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智慧顯示應用全面啟動 大尺寸、可彎曲與低功耗成關鍵
 

【作者: 吳雅婷】   2021年03月29日 星期一

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LED省電光源、液晶顯示與先進半導體製程,是日常生活中耳熟能詳的科技名詞,而當前市場最具前瞻願景的顯示技術開發商,正巧就是透過集結LED、光電與半導體領域的專業,開發並推廣更多的智慧顯示應用,可望引領日趨多元的電子裝置面板從LCD背光邁向LED自發光,刺激次世代顯示技術發散商機。


想像眼前立了座電子裝置展示櫃:從最精密小巧的智慧手錶、一手可握的智慧型手機,到輕薄卻讓A4內容一目了然的平板、中大型筆電,甚至是讓即時路況以廣角躍於屏上的可彎式車載面板,或是穩固安裝在光亮室外的電子交通站牌,以及在演唱會現場磅礡亮相的超大型轉播螢幕,顯示技術無所不在,它從過去就承接了人機之間進行有效溝通的介面要角,未來更將開啟智慧科技應用的無數潛能。


現在是以智慧型手機為主流消費性裝置的時代,螢幕不僅是產品的門面,更是一眼就能從外型直觀判定的性能指標,也因此,除了搭載最先進傳輸與運算技術的處理器外,面板在電子裝置上的成本佔比也越來越可觀。


以蘋果最新推出的iPhone 12系列來說,根據產業研究公司Counterpoint的分析,其生產成本比上一代iPhone 11高出逾20%,除了支援sub-6 GHz與毫米波頻段的高通5G數據晶片,三星的OLED面板就是成本第二高的元件,可見面板在未來電子裝置的重要性只會持續加重,性能與成本之間的平衡更將成為市場競爭的首要標的。



圖一 : 產業研究公司Counterpoint指出,iPhone 12的物料(BOM)成本比起上一代機型高出21%,前兩大貴重元件為5G數據晶片與OLED面板。(source:counterpointresearch.com;CTIMES整理)
圖一 : 產業研究公司Counterpoint指出,iPhone 12的物料(BOM)成本比起上一代機型高出21%,前兩大貴重元件為5G數據晶片與OLED面板。(source:counterpointresearch.com;CTIMES整理)

對使用者來說,支援完美的色彩再現、超高亮度與對比度、高速反應、高刷新率的螢幕,會是具備最理想顯示效果的產品。但對裝置開發者而言,生產成本的挑戰卻越來越嚴峻,反應在終端產品的售價上,更會直接影響消費者買不買單。就這點,與任何創新一樣,新興技術的生殺關鍵就落在商用市場的應用普及度與多樣性上。


為了擴大應用範圍與提升產品價值,目前最先進的顯示技術全都不約而同地大舉整合光電與半導體技術來進行開發,致力在成本加劇的開發考驗中,持續精進顯示效能、應用彈性與產品壽命,實現晶粒縮小化、製程精簡化與產品應用多樣化的高彈性發展途徑。


智慧顯示的概念也因此油然而生。究其原因,未來的電子裝置除了追求視覺的賞心悅目,提供多元場景的長時間使用、更節能穩定的永續開發潛力,會是新興科技應用在支援更多人工智慧功能時的優先考量。因此,省電、零無染與高良率,更有可能是主宰未來顯示技術的關鍵指標,而且這些開發的基礎還落在生產成本的控制上。


根據顯示器是採用LED背光或自發光特性,以作為主要的技術差異,除了目前技術成熟且最為主流的TFT LCD技術,採用更小LED晶粒作為背光的mini LED,以及運用自發光材料的OLED與micro LED,在智慧手機、高階電視、電動車與XR穿戴式裝置將持續滲透,至於這些技術各自在應用上所能觸及的廣度與深度,將會解答未來顯示市場的領頭地位落入誰手。


而顯示器作為電子裝置不可或缺的構件,最有趣的地方,就在於它的應用潛力不僅止於顯示而已。可彎曲或透明顯示就是兩個鮮明的例子。


可彎曲性將能大幅延展顯示器的應用空間,例如車載面板、穿戴式裝置或折疊式手機等;透明顯示功能則可以增進人機介面的操作便利性與互動性,突顯出更多智慧功能與現實場景整合的應用契機,而最受矚目的目標產品則有AR、VR等互動裝置。


可彎曲與大尺寸為車載面板的兩大趨勢

儘管在價格與量產技術上,LCD目前仍佔車用面板市場的主導地位,但全球供應大廠皆紛紛佈局能夠自發光的OLED技術,因為不需要背光源,OLED不僅有利於更輕薄的裝置設計,甚至可以彎曲,在顯示性能上,還具備更佳的對比度、亮度與視角。


OLED除了在技術特性上具備絕對優勢,LCD技術已臻成熟而導致的市場價格惡戰,更是車用面板大廠決定挹注OLED,另闢戰場以突破重圍的重要籌碼。根據產業分析科技公司Report Linker統計,車用面板市場顯現了更高度集中化的供應模式,全球三大供應商日本顯示器公司(JDI)、南韓LG顯示公司(LGD)與天馬微電子,在2019年的出貨市佔合計上升了4.3%,而京東方(BOE)則異軍突起,以73.2%的最快出貨成長率進軍這塊深具發展潛力的指標性科技產業。


回顧2020年,汽車市場銷售先蹲後跳,展現了劇烈的變動性,最後以電動車崛起的成長動能作為新常態的起點,預期未來車用市場將會維持強勁需求。電動車的賣點除了採用綠電,ADAS與自駕系統是另一亮點,而要實現這項具時代革命性的技術,顯示技術是除了人工智慧之外的重要配備,結合先進車款的多元感測器,呈現出更完善的路況資訊。


為了滿足這些應用需求,車載面板不僅要大尺寸,還要具備可彎曲的應用彈性,這些特點也將持續顯現在車用開發佈局上。市場研究公司Omdia就指出,2020年車載顯示器朝向大尺寸應用發展,最主流規格為12.3吋,佔32..7%,其次為10.2吋,佔20.15%,也就是說,10吋以上顯示器的市佔已經過半。



圖二 : 9吋以上的大型顯示器將成為車用的主流規格。(source:ihsmarkit.com)
圖二 : 9吋以上的大型顯示器將成為車用的主流規格。(source:ihsmarkit.com)

市場數據公司HIS Markit更預測,至2026年以前,9吋以上的大型顯示器出貨量將會接近3400萬單位,其中汽車中控台應用佔了41%,而且15吋顯示器出貨也可望翻漲至三倍,達到150萬單位。


而OLED具備可彎曲性,且能實現大尺寸螢幕的超高解析度,這已讓它在高階車款上嶄露頭角,例如通用汽車(GM)旗下豪車品牌凱迪拉克2021年最新推出的旗艦休旅車款第五代Escalade,就首度採用了超大型38吋曲面OLED儀表板顯示器,解析度更是4K的兩倍。



圖三 : OLED具備可彎曲性,已在高階車款上嶄露頭角,通用汽車(GM)旗下凱迪拉克2021年旗艦休旅車款第五代Escalade,首度採用了超大型38吋曲面OLED儀表板顯示器,解析度高達4K的兩倍。(source:cadillac.com)
圖三 : OLED具備可彎曲性,已在高階車款上嶄露頭角,通用汽車(GM)旗下凱迪拉克2021年旗艦休旅車款第五代Escalade,首度採用了超大型38吋曲面OLED儀表板顯示器,解析度高達4K的兩倍。(source:cadillac.com)

隱形的顯示冠軍 實現更低功耗

OLED是目前最快在商用市場亮相與普及的先進顯示技術,以電視應用來說,不論是三星、LG、華興光電(TCL)、海信(Hisense)或夏普(Sharp),皆已推出相對完整的系列產品,但它最大的缺點卻源於自身的根本特性,因為採用了有機的發光材料,因此亮度與使用壽命短,不利於長期開發計畫。


目前,同樣能夠實現顯示效能優化的競爭選手還有mini LED與micro LED,而且它們在發光效率與使用壽命上更具長期發展優勢。其中mini LED又可以當作LCD面板的背光源,或是以自發光特性進行設計。


mini LED的背光應用基於現階段的技術可行性與成本條件,已被當作提升背光區域調光控制與HDR畫質的LCD優化解決方案,更多的商用開發計畫也在進行中,而mini LED的自發光應用與micro LED較為相似,除了提供更高解析、更高對比、更高亮度,還能進一步降低功耗。


值得注意的是,今年可以算是micro LED的商用里程碑,三星目前也以開放部分地區預購其micro LED電視,預計今年推出三款產品,儘管初期產品因為成本與售價較高,會先鎖定高階市場,但可以預期自發光顯示的生產技術距離量產又更接近了。市場研究公司Omdia預估,2021年全球micro LED顯示器出貨量落在40萬單位,至2023年可望破百萬,達到1.7萬,且到2027年,營收可望破100億美元,佔平板顯示(FPD)整體營收的8.3%。


結語

未來,智慧顯示技術可望引領電子裝置面板從採用傳統主流的LCD背光技術,逐漸擴大導入LED自發光技術,邁向具備更高發光效率的嶄新顯示時代。不論是mini LED背光、自發光,還是OLED與micro LED,都將持續在價格與性能之間拉鋸爭霸,推進智慧顯示的願景落地。


**刊頭圖(source:ti.com)


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