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OLED與Mini LED爭逐主流PC顯示技術
目光之下的規格爭奪戰

【作者: 盧傑瑞】   2022年06月22日 星期三

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在平面顯示的趨勢下,幾乎都是採用液晶面板來作為電腦螢幕。該技術是利用施加電壓時,產生角度變化的液晶分子作為背光源的釋放和阻擋,來達到顏色和亮度的調整。


根據液晶分子的控制方式衍生的各種技術,例如IPS(In Plane Switching)、VA(Vertical Alignment)、TN(Twisted Nematic)等。相較之下,IPS可以達到更寬廣的視角,並呈現出漂亮的色彩,但由於「IPS」是一個商標,因此只有少數業者可以使用IPS這個技術名稱。不過伴隨著技術和材料的提升,更多與IPS同等能力的面板技術被開發出來,讓可視角度可以提高到178度。



因此在追求更高顯示能力目標下,越來越多的高階機型更是積極的導入包括OLED和Mini LED面板等,最新世代顯示技術面板。


OLED和Mini LED實現高影像畫質

目前OLED面板與mini LED面板正展開搶奪成為筆記型電腦的主流技術,不過從結果看來,除了APPLE以外,筆記型電腦中採用mini LED作為顯示器的機型並不多。


根據TrendForce報告顯示,目前2022年全球市場搭配Mini LED背光的筆記型電腦的年出貨量約有500萬台,比2021年成長213%。最主要的原因是,APPLE的MacBook Pro(14吋機型和16吋機型)積極的導入Mini LED背光,直接帶動了Mini LED在筆記型電腦方面的出貨量。


OLED在筆記型電腦應用方面,三星正全力提升OLED面板市場比例,特別是高階市場,2021年的出貨量應該可以達到250-270萬台(相當於總數的1.1%左右)。


越來越多採用OLED面板作為顯示器。與LCD不同的是,OLED面板並不是使用液晶分子,而是使用在施加電壓時可發光的有機化合物所構成。


基本上,在色彩和灰階表現方面更具有優勢性,可以輕鬆實現高對比度和高色域,並且在可視角和應答速度方面都有非常出色的能力值。特別是黑色部分,幾乎已經可以達到「絕對黑色」的境界,因此在對比能力方面,可以比LCD高出1000倍以上。同時因為不需要背光模組,因此可將面板做得更為輕薄。


不過,OLED有一個致命的缺點,就是「烙印」,這是因為長時間讓面板顯示同一個畫面和亮度,造成該像素發光區的老化,導致出現殘影。其實CRT螢幕也有類似狀況。而Mini LED面板就比較不會出現這樣的問題。因為Mini LED面板是利用Mini尺寸的LED來做為畫素顯示元件,可以控制每個細分區域的發光,不僅不會出現和OLED一樣的烙印,同時更容易實現更高的色域度和更高的對比度。



圖一 : 長期讓螢幕畫面顯示在同一個畫面,致使同一個顯示位置一直呈現同樣內容,最後造成該像素發光區老化。(source:LG OLED烙印測試軟體)
圖一 : 長期讓螢幕畫面顯示在同一個畫面,致使同一個顯示位置一直呈現同樣內容,最後造成該像素發光區老化。(source:LG OLED烙印測試軟體)

螢幕長寬比與顯示解析度的多樣化

近年來,16:9的比例和超高畫質(1920x1080)已經筆記型電腦螢幕的標準規格。不過最近,長寬比和解析度已經出現多樣化,特別是在高階的機型。例如,針對商業和創意應用已經出現了16:10。而聯想的ThinkPad系列中,許多機型已經從傳統的16:9變更成16:10,解析度方面也有1920 X 1200、2560 X 1600和3840 X 240等。


微軟的Surface系列,從Surface Pro 3開始就採用了3:2的長寬比,也擴展到其他系列,如Surface Go和Surface Laptop等。而蘋果的MacBook傳統上都是使用16:10,但2021年發表的MacBook Pro,則是使用14:9,14吋螢幕的解析度3024 X 1964,16吋的螢幕則為3456 X 2234。


由於商業領域上,經常要顯示長幅的垂直網頁和A4文件,所以一般都認為垂直比例大的螢幕會更好。但是,隨著螢幕垂直比例的增加,需要的電腦外殼的深度也就越大。很難說哪個更好,但越來越多的長寬比/解析度的選擇,對消費者來說是一個相當好的發展。



圖二 : 顯示器技術的亮度與對比度示意。(source:PixelDisplay)
圖二 : 顯示器技術的亮度與對比度示意。(source:PixelDisplay)

此外,100% sRGB也已是高階機型的最低標準。色域表現指的是可以在螢幕上能顯示出顏色的能力值,所對應的評價標準有sRGB、Adobe RGB和DCI-P3等。對於高階商務和創意機種來說,具有sRGB色域(覆蓋率約100%)能力是最基本的要求,大部分低階產品的sRGB覆蓋率約為60-70%,因此在顏色上顯得更淺更淡。而越來越多應用在創意和娛樂(HDR內容)的專業產,幾乎都能滿足更具廣色域的DCI-P3標準。


高解析度顯示器需要高速顯示介面

更新率是表示畫面更新頻率的能力值。具有Frame Rate的遊戲和視訊,在更高的更新率下的顯示會更流暢。特別是在遊戲中,如果能快速顯示最新狀態,玩家在格鬥遊戲或FPS(第一人稱射擊遊戲)中就能發揮其優勢性。


傳統液晶顯示器的更新頻率是60Hz,但現在電競筆記型電腦和獨立顯示器的更新頻率標準已被提高到144Hz,甚至有的更是高達165Hz、240Hz和300Hz。


為了充分利用高速更新率的優勢,GPU也必須要具有處理高Frame Rate的的能力,如果Frame Rate沒有跟上更新率的話,那麼螢幕的顯示就會落後一個畫面以上,甚至會有撕裂的情況出現(圖三)。



圖三 : 遊戲中的畫面撕裂的情形。(source:微星電腦)
圖三 : 遊戲中的畫面撕裂的情形。(source:微星電腦)

在這方面,有一些技術可以讓更新率與繪圖性能更相匹配。例如,NVIDIA的G-Sync、AMD的Free Sync,和將Free Sync與VESA標準化的Adaptive Sync等標準。如果GPU和顯示器都能支援這些標準,就可以在顯示端調整Frame Rate和更新率的不一致,減少更新率過快時出現的延遲,以及Frame Rate過快時的畫面紊亂。


顯示4K及以上的高解析度,需要一個高速顯示介面,同時也會影響到更新率。例如,4K解析度下的60Hz顯示,需要支援DisplayPort 1.2或更高版本,和HDMI 2.0或更高版本。但這對於HDR顯示來說,則需要HDMI 2.0a和DisplayPort 1.4或更高版本,並且PC和顯示器上的所有終端和電線都需要相容。


近期,越來越多的產品採用Type-C作為顯示輸出介面。如果Type-C與Thunderbolt 4相容的話,也就可與DisplayPort 1.4達到相容。對於Thunderbolt來說,也可以使用Thunderbolt本地協議進行連接。


HDR(High Dynamic Range;高動態範圍)是另一個關鍵字。與傳統的SDR(Standard Dynamic Range;標準動態範圍)相比,這項技術擴大了表現亮度和暗度差異的範圍。因此,定義PC顯示器標準的VESA組織,定義出DisplayHDR作為為享受HDR內容而設計的液晶顯示器標準。同樣也還增加了「DisplayHDR True Black」作為OLED顯示器的標準。


這是透過階段來設置亮度和色域等地要求分級,來要求符合HDR10,也是HDR內容的事實標準。因此可支援DisplayHDR的顯示器產品,代表著可以欣賞到較佳畫質的HDR內容,當然等級越高的話,畫面觀賞度就越好。


USB Type-C積極跨入PC螢幕的訊號傳輸

在有線訊號傳輸方面。支援USB Type-C的PC顯示器產品愈來愈多,雖然市場上早已有支援USB的顯示器,但是USB Type-C所能展現的優勢是傳統USB介面所無法比擬的。


就基本技術上而言,USB Type-C除了作為主/從單元連接支外,還具有垂直/水平方向對稱的特點,這比起Type-A/Type-B更為小巧。USB Type-C定義了一個「交替模式」,可以讓不同標準的信號進行傳輸。而支援USB Type-C的顯示器就是利用這種替代模式,提供了高度的便利。


USB Type-C還支援了「DisplayPort Alternate Mode」。DisplayPort是一種在USB Type-C的交替模式中,傳輸影像訊號的機制。同時也被應用在電視的HDMI作為訊號標準,基本上DisplayPort 具有以下優點:1. 易於支持高解析度和高更新率顯示器,2. 相容於顯示器的菊鍊功能(Daisy Chain),3. 易於轉換為另一種影像訊號標準。另外USB Type-C介面也可以成為固定式或移動式的顯示設備的供電單元。簡單地說,可以代替螢幕的變壓器。


但是在線材上必須特別注意一下,需要選擇支援USB 3.2 Gen 1或更高標準的數據線,因為符合USB 2.0 Type-C標準的電線是沒有足夠的訊號線來交換影像訊號。



圖四 : 支援USB Type-C的PC顯示器產品愈來愈多。(source:Asus)
圖四 : 支援USB Type-C的PC顯示器產品愈來愈多。(source:Asus)

未來的期待與挑戰

目前OLED與Mini LED在中大型顯示器領域的爭奪戰各有勝負,Mini LED 在亮度、HDR、耐用性和價格(針對大尺寸而言)方面勝出。而OLED面板在絕對黑色的對比度、視角和移動性方面則占領先地位。


而在突破點的部分,OLED只能仰賴導入更多的生產工廠藉此降低成本。根據試算,如果有這樣的契機,將有可能大幅度的降低10吋至32吋面板的成本,並使OLED工廠具有與8.5代液晶工廠相同的靈活性,也就是代表著讓一個工廠能針對多種應用做最佳化調整。


降低成本可以為大尺寸的OLED帶來一些市場機會,但是這完全取決於時間競賽,因為早在5年前全球業者都已經積極投入結合了LCD和OLED的優點,並克服兩者的缺點,更具優勢性的Micro LED面板技術。


在接下來,無論是OLED或Mini LED都有自己需要努力的方向,OLED需要尋求提高亮度和耐用性,而Mini-LED則將追求越來越複雜的背光,來媲美OLED的對比度。


就技術規格而言,在大型顯示應用部分,Mini LED具有相當的前途性,因為在靜態、持久、持續的亮度方面,給OLED帶來了極大的壓力,即使未來成本變得更加低廉,但這些技術性的問題依然存在。


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