柔性顯示器夯　速博思內嵌式技術看翹

面板業近來有幾個值得注意的發展趨勢。一是面板研發與投資逐漸從LCD轉向OLED，且跳過硬式AMOLED，直接進入柔性(可撓性)AMOLED。其中包括市場傳言iphone8將採用柔性AMOLED面板；以及中國大陸廠商陸續宣布投資柔性AMOLED面板(最近一次新聞是京東方投入人民幣465億，第二條六代柔性顯性器產線在四川錦陽開工)。

此外，另一值得關注的是，三星在柔性AMOLED的觸控技術，從原本的外貼式薄膜觸控，在今年的Note 7己正式量產製作在TFE薄膜封裝層(Thin Film Encapuslation)上的內嵌式AMOLED觸控技術。

面板廠對In-Cell產品的興趣原本就高，除因因觸控感測器將收回給面板廠自主生產，提升產品價值，另一原因是可簡化產品製程、材料成本(如FPC)及組裝上的複雜度。因此觸控IC大廠敦泰和新思皆投入TDDI(Touch with Display Driver Integration)的開發。In-Cell觸控在LCD智慧手機市場比例將逐漸攀升，而柔性顯示器對In-Cell技術的需求又比LCD更明顯。

茲從幾個柔性顯示器的應用產品來分析:

1.曲面顯示器：柔性顯示器的應用，首先出現在曲面顯示器上(三星Galaxy Edge)。近來中國大陸積極投入3D玻璃開發，且陸續傳出小米、魅族、華為等將開發雙曲面手機。曲面顯示器儼然已成為手機廠商下一個追逐焦點。然而，相較於平面顯示器，曲面貼合的難度高出許多。如果使用外貼式觸控面板，則需要面對偏貼兩次且觸控面板和顯示面板有精準對位的要求，良率損失將上升。但使用內嵌式的柔性面板，只需進行一次和保護玻璃的曲面貼合，且對位精準度要求較低，可減少偏貼良率的損失。

2.無邊框顯示器：手機平板發展至今，在產品規格上的差異非常有限。手機廠開始尋求外觀的差異化，例如小米mix強調無邊框設計(三邊幾無邊框，宣稱面板螢幕佔比91.3％)。而未來如要再提升面板螢幕比例，面板廠思考的解決之道是利用柔性顯示器的可彎折特性，將週圍走線區及Bonding區折到面板背後。彎折顯示器走線區的技術已在LG生產的Apple Watch實現(三星的Note 7據傳也有使用此技術)。但如果使用外貼式觸控面板，則觸控面板的走線區也必須彎折到面板背後，亦即，會有兩次彎折走線區的製程(因應力考量，不允許觸控面板和顯示面板偏貼完再同時彎折)。而彎折走線區的製程難度相當高，彎折次數越多，良率損失越大。

3.可折式顯示器：柔性顯示器真正的殺手級應用，是在可折式顯示器。聯想在2016年發表的folio即呈現這樣的原型機。雖然離可量產的產品技術成熟度仍需努力，但此產品概念的未來性和殺傷力，讓各面板廠不敢輕忽，紛紛宣布投入開發。然而，可折式螢幕在5mm彎折曲率半徑下，外貼式觸控面板將因厚度增加，且觸控電極與走線和顯示面板元件無法同時設計在中性軸(無應力區)，會大幅增加材料與結構設計難度。而如果採用內嵌式觸控，則可輕易迴避此問題。推測三星在Note 7及S8採用內嵌式方案，部份原因也是為了可折式應用而鋪路。

由以上分析可發現，內嵌式觸控將是柔性AMOLED一個無可迴避的解決方案；接下來的問題是，內嵌式柔性AMOLED觸控，將面臨什麼樣的挑戰?

1.從製程結構面來看：因AMOLED在發光材料上方有全面覆蓋的陰極層，觸控電極置於陰極下方，其感應訊號會被屏蔽，三星內嵌式方案因此將觸控感應器製作在封裝層TFE上。三星的作法在製程上難度很高，主因為有機發光二極體怕水氧，也怕高溫。在已完成有機發光材料的蒸鍍再進行黃光蝕刻的製程，很容易破壞有機發光材料。能進行這樣的製程，代表封裝層的品質相當好，才能確保足夠良率。但良率如果是可克服的，在封裝層上製作觸控感應器，應該是成本及製程複雜度都相對較佳的解決方案。然而，對封裝層的品質相對不足的面板廠，其技術障礙則相對較高。這時面板廠可選擇使用柔性彩色濾光片，並在其BM下製作觸控感應器，完成觸控感應器的柔性彩色濾光片和顯示器以膠材或Dam/Fill方式貼合的方案。

日本的SEL(Semiconductor Energy Laboratory)及台灣友達都曾提類似解決方法。此方案的優點為可避開在有機發光材料上進行製程，且對於封裝層技術能力不如三星的廠商，技術難度相對較低。缺點是柔性彩色濾光片和顯示器的偏貼需要對位，必需有玻璃當載板，兩玻璃戴板對貼後再將玻璃分別取下，目前玻璃取下的主流技術是雷射取下製程(Laser lift-off)，製程設備成本較高，多一次取下會增加製造設備成本。除上述兩方案外，第三方案則是和目前LCD Full In-Cell一樣的概念，將觸控感應器製作在TFT陣列中。不同的是，AMOLED有陰極覆蓋會產生屏蔽效應，需將陰極圖案化讓電力線能夠穿透。此方法的優點是製程上的難度可能相對較低，而缺點是AMOLED的畫素設計較LCD複雜，而將觸控電極加入陣列設計會讓設計變得更困難。

2.從觸控感應面來看：內嵌式在柔性AMOLED觸控和內嵌式LCD觸控有兩個主要差異處，一是如上述AMOLED有一整面的電極(通常為陰極)，且柔性顯示器的各層材料都極薄，造成觸控電極和顯示面板會產生一很大的背景電容 (以三星和SEL的結構估計觸控電極和陰極距離約在5-20微米之間)。而這個大背景電容會在使用互電容觸控的觸控過程中，抓住大部份的電荷，進而造成感應訊號放大倍率不足，使觸控辨識率下降。為解決觸控感應問題，SEL的觸控感測器使用金屬網格電極來減少面積，如此即可降低和顯示器間的電容(三星的Note 7據傳也是使用金屬網格)。另在觸控的IC選擇上，SEL則揭露他們採用用於大尺寸面板的觸控IC。其原因推測是透過增加Tx跨壓來增加電荷量，以增強放大訊號，且其放大器的電容的匹配值可適用於大電容附載的產品。然而，增加Tx跨壓也意味著會同時增加功耗(功耗與跨壓大小的平方成正比)，因此這種方法並不適合使用在消費性電子產品。反之，如不使用大尺寸面板用IC，據了解目前小尺寸商用IC在柔性顯示器的使用上，都有其最小觸控電極和陰極距離的限制，因此觸控感應能力不佳。至於三星使用何種解決方案來推出產品，令人好奇。

從以上分析得知，柔性AMOLED搭配內嵌式金屬網格是一個明顯的趨勢，此趨勢和速博思的核心技術完全吻合。速博思在觸控的解決方案與專利佈局包括：

1.內嵌式金屬網格的自、互電容結構：互電容觸控方式的缺點在每個電極內感應的電荷固定，因此電荷如被大背景電容抓住，會嚴重影響感應能力。在柔性面板比較理想的是使用自電容來進行感測。以往自電容的主要問題是電極走線沒有空間拉出，使用內嵌式金屬網格，則可徹底解決走線空間不足的問題。

2.完整內嵌式觸控感應的解決方案：速博思在內嵌式觸控感應目前面臨的問題，已有相對應的解決方案，包括解決和顯示區間大背景電容的問題，如何讓顯示與觸控不需分時且不需使用大跨壓訊號的實施方案。

3.超高訊躁比的量測手法：速博思開發獨有的「微擾共振」量測技術，可量測到小於fF的電容改變量(可到aF級)。因其感應靈敏度極高，即使在內嵌式觸控的結構，仍可進行懸浮觸控。目前此技術也被廣泛應用到off-chip的電容式指紋辨識的感測技術上。

在各大陸面板廠開始投入上千億人民幣進行柔性AMOLED的技術開發後建廠，觸控所面臨的問題將很快浮現。相關的專利保護是否足夠，將造成未來營運上的風險。從目前產品趨勢和發表文獻皆顯示，內嵌式金屬網格是目前業界在柔性觸控的主流解決方案。速博思在內嵌式金屬網格已進行多年的研發與專利佈局，且有相當數量的專利已取得美國專利證書，將可提供業界完整的解決方案與專利保護。

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