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AMOLED柔性屏用什么触控技术?
一、AMOLED柔屏将带动薄膜触控技术的发展

在刚刚过去的五月倒数第二个星期,《韩国先驱报》报道了一则新闻:三星旗下显示面板制造商Samsung Display 日前再次与苹果公司签署协议,为明年的iPhone 9 供应OLED 面板。其实自从2016年上半年有韩国媒体报出三星和苹果公司签订了一份为期两年的供应合同,前者将为后者提供9200 万块曲面AMOLED 面板的消息之后,市场对于AMOLED显示面板的热情一直燃烧至今。作为智能手机全球领军企业的苹果公司,其对AMOLED屏幕的引入,无疑对整个智能手机领域有一个风向标的作用。根据合同,三星将在2017 年为苹果提供7000 万到9200 万块小尺寸曲面OLED 面板。目前苹果每年的iPhone 出货量大约为2 亿多台,这意味着今年发货的iPhone 中有大约有30%至40%是配备曲面AMOLED显示屏的。目前OLED面板的应用占比中,应用在智能手机上的AMOLED面板占比逾七成,所以目前对于智能手机LCD屏幕的迭代是OLED屏幕增长的主要驱动力。


据咨询机构HIS预计,今年三星与苹果出货的手机中,采用AMOLED面板的出货量占比分别是78%和23%,而到2019年,三星手机AMOLED面板占比将维持在约80%左右,而苹果公司的这一比重将猛增至81%。


图1:三星与苹果手机年出货量及预测

(数据来源:IHS 单位:百万)

图2:2017、2019年三星手机AMOLED屏幕占比

图3:2017、2019年iPhone手机AMOLED屏幕占比

LCD屏幕的显示需要借助背光源的支持,而控制亮度的操作主要通过TFT驱动电路来控制液晶分子的转向来实现不同灰阶的转换。如果要制成曲面屏幕,液晶与玻璃基板是弯曲的挑战,而且上下基板错位咬合导致的漏光、混色现象无法完全避免,所以在LCD显示领域,曲面显示技术始终无法有太大的突破。而OLED屏幕由于其自发光的原理,器件层数少,基板也可以选用柔性材料,整体需要克服的技术壁垒较少,是制造柔性显示屏幕较适合的方案。

据IHS的预测,全球柔性AMOLED手机出货量占比将从2016年的7%,一跃提升至2019年的52%,而AMOLED柔性屏的销售额在2017Q3就将反超硬屏,达到总销售额的52%,而且该占比在此之后将一直维持在50%以上,并保持总体增长的趋势,该比重在2018年第四季度将达到63%。

图4:全球柔性AMOLED手机出货量占比统计及预测(数据来源:IHS)


图5:柔性面板的三种分类


在柔性面板中,可分为“可弯折(Bendable)”、“可折叠(Foldable)”和“可弯曲(Rollable)”三个境界。可弯折状态是柔性屏最容易实现的状态,显示屏幕是按固定的角度弯曲,比如三星的S6Edge 和S7 Edge两款手机;而可折叠和可弯曲的屏幕可以在一个面和任意面上随意弯曲,所以这两种形式的柔性面板将对显示屏的制造工艺和材料提出新的要求,其中就包括对于触控技术方案的重新选择。传统基于LCD屏的触控技术面对的基板材料、封装材料和整体多层发光器件的制程难度等方面皆与AMOLED柔屏有较大差异,所以AMOLED柔屏的触控技术不会简单复制传统的方式。而薄膜材料由于其与生俱来的“柔韧性”和“灵活性”,有望在AMOLED柔性屏时代得以重用并快速发展。


二、AMOLED柔屏不能使用玻璃作为基板与封装材料导致触控方案的改变


触控技术可分为外挂式和内嵌式。外挂式触控技术(Out-cell)是由触控厂商主导,该技术主要可分为玻璃方式和薄膜方式。后来由于手机越做越薄的原因,面板厂商推出内嵌式触控技术,整合了面板和触控单元。而内嵌式触控技术又可分为On-cell和In-cell两类。而高端手机的触控方案也逐渐从外挂式转向内嵌式,比如苹果iPhone的In-cell TFT-LCD。相较于玻璃方式与薄膜方式,In-cell和On-cell 方案节省了玻璃成本和贴合成本,使得模组重量轻,透光度高,更满足高端手机对品质的要求。


2016 年,全球触控屏出货量14.7 亿片,其中内嵌式出货量8.2 亿片,占比55.6%,首次超过外挂式触控模组。无论是外挂式还是内嵌式,都是适合应用于LCD显示屏的触控技术,且制造工艺皆已发展成熟。


图6:玻璃方式的外挂触控技术GG(左)与薄膜方式的外挂触控技术GF(右)

图7:GG/GF触控技术结构示意图


玻璃方式的外挂触控技术是将所有触控传感器都制作在一层ITO玻璃之上,而薄膜方式则是把这块ITO玻璃用ITO薄膜取代。


表1、玻璃方式与薄膜方式的对比

对于玻璃方式,还可以将ITO玻璃与玻璃盖板融为一体,集成为一片玻璃,直接将触控传感器置于该片玻璃之上,该方案也称为“单片玻璃解决方案”-OGS。

图8:单片玻璃解决方案OGS及其结构示意图


In-cell触控方式是把触控模组内置与液晶面板内,而On-Cell触控方式则是将触控传感器外置与液晶模组之上、偏光片之下。

图9:In-cell(左)和On-cell(右)内嵌式触控技术结构示意图


图10:以玻璃为衬底和以玻璃或金属盖板封装的OLED硬屏(左)与以柔性聚合物材料为基板和以单层或多层薄膜材料封装的OLED柔屏(右)结构图


对于AMOLED屏幕而言,硬屏采用的是玻璃基板和玻璃盖板,而由于玻璃的脆度问题,柔屏则采用柔性聚合物基板和薄膜封装。继而两者对于触控方案的选择也有所差异。


除了In-cell方式不适用以外,触控技术的选用类似与LCD屏幕,这是因为In-Cell 将触控传感器嵌入到像素中的同时也必须将配套的触控集成电路嵌入其中,否则很容易导致错误的触控感测讯号或者过大的噪音,这意味着制程工艺的复杂度和难度都会加大。LCD中的液晶层采用印刷涂覆法,良率较高;而OLED中的各项有机层均采用蒸镀法附膜,技术要求高、难度大,所以良率也较低。在蒸镀结构中再增加一层触控IC必将会影响良率。OLED的制程良率一直偏低,如果使用In-Cell必将导致更低的良率。故目前尚无针对AMOLED屏的In-cell触控方案。


目前三星AMOLED硬屏采用的触控技术是On-cell方案。由于三星采用的是RGB三色像素技术,所以封装玻璃的下方无需彩色滤光片,其可以拿去先进行触控感应电极的镀膜,然后在进行OLED发光器件的封装。三星的On-cell触控方案技术难度相当高,收益于三星多年来在AMOLED显示领域的深耕,其面板生产良率可以控制在70%-85%之间。其他面板厂商采用On-cell触控方案的概率由于受良率的影响,可能性不高,而转投良率较高的外挂式GF/GG/OGS方案。AMOLED 屏幕让被拉下神坛的外挂式触控模组又得到了市场的关注。


图11:三星“硬屏”内嵌式On-cell触控方案结构示意图


三、AMOLED柔屏需要基于薄膜材料的触控方案


On-cell:由于AMOLED柔屏中的发光器件采用的是薄膜封装,触控感应电极无法像玻璃封装时那般,先在玻璃上镀膜后再拿回来封装,而是需要把感应电极一次性全部蒸镀在发光器件之前,这将再次增加良率的挑战性。而且蒸镀。蚀刻等工艺流程也会损害封装薄膜。故目前对于AMOLED柔屏而言,On-cell很有可能不是一项备选方案。


“可弯折”柔屏:虽然器件基板和封装材料换成了柔性材料,但是最上方的盖板还是选用了3D玻璃。但如果采用GG方案,需要另一片3D感应层玻璃用以蒸镀触控感应电极,这无疑增加了技术难度;而OGS方案需要将触控感觉电极直接蒸镀与盖板玻璃内侧,由于固定曲面3D玻璃已经进行的热处理,存在易碎的问题,如果再在此之上进行蒸镀之类的热加工,会恶化其脆度。故具有柔性的感应薄膜GF是该类屏幕较适合的触控技术解决方案。


“可折叠”和“可弯曲”柔屏:需要折叠和弯曲的特性把跟玻璃相关的GG/OGS方案排除在外。同时由于最外层的玻璃盖板需换成柔性保护盖板,GF方案也将不复存在,但这一层触控感应薄膜需要继续留用,以配合柔性显示。


表2、AMOLED硬屏与柔屏的触控技术方案比较


四、受AMOLED柔屏触控薄膜技术影响的触控厂商



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