3G时代来临下不断进步的手机显示面板

根据统计2005年全球手机市场的规模突破7亿支，从不同地区来看，以东亚、北美的普及率最高，然而自从2003年开始，手机在BRICs也出现快速成长，使得包括东欧和非洲等等诸国，也开始以城市为中心渐渐地普及。

　■单色手机用户加速更换彩色显示

（图一）显示了全球手机市场规模的变化，由于近两年的市场成长与BRICs快速发展有很大关系。在这些地区，主要是满足了消费者透过手机来进行通讯的需求，所以大部分手机的显示面板仍然是单色。而在开发国家市场，大部分经进入使用者换机的时间点，所以在新款手机的设计上，大多是增加了彩色显示面板、照相功能等等的零件，透过增加众多功能，提高外观设计效果，再加上其原有的通讯功能，市场正在将手机不断推向具有「渴望功能」，「方便功能」的行动通讯产品。

　

▲图一：全球手机市场规模的变化。（资料来源：三洋EPSON）



　可以在（图二）中发现手机显示面板的变化，手机的彩色化趋势以开发国家市场的中高阶产品为中心快速增长。并且从2004年开始，加上换机的市场需求，更是对于彩色手机的成长带来了推波助澜的效果。这主要是由于彩色显示面板和主要电子零组件的成本不断下降，使得彩色手机的价格跨入了中低阶产品。此外也是因为彩色显示面板对于用户来说，是简单易懂的升级方式，所以透过在中低阶产品上採用相对便宜的CSTN，预计在BRICs地区，单色手机的用户也会加快手机更换成彩色显示。

　

▲图二：市场对于手机面板的显示能力变化。（资料来源：三洋EPSON）



　目前逐渐成为可携式资讯终端产品的手机，已经内建了各种各样的功能。在数位内容和网路环境的应用不断增加中，预计手机的功能性还会持续地强化，特别是广播数位化的进展，提供了先进的即时数位影像能力，预测手机照相功能的内建率在2005年将超过50％。虽然照相功能在操作性能和处理速度上都亚于专用的数位相机，不过只要拍摄条件齐备，在输出品质上也能够达到一定程度的效果，所以基于通讯与广播的融合后，相信新应用出现将会不断的提高，例如包括，音乐下载、播放功能、数位TV收听等等的新功能。

　随着邮件、手机摄影功能，资料接收服务的普及，手机显示面板的重要性也不断地增加。一般来说大部分手机的显示面板，画面大小为50mm×40mm左右，能够尽收在手掌之间。为了在这么小的画面上提供更为清晰漂亮的影像，显示面板从黑白变为彩色，从STN变为TFT，精细度也超过了200ppi，并且颜色再现性超过NTSC比例也即将超过100％。依照这样的趋势发展下去，预计在未来几年内，精细度和颜色再现性将超越人类视觉的极限，取得更大的进步，因此，新一代显示面板的功能也深受业界期待。

　■画面大小将朝向3吋到3.5吋大型化发展

　就如前述，为了能够让手机达到尽收掌心以及单手操作，目前手机的宽度的设计大多都小于5公分。因此，画面最大是2.4吋左右。以目前的手机市场来看，就外型而言折叠式应该主流机型，不过小型轻便和外观设计也开始受到重视，所以在面板尺寸上多以1.8吋到2吋左右为主。

　不过，在未来随着所传输的资讯内容增多，面板的尺寸将会出现大型化的可能，特别是支援数位广播的应用，或者是功能性接近PDA的时候，利用双手操作的情况下，手机面板的尺寸将会朝向3吋到3.5吋的大型化发展。

　■採用QVGA面板将会持续增加

　目前，就手机用面板解析度而言，全球多以QCIF、QCIF＋为主流。但是，日本业者已经将面板解析度提升至QVGA（320×240点），这是因为手机可应用的资讯内容与服务不断的增加之中，再加上，日本市场拥有强大的内容服务提供，所以，在面板解析度日本业者已经逐渐捨弃QCIF、QCIF＋而改採QVGA。不过，在未来几年间，随着全球各地区对于手机应用内容与服务的提昇，新一代中高阶手机採用QVGA面板的机会，将会持续增加。

　消费者也期望手机的面板能够达到清晰、易看，所以考虑到画面大小和内容的相互关系，因此解析度也不断的在被提高，例如使用到GPS的地图资讯等，而除此之外，倍角显示和自动补偿等功能也陆续被加入，所以，高画素的VGA等级显示面板（640×480点，320ppi左右）也是手机业者以及面板制造业者所不断追求的。三洋EPSON从2004年开始正式生产252ppi（2.5吋QXGA）的产品，虽然并非完全是为了针对手机应用，但是却是相当符合高解析需求的手机来採用，在技术上，三洋EPSON也开始利用低温多晶硅的技术，开发330ppi的高解析面板。

　高精细化面板在显示照片时更加能发挥出其特色，实际上将200ppi和330ppi面板产品的显示品质进行对比评鑑时，在细节的表现，质感，深度感等方面两者存在很大得差别性，当然，要达到这样的能力发挥，还需要其他基本功能配合，例如明暗对比，色阶，色域等等。

　■同时达到防止窥视和宽广视角

　手机在加入照相功能，影音视听等影像功能后，面板的广视角化也逐渐变得重要起来。以往手机重视纵向的视角（垂直直视），因为担心旁人的窥视情况，左右方向的视角没有得到扩展。但是看影像时，除了需要有宽广的视角之外，更由于适用者早已习惯电视画面的长宽比例，所以有业者考虑到横向使用能够更加大显示能力，因此可以考虑将显示面板横向倒过来使用。所以，新一代手机用面板的设计，也纷纷加入ISP和垂直配向等等的技术，而这些技术以往大多是用于大型化显示（7吋以上）。

　不过，防止窥视和能够达到宽广视角，这是相互矛盾的问题，但是，对于市场上的消费者而言，却又是期待都能够同时达到这相互矛盾的能力，因此面板业者也开始採用原本用于大尺寸面板的特殊光学薄膜，来达到暨可以不失视角，又能防止的旁人窥视的目的。但这毕竟还是在开发之中，尚有相当多的基本问题需要解决，例如成本、厚度和重量等等，相信还需要花费一段时间，才能正式应用在手机上。

　■超过NTSC比例100％高色再现性显示面板正积极中

　由于内建了照相的功能，使得手机用面板的颜色再现性也变得重要起来。特别是照片影像中，是否能够超过了NTSC标准的色域，因为照完相之后，往往消费者都会利用印表机将照片印刷出来，而印刷的色域几乎都是超过了NTSC标准，尤其，在红色系颜色的表现更是一大问题，所以超过NTSC比例100％的高色再现性显示面板，相关的业者也正在积极的开发之中。

　通常，与颜色纯度的和穿透率是相违背的，也就是说，根据以往的经验很难同时能够期望达到高穿透率和高色纯度。但是随着彩色滤光片技术的进步，可以解决不用大幅度降低穿透率就能提高颜色纯度了，目前已经有业者可以开发出，在支援SRGB标准的情况下，可以达到60％∼70％NTSC比例的宽广色再现显示面板。另外，使用R、G、B三原色的LED作为背光元件的话，也可以让色再现性超过100％ NTSC的比例，不过成本却是最大的问题点。

　■OCB显示技术改善低温环境的应答速度

　液晶在影像表示时，应答速度已经被当作单一个的课题来研究了。特别像电视等大型影像显示的时候，为了改善因迟钝而导致的动态影像品质低落，纷纷提高应答速度和以脉冲式显示。

　在传统的手机应用上，应答速度并不像高精细度、色彩表现能力那么受到业者及消费者关心，这是由于一般在手机的使用环境中，会应用到动态影响的机会不多，不过未来随着，视讯广播的普及，相信利用手机来收看影像节目的机会也会大为增加，使得手机用面板的应答速度，也将逐渐地成为一个重点。

　就平面技术而言，在高速应答的发挥上，OLED便出现较佳于A-Si TFT LCD的表现，尤其在低温的环境下，不过，OLED还是都有其本质上的问题点，如果期望能够作为手机的主显示面板，OLED还是需要一段时间。

　但也不能认为，TFT LCD在低温环境中的应答速度一筹莫展，目前新开发的OCB显示技术，就能够改善低温时的应答速度，所以，未来在寒带地区的手机市场中，OCB面板将充分地获得发挥的空间。

　■减少材料　提高效率　达到轻薄化目标

　终端应用功能增加后，手机的重量也会随之增加，特别是最近的功能竞争，更是增加了手机的重量，但是，以随身携带为目的的手机，所追求的短小轻薄目标，却不会因为应用功能的增加而出现改变，所以各种零组件的小型化，轻型化在今后也将作为基本的要求受到更强烈的期待，其中，显示面板更是影响着手机短小轻薄的一个重要关键点。

　对于如何让液晶显示面板轻薄化，这是一项与材料息息相关的大问题。液晶显示面的最主要是由玻璃、光学薄膜、液晶和背光源所构成，而这其中，玻璃和背光源影响液晶显示面板厚度的程度最大。

　大多数的情况下，玻璃是，透过物理性研磨和药物蚀刻来达到薄型化，但是，如果一味期望达到薄型化的话，磨薄时将会出现破裂的情况，而在背光源的部分，如果仅仅单纯的将导光体变薄的话，这会导致亮度效率的低落。此外，即使能够经由个别的技术能力将玻璃和背光源薄化后，那么，偏光板和相位差板等等这些光学薄膜的厚度，也将会对整个模组带来一定程度的影响，所以必须将减少材料，提高效率等等所有的因素都同时加以一起考虑。

　关于薄化这项的议题，对于不需要背光源的OLED是相当有利，虽然OLED可以少背光源的厚度，但是OLED的问题点却会落在封装的部分，使得现阶段OLED模组的厚度和液晶面板相差无几。因为需要达到高可靠度的目标，目前OLED发光部分，都会形成一定程度的空间，来加入气体附着剂，以及使用玻璃或金属来进行封装，所以如果期望OLED能够再薄化的话，这一部份就目前而言是有一定程度的困难，不过现在已经有业者开始研发利用薄膜的封装技术，如此一来就可以大幅度的降低OLED模组厚度。

　■改善电路设计　达到3G电力低消耗

　和手机大小一样，手机功能一增加，电力的消耗也随之增加，所以相信电力的低消耗，在未来也将会成为一个重要的课题。对于消费者而言，当然是希望使用时间（电池的寿命）尽可能长一点（从环保角度来看也很重要）。因此，如何降低显示面板对于功耗的需求已经成为手机设计者的一大考验，尤其是佔据了手机整体耗功率将近一半的情况下。

　目前，手机用显示面板的亮度表现动辄超过200cd/㎡，所以就结构而言，期望降低液晶显示面板的耗功率，首先必须想办法减少背光对于电力的需求。因此採用LED等高效率背光设计的方案也陆续的被发表出来，当然採用LED作为背光源之后，包括聚光薄膜、反射薄膜、导光板等等，也都需要配合改善，在以低耗功的目标下，达到高亮度的需求。

　以设计的观点来看，期望减少对于功耗需求的话，必须降低对于光源的依赖性，因此就必须提高半穿透反射式面板的影像品质，藉由外界灯光来调节显示亮度，达到最佳状态。就目前而言，大多是将重点放在待机时，对于光源的依赖性，也就是说，当手机进入待机状况时，完全关闭背光的功能，藉由外界的光原来达到显示的目的。

　当然对于降低整体耗电来说，这是一个不错的方法，但是在进入以动态影像显示的3G应用之后，单单仅靠待机关闭背光来节省电力，还是相当不足的，因为待机关闭背光所节省电力，还不足播放一部影片所增加出来的功率消耗，所以，未来的包括驱动电路、背光电路设计等等都必须加以改善，而达到即使因为播放动态影像也不会造成太沉重的电力负担。

　■双面显示LCD即将登场

　目前已经是市场上主流机型的摺叠式手机，因为在机体折合时，用来作为主要显示的液晶面板被隐藏了起来，所以在机体的外侧也大多都会加装副显示面板，再加上最近因为手机逐渐提供照相、邮件等等的功能，使得消费者依赖副显示面板显示讯息的需求也愈来愈多。不过，因为这样而在手机中，内建了2个显示能力相当液晶面板的话，对于成本、重量、大小、耗电来说，都会造成不小的负担，所以，寻找新的解决方案也就成了一项大问题。

　三菱电机在2005年发表一款新型可达到双面显示能力的液晶面板模组（图三），不管在折叠起来的状态还是开着的状态下，都能够显示高品质的影像。

　

▲图三：三菱电机在2005年发表一款新型可达到双面显示能力的液晶面板模组。（资料来源：三菱电机）



　如（图四）所示，双面LCD是在液晶面板的两侧，利用2片透明的导光板夹住而成的。和以往重叠2个LCD模组的构造相比，双面液晶面板模组无论是在厚度、重量、成本等等方面都减少了许多，而且由于照明方式透过导光形成，能够在正反两个面上达到鲜明的对比度。

　

▲图四：双面LCD是在液晶面板的两侧，利用2片透明的导光板夹住而成。（资料来源：三菱电机）



　就如同（图五）所显示的，从正面看的话，背光灯亮的时候呈现出透明的状况，而从背面看的话则是均一地放射背光，而能够达到和传统背光相同的影像品质（对比度200，亮度200cd/㎡）。

　

▲图五：从正面看背光灯亮的时候呈现出透明的状况。（资料来源：三菱电机）



　■正反面显示不同影像的原理

　这款新技术的双面LCD，提供了3种显示的模式，分别是，仅显示正面的模式，仅显示背面的模式，以及分别同时显示正反两面影像的模式。

　如果应用在手机的情况下，因为期望达到消费者自己看的影像画面时，不会被周围人窥视，所以在正面显示的模式时，由于背面的背光不亮，所以无法从背面看到影像。另外，如果使用同时显示正反两面影像的模式，和自己所见影像完全不同的影像则会在背面显示，如此一来不仅达到了防止窥视的功能，更能作为向朋友传达不同资讯的功能。

　在正反面显示不同影像的模式中，三菱电机使用高速应答的液晶面板，以人类无法识别的速度来更换正反面影像，同时交替点亮前后的透明导光板，依靠连续磁场方式，来完成同时显示正反面的不同影像。

　一般的情况，在连续磁场方式下，会出现因为产生Crosstalk而出现残影的问题，不过如果是採用Feed-Forward驱动（FFD）的技术就能够解决此一困扰，原理是将Over Driving技术的控制性进一步提高的就是FFD驱动。在这样的技术模式下可以达到100cd/㎡的亮度，对比度为15。而令人困扰的Crosstalk，也会被轻松地控制住了。

　■随时随地　表现优美

　就如前述，行动手机的功能应用已经相当的广泛，并且在动态影像的需求下，显示面板所担负的工作也愈加复杂，使得在技术上，不能像以前一样分别进行开发，而是必须考虑整体的应用需求之后进行研发。

　对于手机而言，可携式当然是最基本的，在3G时代来临之后，追求的显示面板的性能，也已经趋近于基本功能，目的就是能够「随时随地，表现优美」。除此之外，根据应用可将重点分别针对影像品质或文字的显示上，来提高手机的高价值性。另外，不可忽视的一点是，成本和供给规模，在规格要求增高的情况下，如何控制成本成本，如何因应变动的生产量，也是液晶面板业者的一大问题，并且还必须思考如何灵活应对不同的客户需求。