若以TV领域的应用而言,小至掌上型电视,大至高达五、六十吋的背投影电视,皆为TV家族的一员。若要大致区分,亦可分为掌上型电视,电脑萤幕/电视两用型萤幕,小尺寸电视(家中的第二台电视为主)与大尺寸电视。林林总总,各有其应用与相对应的显示技术,以大尺寸TV的应用而言,目前最常见的就是背投影、PDP、与LCD三种显示技术。本文将从介绍大尺寸电视的各种显示技术,同时来看目前整体大尺寸电视市场,各种显示技术的竞争现况,并由技术与市场的发展状况来看未来可能的发展。
大尺寸TV市场板块移动
大尺寸TV的重要性日益提升,其最具代表性的就是HDTV等级电视的销售状况了,HDTV在全球市场的普及程度不一(图一),其中牵涉到的因素有很多,包括HDTV节目内容的普及程度、各地区的经济状况、各地区的居家生活空间大小,与各地区的消费者偏好等等。目前HDTV的普及程度以美国和日本为最高,美日两国自2004年Q2约为16%左右的HDTV渗透率,迅速成长到2005年Q4 HDTV的渗透率达到40%以上;也就是说,美日两国在新销售的电视机当中,很快就会有超过一半以上的电视机是由HDTV等级的电视机担纲。
《图一 各地区的HDTV等级电视销售占整体电视比重》 |
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<资料来源:inSpectrum;陈浩彰整理,2006/1>
在欧洲与中国大陆地区,HDTV的渗透率虽然比不上美日两国,这主要与消费者习惯和经济因素有关,但是若仔细观察HDTV的渗透率成长趋势,可以发现欧洲和中国大陆地区,一如美日两国在HDTV销售比重的成长轨迹,欧洲地区即将突破30%以上的HDTV渗透率,而中国大陆也即将突破10%以上的HDTV渗透率。因此,全球消费者对于HDTV的需求相当清楚,随着相关节目内容与硬体设施大环境的配合,大尺寸平面电视不断地压低售价下,HDTV的需求将会持续带动大尺寸电视的销售成长。
依据相关的统计资料如(表一),可以看出美日地区在LCD、PDP与背投影电视的销售数字,美国地区在大尺寸电视的选择上,背投影电视依然是一个主要的选项之一,这和美国地区的居住空间较大亦有相关。在LCD的销售上,日本地区的LCD销售数据极佳,这和日本地区的消费习惯较讲究细腻的画质有关,LCD的高解析度可以满足费者对于细腻解析度的需求。在PDP的销售状况上,美国地区就较日本地区来得好,PDP价格较为低廉的特性,颇得美国消费者的青睐,反观日本,PDP的销售数字就不如美国来得出色。
若整体看LCD TV、PDP TV与背投影电视的销售状况,可以约略看出LCD TV销售数字约为PDP TV销售数字的五倍,背投影电视的销售数字又超过PDP TV,光是美国的PDP销售数字,就约略是日本与美国家总后PDP TV销售数字的两倍之多。
表一 背投影电视、PDP TV与LCD TV的销售数字
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2005Jan |
2005Feb |
2005Mar |
2005Apr |
2005May |
2005Jun |
2005Jul |
2005Aug |
Japan LCD |
170 |
241 |
354 |
308 |
265 |
310 |
317 |
274 |
US LCD |
126 |
103 |
209 |
251 |
268 |
321 |
283 |
290 |
Janpan PDP |
14 |
20 |
23 |
35 |
29 |
36 |
27 |
27 |
US PDP |
57 |
53 |
97 |
92 |
104 |
140 |
120 |
130 |
US Rear Projection |
208 |
240 |
260 |
281 |
222 |
363 |
357 |
272 |
单位:千台 |
<资料来源:Consumer Electronics Daily,JEITA;作者整理,2006/1>
若是看LCD TV、PDP TV与背投影电视2001年到2005的销售数字与2006年到2008年的销售预估(图二),可以很清楚地看出一个趋势:在2003年以前,大尺寸电视几乎都是背投影电视的天下,背投影电视挟其优异的画质与绝佳的成本优势,囊括当时大部分的大尺寸电视需求。在2004年以后,电浆电视兴起,迅速攻占了30吋至50吋之间的大尺寸电视市场,而背投影电视则是往更大尺寸如50吋以上的电视市场移动。从2005年开始,LCD TV开始入侵大尺寸市场,32吋LCD TV迅速掳获大部分消费者的心,2006年LCD TV会将战场延伸至更大尺寸的领域,预料40吋电视(37吋、 40吋、42吋)将会因为LCD TV的加入竞争,迫使低解析度的PDP退出40吋的电视市场,留下高解析度的40吋PDP TV与LCD TV作竞争,LCD TV将由于尺寸上的向上提升,而成为家中客厅所不可或缺的主要显示器。LCD TV的势力范围由卧室扩张,及于客厅,代表的是LCD TV将会是家中主要的显示器,而PDP TV面临的挑战将会更为严苛,在40吋电视必须和LCD TV作价格战,在50吋电视又必须面临背投影电视的竞争。无论结果如何,LCD TV成为家中电视主流的角色可以确立,PDP TV与背投影电视将会退居利基市场。
《图二 背投影电视、PDP TV与LCD TV的销售状况与预估》 |
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<资料来源:inSpectrum;陈浩彰整理,2006/1>
LCD TV进驻客厅
除了从LCD TV的销售数字可以看出来LCD TV正逐渐往大尺寸延伸的趋势之外,若以LCD TV在家中的摆放位置,亦可以看出消费者对LCD TV使用上的认知(图三)。由inSpectrum的统计资料可以看出明显的趋势,LCD TV正逐渐地往消费者心中「真正的TV」角色迈进,在2004年时,超过四成以上的LCD TV是使用于书房或卧室,多半是由多功能的LCD显示器附加上一些简单的TV讯号接收功能的电视,尺寸上多半不会太大,主要分布在17吋到24吋之间,使用上多半是当作LCD萤幕的额外功能或是节省卧室面积使用的解决方案,2004年时用于客厅的LCD TV尺寸上多半在24吋到30吋之间,离消费者心目中理想的客厅电视,在尺寸上尚有一定的落差。到了2005年,LCD TV才正式地跨入了客厅,超过五成以上的LCD TV被使用于客厅之中,尺寸上由32吋LCD TV率先引领风潮,用于客厅的LCD TV尺寸也向上提升,预计到了2006年以后,40吋等级的LCD TV(37吋、40吋、42吋)将会成为客厅中的不可或缺的要角,也由于40吋等级的LCD TV加入,2006年LCD TV用于客厅的比例将会继续向上提升到七成以上,也正式宣告了LCD TV的时代到来。
<资料来源:inSpectrum;陈浩彰整理,2006/1>
大尺寸TV主要显示技术概述
背投影显示技术
目前市场上最为热门的背投影技术当推3LCD阵营的HTPS、TI的DLP与制程技术要求极高的LCOS三种技术。现分述如下:
DLP显示技术
DLP技术是透过DMD晶片(Digital Micromirror Device;数位微镜片装置)来作为主要显示元件,DMD晶片是TI于1987年发展出的技术,DMD晶片中内含有一百多万个小镜片(每一个小镜片约只有常人头发厚度的五分之一大小),入射的光源透过这些小镜片来反射,每一个小镜片所反射出的光源就是一个画素(pixel),也就是我们看到的图像中的每一个点,要正确显现一个画素,必须具有表现成千上万种颜色的显示能力,为了达到这样的功能,同时具有处理亮度(Liminance)与彩度(Chrominance)的能力是必备的,DMD晶片负担了其中的亮度显示部分,也就是一般所称的灰阶显示。TI藉由控制每一个小镜片,使其不断地变换倾斜角度,来达到各个时间点显示不同的灰阶亮度,这就是TI所谓的Digital Light Processing(数位光源处理技术),灰阶亮度的等级高达1024阶,也就是说DMD晶片可以表示10bit的灰阶亮度。
再来介绍彩度控制的实现方法,为了让DMD能够反射出各种颜色,必须让打到DMD的光线具有基本的三原色,主要的作法有两种:
前者是成本较为低廉的解决方案,但由于其原理是利用人类视觉残留的作用,容易产生许多影像上的缺陷;后者则可以改善此种现象,惟采用了3个DMD晶片与较复杂的光机构,价格上会较贵。
LCD显示技术
最能与DLP显示技术相抗衡的背投影显示技术,非日系厂商所推出的3LCD显示技术莫属,3LCD显示技术其实就是HTPS(High-Temperature Polysilicon;高温多晶矽)技术,发起的主要成员皆是日系厂商,包括Epson、Fujitsu、Hitachi、Panasonic、Sanyo与Sony等,于2005年初成立,目的是为了让消费者更进一步认识HTPS显示技术,以抗衡日益坐大的DLP显示技术。
3LCD显示技术的原理,主要是透过光机构来达成影像显示的目的,因此在体积上较难以与使用半导体DMD晶片的DLP技术相比,在光机构的设计上,与DLP显示技术中的3DMD显示方式较为类似,红、蓝、绿三原色各有一个专司控制的机构,呈现的方式如下:白光光线先由一个超高亮度的水银灯泡发出后,经过一个分光镜片(Dichroic Mirror),将波长较长的红光分出,再将红光以外的光束继续经过第二个分光镜片,将该光束分成绿光与蓝光;分开后的红、蓝、绿三种颜色的光束分别通过三个独立的LCD面板,最后再由稜鏡(Prism)予以结合成一个完整的影像,然后由投影镜片(Projection Lens)聚焦投射到屏幕之上成像。
LCOS显示技术
LCOS显示技术的诞生是希望能结合DLP显示技术的优点(体积较小)与3LCD显示技术的优点(显示画质较细腻自然),避开DLP显示技术的缺点(单一DMD晶片画质不够自然, 3DMD成本过高)与3LCD显示技术的缺点(光学元件开口率限制;Aperture Restriction造成的亮度与对比度不足的问题)。 LCOS显示技术为了达成这样的想法,尝试将具反射能力的LCD,制作在矽晶片之上,如此既可间采两者之长,又可避掉两种显示技术的缺点。LCOS显示技术同样也有如同DLP显示技术的两种实现方法,分别是用于低阶的单一LCOS晶片显示与高阶应用的三LCOS显示。使用单一LCOS晶片的LCOS系统,是藉由一个不断旋转的稜鏡(或者仍采用色轮装置),来达成类似于DLP系统中飞轮的工作。而使用三个LCOS晶片的LCOS系统的光机构设计则大致类似于3LCD的光机构设计,只是用LCOS元件来代替3LCD系统的HTPS LCD元件。
PDP显示技术
PDP(Plasma Display Panel;电浆显示器)是利用电子在游离状态与原子核分离时(即处于电浆状态),发出紫外线来照射萤光粉发出光线,其原理和日光灯很像,只是用于PDP的使用复杂度大为提高,如(图四)。PDP的每一个Cell内必须灌入混合的惰性气体,这些气体经过高电压控制形成电浆状态,发出的紫外线经过内层的萤光料就会发出R、G、B三种原色,再加上适当的电子控制电路就可以形成各式各样的画面,而电子控制电路分为DC与AC两种主要形式,目前以AC电子控制装置为主流。
<资料来源:陈浩彰整理,2006/1>
LCD显示技术
<资料来源:AUO;陈浩彰整理,2006/1>
LCD TV与PDP TV的优缺点比较
若是比较目前应用于42吋的大尺寸TV市场,同时也是竞争最激烈的两种主要技术(LCD与PDP),采用相同尺寸加以比较,其优劣比较如(表二)。
先就画质部分的各项数字比较,在解析度表现上,LCD TV的解析度明显可以高出PDP TV甚多,42吋LCD TV可以做到1920×1080的解析度,PDP TV仅可以做到1024×768的解析度,这也是PDP技术最令人诟病的缺点,亦即无法达到高解析度。在色彩饱和度上,PDP显示技术明显技高一筹,PDP TV可以达到95% NTSC标准所定义的色彩饱和度,LCD TV仅可以达到75% NTSC标准所定义的色彩饱和度。在对比度表现上,LCD TV与PDP TV各有优劣,在黑暗的环境之下,PDP TV可以表现出优越的对比度,高达3000:1,LCD TV仅可以达到1000:1的对比度;在明亮的环境之下,LCD TV由于采用背光模组为光源,可以表现出较佳的对比度,约为250:1,而PDP TV的对比度则巨幅下降到100:1。同样地,亮度表现上,LCD TV以600cd/m2,胜过PDP TV的450cd/m2。也就是说,整体画质表现上,LCD TV可以呈现出较多的画素,呈现较细腻的画质;而PDP TV则由于对比度表现较好,可以呈现出色彩较为鲜艳的画面。
再来就LCD TV与PDP TV两者的基本外观规格作一比较,在耗电量上,PDP TV约为385W,而LCD TV约为240W,LCD TV在耗电量上较小。一般而言,LCD TV的使用寿命会高于PDP TV,不过PDP TV的售价上通常较为便宜。 LCD TV与PDP TV的空间使用上都远胜于以往的CRT萤幕。
表二 PDP TV与LCD TV的特性比较
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42吋PDP TV |
42吋LCD TV |
42吋PDP TV |
42吋LCD TV |
解析度 |
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★ |
1024x768 |
1920x1080 |
色彩饱和 |
★ |
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95% |
75% |
对比度(环境为黑暗) |
★ |
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3000:1 |
1000:1 |
对比度(环境为明亮) |
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★ |
100:1 |
250:1 |
亮度((cd/m2)) |
|
★ |
450 |
600 |
耗电 |
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★ |
385W |
240W |
重量 |
|
★ |
|
|
空间 |
|
★ |
|
|
使用寿命 |
|
★ |
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注:★表示该项目表现佳者 |
<资料来源:陈浩彰整理,2006/1>
大尺寸TV的未来发展
PDP TV的生存空间持续受到挤压,在40吋等级的平面电视市场受到LCD TV的强力竞争,而在50吋以上等级的电视又必须直接与背投影电视作正面的交手。主要的PDP面板生产业者面临如此的压力,遂于最近联手成立了一个PDP显示联盟(Plasma Display Coalition)主要的成员包含了Hitachi Home Electronics、LG Electronics USA、Panasonic of North America、Pioneer Electronics USA和Samsung Electronics USA等五家公司,这个联盟主要是针对北美地区的PDP作一个市场行销上的合作,并希望能够扭正市场上消费或零售商对PDP技术的不正确解读,来提振PDP TV的销售业绩。
在LCD TV的发展上,制造成本的持续下降是提升LCD TV市场渗透率的不二法门,在LCD TV的原材料成本上,背光模组是一个重要的项目,由于LCD TV逐渐向大尺寸之路迈进,背光模组中使用的冷阴极管数目迅速增加,冷阴极管存在着许多控制稳定度与供给上的问题,同时数量增多的冷阴极管使用也会增加耗电量。目前包括LED与最新的奈米碳管都尝试着被导入作为LCD TV的背光源之用,LED可以降低耗电量,同时会有较佳的色彩呈现效果,惟LED目前的成本尚比不上冷阴极管;奈米碳管则是相当具有潜力的新兴技术,Applied Nanotech(Nano-Proprietar的子公司)利用该公司的专利奈米碳管墨和印刷技术,研制出奈米碳管灯结构,根据Applied Nanotech表示,奈米碳管可望成为未来大萤幕平面电视重要的技术之一,而且最快有可能在2007年作为LCD TV的背光源,以取代冷阴极管背光源,奈米碳管除了可以降低背光源成本外,同时亦提供了一个无汞的背光源选择,在世界各国纷纷实行RoHS的禁令之下,奈米碳管背光源是一个必须注意的技术。
结语
大尺寸电视是家中的主要电视,在背投影电视、PDP TV与LCD TV三种显示技术竞争之下,先由背投影电视领先,PDP TV随后赶上,如今LCD TV应可顺利接棒。世界各国的HDTV即将或已陆续试播,对于解析度较高的LCD TV更是一大利多,LCD显示技术尽管仍然存在着许多的问题,却是现阶段与往后数年内价格与画质两者平衡考量下的最佳选择。展望未来,LCD TV在面板成本上仍有很大的压缩空间,透过新世代面板厂的设立,面板的制造成本可以进一步降低;在LCD面板原材料上,能有许多可以努力的空间,如占面板成本极高的背光模组就有很多种新方案在开发中,LED与奈米碳管都是极富潜力的研究方向。
除了LCD模组的成本压缩,LCD TV的崛起也提供了家电业者拓展品牌的新舞台,如歌林成功地结合了Syntax,在美国创下销售佳绩,许多传统资讯大厂也跃跃欲试,如华硕近期推出了一款售价超过Sony的LCD TV,就是标榜采用Sharp面板的高画质路线,LCD TV的重要性在于它在未来数位家庭中的重要战略位置,预期未来将是竞争最激烈的家庭数位产品。
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其实现在显示器更新换代的速度相当惊人,从技术上说CRT已经慢慢被LCD所取代,而在我们现在看好的LCD之后,就眼下知道的,就有PDP、SED与OLED等。相关介绍请见「
LCD显示技术探究与评点」一文。 |
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LCD(Liquid Crystal Display)对于许多的用户而言可能是一个比较新鲜的名词,不过这种技术存在的历史可能远远超过了我们的想像——在1888年,一位奥地利的植物学家F. Renitzer便发现了液晶特殊的物理特性。在85年之后,这一发现才产生了商业价值,1973年日本的夏普公司首次将它运用于制作电子计算器的数位显示。你可在「
LCD显示技术详解
」一文中得到进一步的介绍。
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等离子显示幕PDP是一种利用气体放电的显示装置,这种萤幕采用了等离子管作为发光元件。大量的等离子管排列在一起构成萤幕。每个等离子对应的每个小室内都充有氖氙气体。在等离子管电极间加上高压后,封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气体会产生紫外光,从而激励平板显示幕上的红绿蓝三基色萤光粉发出可见光。在「
液晶面板业者全力扩产OLED、PDP技术持续发展」一文为你做了相关的评析。 |
未来智慧手机的电源管理技术
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调查机构iSuppli针对即将开展的全球最大消费性电子展CES提出展前观察,其中在产业焦点所系的平面电视产业方面,无疑将是厂商们在高画质显示技术以及数位电视晶片的竞赛。相关介绍请见「
CES将开展平面电视显示技术竞赛焦点」一文。
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东芝与佳能将推出SED电视,针对此,工研院IEK研究经理钟俊元认为,SED一旦推展有成,将对现有平面显示产业造成莫大冲击,相当值得关注。你可在「
SED打乱平面电视生态」一文中得到进一步的介绍。
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在日本CEATEC电子技术展上,两大平面电视技术正进行一场对决:日本松下电器的电浆电视技术,和夏普的液晶技术各擅其场。东芝与佳能则推出新一代SED显示技术,凸显平面显示器科技的竞争已进入白热化阶段。在「
平面电视对决 电浆大战液晶」一文为你做了相关的评析。
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