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「LCD TV系統開發設計」研討會實錄
零組件科技論壇──

【作者: 編輯部】   2004年01月05日 星期一

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LCD TV市場趨勢分析

講師:拓墣產業研究所資訊通訊研究中心主任柯維華

《圖一 拓墣產業研究所資訊通訊研究中心主任柯維華》
《圖一 拓墣產業研究所資訊通訊研究中心主任柯維華》

原本不被看好的2003年可說是低迷已久的全球半導體景氣反彈回升之關鍵點,儘管市場復甦的幅度並不明顯,但卻為2004年的嶄新開始帶來了進一步成長的希望。在這樣的經濟情勢之下,活力十足的消費性電子產品領域可說是備受各界矚目,其中LCD TV(液晶電視)更是被視為「殺手級應用」的新興產品。為完整剖析LCD TV的市場趨勢走向,拓墣產業研究所資訊通訊研究中心主任柯維華分別以供需趨勢、尺寸種類、價格、品牌等面向,勾勒此一產品之發展狀況。


柯維華指出,LCD TV的市場供需情況可由統計學與經濟學等兩個不同角度分析。以統計學的角度分析,各家市調機構的統計資料皆顯示,10吋以上LCD TV終端市場的需求在2003至2007年皆將呈現持續上揚的趨勢,預估2004年市場規模可達800萬台;而在歷經2004至2005年的緩慢成長之後,2006年又將會有一次幅度較大的躍升,達到2700萬台的規模。此外在LCD TV關鍵零組件──TFT-LCD面板供應情況方面,預估每兩年將呈倍數成長,其中台灣與韓國廠商將逐漸成為供應主力,目前屬於技術領先國家的日本則將逐漸淡出。


柯維華強調,影響TFT-LCD面板供應情況的關鍵因素在於終端產品面板尺寸的標準化(Normalization),而應用在LCD TV的面板雖然與LCD Monitor與筆記型電腦相較,在比例上仍有一段差距,市場規模較大的LCD Monitor仍是目前TFT-LCD面板的應用大宗,但也因為毛利較低,終端市場需求量的狀況對面板供應量的影響程度頗大。柯維華表示,以經濟學角度來看,價格高低是決定市場供需平衡的關鍵要素,此外面板製程技術的成熟度、廠商投入家數的多寡與消費者的需求高低等,都是是影響供需情況的變因。整體看來,2004年的LCD TV市場供應情況大致良好、價格也將下降,但生產情況與原料的供應仍有可能為整體市場帶來變化。


大尺寸LCD TV發展後勢可期

LCD TV螢幕的主流尺寸變化與其他種類TV的相互消長情況,也是市場觀察的重點。柯維華指出,傳統CRT TV(彩色映像管電視)對LCD TV來說仍是強勁對手,預估CRT TV市場在2004年以前仍將持續成長,其中因為消費者對價格的考量,30吋以下的CRT TV仍將維持一定的市場需求,但在大尺寸領域中,將逐漸與LCD TV縮小差距。目前LCD TV,因受限於面板廠的生產線佈局,仍以20吋以下產品為主流,2004年之後可望在20至30吋、30吋以上的產品比例上持續成長,甚至在2007年演變為大尺寸螢幕掛帥的局面,如(圖一),且因為製程技術的演進所帶來的成本降低,LCD TV預料可逐漸取代PDP TV(電漿電視)與Projection TV(投影電視)在大尺寸TV領域中的地位,成為市場霸主。



《圖二 LCD TV尺寸比例變化》
《圖二 LCD TV尺寸比例變化》資料來源:JPM、Samsung、Citigroup、FPDS、TRI;2003/11

無論如何,LCD TV是否能成為市場中的殺手級產品,對消費者來說最為敏感的價格問題勢必是不可忽視的重點。柯維華指出,LCD TV在拓展市場上的一大瓶頸即是居高不下的售價,在短期之內很難趕上CRT TV的普及率;分析目前LCD TV的價格結構,面板的成本與廠商利潤約佔80%,且在螢幕尺寸不斷加大的趨勢下,面板價格也持續成長,但其餘IC零組件價格卻反而將呈現下跌局面。由此分析看來,LCD TV價格要朝向“平民化”目標邁進,除了期待面板成本能因製程技術之逐漸成熟而降低,廠商是否願意壓縮目前約達兩倍的獲利空間,換取更大的市場接受度,值得陸續觀察。此外,各大品牌廠商的產品策略也將是市場主導力量之一,柯維華表示,目前LCD TV一線品牌廠商由Sharp、Samsung、Sony穩居前三大,LG、Panasonic緊追在後;二線廠Philips、Toshiba、Sampo、Hitachi、BenQ、JVC與Mitsubishi與一線大廠之間則尚有一段距離;而未來將有Dell、Motorola、HP與Apple等品牌陸續加入競爭。柯維華特別指出,其中Dell的動作特別值得注意,該廠極有可能掀起一波低價戰,為LCD TV市場帶來更多發展活力。


LCD TV的設計新挑戰

講師:美國國家半導體產品應用工程師洪志明

《圖三 美國國家半導體產品應用工程師洪志明》
《圖三 美國國家半導體產品應用工程師洪志明》

對LCD TV來說,LCD驅動IC和控制IC是除面板之外至為重要的關鍵零組件,其中控制IC的功能在於處理LCD TV之的影像色彩、亮度、飽和度,驅動IC則是控制螢幕像素的開關與光線走向。通常每一台LCD顯示器只要用到1顆控制IC負責影像信號的處理;驅動IC則隨產品螢幕尺寸而在數量上有所不同,隨著LCD TV螢幕畫素越高,所需的驅動IC數量也會增加。因此對LCD TV來說,面板後各種驅動IC與控制IC的電路設計良窳,可說是決定產品品質好壞的關鍵要素,也是備受各家LCD TV與相關IC設計業者關注的焦點議題。零組件科技論壇「LCD TV系統開發設計」的第二場課程,邀請美國國家半導體(National Semiconductor;NS)針對LCD TV的時脈控制(Timer Control Register;TCON)與垂直顯像驅動(Column Driver;CD)部分的電路設計,為學員介紹目前此一方面技術的最新發展趨勢。


NS平面顯示器產品應用工程師洪志明表示,TCON與CD電路設計是對LCD TV產品畫面顯示品質具備關鍵性的影響,而廠商如何在LCD 控制/驅動 IC零組件的低成本趨勢下,提出高效率、具競爭力的電路設計,是至為重要的產品策略考量之一。NS 為此建立名為RSDS(Reduced Swing Differential Signaling;差動訊號)的LCD TV號傳輸介面標準,並將此一標準下的電路設計開放業界參考,目前也獲得頗高的接受度。RSDS是由NS於1998年所建立的LVDS(低電壓差動訊號傳輸)架構所延伸,可減低EMI干擾問題、節省電路板空間,且具備面板內建匯流排介面(Intra-panel bus interface)、雙緣觸發時脈模式(Double edge clocking)等特色;如(圖二)。



《圖四 RSDS參考設計示意圖》
《圖四 RSDS參考設計示意圖》資料來源:NS

降低EMI之電路設計可大幅降低成本

洪志明指出,RSDS輸入介面的信號電壓振幅較傳統傳輸介面標準的3.3V降低許多,最小可到達0.2V,而EMI的發生主因通常為電路中電流大小變化所形成的電磁輻射,會隨著電流變化的大小程度與變化頻率而增加,所以當輸入的電壓振幅變小時,電流變化幅度也會減少,讓EMI程度減低;除此之外,由於RSDS介面採“differential pair input”,成對的輸入信號線所分別輸入的信號是反向的,因此信號線上所流通的電流也是反向,所輻射出來的EMI也會因其相互作用而抵消掉大部份。由於RSDS可大幅減低EMI程度的特性,在電路佈局中無須需額外再加入協助減低EMI的零件與電路設計,不但可節省電路板空間,也可有效達到降低零組件成本的目的。


除了減低EMI的優勢,RSDS亦具備R-LDC(Row Line Delay Compensation)的、獨立Gamma射線等特性;隨著LCD TV朝大尺寸的邁進,螢幕畫素與解析度也隨之不斷提高,此一參考設計對大螢幕LCD TV在輸入訊號延遲的改善與色彩飽和度的提升方面皆有顯著效果,其參考設計如(圖三)。洪志明表示,整體說來,在LCD TV朝向更輕、更薄、更低成本的趨勢邁進之下,精簡而高效能的電路設計對產品的市場競爭力提升是重要考量;藉由RSDS介面標準的開放參考,希望未來能刺激相關技術的更進一步提升,讓LCD TV市場成長能更加蓬勃。



《圖五  RSDS設計範例(1280×768)》
《圖五 RSDS設計範例(1280×768)》資料來源:NS

LCD TV背光驅動設計解決方案

碩頡科技系統設計部高級工程師黃世中

《圖六 碩頡科技系統設計部高級工程師黃世中》
《圖六 碩頡科技系統設計部高級工程師黃世中》

目前LCD TV背光源解決方案是以冷陰極螢光燈管(Cold Cathode Fluorescent Lamp;CCFL)為主流,CCFL因具備電氣與光學特性穩定、壽命長、耐震耐衝擊性、具調光性、小型量輕、低發熱量、低耗電等特性,適用需要較大尺寸面積與較長時間之背光照明的LCD TV,也是目前較為成熟且普及度較高的LCD背光源解決方案;由於CCFL背光板材料與製造技術專利權目前主要由日本廠商所掌握,台灣業者可著墨的領域則在於CCFL背光模組的驅動電路設計;零組件科技論壇「LCD TV系統開發設計」的第三場課程,即邀請碩頡科技以LCD TV背光驅動電路為主題,為學員介紹設計要點與技術趨勢。


碩頡科技系統設計部高級工程師黃世中指出,要設計高效率的LCD背光板驅動電路,除了要充分了解背光源的發光特性,由於不同LCD產品在照明條件上的需求也有所差異,針對不同應用進行不同的電路規劃考量亦屬必要;舉例來說,LCD顯示器所使用的背光燈管較少、對亮度需求較低,可攜式產品LCD螢幕背光則須著重輕、薄、短、小與低耗電量,LCD TV背光則是多燈管、高亮度與高可靠度的需求,驅動電路需更著重穩定性的設計。可參考的背光驅動電路結構有三種:一是電路操作容易、穩定性高的「Buck-Royer」,二是使用元件少、效率高且變壓器輸出電壓較低的「Direct-Driver」與電磁干擾低、效率高且功率密度較大的「Piezo-Transformer」,如(圖四)。


《圖七 LCD背光功率電路結構,注釋:(A)Buck-Royer;(B)Direct-Driver;(C)Piezo-Transformer》
《圖七 LCD背光功率電路結構,注釋:(A)Buck-Royer;(B)Direct-Driver;(C)Piezo-Transformer》資料來源:碩頡科技

著重多燈管設計的LCD TV背光電路

黃世中表示,較大尺寸的LCD TV在背光設計上通常有以下的需求考量:包括燈管電流平衡、低干擾、高效率、均勻亮度、較長燈管壽命、寬範圍調光比、連接燈管、高對比度與電路安全保護機制,而針對以上的需求採用適當的電路設計,對於LCD TV產品的畫面顯示表現可說有關鍵性的影響,也可延長產品使用的壽命。LCD 背光燈管的壽命平均在5萬小時以上,且燈管亮度會隨著使用時間的拉長而逐漸衰減,黃世中指出,為讓平均使用時間較長的LCD TV壽命能延長,目前有較CCFL背光源亮度更持久的EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp;外部電極螢光燈管)技術問世;EEFL與CCFL的最大不同在於燈管兩側的電極結構,如(圖五),除使用壽命較長的特性,在多燈管連接方面的效能亦高於CCFL。在CCFL背光板中,一個升壓器(Inverter)只能驅動一至兩支燈管,一旦螢幕尺寸加大、所需的Inverter數量也增加,相對也使整體背光模組的功率消耗較大,反之EEFL背光板所需的Inverter數量則可減少許多,消耗的功率也較小,在未來應可取代CCFL成為LCD TV背光源新主流。此外,LCD TV背光驅動電路在安全性上的考量,亦是設計時不可忽視的要素之一;黃世中亦強調,未來隨著LCD TV尺寸加大的趨勢,高電壓驅動方式以及系統化整合等,都是提高LCD TV影像品質、降低成本的背光驅動電路設計考量。


(整理\鄭妤君)



《圖八 EEFL與CCFL比較圖》
《圖八 EEFL與CCFL比較圖》資料來源:碩頡科技
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