揭開智慧型手機觸控螢幕的瑕疵原因

2007 年中 Apple iPhone 的問世更將觸控技術推升至全新境界之後，觸控螢幕可說是今天智慧型手機最重要的零組件之一，因此不難想像當此零組件出現瑕疵時、消費者會有如何激烈的反應。最近六個月期間，為數不少的智慧型手機產品傳出其觸控螢幕出現不明的黃斑，許多使用者都擔心自己可能成為倒楣的受害者。智慧型手機與平板電腦觸控螢幕的瑕疵原因為何？請看手機王網站的分析報導。

觸控螢幕所扮演的重要角色

在現今智慧型手機的眾多功能特色之中，最為關鍵的就是「使用者體驗」。2007 年中 Apple iPhone 的問世更將觸控技術推升至全新境界，蘋果內部工程師從 2004 年推出原型機到 2007 年推出商用化產品的過程中持續努力，使用者不必再用力按壓螢幕就能執行各種操控功能（只需輕觸即可），其他像是雙指移動、縮放螢幕、兩指放開、按移螢幕框、滑動、快速捲頁以及旋轉等功能都變得輕而易舉，可說是觸控技術的全新里程碑。

Apple iPhone 的誕生也催生「消費性智慧型手機」時代的來臨，智慧型手機成為「後 PC 時代」的首選主流產品。在 iPhone 誕生之前，多數智慧型手機必須搭載鍵盤（T9 數字型或是 QWERTY 標準排列的英文鍵盤），但隨著觸控螢幕的功能與實用性持續提升，手機對鍵盤的需求也逐漸消失。當鍵盤的空間空出來後，螢幕尺寸的增加也是不可抵擋的趨勢。更大的螢幕直接提升了手機與使用者之間互動體驗：像是瀏覽網頁、數位攝影、個人化導航及遊戲等等。如今大約 25% 的智慧型手機採用 3.9 英吋以上的螢幕，其中 70% 的機種其螢幕超過 3.5 英吋。


▲2007 年中 Apple iPhone 的問世更將觸控技術推升至全新境界，蘋果內部工程師從 2004 年推出原型機到 2007 年推出商用化產品的過程中持續努力，使用者不必再用力按壓螢幕就能執行各種操控功能（只需輕觸即可）。

觸控螢幕可說是今天智慧型手機最重要的零組件，不難想像當此零組件出現瑕疵時、消費者會有如何激烈的反應。最近六個月為數不少的智慧型手機產品傳出其觸控螢幕出現不明的黃斑，許多使用者都擔心自己可能成為倒楣的受害者。2011 年 iPhone 4 剛上市時，就有消息報導指出第一批產品出現了「螢幕黃斑」的問題，當時推斷其原因是由於 iPhone 4 需求龐大，手機從生產到出貨的間隔太短，導致手機螢幕內的黏合劑尚未完全乾燥從而導致出現前述問題。其實不止是 iPhone 4S 和 iPhone 4，蘋果旗下包括 iPhone 3GS 以及 iPad 2 等產品也報導出現過類似的黃斑問題。


▲蘋果早在 1990 年代中期就開始嘗試觸控操作功能，最早的商業化產品是掌上型電腦 Newton。

多家廠商傳出觸控螢幕瑕疵

而蘋果的直接競爭對手、即宏達電日前推出的旗艦機型 HTC One X 上市後，市場反應熱烈，但之後傳出部分手機螢幕出現黃斑、當機、以及螢幕雜訊等問題，許多人擔心這可能影響第二季業績表現，今年 4 月出貨也可能受影響。投資圈則傳出原因可能是宏達電以自有產能進行觸控感測器與面板模組的貼合程序不慎所造成，觸控面板廠的全貼合製程是將薄膜式的觸控感測元件透過水膠與 LCD 面板模組黏合，據傳宏達電在桃園龜山廠以自有產能進行 HTC One X 所需觸控螢幕的貼合製程，問題的癥結點在用錯貼合水膠成分，導致在接觸空氣後逐漸出現黃斑問題。


▲在 iPhone 誕生之前，多數智慧型手機必須搭載鍵盤（T9 數字型或是 QWERTY 標準排列的英文鍵盤），但隨著觸控螢幕的功能與實用性持續提升，手機對鍵盤的需求也逐漸消失。

觸控面板的貼合製程中，各種貼合膠所扮演的角色舉足輕重（於後說明），當使用的貼合膠品質不佳時，隨著接觸空氣時間越來越久，黃斑問題就會逐漸顯現，大廠為防範此問題產生，非常注重貼合水膠品質並採用指定品牌的貼合水膠。不過日前宏達電發出聲明稿表示，HTC One X 的產品皆以最高品質出貨、沒有任何瑕疵疑慮。

蘋果與宏達電也不是觸控面板瑕疵的唯一受害者，索尼完成收購索尼愛立信之後推出的產品 Sony Xperia S LT26i 也在大中華地區傳出「螢幕黃斑」的問題。海外媒體則指出 Sony Xperia S LT26i 的產品瑕疵可能與索尼品牌重組之後的零件管理方式有關。Sony Xperia S LT26i 在索尼愛立信時代即開始小量生產，但直到 Sony Xperia S LT26i 上市前兩個月索尼才完成收購索尼愛立信的手續。而由於 Sony Xperia S LT26i 和 Sony Ericsson Xperia Arc S LT18i 一樣採用的是索尼獨有的「無縫結合一體式螢幕」技術，當索尼完成收購時已經有部分螢幕面板零件成品但保護玻璃上的 Logo 還是過去的索尼愛立信。出於成本考慮，索尼將這些已生產的一體式螢幕回收利用（將舊有保護玻璃重新分離後、貼上帶有索尼 Logo 的全新保護玻璃），而瑕疵很可能出現在剝離與重新黏合的過程中。


▲最近六個月期間，為數不少的智慧型手機產品傳出其觸控螢幕出現不明的黃斑，許多使用者都擔心自己可能成為倒楣的受害者。

深究螢幕瑕疵的原因

在進行更深入的討論之前，必須先介紹當今標準觸控螢幕的結構與製作程序。目前標準的投射電容式觸控螢幕堆疊結構是最外層都有一層保護玻璃（cover lens / glass），保護玻璃的下層為的觸控感測元件（可以是玻璃形式或是薄膜形式、之後在表面鍍上 ITO 電極），而保護玻璃與觸控感測元件兩者的貼合方式一般是使用光學膠（OCA）。回顧整個投射電容式觸控螢幕結構，從傳統主流 G+G 以及 G+F+F 結構，到未來各家廠商努力研發的 TOL / OGS、G1F、G+F 的結構，可以發現未來觸控面板的結構無疑是朝向螢幕厚度更薄、重量更輕、貼合程序減少、貼合良率高的方向來發展。


▲目前標準的投射電容式觸控螢幕堆疊結構是最外層都有一層保護玻璃（cover lens / glass），保護玻璃的下層為的觸控感測元件（可以是玻璃形式或是薄膜形式、之後在表面鍍上 ITO 電極）。

而玻璃式與薄膜式觸控感測元件的結構也各有本身的優缺點：首先薄膜式的觸控結構有著「貼合良率較高」及「整體結構厚度較薄」的優勢，但是缺點就是光學穿透率較差（因此蘋果始終拒絕採用）。而玻璃式的觸控結構相對性光學穿透率高，觸控功能性也較好，但是最主要的問題點在於硬對硬（玻璃貼玻璃）的貼合良率始終無法如軟對硬（薄膜貼玻璃）貼合那麼好，這也導致了瑕疵的出現。

目前保護玻璃與觸控感測元件兩者的貼合、以及觸控感測元件與 LCD 模組的之間的貼合都是採用 OCA 光學膠（Optical Clear Adhesive、OCA）。這類特殊化學粘膠劑主要用於膠結透明光學元件（如鏡頭等）的黏合，包括：電子紙、透明零件粘結、投影螢幕組裝、航空航太或軍事光學器件組裝、顯示面板組裝、鏡頭組裝、電阻式觸控螢幕 G+F+F、F+F、電容式觸控螢幕等。要求特性為無色透明、光學透過率在 90% 以上、膠結強度良好，可在室溫或中溫環境下固化且有固化收縮小等特點。簡而言之 OCA 光學膠就是具有光學透明的一層特種雙面膠。OCA 光學膠的成分為有機矽橡膠、丙烯酸型樹脂及不飽和聚酯、聚氨酯、環氧樹脂等膠粘劑並加上特殊處理劑以改進其光學性能或降低固化收縮率。若是黏合之後的烘烤溫度不正確或是 OCA 光學膠成分混合比例異常都可能導致「螢幕黃斑」的問題。


▲不論是智慧型手機還是平板電腦，觸控螢幕都是最重要而且成本最高的零組件，因此如何提高良率進而降低生產成本也是廠商的重要課題。

另一個讓消費者感覺螢幕色彩差異的原因來自於背光 LED 的光譜連續性及色溫，過去在平面設計產業，工作用的 CRT 顯示器都要用專業校色器每個月校正一次顏色，以確保其色溫維持在 6500K 才能保證出圖效果。不同人種的眼睛對色溫的感知與偏好不同：亞洲人偏好高色溫螢幕（色調偏冷），歐洲人偏好低色溫螢幕（色調偏暖），所以在色溫相同的情況下，亞洲人通常感覺偏黃，而歐洲人感覺偏藍。

而 iPhone 4S 與 iPhone 4 在剛推出時，部分消費者反應螢幕色溫不同的主因可能是LCD 面板供應商的製造批次不同，而第一批產品所提供的背光多為冷色調，但由於產品發貨日期已到，蘋果也只能先使用這批冷色背光螢幕。上市一段時間以後，面板供應商樂金解決了連續光譜正色溫問題，因此後期的螢幕都是正白色背光的螢幕，其顏色和原來冷色光螢幕一對比讓人感覺偏黃。桌面顯示設備（電腦顯示器和電視機等）通常提供了色溫調節功能，但是 iPhone 與其他智慧型手機目前仍未提供此功能，因此有些批次的螢幕相差太大時可能讓消費者有「螢幕品質有所不同」的錯覺。畢竟不同使用者的個人喜好不同，如果用戶看到的樣機或其他機器螢幕是偏冷色的而且自己也喜歡冷色調，但是拿到的商品確是暖色螢幕當然不滿意。不過在視覺專家的眼中，暖色調顯示器比冷色調能夠更加真實地還原色彩（特別是紅色），所以在看圖片、影片、遊戲的時候色彩更加舒服自然，看文字的時候也不會因為底色偏藍而使眼睛疲勞。所以目前蘋果的螢幕背光色調理應符合多數人的需求，另外 90% 以上沒有經過專業訓練的使用者在單獨不對比的情況下，區分不出 6500K 正色調和 9300K 冷色調，所以消費者不必對此議題過於擔心。


▲有些批次的螢幕相差太大時可能讓消費者有「螢幕品質有所不同」的錯覺，從而導致 iPhone 4S 與 iPhone 4 在剛推出時，部分消費者反應螢幕色溫不同。（圖片來源：photobucket.com）

「整合式觸控螢幕」有望大幅降低瑕疵出現

在消費電子產業中，新技術的出現是改變產業的最大驅動力，在觸控螢幕領域也不例外。隨著消費者期待新世代觸控螢幕的厚度更薄、成本更低同時可靠度更高，結構更為簡單的「整合式觸控螢幕」將成為未來主流。如果能將目前分離的觸控感測元件（可以是玻璃形式或是薄膜形式、之後在表面鍍上 ITO 電極）與 LCD 模組整合為一，便有可能實現觸控面板的薄型化和輕量化目標。另一個優點是目前觸控感測元件與 LCD 模組的分離結構導致兩者之間存在物理空隙，因此在 LCD 模組上面和觸控感測元件下面之間會反射外來光線、導致在室外等明亮的環境下的可視性降低，生產過程的貼合過程若發生瑕疵更有可能產生「螢幕黃斑」的問題，如果 LCD 模組和觸控感測元件整合為一，智慧型手機在室外等環境的可視性降低現象也有望改善。


▲目前觸控螢幕的結構相當複雜，連帶也拉長了生產所需時間。

LCD 模組和觸控感測元件整合為一的技術，目前分為將觸控感測功能直接整合至 LCD 面板 TFT Array 製程的「In-cell」方法，和將觸控感測功能整合至彩色濾光片基板和偏光板之間的「On-cell」方法。但不論採用哪一種方法，觸控螢幕的生產良率都將有顯著改善。主要原因是傳統主流的 G+G 觸控螢幕架構（iPhone 4S 與其他高階產品多屬此類）在生產流程上需要較多步驟與半成品，且生產難度最高、良率最低的貼合（Bonding）程序屬於後段製成。因此若發生失敗、則前面的生產步驟可謂前功盡棄，損失成本相當高。而改成「In-cell」方法之後，前述問題將得到顯著改善，由於觸控感測功能直接整合至 LCD 面板 TFT Array 製程，過去觸控感測元件與保護玻璃的貼合程序因此消失，這意外貼合失誤的機率降低了 50% 之多，同時生產程序減少了 40%、觸控螢幕生產時間從過去的 12 至 16 天大幅降低至 3 至 5 天，這對過去總是苦於新產品產能不足的蘋果或宏達電來說是極大的吸引力，也能降低第一批新產品因為趕工而發生瑕疵的機率。


▲改成「In-cell」方法之後，由於觸控感測功能直接整合至 LCD 面板 TFT Array 製程，過去觸控感測元件與保護玻璃的貼合程序因此消失，這意外貼合失誤的機率降低了 50% 之多！

改成「In-cell」方法之後，LCD 面板模組與保護玻璃之間的貼合可採用水膠（OCR）取代目前的 OCA 光學膠材質，水膠是 UV 膠系列中的一款膠水，是用於透明光學元件的特殊粘結劑，具有無色透明、透光率達 98% 以上、粘結強度良好並可在常溫或者中溫的條件下固化的特性。過去最多用於 LCD 面板與透明保護層之間的空隙以提高顯示器對比，具有優異的耐濕熱性能、消泡性能良好、與玻璃相近的折射率及穿透率、耐黃化且柔軟可承受二種不同基材的膨脹收縮率、還可承受貼合時高低溫變化產生的問題。與 OCA 光學膠貼合程序相比，水膠貼合程序不但難度較低、即使失敗也可重新再黏貼，而目前的 OCA 光學膠貼合程序無法做到。預料在大量改用「In-cell」觸控螢幕之後，目前讓消費者為之色變的「螢幕黃斑」問題有望成為歷史。

考量到目前蘋果在智慧型手機市場上的競爭對手（都屬於高階機種）厚度均已降低至 7 至 8mm 之間，預料蘋果勢必會在目前 iPhone 4S 的厚度（9.3mm）基礎上進一步薄化。外界傳言蘋果將在下一代 iPhone 中導入「In-cell」觸控螢幕技術，最直接的效果是整機厚度將減少 0.44mm，這也讓外界對下一代 iPhone 有了更多的期待。


▲目前蘋果在智慧型手機市場上的競爭對手（都屬於高階機種）厚度均已降低至 7 至 8mm 之間，預料蘋果勢必會在目前 iPhone 4S 的厚度（9.3mm）基礎上進一步薄化。

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