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厂商面临高解析度移动设备面板技术挑战赛

导读: 市场研究机构 NPD DisplaySearch 指出,持续追求解析度而让面板画素密度几乎超出了人眼所能识别范围,这种策略究竟能带来多少好处?这个问题目前仍存在很大争议,但面板厂与行动装置制造商竞相追逐更大解析度密度(Pixel Per Inch,PPI)的比赛仍在继续。

  市场研究机构 NPD DisplaySearch 指出,持续追求解析度而让面板画素密度几乎超出了人眼所能识别范围,这种策略究竟能带来多少好处?这个问题目前仍存在很大争议,但面板厂与行动装置制造商竞相追逐更大解析度密度(Pixel Per Inch,PPI)的比赛仍在继续。

  Full HD (FHD)面板已迅速成为高阶智慧型手机的标准配备,目前占据智慧型手机全部出货量的30%左右;更有甚者,许多面板厂商正在开发绝对解析度更高(如4K)的智慧型手机面板。NPD DisplaySearch预测,首批商业化 4K 智慧型手机面板最早将于2014年底开发完成,而于2015年中出货;目前虽然4K 电视随处可见,但以智慧型手机与平板电脑等行动装置面板而言,要达到超高解析度与绝对解析度相比,画素密度为面板制造带来的困难更多。

  NPD DisplaySearch中小尺寸面板分析师于宁宁指出:「生产一片80ppi的55寸4K电视面板相对容易,而生产一片具高透光率与高电子传输特性、良率又高的734ppi 6寸4K智慧型手机面板却困难得多,其难度包括许多不同的制程、设备和材料。其中难度最大的是阵列排列(Array)、彩色滤光片(Color Filter)和模组(Module)。生产LCDAMOLED面板面临着一些相同的难题,但同时也各有不同。为了解决这些难题,面板制造商正在开发新技术以便能够以经济成本的方式生产4K智慧手机面板。」

  根据NPD DisplaySearch 分析,虽然有些许不同,但无论解析度或ppi多少,生产FPD的过程本质是相同的。不过,ppi越高,同一画素区域需要安置的功能越多,子画素(Sub Pixel) 面积就越少;子画素面积是4K解析度一个重要的关键,下表很好地说明了这点。

  以几年前被称为高科技的 iPhone 4为例,其子画素面积为2,028m2。但技术的进展十分快速,而NPD DisplaySearch预测,6.65寸 4K面板的子画素面积将仅有488m2。

  NPD DisplaySearch 表示,降低耗电是移动设备重要的关键,但解析度和耗电量通常不能两全齐美,解析度越高、耗电量越大。对于LCD而言,电量损耗主要来自背光和面板驱动,如果这些都一样,那么随着画素的提高、画面越精致,面板穿透性便会降低,而同时面板电晶体设计的电容便会增加,如此耗电量将会大量增加。为保持画素开口率大小,TFT、汇流排线路、黑色矩阵和面板与液晶间的间隙材等都需缩小,这便是技术的重点。

  但对于AMOLED显示器而言,减少子画素面积同样重要,虽然AMOLED没有液晶因此与开口率较无关系。NPD DisplaySearch 面板制造技术分析师Charles Annis指出,智慧型手机的AMOLED面板通常使用较为复杂的5T2C (5电晶体、2电容器)驱动设计或更多的子画素配置以弥补电压差,由于画素变小了,TFT背板的布局和设计变得相对复杂。

  AMOLED RGB有机磷光体是通过高精度金属光罩(Fine Metal Mask,FMM)进行蒸镀在玻璃基板上的;FMM最大的技术问题点在于对齐与校正,同时,当画素因提高解析度而变小时,FMM在为画素进行涂图像成形时会有凹陷的问题。这是AMOLED进行到高解析度的问题点。

  一片6寸4K等级的智慧型手机面板已经高达734 ppi,就该程度的解析度而言,其关键画素设计尺寸已经比先进的半导体元件还精细,然而大多数面板设备和材料的设计原则都相对较为宽松。因此通常无法应付这种精细度逼近半导体极限的制造。另外,FPD面板由大尺寸、薄玻璃片组成,再透过加工精度权衡FPD面板尺寸和维持工厂产能,因此牵一发动全身,要提高解析度,NPD DisplaySearch 认为需要整体加强以下表格中各种不同的技术。

  NPD DisplaySearch智慧型手机分析总监李昕霖指出:「若要将解析度拉升至700 ppi以上,领先的FPD光罩法可能是最重要的技术。从2007年开始,以Step by step 方式的逐步重复的光罩曝光技术就被用于四代线FPD面板制作中,尺寸小到1.5m。在大尺寸玻璃方面,带有大尺寸光罩的投影扫描被认为是保持生产力同时减少曝光周期的唯一方法。

  然而,之前的高解析度六代线曝光工具使用800×920mm的光罩,而其最精细的制程小到3.0m L/S模式,无法更精细了。直到2011年,2.0m L/S才变得可行。』正因如此,即使产量较少,但大多数高解析度面板仍在使用四代线生产。现在,随着1.5m曝光技术的开发,NPD DisplaySearch预测,最新的曝光设备最快将于2015年实现量产。

  NPD DisplaySearch更指出,对于AMOLED显示器来说,FMM RGB磷光体技术极具挑战性。不过韩国三星(Samsung)已经解决了这个问题,尤其是在画素设计的部分,它们采用体积更大的PenTile RG+BG子画素 (Red-Green, Blue-Green)排列技术,而实际上在视觉效果上跟真正的高解析度在视觉上差不多,也看不出跟真正的RGB有多大的视觉差别。因此其他AMOLED面板厂商也纷纷效仿这种方法;但是,三星拥有绝对的专利权,而且其它面板厂商很难将高画素RGB AMOLED显示器量产。

  因此NPD DisplaySearch认为,虽然高解析度曝光是一个关键难题,但这也并不足以能够确保解决4K行动面板解析度问题。以AMOLED PenTile来说,除了光罩法,其他相关的材料和制程也必须配合;要实现高良率的超高解析度面板,同时具有耗电量低、亮度高、成本低的优势,需要优化且成功开发多个设备类型、材料、和制程。

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