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OLED与Mini LED争逐主流PC显示技术
目光之下的规格争夺战

【作者: 盧傑瑞】2022年06月22日 星期三

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在平面显示的趋势下,几??都是采用液晶面板来作为电脑萤幕。该技术是利用施加电压时,产生角度变化的液晶分子作为背光源的释放和阻挡,来达到颜色和亮度的调整。


根据液晶分子的控制方式衍生的各种技术,例如IPS(In Plane Switching)、VA(Vertical Alignment)、TN(Twisted Nematic)等。相较之下,IPS可以达到更宽广的视角,并呈现出漂亮的色彩,但由於「IPS」是一个商标,因此只有少数业者可以使用IPS这个技术名称。不过伴随着技术和材料的提升,更多与IPS同等能力的面板技术被开发出来,让可视角度可以提高到178度。


因此在追求更高显示能力目标下,越来越多的高阶机型更是积极的导入包括OLED和Mini LED面板等,最新世代显示技术面板。


OLED和Mini LED实现高影像画质

目前OLED面板与mini LED面板正展开抢夺成为笔记型电脑的主流技术,不过从结果看来,除了APPLE以外,笔记型电脑中采用mini LED作为显示器的机型并不多。


根据TrendForce报告显示,目前2022年全球市场搭配Mini LED背光的笔记型电脑的年出货量约有500万台,比2021年成长213%。最主要的原因是,APPLE的MacBook Pro(14寸机型和16寸机型)积极的导入Mini LED背光,直接带动了Mini LED在笔记型电脑方面的出货量。


OLED在笔记型电脑应用方面,三星正全力提升OLED面板市场比例,特别是高阶市场,2021年的出货量应该可以达到250-270万台(相当於总数的1.1%左右)。


越来越多采用OLED面板作为显示器。与LCD不同的是,OLED面板并不是使用液晶分子,而是使用在施加电压时可发光的有机化合物所构成。


基本上,在色彩和灰阶表现方面更具有优势性,可以轻松实现高对比度和高色域,并且在可视角和应答速度方面都有非常出色的能力值。特别是黑色部分,几??已经可以达到「绝对黑色」的境界,因此在对比能力方面,可以比LCD高出1000倍以上。同时因为不需要背光模组,因此可将面板做得更为轻薄。


不过,OLED有一个致命的缺点,就是「烙印」,这是因为长时间让面板显示同一个画面和亮度,造成该像素发光区的老化,导致出现残影。其实CRT萤幕也有类似状况。而Mini LED面板就比较不会出现这样的问题。因为Mini LED面板是利用Mini尺寸的LED来做为画素显示元件,可以控制每个细分区域的发光,不仅不会出现和OLED一样的烙印,同时更容易实现更高的色域度和更高的对比度。



图一 : 长期让萤幕画面显示在同一个画面,致使同一个显示位置一直呈现同样内容,最後造成该像素发光区老化。(source:LG OLED烙印测试软体)
图一 : 长期让萤幕画面显示在同一个画面,致使同一个显示位置一直呈现同样内容,最後造成该像素发光区老化。(source:LG OLED烙印测试软体)

萤幕长宽比与显示解析度的多样化

近年来,16:9的比例和超高画质(1920x1080)已经笔记型电脑萤幕的标准规格。不过最近,长宽比和解析度已经出现多样化,特别是在高阶的机型。例如,针对商业和创意应用已经出现了16:10。而联想的ThinkPad系列中,许多机型已经从传统的16:9变更成16:10,解析度方面也有1920 X 1200、2560 X 1600和3840 X 240等。


微软的Surface系列,从Surface Pro 3开始就采用了3:2的长宽比,也扩展到其他系列,如Surface Go和Surface Laptop等。而苹果的MacBook传统上都是使用16:10,但2021年发表的MacBook Pro,则是使用14:9,14寸萤幕的解析度3024 X 1964,16寸的萤幕则为3456 X 2234。


由於商业领域上,经常要显示长幅的垂直网页和A4文件,所以一般都认为垂直比例大的萤幕会更好。但是,随着萤幕垂直比例的增加,需要的电脑外壳的深度也就越大。很难说哪个更好,但越来越多的长宽比/解析度的选择,对消费者来说是一个相当好的发展。



图二 : 显示器技术的亮度与对比度示意。(source:PixelDisplay)
图二 : 显示器技术的亮度与对比度示意。(source:PixelDisplay)

此外,100% sRGB也已是高阶机型的最低标准。色域表现指的是可以在萤幕上能显示出颜色的能力值,所对应的评价标准有sRGB、Adobe RGB和DCI-P3等。对於高阶商务和创意机种来说,具有sRGB色域(覆盖率约100%)能力是最基本的要求,大部分低阶产品的sRGB覆盖率约为60-70%,因此在颜色上显得更浅更淡。而越来越多应用在创意和娱乐(HDR内容)的专业产,几??都能满足更具广色域的DCI-P3标准。


高解析度显示器需要高速显示介面

更新率是表示画面更新频率的能力值。具有Frame Rate的游戏和视讯,在更高的更新率下的显示会更流畅。特别是在游戏中,如果能快速显示最新状态,玩家在格斗游戏或FPS(第一人称射击游戏)中就能发挥其优势性。


传统液晶显示器的更新频率是60Hz,但现在电竞笔记型电脑和独立显示器的更新频率标准已被提高到144Hz,甚至有的更是高达165Hz、240Hz和300Hz。


为了充分利用高速更新率的优势,GPU也必须要具有处理高Frame Rate的的能力,如果Frame Rate没有跟上更新率的话,那麽萤幕的显示就会落後一个画面以上,甚至会有撕裂的情况出现(图三)。



图三 : 游戏中的画面撕裂的情形。(source:微星电脑)
图三 : 游戏中的画面撕裂的情形。(source:微星电脑)

在这方面,有一些技术可以让更新率与绘图性能更相匹配。例如,NVIDIA的G-Sync、AMD的Free Sync,和将Free Sync与VESA标准化的Adaptive Sync等标准。如果GPU和显示器都能支援这些标准,就可以在显示端调整Frame Rate和更新率的不一致,减少更新率过快时出现的延迟,以及Frame Rate过快时的画面紊乱。


显示4K及以上的高解析度,需要一个高速显示介面,同时也会影响到更新率。例如,4K解析度下的60Hz显示,需要支援DisplayPort 1.2或更高版本,和HDMI 2.0或更高版本。但这对於HDR显示来说,则需要HDMI 2.0a和DisplayPort 1.4或更高版本,并且PC和显示器上的所有终端和电线都需要相容。


近期,越来越多的产品采用Type-C作为显示输出介面。如果Type-C与Thunderbolt 4相容的话,也就可与DisplayPort 1.4达到相容。对於Thunderbolt来说,也可以使用Thunderbolt本地协议进行连接。


HDR(High Dynamic Range;高动态范围)是另一个关键字。与传统的SDR(Standard Dynamic Range;标准动态范围)相比,这项技术扩大了表现亮度和暗度差异的范围。因此,定义PC显示器标准的VESA组织,定义出DisplayHDR作为为享受HDR内容而设计的液晶显示器标准。同样也还增加了「DisplayHDR True Black」作为OLED显示器的标准。


这是透过阶段来设置亮度和色域等地要求分级,来要求符合HDR10,也是HDR内容的事实标准。因此可支援DisplayHDR的显示器产品,代表着可以欣赏到较隹画质的HDR内容,当然等级越高的话,画面观赏度就越好。


USB Type-C积极跨入PC萤幕的讯号传输

在有线讯号传输方面。支援USB Type-C的PC显示器产品愈来愈多,虽然市场上早已有支援USB的显示器,但是USB Type-C所能展现的优势是传统USB介面所无法比拟的。


就基本技术上而言,USB Type-C除了作为主/从单元连接支外,还具有垂直/水平方向对称的特点,这比起Type-A/Type-B更为小巧。USB Type-C定义了一个「交替模式」,可以让不同标准的信号进行传输。而支援USB Type-C的显示器就是利用这种替代模式,提供了高度的便利。


USB Type-C还支援了「DisplayPort Alternate Mode」。DisplayPort是一种在USB Type-C的交替模式中,传输影像讯号的机制。同时也被应用在电视的HDMI作为讯号标准,基本上DisplayPort 具有以下优点:1. 易於支持高解析度和高更新率显示器,2. 相容於显示器的菊链功能(Daisy Chain),3. 易於转换为另一种影像讯号标准。另外USB Type-C介面也可以成为固定式或移动式的显示设备的供电单元。简单地说,可以代替萤幕的变压器。


但是在线材上必须特别注意一下,需要选择支援USB 3.2 Gen 1或更高标准的数据线,因为符合USB 2.0 Type-C标准的电线是没有足够的讯号线来交换影像讯号。



图四 : 支援USB Type-C的PC显示器产品愈来愈多。(source:Asus)
图四 : 支援USB Type-C的PC显示器产品愈来愈多。(source:Asus)

未来的期待与挑战

目前OLED与Mini LED在中大型显示器领域的争夺战各有胜负,Mini LED 在亮度、HDR、耐用性和价格(针对大尺寸而言)方面胜出。而OLED面板在绝对黑色的对比度、视角和移动性方面则占领先地位。


而在突破点的部分,OLED只能仰赖导入更多的生产工厂藉此降低成本。根据试算,如果有这样的契机,将有可能大幅度的降低10寸至32寸面板的成本,并使OLED工厂具有与8.5代液晶工厂相同的灵活性,也就是代表着让一个工厂能针对多种应用做最隹化调整。


降低成本可以为大尺寸的OLED带来一些市场机会,但是这完全取决於时间竞赛,因为早在5年前全球业者都已经积极投入结合了LCD和OLED的优点,并克服两者的缺点,更具优势性的Micro LED面板技术。


在接下来,无论是OLED或Mini LED都有自己需要努力的方向,OLED需要寻求提高亮度和耐用性,而Mini-LED则将追求越来越复杂的背光,来媲美OLED的对比度。


就技术规格而言,在大型显示应用部分,Mini LED具有相当的前途性,因为在静态、持久、持续的亮度方面,给OLED带来了极大的压力,即使未来成本变得更加低廉,但这些技术性的问题依然存在。


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