适用于行动装置的中小型显示技术

　　由于嵌入式处理芯片的运算能力在这几年间大幅成长，从单纯播放音乐的MP3随身听、只能接听电话的单色单音手机，到可以播放高清晰影音的PMP，以及包含多媒体娱乐功能的智能手机等等，甚至连相机的观景窗也逐渐被新一代数位相机的液晶屏幕所取代，连带的引发了相关产业的另一波革命，那就是中小型显示技术的发展。

　　传统单色面板（TN及MSTN等）已经不能满足于消费者对于画面的需求，因此逐渐退出这块市场，取而代之的，是全新一代的彩色显示技术，这些技术包括了CSTN、TFT以及OLED等，就特性而言，每种彩色显示技术皆有其优点与限制，因此在为行动式装置寻求显示技术方案时，就必须往更多方向去考虑。

　　尺寸的可微缩化

　　由于手持装置都一致的往更轻薄的方向发展，除了在IC以及制程技术方面的演进以外，电池技术的发展也都占有相当大的份量、以以最关键的彩色显示技术来说，目前最为主流的TFT-LCD技术，其实在这方面的表现最为弱势，这主要是由于TFT-LCD在制程上难以精简的缘故。传统TFT-LCD的制造过程中，1片TFT-LCD面板就必须使用2片玻璃基板以作为底层基板以及彩色滤光片，虽然玻璃基板的厚度逐渐由0.4到0.5mm迈入更薄的0.3mm，但是考虑到TFT-LCD的背光模块、驱动IC等等，想要再进一步轻薄化，就必须在整个制造流程以及材质技术中做出突破，。虽然CSTN与OLED技术在尺寸微缩化的能力上表现更为突出，就以OLED来说，由于其具有自体发光的特性，不需要附加背光模块，在厚度上很容易微缩到1mm以下。

　　耗电量的控制

　　除了藉由电池技术的演进来取得更长的使用时间以外，省电也是个非常重要的发展方向，在这方面，由于关键技术的不同，必须使用大量外围零件的TFT-LCD依然最为吃亏，传统非晶硅（a-Si）TFT包含整个背光的模块，每平方英吋的耗电量约比CSTN和OLED多了十倍以上，这在方面的话，目前也有诸如低温多晶硅之类的液晶技术，可以有效降低耗电量，不过低温多晶硅制程较为复杂，制造成本高，良率也较低。而CSTN由于属于被动矩阵驱动方式，虽然因为偏光板技术的不同，所需要的背光亮度较低，连带的耗电量也得以降低，但是也存在着可视角度小，且在明亮环境下难以看清屏幕的缺点。至于OLED技术方面，由于OLED驱动电压低，加上具有自体化学作用发光能力，而无须背光模块，使得耗电量在主流显示技术上一枝独秀。不过TFT、CSTN等技术在透过搭配新一代的背光模块技术，也能有效降低整个显示模块的耗电量，诸如发光二极管（LED）背光源、碳奈米管（Carbon Nanotube；CNT）平面背光板、EL（Electroluminescene）、EEFL（External Electrode Fluorescent Lamp）等背光技术也都相继被提出。

　　画质的讲究

　　要在行动装置上欣赏影音、图片，自然所配备的屏幕质量要够好，以这一类的消费市场来说，画质的表现可能就决定了一款产品的成败。CSTN技术必须透过彩色滤光片来显示红、绿、篮三原色，再组合成彩色画面，不过由于CSTN无法显示完全的黑白底色，因此在对比以及颜色输出方面，就比较不那么出色，而TFT-LCD则是采用主动矩阵显示方式，每个像素都可通过点脉冲直接控制，因而每个节点相对独立，并可连续控制，这样不仅提高了反应时间，同时在灰阶控制上可以做到非常精确，这就是TFT色彩较CSTN更为逼真的原因。至于在OLED的部份，由于有机材料的选择以及层的结构，决定了颜色、使用寿命和功率效率，因此不同公司的不同解决方案，可能会有截然不同的表现，不过OLED技术基本上具有可视角大、对比佳，以及无画面残影的表现，在画质方面具有与TFT技术一较高下的能力。

　　持续使用寿命

　　手持多媒体装置在显示技术的选择上，必须要顾到长时间观看的需求，以一般PMP观看一部电影的时间来计算，大约在2个多小时左右，假设天天看2个小时，那么一年约使用700个小时，而我们以显示技术中寿命最短的OLED来计算，目前OLED面板寿命约可达15，000小时，依此比例看来，其实是足以使用到该PMP产品自然寿命周期终结的，虽然OLED的寿命特性不适合应用于笔记型计算机或桌上型计算机显示环境，不过应用在手持式装置上，仍具有相当大的潜力，以目前来说，已经有相当大一部份的MP3随身听屏幕采用OLED技术，但是注重影音播放的PMP产品，则仍未见到OLED的实际应用。

　　各主流显示技术介绍

　　越新的技术并不一定越适合应用在产品的开发，反而是某些已经经过时间考验的老技术，在已经经过市场的重重考验，以及具有许多实际应用的例子，在产品导入开发时所会遇到的难度也较低。以应用到手持式装置的显示技术来说，目前主流技术仍是TFT与CSTN，虽然因为多媒体影音播放功能的逐渐普及，以及3G影音传输应用开始逐渐发热，在许多重视影像播放流畅度以及画质表现的产品上，几乎已经全面转用TFT技术，不过仍可在市面上许多针对中低阶客群的平价机器，及以省电为主要着眼点的产品中，看到CSTN显示技术的采用。

　　显示面板占整个行动装置的成本比重非常高，最高约可达到四分之一的地步，因此追求更为平价的面板解决方案，就成了当务之急。虽然各国面板厂新一代的生产线都已经逐渐开出，在产能大量增加的状况下，也可以预期到应用在手持装置的面板价格将会进一步往下探，因此也有不少业界人士预估，TFT显示技术将全面普及，不过TFT与CSTN在成本上仍然有3～4美金以上的价差空间，截至目前为止，CSTN仍被普遍应用在中低阶MP3随身听、低价手机以及双屏幕手机的外屏幕中。

　　而由于大尺寸高解析面板也逐渐流行，原本在手机市场上相当流行的128×160以及128×128分辨率面板，也已经逐渐走向176×220以及320×240分辨率，且面板尺寸也有逐渐加大的趋势，从1.8吋到目前流行的2.5吋，而为了维持产品的体积，甚至是进一步微缩，再生产技术方面，以及材质的选择取用以及处理，都变得格外重要。

　　以下我们就简单介绍各种显示技术以及生产流程：

　　1、CSTN（color super-twist nematic）

　　这是一个非常老的技术，最初是在上个世纪由Sharp所开发的无光源显示技术，早期也被应用于PC市场中，担任主要的显示角色。与TFT主要的技术差异在于偏光板的技术上，而由于此类制程难度较低，成本也可有效压缩。

　　在制程方面，CSTN主要结构，上部是由一块偏光、玻璃以及液晶所组成的LCD屏幕，而下部则是白光LED以及背光板，此外在电路结构的设计上，外来电源Vcc经过LDO来进行降压稳压的动作，并且向LCD的驱动IC进行供电。

　　由于CSTN之类的面板都是属于反射式组件，功耗小，采用这类面板的机器也可达到更长的待机时间以及使用时间，不过CSTN面板在色彩鲜艳度以及明亮度明显偏弱，不仅在日光环境下难以阅读，响应时间长也是个致命缺点，因此无法使用于较高阶的影音播放装置中。

　　CSTN还有个特点，就是像素容易相互干扰，而导致crosstalk的现象，要改善这种情形，通常都是藉由减少电容或ITO电阻的方式进行，这是由于ITO所引起的噪声干扰容易导致crosstalk的现象，而除了前述的方法之外，还有藉由减少扫描行的数量，也可以有效降低被干扰的像素。

　　2、TFT家族

　　以一般标准TFT技术来说，虽然原理与CSTN面板不大相同，但是基本结构却是相当类似。比如说，TFT结构仍是由玻璃基板、ITO电极、配向膜以及偏光板等等组件组成，每个像素都会有一个晶体管来控制电场的变化，并且可以自由改变电压振幅，因此在对比方面的表现较佳。且由于TFT是主动式矩阵LCD，液晶的排列方向具有记忆性，制式由于FET晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，在施加电压变更液晶状态之后，即使移除电压，液晶分子仍会继续维持原有的状态，直到下次施加电压才会再进行改变。

　　而基于不同的液晶分子排列与偏转方式，也有许多种不同的TFT液晶技术，以及基于各类技术的面板种类，在这方面常见的有IPS（In-Plane Switching）、VA家族（PVA、MVA以及ASV等）以及TN技术面板，其主要差异就在于液晶分子的偏转方式。

　　传统TN面板的液晶分子都只是在垂直与平行之间进行切换，而偏光板是处于互相垂直的状态，电场不作用时，液晶排列方式正好可以将偏光方向转90度，藉此让光线透过。目前TN面板仍为市场大宗，虽然有色阶过渡表现较差，以及可视角偏窄的问题，不过TN面板仍在发展进步中，并且逐渐解决这些传统意义上的问题。韩国三星就发表了新一代的B-TNⅢ面板技术，除了可呈现16.7M色深以外，可达到160度以上的可视角以及高达1000：1的对比度，更让TN面板的显示质量逐渐可以跟VA、IPS家族平起平坐。目前应用于小型行动装置的显示装置大多是采用TN面板技术，由于在TFT家族中算是成本较低的一种，所以得到相当广泛的应用。

　　而IPS面板的液晶分子是始终于屏幕平行的，只有在施加电压时才会改变状态，而且其旋转方向是属于X-Y轴方式，为了配合结构上的需求，IPS面板必须对电极进行改良，基本上，电极组件都在同一侧，行成了平面电场。这样的设计可使得可视角大幅增加，不过由于液晶分子转动的角度较大，光线透过率较低，所以IPS面板也有着反应速度较慢的特性。一般来说，IPS面板的反应速度大约落在40ms左右，如果没有加上overdrive技术，那么对于一般IPS面板影音应用来说，将是难以被接受的。IPS面板主要着眼于LCD TV家电市场，由于其生产成本高，在PC显示器以及小型化装置上能见度较低。后续的技术演进，除了有LG-Philips公司的S-IPS技术以外，日立公司与台湾晶彩则是采用最新的AS-IPS技术，属于IPS技术的第三代技术。

　　而VA系列面板则是属于Z轴方式切换，先介绍VA家族的始祖MVA技术，最早的MVA技术是由日本富士通所开发，全名为Multi-domainVerticalAlignment，基本上可称作是一种多象限垂直配向技术。MVA技术主要是利用突出物，使液晶静止时不是维持在传统的直立式，而是会稍微偏向某个角度，因此当施加电压时，液晶偏转的速度也会变快，且因为液晶分子配向的关系，可视角可以达到约170度以上的程度。由于最初MVA技术的诉求点就是高反应速率，原始未经overdrive的MVA面板即可达到约25ms的速度，而新一代可透过overdrive技术增压的P-MVA面板，则可达到6ms以下的反应速度。同样的，此技术针对TV及PC显示器市场，在小型行动装置上使用较少。

　　至于韩系三星的PVA技术，基本上是从MVA技术直接引用并改良过来的，PVA藉由改变液晶的单元结构，在显示效能提升之际，也提供了比MVA技术更好的对比与亮度输出，新的S-PVA技术同样也可搭配overdrive技术，提供了相当高的GTG反应速度，对比也能够超越700∶1，目前也有对比1200∶1的S-PVA面板出现。虽然PVA技术是三星的独家技术，只有三星独自生产，不过藉由三星惊人的产能，这款面板在市场上的能见度也相当高。

　　ASV技术严格来说并不是针对特定技术面板的称呼，Sharp把该公司所使用过的TN、VA以及CPA等广视角产品都通称为ASV技术，ASV为Advance Super View或Axial Symmetric View的缩写，主要是通过缩小液晶面板上像素之间的点距，增大液晶颗粒上光圈，并调整液晶分子的排列来降低LCD TV的反射现象，进而增加亮度、可视角以及对比度。基本上，只有CPA技术是属于Sharp专有的广视角技术，CPA技术全名为Continuous Pinwheel Alignment，以技术架构来说，也是同样属于VA技术的一个分支，CPA模式的每个像素都具有多个方形圆角的次像素电极，当电压加到液晶层次像素电极和另一面的电极上时，形成一个对角的电场，并驱使液晶向中心电极方向倾斜。各液晶分子朝着中心电极呈放射的火焰状排列。Sharp公司在其手机产品上，应用了非常多的ASV技术面板，该面板的特性即是点距非常小，因此画质非常细腻，SONY公司的PSP游乐器采用的也是ASV面板。

　　3、OLED技术

　　OLED组件事由位于金属电极之间的一个或多个有机夹层所构成，其中的一个夹层必须是透明的。有机夹层是个高度无方向性的非晶薄膜。由于可应用现有的基板架构，主动矩阵OLED显示器可以使用非晶硅（a-Si）或低温多晶硅（LTPS）的TFT基板。

　　制造有机EL显示面板所采用的ITO（Indium-tin-oxide）透明导电玻璃基板，通常厚度为0.7mm或1.1mm的钠碱玻璃 （soda lime），在约150mm的ITO导电薄膜及钠碱玻璃基板之间镀上约数十微米的SiO2薄膜，以阻绝钠碱玻璃内金属离子游移的干扰。在进入面板制造流程前，ITO基板必须经过清洗，避免有机物的残留，影响到ITO电极的正电荷注入效率。

　　OLED技术大略分为两支，一种是高分子聚合物OLED，或称为PLED，这种OLED技术主要是利用组件可使用旋转涂布，利用光照蚀刻以及喷墨沉淀技术来制造，若相关技术成熟，那么PLED将可被应用于任意尺寸的显示器组件中。

　　另一种则是低分子聚合物OLED，也称为SMOLED，这类的制造技术则是采用真空蒸镀技术。小的有机分子被安装于ITO玻璃衬底的某些层内，与PLED制造技术相较起来，SMOLED制程成本低，最高也可显示26万色，并且有较长的寿命，目前普遍应用于手机以及手持多媒体播放装置的OLED，大多就是属于此类技术。

　　由于OLED无须背光，因此在耗电控制上显得非常突出，不过这种自体发光特性也带来另一种困扰，那就是无法控制反射光，因此在面对日光等强光的直接照射之下，影像将会变得模糊不清。

　　目前现有的有机材料寿命皆已经达到15，000小时以上的使用时数，算是已经可被接受的范围，因此OLED已经被广泛应用于实际产品中。如果在制程中，能够透过完全防止水分的侵蚀及污染，那么还有可能进一步往上提升。不过以目前的有机EL制程中，还难以做到完全隔绝的地步，因此目前的作法，则是搭配贴有吸水剂之外部金属或玻璃封盖，以降低水气侵入的速度，来达到延长组件寿命的效果。（考试考试网一级建造师编辑整理）

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