揭开智慧型手机触控萤幕的瑕疵原因

2007 年中 Apple iPhone 的问世更将触控技术推升至全新境界之后,触控萤幕可说是今天智慧型手机最重要的零组件之一,因此不难想像当此零组件出现瑕疵时、消费者会有如何激烈的反应。最近六个月期间,为数不少的智慧型手机产品传出其触控萤幕出现不明的黄斑,许多使用者都担心自己可能成为倒楣的受害者。智慧型手机与平板电脑触控萤幕的瑕疵原因为何?请看手机王网站的分析报导。

触控萤幕所扮演的重要角色
在现今智慧型手机的众多功能特色之中,最为关键的就是「使用者体验」。2007 年中 Apple iPhone 的问世更将触控技术推升至全新境界,苹果内部工程师从 2004 年推出原型机到 2007 年推出商用化产品的过程中持续努力,使用者不必再用力按压萤幕就能执行各种操控功能(只需轻触即可),其他像是双指移动、缩放萤幕、两指放开、按移萤幕框、滑动、快速捲页以及旋转等功能都变得轻而易举,可说是触控技术的全新里程碑。
Apple iPhone 的诞生也催生「消费性智慧型手机」时代的来临,智慧型手机成为「后 PC 时代」的首选主流产品。在 iPhone 诞生之前,多数智慧型手机必须搭载键盘(T9 数字型或是 QWERTY 标準排列的英文键盘),但随着触控萤幕的功能与实用性持续提升,手机对键盘的需求也逐渐消失。当键盘的空间空出来后,萤幕尺寸的增加也是不可抵挡的趋势。更大的萤幕直接提升了手机与使用者之间互动体验:像是浏览网页、数位摄影、个人化导航及游戏等等。如今大约 25% 的智慧型手机採用 3.9 英吋以上的萤幕,其中 70% 的机种其萤幕超过 3.5 英吋。

2007 年中 Apple iPhone 的问世更将触控技术推升至全新境界,苹果内部工程师从 2004 年推出原型机到 2007 年推出商用化产品的过程中持续努力,使用者不必再用力按压萤幕就能执行各种操控功能(只需轻触即可)。
触控萤幕可说是今天智慧型手机最重要的零组件,不难想像当此零组件出现瑕疵时、消费者会有如何激烈的反应。最近六个月为数不少的智慧型手机产品传出其触控萤幕出现不明的黄斑,许多使用者都担心自己可能成为倒楣的受害者。2011 年 iPhone 4 刚上市时,就有消息报导指出第一批产品出现了「萤幕黄斑」的问题,当时推断其原因是由于 iPhone 4 需求庞大,手机从生产到出货的间隔太短,导致手机萤幕内的黏合剂尚未完全乾燥从而导致出现前述问题。其实不止是 iPhone 4S 和 iPhone 4,苹果旗下包括 iPhone 3GS 以及 iPad 2 等产品也报导出现过类似的黄斑问题。

苹果早在 1990 年代中期就开始尝试触控操作功能,最早的商业化产品是掌上型电脑 Newton。
多家厂商传出触控萤幕瑕疵
而苹果的直接竞争对手、即宏达电日前推出的旗舰机型 HTC One X 上市后,市场反应热烈,但之后传出部分手机萤幕出现黄斑、当机、以及萤幕杂讯等问题,许多人担心这可能影响第二季业绩表现,今年 4 月出货也可能受影响。投资圈则传出原因可能是宏达电以自有产能进行触控感测器与面板模组的贴合程序不慎所造成,触控面板厂的全贴合製程是将薄膜式的触控感测元件透过水胶与 LCD 面板模组黏合,据传宏达电在桃园龟山厂以自有产能进行 HTC One X 所需触控萤幕的贴合製程,问题的癥结点在用错贴合水胶成分,导致在接触空气后逐渐出现黄斑问题。

在 iPhone 诞生之前,多数智慧型手机必须搭载键盘(T9 数字型或是 QWERTY 标準排列的英文键盘),但随着触控萤幕的功能与实用性持续提升,手机对键盘的需求也逐渐消失。
触控面板的贴合製程中,各种贴合胶所扮演的角色举足轻重(于后说明),当使用的贴合胶品质不佳时,随着接触空气时间越来越久,黄斑问题就会逐渐显现,大厂为防範此问题产生,非常注重贴合水胶品质并採用指定品牌的贴合水胶。不过日前宏达电发出声明稿表示,HTC One X 的产品皆以最高品质出货、没有任何瑕疵疑虑。
苹果与宏达电也不是触控面板瑕疵的唯一受害者,索尼完成收购索尼爱立信之后推出的产品 Sony Xperia S LT26i 也在大中华地区传出「萤幕黄斑」的问题。海外媒体则指出 Sony Xperia S LT26i 的产品瑕疵可能与索尼品牌重组之后的零件管理方式有关。Sony Xperia S LT26i 在索尼爱立信时代即开始小量生产,但直到 Sony Xperia S LT26i 上市前两个月索尼才完成收购索尼爱立信的手续。而由于 Sony Xperia S LT26i 和 Sony Ericsson Xperia Arc S LT18i 一样採用的是索尼独有的「无缝结合一体式萤幕」技术,当索尼完成收购时已经有部分萤幕面板零件成品但保护玻璃上的 Logo 还是过去的索尼爱立信。出于成本考虑,索尼将这些已生产的一体式萤幕回收利用(将旧有保护玻璃重新分离后、贴上带有索尼 Logo 的全新保护玻璃),而瑕疵很可能出现在剥离与重新黏合的过程中。

最近六个月期间,为数不少的智慧型手机产品传出其触控萤幕出现不明的黄斑,许多使用者都担心自己可能成为倒楣的受害者。
深究萤幕瑕疵的原因
在进行更深入的讨论之前,必须先介绍当今标準触控萤幕的结构与製作程序。目前标準的投射电容式触控萤幕堆叠结构是最外层都有一层保护玻璃(cover lens / glass),保护玻璃的下层为的触控感测元件(可以是玻璃形式或是薄膜形式、之后在表面镀上 ITO 电极),而保护玻璃与触控感测元件两者的贴合方式一般是使用光学胶(OCA)。回顾整个投射电容式触控萤幕结构,从传统主流 G+G 以及 G+F+F 结构,到未来各家厂商努力研发的 TOL / OGS、G1F、G+F 的结构,可以发现未来触控面板的结构无疑是朝向萤幕厚度更薄、重量更轻、贴合程序减少、贴合良率高的方向来发展。

目前标準的投射电容式触控萤幕堆叠结构是最外层都有一层保护玻璃(cover lens / glass),保护玻璃的下层为的触控感测元件(可以是玻璃形式或是薄膜形式、之后在表面镀上 ITO 电极)。
而玻璃式与薄膜式触控感测元件的结构也各有本身的优缺点:首先薄膜式的触控结构有着「贴合良率较高」及「整体结构厚度较薄」的优势,但是缺点就是光学穿透率较差(因此苹果始终拒绝採用)。而玻璃式的触控结构相对性光学穿透率高,触控功能性也较好,但是最主要的问题点在于硬对硬(玻璃贴玻璃)的贴合良率始终无法如软对硬(薄膜贴玻璃)贴合那幺好,这也导致了瑕疵的出现。
目前保护玻璃与触控感测元件两者的贴合、以及触控感测元件与 LCD 模组的之间的贴合都是採用 OCA 光学胶(Optical Clear Adhesive、OCA)。这类特殊化学粘胶剂主要用于胶结透明光学元件(如镜头等)的黏合,包括:电子纸、透明零件粘结、投影萤幕组装、航空航太或军事光学器件组装、显示面板组装、镜头组装、电阻式触控萤幕 G+F+F、F+F、电容式触控萤幕等。要求特性为无色透明、光学透过率在 90% 以上、胶结强度良好,可在室温或中温环境下固化且有固化收缩小等特点。简而言之 OCA 光学胶就是具有光学透明的一层特种双面胶。OCA 光学胶的成分为有机硅橡胶、丙烯酸型树脂及不饱和聚酯、聚氨酯、环氧树脂等胶粘剂并加上特殊处理剂以改进其光学性能或降低固化收缩率。若是黏合之后的烘烤温度不正确或是 OCA 光学胶成分混合比例异常都可能导致「萤幕黄斑」的问题。

不论是智慧型手机还是平板电脑,触控萤幕都是最重要而且成本最高的零组件,因此如何提高良率进而降低生产成本也是厂商的重要课题。
另一个让消费者感觉萤幕色彩差异的原因来自于背光 LED 的光谱连续性及色温,过去在平面设计产业,工作用的 CRT 显示器都要用专业校色器每个月校正一次颜色,以确保其色温维持在 6500K 才能保证出图效果。不同人种的眼睛对色温的感知与偏好不同:亚洲人偏好高色温萤幕(色调偏冷),欧洲人偏好低色温萤幕(色调偏暖),所以在色温相同的情况下,亚洲人通常感觉偏黄,而欧洲人感觉偏蓝。
而 iPhone 4S 与 iPhone 4 在刚推出时,部分消费者反应萤幕色温不同的主因可能是LCD 面板供应商的製造批次不同,而第一批产品所提供的背光多为冷色调,但由于产品发货日期已到,苹果也只能先使用这批冷色背光萤幕。上市一段时间以后,面板供应商乐金解决了连续光谱正色温问题,因此后期的萤幕都是正白色背光的萤幕,其颜色和原来冷色光萤幕一对比让人感觉偏黄。桌面显示设备(电脑显示器和电视机等)通常提供了色温调节功能,但是 iPhone 与其他智慧型手机目前仍未提供此功能,因此有些批次的萤幕相差太大时可能让消费者有「萤幕品质有所不同」的错觉。毕竟不同使用者的个人喜好不同,如果用户看到的样机或其他机器萤幕是偏冷色的而且自己也喜欢冷色调,但是拿到的商品确是暖色萤幕当然不满意。不过在视觉专家的眼中,暖色调显示器比冷色调能够更加真实地还原色彩(特别是红色),所以在看图片、影片、游戏的时候色彩更加舒服自然,看文字的时候也不会因为底色偏蓝而使眼睛疲劳。所以目前苹果的萤幕背光色调理应符合多数人的需求,另外 90% 以上没有经过专业训练的使用者在单独不对比的情况下,区分不出 6500K 正色调和 9300K 冷色调,所以消费者不必对此议题过于担心。

有些批次的萤幕相差太大时可能让消费者有「萤幕品质有所不同」的错觉,从而导致 iPhone 4S 与 iPhone 4 在刚推出时,部分消费者反应萤幕色温不同。(图片来源:photobucket.com)
「整合式触控萤幕」有望大幅降低瑕疵出现
在消费电子产业中,新技术的出现是改变产业的最大驱动力,在触控萤幕领域也不例外。随着消费者期待新世代触控萤幕的厚度更薄、成本更低同时可靠度更高,结构更为简单的「整合式触控萤幕」将成为未来主流。如果能将目前分离的触控感测元件(可以是玻璃形式或是薄膜形式、之后在表面镀上 ITO 电极)与 LCD 模组整合为一,便有可能实现触控面板的薄型化和轻量化目标。另一个优点是目前触控感测元件与 LCD 模组的分离结构导致两者之间存在物理空隙,因此在 LCD 模组上面和触控感测元件下面之间会反射外来光线、导致在室外等明亮的环境下的可视性降低,生产过程的贴合过程若发生瑕疵更有可能产生「萤幕黄斑」的问题,如果 LCD 模组和触控感测元件整合为一,智慧型手机在室外等环境的可视性降低现象也有望改善。

目前触控萤幕的结构相当複杂,连带也拉长了生产所需时间。
LCD 模组和触控感测元件整合为一的技术,目前分为将触控感测功能直接整合至 LCD 面板 TFT Array 製程的「In-cell」方法,和将触控感测功能整合至彩色滤光片基板和偏光板之间的「On-cell」方法。但不论採用哪一种方法,触控萤幕的生产良率都将有显着改善。主要原因是传统主流的 G+G 触控萤幕架构(iPhone 4S 与其他高阶产品多属此类)在生产流程上需要较多步骤与半成品,且生产难度最高、良率最低的贴合(Bonding)程序属于后段製成。因此若发生失败、则前面的生产步骤可谓前功尽弃,损失成本相当高。而改成「In-cell」方法之后,前述问题将得到显着改善,由于触控感测功能直接整合至 LCD 面板 TFT Array 製程,过去触控感测元件与保护玻璃的贴合程序因此消失,这意外贴合失误的机率降低了 50% 之多,同时生产程序减少了 40%、触控萤幕生产时间从过去的 12 至 16 天大幅降低至 3 至 5 天,这对过去总是苦于新产品产能不足的苹果或宏达电来说是极大的吸引力,也能降低第一批新产品因为赶工而发生瑕疵的机率。

改成「In-cell」方法之后,由于触控感测功能直接整合至 LCD 面板 TFT Array 製程,过去触控感测元件与保护玻璃的贴合程序因此消失,这意外贴合失误的机率降低了 50% 之多!
改成「In-cell」方法之后,LCD 面板模组与保护玻璃之间的贴合可採用水胶(OCR)取代目前的 OCA 光学胶材质,水胶是 UV 胶系列中的一款胶水,是用于透明光学元件的特殊粘结剂,具有无色透明、透光率达 98% 以上、粘结强度良好并可在常温或者中温的条件下固化的特性。过去最多用于 LCD 面板与透明保护层之间的空隙以提高显示器对比,具有优异的耐湿热性能、消泡性能良好、与玻璃相近的折射率及穿透率、耐黄化且柔软可承受二种不同基材的膨胀收缩率、还可承受贴合时高低温变化产生的问题。与 OCA 光学胶贴合程序相比,水胶贴合程序不但难度较低、即使失败也可重新再黏贴,而目前的 OCA 光学胶贴合程序无法做到。预料在大量改用「In-cell」触控萤幕之后,目前让消费者为之色变的「萤幕黄斑」问题有望成为历史。
考量到目前苹果在智慧型手机市场上的竞争对手(都属于高阶机种)厚度均已降低至 7 至 8mm 之间,预料苹果势必会在目前 iPhone 4S 的厚度(9.3mm)基础上进一步薄化。外界传言苹果将在下一代 iPhone 中导入「In-cell」触控萤幕技术,最直接的效果是整机厚度将减少 0.44mm,这也让外界对下一代 iPhone 有了更多的期待。

目前苹果在智慧型手机市场上的竞争对手(都属于高阶机种)厚度均已降低至 7 至 8mm 之间,预料苹果势必会在目前 iPhone 4S 的厚度(9.3mm)基础上进一步薄化。
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手机王2012年智慧型手机市场趋势预测sciroccopilota 于 6/1/2012 8:27:41 PM修改文章内容