3G時代來臨下不斷進步的手機顯示面板

（盧慶儒／DigiTimes.com） 2006/10/09
根據統計2005年全球手機市場的規模突破7億支，從不同地區來看，以東亞、北美的普及率最高，然而自從2003年開始，手機在BRICs也出現快速成長，使得包括東歐和非洲等等諸國，也開始以城市為中心漸漸地普及。
■單色手機用戶加速更換彩色顯示
（圖一）顯示了全球手機市場規模的變化，由於近兩年的市場成長與BRICs快速發展有很大關係。在這些地區，主要是滿足了消費者透過手機來進行通訊的需求，所以大部分手機的顯示面板仍然是單色。而在開發國家市場，大部分經進入使用者換機的時間點，所以在新款手機的設計上，大多是增加了彩色顯示面板、照相功能等等的零件，透過增加眾多功能，提高外觀設計效果，再加上其原有的通訊功能，市場正在將手機不斷推向具有「渴望功能」，「方便功能」的行動通訊產品。

▲圖一：全球手機市場規模的變化。（資料來源：三洋EPSON）
可以在（圖二）中發現手機顯示面板的變化，手機的彩色化趨勢以開發國家市場的中高階產品為中心快速增長。並且從2004年開始，加上換機的市場需求，更是對於彩色手機的成長帶來了推波助瀾的效果。這主要是由於彩色顯示面板和主要電子零組件的成本不斷下降，使得彩色手機的價格跨入了中低階產品。此外也是因為彩色顯示面板對於用戶來說，是簡單易懂的升級方式，所以透過在中低階產品上採用相對便宜的CSTN，預計在BRICs地區，單色手機的用戶也會加快手機更換成彩色顯示。

▲圖二：市場對於手機面板的顯示能力變化。（資料來源：三洋EPSON）
目前逐漸成為可攜式資訊終端產品的手機，已經內建了各種各樣的功能。在數位內容和網路環境的應用不斷增加中，預計手機的功能性還會持續地強化，特別是廣播數位化的進展，提供了先進的即時數位影像能力，預測手機照相功能的內建率在2005年將超過50％。雖然照相功能在操作性能和處理速度上都亞於專用的數位相機，不過只要拍攝條件齊備，在輸出品質上也能夠達到一定程度的效果，所以基於通訊與廣播的融合後，相信新應用出現將會不斷的提高，例如包括，音樂下載、播放功能、數位TV收聽等等的新功能。
隨著郵件、手機攝影功能，資料接收服務的普及，手機顯示面板的重要性也不斷地增加。一般來說大部分手機的顯示面板，畫面大小為50mm×40mm左右，能夠盡收在手掌之間。為了在這麼小的畫面上提供更為清晰漂亮的影像，顯示面板從黑白變為彩色，從STN變為TFT，精細度也超過了200ppi，並且顏色再現性超過NTSC比例也即將超過100％。依照這樣的趨勢發展下去，預計在未來幾年內，精細度和顏色再現性將超越人類視覺的極限，取得更大的進步，因此，新一代顯示面板的功能也深受業界期待。
■畫面大小將朝向3吋到3.5吋大型化發展
就如前述，為了能夠讓手機達到盡收掌心以及單手操作，目前手機的寬度的設計大多都小於5公分。因此，畫面最大是2.4吋左右。以目前的手機市場來看，就外型而言折疊式應該主流機型，不過小型輕便和外觀設計也開始受到重視，所以在面板尺寸上多以1.8吋到2吋左右為主。
不過，在未來隨著所傳輸的資訊內容增多，面板的尺寸將會出現大型化的可能，特別是支援數位廣播的應用，或者是功能性接近PDA的時候，利用雙手操作的情況下，手機面板的尺寸將會朝向3吋到3.5吋的大型化發展。
■採用QVGA面板將會持續增加
目前，就手機用面板解析度而言，全球多以QCIF、QCIF＋為主流。但是，日本業者已經將面板解析度提升至QVGA（320×240點），這是因為手機可應用的資訊內容與服務不斷的增加之中，再加上，日本市場擁有強大的內容服務提供，所以，在面板解析度日本業者已經逐漸捨棄QCIF、QCIF＋而改採QVGA。不過，在未來幾年間，隨著全球各地區對於手機應用內容與服務的提昇，新一代中高階手機採用QVGA面板的機會，將會持續增加。
消費者也期望手機的面板能夠達到清晰、易看，所以考慮到畫面大小和內容的相互關係，因此解析度也不斷的在被提高，例如使用到GPS的地圖資訊等，而除此之外，倍角顯示和自動補償等功能也陸續被加入，所以，高畫素的VGA等級顯示面板（640×480點，320ppi左右）也是手機業者以及面板製造業者所不斷追求的。三洋EPSON從2004年開始正式生產252ppi（2.5吋QXGA）的產品，雖然並非完全是為了針對手機應用，但是卻是相當符合高解析需求的手機來採用，在技術上，三洋EPSON也開始利用低溫多晶矽的技術，開發330ppi的高解析面板。
高精細化面板在顯示照片時更加能發揮出其特色，實際上將200ppi和330ppi面板產品的顯示品質進行對比評鑑時，在細節的表現，質感，深度感等方面兩者存在很大得差別性，當然，要達到這樣的能力發揮，還需要其他基本功能配合，例如明暗對比，色階，色域等等。
■同時達到防止窺視和寬廣視角
手機在加入照相功能，影音視聽等影像功能後，面板的廣視角化也逐漸變得重要起來。以往手機重視縱向的視角（垂直直視），因為擔心旁人的窺視情況，左右方向的視角沒有得到擴展。但是看影像時，除了需要有寬廣的視角之外，更由於適用者早已習慣電視畫面的長寬比例，所以有業者考慮到橫向使用能夠更加大顯示能力，因此可以考慮將顯示面板橫向倒過來使用。所以，新一代手機用面板的設計，也紛紛加入ISP和垂直配向等等的技術，而這些技術以往大多是用於大型化顯示（7吋以上）。
不過，防止窺視和能夠達到寬廣視角，這是相互矛盾的問題，但是，對於市場上的消費者而言，卻又是期待都能夠同時達到這相互矛盾的能力，因此面板業者也開始採用原本用於大尺寸面板的特殊光學薄膜，來達到暨可以不失視角，又能防止的旁人窺視的目的。但這畢竟還是在開發之中，尚有相當多的基本問題需要解決，例如成本、厚度和重量等等，相信還需要花費一段時間，才能正式應用在手機上。
■超過NTSC比例100％高色再現性顯示面板正積極中
由於內建了照相的功能，使得手機用面板的顏色再現性也變得重要起來。特別是照片影像中，是否能夠超過了NTSC標準的色域，因為照完相之後，往往消費者都會利用印表機將照片印刷出來，而印刷的色域幾乎都是超過了NTSC標準，尤其，在紅色系顏色的表現更是一大問題，所以超過NTSC比例100％的高色再現性顯示面板，相關的業者也正在積極的開發之中。
通常，與顏色純度的和穿透率是相違背的，也就是說，根據以往的經驗很難同時能夠期望達到高穿透率和高色純度。但是隨著彩色濾光片技術的進步，可以解決不用大幅度降低穿透率就能提高顏色純度了，目前已經有業者可以開發出，在支援SRGB標準的情況下，可以達到60％∼70％NTSC比例的寬廣色再現顯示面板。另外，使用R、G、B三原色的LED作為背光元件的話，也可以讓色再現性超過100％ NTSC的比例，不過成本卻是最大的問題點。
■OCB顯示技術改善低溫環境的應答速度
液晶在影像表示時，應答速度已經被當作單一個的課題來研究了。特別像電視等大型影像顯示的時候，為了改善因遲鈍而導致的動態影像品質低落，紛紛提高應答速度和以脈衝式顯示。
在傳統的手機應用上，應答速度並不像高精細度、色彩表現能力那麼受到業者及消費者關心，這是由於一般在手機的使用環境中，會應用到動態影響的機會不多，不過未來隨著，視訊廣播的普及，相信利用手機來收看影像節目的機會也會大為增加，使得手機用面板的應答速度，也將逐漸地成為一個重點。
就平面技術而言，在高速應答的發揮上，OLED便出現較佳於A-Si TFT LCD的表現，尤其在低溫的環境下，不過，OLED還是都有其本質上的問題點，如果期望能夠作為手機的主顯示面板，OLED還是需要一段時間。
但也不能認為，TFT LCD在低溫環境中的應答速度一籌莫展，目前新開發的OCB顯示技術，就能夠改善低溫時的應答速度，所以，未來在寒帶地區的手機市場中，OCB面板將充分地獲得發揮的空間。
■減少材料　提高效率　達到輕薄化目標
終端應用功能增加後，手機的重量也會隨之增加，特別是最近的功能競爭，更是增加了手機的重量，但是，以隨身攜帶為目的的手機，所追求的短小輕薄目標，卻不會因為應用功能的增加而出現改變，所以各種零組件的小型化，輕型化在今後也將作為基本的要求受到更強烈的期待，其中，顯示面板更是影響著手機短小輕薄的一個重要關鍵點。
對於如何讓液晶顯示面板輕薄化，這是一項與材料息息相關的大問題。液晶顯示面的最主要是由玻璃、光學薄膜、液晶和背光源所構成，而這其中，玻璃和背光源影響液晶顯示面板厚度的程度最大。
大多數的情況下，玻璃是，透過物理性研磨和藥物蝕刻來達到薄型化，但是，如果一味期望達到薄型化的話，磨薄時將會出現破裂的情況，而在背光源的部分，如果僅僅單純的將導光體變薄的話，這會導致亮度效率的低落。此外，即使能夠經由個別的技術能力將玻璃和背光源薄化後，那麼，偏光板和相位差板等等這些光學薄膜的厚度，也將會對整個模組帶來一定程度的影響，所以必須將減少材料，提高效率等等所有的因素都同時加以一起考慮。
關於薄化這項的議題，對於不需要背光源的OLED是相當有利，雖然OLED可以少背光源的厚度，但是OLED的問題點卻會落在封裝的部分，使得現階段OLED模組的厚度和液晶面板相差無幾。因為需要達到高可靠度的目標，目前OLED發光部分，都會形成一定程度的空間，來加入氣體附著劑，以及使用玻璃或金屬來進行封裝，所以如果期望OLED能夠再薄化的話，這一部份就目前而言是有一定程度的困難，不過現在已經有業者開始研發利用薄膜的封裝技術，如此一來就可以大幅度的降低OLED模組厚度。
■改善電路設計　達到3G電力低消耗
和手機大小一樣，手機功能一增加，電力的消耗也隨之增加，所以相信電力的低消耗，在未來也將會成為一個重要的課題。對於消費者而言，當然是希望使用時間（電池的壽命）盡可能長一點（從環保角度來看也很重要）。因此，如何降低顯示面板對於功耗的需求已經成為手機設計者的一大考驗，尤其是佔據了手機整體耗功率將近一半的情況下。
目前，手機用顯示面板的亮度表現動輒超過200cd/㎡，所以就結構而言，期望降低液晶顯示面板的耗功率，首先必須想辦法減少背光對於電力的需求。因此採用LED等高效率背光設計的方案也陸續的被發表出來，當然採用LED作為背光源之後，包括聚光薄膜、反射薄膜、導光板等等，也都需要配合改善，在以低耗功的目標下，達到高亮度的需求。
以設計的觀點來看，期望減少對於功耗需求的話，必須降低對於光源的依賴性，因此就必須提高半穿透反射式面板的影像品質，藉由外界燈光來調節顯示亮度，達到最佳狀態。就目前而言，大多是將重點放在待機時，對於光源的依賴性，也就是說，當手機進入待機狀況時，完全關閉背光的功能，藉由外界的光原來達到顯示的目的。
當然對於降低整體耗電來說，這是一個不錯的方法，但是在進入以動態影像顯示的3G應用之後，單單僅靠待機關閉背光來節省電力，還是相當不足的，因為待機關閉背光所節省電力，還不足播放一部影片所增加出來的功率消耗，所以，未來的包括驅動電路、背光電路設計等等都必須加以改善，而達到即使因為播放動態影像也不會造成太沉重的電力負擔。
■雙面顯示LCD即將登場
目前已經是市場上主流機型的摺疊式手機，因為在機體折合時，用來作為主要顯示的液晶面板被隱藏了起來，所以在機體的外側也大多都會加裝副顯示面板，再加上最近因為手機逐漸提供照相、郵件等等的功能，使得消費者依賴副顯示面板顯示訊息的需求也愈來愈多。不過，因為這樣而在手機中，內建了2個顯示能力相當液晶面板的話，對於成本、重量、大小、耗電來說，都會造成不小的負擔，所以，尋找新的解決方案也就成了一項大問題。
三菱電機在2005年發表一款新型可達到雙面顯示能力的液晶面板模組（圖三），不管在折疊起來的狀態還是開著的狀態下，都能夠顯示高品質的影像。

▲圖三：三菱電機在2005年發表一款新型可達到雙面顯示能力的液晶面板模組。（資料來源：三菱電機）
如（圖四）所示，雙面LCD是在液晶面板的兩側，利用2片透明的導光板夾住而成的。和以往重疊2個LCD模組的構造相比，雙面液晶面板模組無論是在厚度、重量、成本等等方面都減少了許多，而且由於照明方式透過導光形成，能夠在正反兩個面上達到鮮明的對比度。

▲圖四：雙面LCD是在液晶面板的兩側，利用2片透明的導光板夾住而成。（資料來源：三菱電機）
就如同（圖五）所顯示的，從正面看的話，背光燈亮的時候呈現出透明的狀況，而從背面看的話則是均一地放射背光，而能夠達到和傳統背光相同的影像品質（對比度200，亮度200cd/㎡）。

▲圖五：從正面看背光燈亮的時候呈現出透明的狀況。（資料來源：三菱電機）
■正反面顯示不同影像的原理
這款新技術的雙面LCD，提供了3種顯示的模式，分別是，僅顯示正面的模式，僅顯示背面的模式，以及分別同時顯示正反兩面影像的模式。
如果應用在手機的情況下，因為期望達到消費者自己看的影像畫面時，不會被周圍人窺視，所以在正面顯示的模式時，由於背面的背光不亮，所以無法從背面看到影像。另外，如果使用同時顯示正反兩面影像的模式，和自己所見影像完全不同的影像則會在背面顯示，如此一來不僅達到了防止窺視的功能，更能作為向朋友傳達不同資訊的功能。
在正反面顯示不同影像的模式中，三菱電機使用高速應答的液晶面板，以人類無法識別的速度來更換正反面影像，同時交替點亮前後的透明導光板，依靠連續磁場方式，來完成同時顯示正反面的不同影像。
一般的情況，在連續磁場方式下，會出現因為產生Crosstalk而出現殘影的問題，不過如果是採用Feed-Forward驅動（FFD）的技術就能夠解決此一困擾，原理是將Over Driving技術的控制性進一步提高的就是FFD驅動。在這樣的技術模式下可以達到100cd/㎡的亮度，對比度為15。而令人困擾的Crosstalk，也會被輕鬆地控制住了。
■隨時隨地　表現優美
就如前述，行動手機的功能應用已經相當的廣泛，並且在動態影像的需求下，顯示面板所擔負的工作也愈加複雜，使得在技術上，不能像以前一樣分別進行開發，而是必須考慮整體的應用需求之後進行研發。
對於手機而言，可攜式當然是最基本的，在3G時代來臨之後，追求的顯示面板的性能，也已經趨近於基本功能，目的就是能夠「隨時隨地，表現優美」。除此之外，根據應用可將重點分別針對影像品質或文字的顯示上，來提高手機的高價值性。另外，不可忽視的一點是，成本和供給規模，在規格要求增高的情況下，如何控制成本成本，如何因應變動的生產量，也是液晶面板業者的一大問題，並且還必須思考如何靈活應對不同的客戶需求。（參考資料：三洋EPSON、三菱電機）