢，外掛式觸控技術正逐步朝向OGS方案發(fā)展，以節(jié)省貼合成本并提高觸控靈敏度，包括宸鴻和三星行動顯示(SMD)均緊鑼密鼓展開布局，其中宸鴻將于年底前投入量產，SMD則規(guī)畫于明年上半年搭載在母公司三星(Samsung)旗下的智慧型手機。
圖1 積體光機電科技協(xié)會理事長林晏瑞表示，虛擬觸控概念也逐漸興起，透過微投影機投射螢幕，再由感測器接收訊號，讓觸控無所不在。
積體光機電科技協(xié)會理事長林晏瑞(圖1)表示，OGS系將觸控感測層(Touch Sensor)與保護玻璃(Cover Glass)結合，使觸控模組的結構簡化成一片玻璃的形式；亦即在保護玻璃內層鍍上含X及Y軸感測電極的導電層，以降低玻璃材料成本，并減少貼合制程道數來提高生產良率，進一步縮小與薄膜式觸控方案的價差。同時，還能因薄型、輕量化且減去一面玻璃的感測阻抗，大幅提升面板透光度及觸控靈敏度，成為面板廠商競相布局的新技術領域，其中，進展較快的廠商包括宸鴻、SMD均將在年底前啟動量產計劃。
據了解，SMD原本系以單片薄膜的觸控方案為主要研發(fā)方向，也就是先將觸控面板X或Y軸的金屬氧化銦錫(ITO)導電膜鍍在保護玻璃上，再貼合上另一軸的ITO層，以減少30～40%的觸控面板厚度，但因制程良率遲遲未能提升，加上構成ITO層的稀土材料成本攀高，最終難竟全功。如今，該公司改以新一代的透明導電材料來實現OGS，初步已有不錯成效，預計明年可望與主動矩陣式有機發(fā)光二極體(AMOLED)面板結合，打造出令人驚艷的薄型智慧型觸控手機。
事實上，目前中小尺寸多點觸控面板，依內部組成架構主要分為玻璃式和薄膜式兩大陣營，前者如宸鴻、勝華及奇美的雙片玻璃觸控方案，具有較佳的面板強度與透光度，但因制程成本高，多半用于中高階機種，如蘋果(Apple)iPhone即采用此類技術。另外，宏達電、諾基亞(Nokia)則導入洋華和介面生產的雙薄膜觸控方案，此類技術成本較低且量產速度快，以中低階機種為應用大宗，亦能因應機海策略的生產腳步。
為因應觸控面板薄型化趨勢，兩大技術陣營也已分別朝向OGS及G/F方案邁進。林晏瑞分析，實際上玻璃式和薄膜式在制程良率、材料成本及回路阻抗值等方面仍有許多差別，特別是薄膜式阻抗較高，致使觸控驅動IC須耗費更多電力來滿足觸控行為，雖在貼合制程的時間及成本上，表現較玻璃式優(yōu)異，但導入終端產品設計后，高耗電量及產品發(fā)熱的狀況則令人頭痛。因此，若OGS方案能突破單片玻璃強度不足，造成貼合良率不佳且較易產生破片而增加成本的瓶頸，勢將成為薄型觸控技術的主流。
突破畫面更新率/掃描速度TrueTouch Gen4搶市
為持續(xù)鞏固智慧型手機與平板裝置的市場版圖，賽普拉斯(Cypress)推出第四代TrueTouch電容式觸控系列晶片，可達400Hz螢幕畫面更新率(Refresh Rate)和1kHz的掃描速度，以因應作業(yè)系統(tǒng)(OS)、中央處理器(CPU)效能及多元化觸控應用趨勢下，系統(tǒng)商日益嚴苛的要求。
圖2 賽普拉斯臺灣區(qū)總經理楊晉銘(右)指出，新型Gen4系列可憑藉多項IP實現抗雜訊效能。左為TrueTouch產品行銷經理王一杭
賽普拉斯臺灣區(qū)總經理楊晉銘(圖2右)表示，智慧型手機和平板裝置軟硬體效能升級速度飛快，目前最高的觸控螢幕控制晶片的畫面更新率達180Hz，已難滿足未來2～3年的市場需求。有鑒于此，賽普拉斯已搶先業(yè)界推出畫面更新率和掃描速度分別高達400Hz、1kHz的觸控螢幕晶片TrueTouch Gen4系列，讓系統(tǒng)設計客戶無后顧之憂。
賽普拉斯TrueTouch產品行銷經理王一杭(圖2左)指出，TrueTouch Gen4系列能實現高畫面更新率和掃描速度性能，主要歸功于32位元安謀國際(ARM)Cortex核心，并首度在32位元處理器核心整合數位訊號處理器(DSP)，以藉此降低耗電量、提高運算效能及減少雜訊。
不僅是提高畫面更新率和掃描速度，針對電容式觸控最棘手的顯示器雜訊技術難題，TrueTouch Gen4系列亦已為系統(tǒng)客戶解套。王一杭強調，賽普拉斯憑藉正在審核中的Display Armor專利技術，消弭電容式觸控螢幕雜訊弊病，致使觸控螢幕的系統(tǒng)商可采用直接壓合感測器(Sensor-on-lens)，開發(fā)出更薄的觸控螢幕產品，并可支援On-cell與In-cell等內嵌式觸控架構。
此外，為進一步強化訊噪比(SNR)，有別于蘋果iPhone系采用21伏特的傳送(Tx)路徑，為兼顧節(jié)能優(yōu)勢，TrueTouch Gen4系列提供10伏特的Tx，且支援多重Tx，能符合應用需要的訊噪比。楊晉銘透露，賽普拉斯TrueTouch Gen3系列已掌握全球前五大智慧型手機客戶群(除蘋果與諾基亞之外)，預期TrueTouch Gen4系列問世后，仍將持續(xù)獲得智慧型手機客戶群的青睞?，F階段該公司已將TrueTouch Gen4系列送樣給客戶，預計2012年第一季導入量產。 [!--empirenews.page--]
除上述功能外，TrueTouch Gen4系列的其他特點包括運作功耗2毫瓦(mW)、深層睡眠模式僅1.8微瓦(μW)以及能同時追蹤數量無上限的觸控點。相較于前一代產品，提供小尺寸晶片層級封裝(CSP)，具備節(jié)省手機空間優(yōu)勢。此外，該晶片并整合賽普拉斯專利審核中的自容(Self Capacitance)與互容式(Mutual Capacitance)感測功能，協(xié)助客戶開發(fā)如防水、支援直徑1毫米(mm)的觸控筆及偵測螢幕上方停留物體的功能，且不會增加材料或空間成本。
值得注意的是，2012年智慧型手機仍為手機產業(yè)主要成長動能，成長備受期待；至于平板裝置方面，Android與iOS市場定位較相似，相較之下，微軟(Microsoft)Windows 8將會是影響非蘋果的平板裝置市場規(guī)模關鍵指標，預期在Windows 8上市后，較能預估整體平板裝置的市場規(guī)模。楊晉銘不諱言，賽普拉斯大中華區(qū)營收貢獻已占33%，因此中國大陸白牌智慧型手機亦為該公司關注的主力市場之一，不過其生態(tài)系統(tǒng)(Ecosystem)與合作模式將與其他廠商有所不同，目前賽普拉斯已有接洽。
現階段，賽普拉斯觸控螢幕控制晶片效能獲得客戶信賴，因此已直接內建在主機板上，王一杭說明，目前該公司主要的客戶群為系統(tǒng)商而非觸控面板業(yè)者，系統(tǒng)商會將與賽普拉斯合作的規(guī)格去要求觸控面板廠配合。
內嵌式觸控熱燒晶片/面板擬整合因應
觸控面板賡續(xù)朝向輕薄化邁進，相較于現有的外掛式觸控技術，On-cell與In-cell等內嵌式技術已成未來趨勢。不過，On-cell技術因直接將X軸及Y軸的觸控感測電極做在同一層中，再貼合于LCD面板上；而In-cell技術更是X軸及Y軸觸控感測電極直接導入LCD面板內，兩種技術均與行之有年的外掛式觸控技術大相逕庭。因此，要達成內嵌式觸控運作須以一種全新的形式進行溝通，驅使晶片與面板廠間的設計合作需求急遽升溫。
工研院顯示與光源整合技術部專案經理貢振邦透露，除外掛式觸控技術大有進展外，包括友達、SMD、東芝行動顯示(TMD)和夏普(Sharp)等面板大廠也積極挾資金優(yōu)勢，投入更先進的On-cell及In-cell內嵌式觸控技術研發(fā)，預期2013年左右可導入量產。
不過，貢振邦強調，由于內嵌式觸控面板與控制晶片間協(xié)同運作的模式較外掛式復雜許多，因此，如何解決X軸與Y軸感測電極同時存在LCD層內，所產生的交互訊號干擾，進一步克服觸控靈敏度下降的問題，將是晶片商與面板廠共同面臨的關鍵技術挑戰(zhàn)。若能有效解決此一問題，可想見行動裝置將掀起一波超薄型觸控設計新風潮。
也因此，目前如愛特梅爾(Atmel)、新思國際(Synaptics)等觸控晶片商均與面板廠展開緊密的合作，開發(fā)得以導入產品設計的內嵌式觸控方案，只不過，礙于產品仍處開發(fā)階段，不便公布合作對象及技術進展。對此，貢振邦表示，要實現內嵌式觸控技術，晶片設計勢將朝向高度客制化邁進，以符合各個面板廠的產品需求，如此一來，開發(fā)時程勢必拉長，且礙于客制化規(guī)格，能否藉開出產量來壓低生產成本仍待評估。故未來孰能快速完成設計，也是撇開技術層面的比較后，在市場上勝出的關鍵。
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