用于智能型PDA手機顯示器設計解決方案
現代手機手機已非單純語音應用,新型電子技術逐步被應用于手機設計,如高階機種紛紛整合網路電話、導航、多媒體影音、行動電視…等多元應用,加上Wi-Fi、3G、WiMAX、LTE…等無線技術不斷創新與成熟,讓手機應用更加豐富、多元。但面對功能不斷追加,也代表功耗持續增加,如何滿足顯示需求、又能兼具低功耗要求,已成為新手機顯示面板無法避免的嚴苛挑戰…
2007年蘋果電腦在美國推出iPhone手機,創造一波智慧型手機銷售高峰,而后智慧型手機銷售量也不斷攀高,據IMS Research市場調查顯示,智慧型手機市?率將于2012年超過25%,5年后全球每4支手機當中就有1支是智慧型手機、或PDA手機!國內目前除Nokia、Motorola…等通信大廠積極導入智慧型手機外,宏達電與微軟已投入戰局。
分析iPhone所以造成熱購風潮,其主要特色為,iPhone具有炫麗的螢幕畫面,不但有寬廣清晰的視角表現,更有同時多點操作觸控螢幕功能特色,在此同時,隨著蘋果iPhone?品發表,也帶動觸控式顯示面板商機,觸控面板吸引更多消費電子?品仿效、采用,包括:手機、NB、MP3、超迷你電腦(UMPC)…等可攜式電子配備,漸有相關應用推出。
除觸控技術外,行動裝置關鍵的面板技術,也因多項技術逐步成熟后,讓行動裝置的顯示需求可有更多選擇,例如可撓曲的電子紙已有廠商開發出彩色顯示技術,而AMOLED的商品化技術,亦有手機、數位相機等產品相繼采用,讓行動裝置的顯示器的技術戰局,愈來愈精彩。
如何解決行動裝置省電需求
新型智慧型PDA或手機,傾向于把傳統行動通信與多媒體…等多元附加功能,包括數位相機(DSC)、音樂播放機(MP3)、視訊會議以及全球定位系統,甚至可攜式數位廣播電視…等都整合在一起。諸多附加需求,不同電源電壓與電流需求便不斷增加,使電力耗能成為亟待解決的問題。
如何將封裝空間縮減,并能同時支援更大的功率輸出?如采零件整合的電源系統單晶片(power-system-on-a-chip)設計,將有助行動電話電源應用效率;如何實現最佳效率、并延長電池供電時間,同時又降低電源雜訊干擾?其中需注意相關電源解決方案。
例如,選用具充電控制、電池監視和電池保護…等電源管理系統時,審慎配置電源轉換元件,如采電感為基礎并且內建FET開關的交換式電源轉換器,能確保整體效率;依不同智慧型手機零件搭配不同電源需求設計,如考量射頻?用壓控振蕩器(VCO)及鎖相回路(PLL),需要極低雜訊和高電源拒斥比的供電。
另需將直流轉換器開關頻率,及其2階和3階諧波,保持在中頻頻帶。采用動態/可適性電壓調整技術(DVS/AVS),可將閉回路系統中的處理器和穩壓器連結,確保系統正常工作,并將數位電源供應的輸出電壓動態調整至最小值。
功率放大器也因此將被最佳化,并達最大傳送功率,獲得最高效率。?用最新?程技術,有利迅速修改、并利用現有的離散元件設計,提供不同整合程度的半導體晶片。另因新型顯示技術OLED顯示器,藉其超高的對比值、快速響應時間和寬廣的視角優勢,擴大市場?有率,故需依不同材料如聚合物或小分子、主動或被動矩陣控制、電流和電壓驅動技術,以及不同偏壓供應電路…等,評估不同解決方案。
而被動矩陣顯示器需要1組電源升壓轉換器、主動矩陣顯示器需正/負偏壓電源供應…等,采用能縮小電路板面積的微型直流轉換器,輔助類比電路上所需電路隔離式輸出電源和降低雜訊設計,提供隔離式電源轉換功能,確保符合工業應用與電信、醫療設備…等安全規范要求。
采用整合與分布式智慧型電源系統設計,如參用類似bqJUNIOR晶片,可以?集必要的全部資訊,又能執行相關邏輯計算,將有助系統主機處理器相關演算法發展,并能減少產品研發時間與成本。例如,TIOMAP1710應用處理器,便是很好的搭配,透過OMAP5910嵌入式晶片,即能取得所需的電源資訊,供有效節能與安全控管。
最后,建議?用電源系統單晶片(power-system-on-a-chip簡稱PSOC)的整合功能,相對地有助于行動通信,尤以高階智慧型PDA或手機開發研制所需零件整合,符合多功能整合系統的精簡零件目標,不但可大幅降低制造成本、減少電路板面積、精簡產品組裝和制程、系統可靠度測試將隨之縮短,并有助更高階晶片之整合度與發展流程效率,進而加快?品量?與上市時間,確保產品競爭力。
例如TI制TPS65010就是具備高整合度、高功能的電源系統單晶片PSOC。專門支援行動通信相關電源管理需求應用,包括PDA、數位相機、多媒體智慧型手機等產品;只要系統使用單顆?電池或是?聚合物電池,并包含多組電源線路和先進應用處理器,TPS65010就能處理電源系統整合,達最佳運作效能。
TPS65010可有效縮小電路板面積,最多只需傳統電路設計的1/3電路板面積,內建2個同步直流降壓轉換器、整合式FET電晶體等,可供系統電源1A轉換及處理器核心電源400mA轉換,在最大工作模式下達到97%轉換效率。
國內面板廠技術發展現況
早期廣視角技術MVA(Multi-Domain Vertically Aligned)是由日本Fujitsu所開發,其技術特徵是在原無電壓狀態下,液晶分子排列狀態是垂直於玻璃面板,表示光線被阻隔成黑色狀,加上電壓后,液晶分子就成斜水平狀,便接受影像光線之傳導與穿透。MVA技術其優點包括,高對比、廣視角、無灰階反轉、高解析度、快速反應時間…等。
目前市面有ViewSonic?用改良的SuperClear MVA技術,大幅改進傳統液晶螢幕亮度不均勻與可視角度窄的缺點,也使其影像?品對比提高、色彩顯示更優化。
友達在MVA設計考量是,為改善液晶電視在觀看視角上的限制與大視角色偏現象,目前已自行開發新一代超廣視角AMVA (AUO Advanced MVA)技術,運用比傳統MVA技術更多的區域畫素(Domains),來解決大視角色偏的問題,同時能達到178度的超廣視角,大幅提?至大於5,000 : 1之超高對比,并呈現更真實鮮艷的色彩與更好的影像品質。
另基于改善動態影像反應速度,采用了ASPD―Simulated Pulsed Driving有效解決LCD殘影問題,以及?ASPD―Full HD 120 Hz Driving使影格速率(Frame Rate)提升,該技術并提升了動態畫面反應時間(約灰階4ms;MPRT 8ms) ,有效改善動態影像畫質表現。另友達開發可攜式顯示器廣視角(AMVA-mobile)技術更高的對比、更廣的視角及更快灰階間反應速度,及維持高穿透率…等需求,有效應用于數位相機及行動電話、PDA…等小尺寸液晶螢幕應用。友達另開發HiColor技術,其色彩飽和度為傳統液晶顯示器的1.33倍,為利用RGB 3原色混光LED背光模組,該技術能使色彩再現程度由NTSC 72%提升至NTSC 105%。強化色彩亮麗飽滿與鮮艷效果。
觸控面板技術競爭現況
行動裝置附加觸控螢幕功能,近來成?設計熱潮,Freescale嘗試在工業用人機介面(HMI)應用導入觸控式熒幕控制器,其嵌入式處理器MCF5227x LCD?32位元運算,適用在需高效能、整合性與設計彈性的人因控制系統設計,符合商用與工業應用需求。如在圖形顯示介面添加熒幕觸控功能,而不須設計大量的分離式控制器及其它元件。
透過這款高度整合的元件結合單晶片彩色LCD與觸控螢幕控制器,可讓人輕易地透過觸控式使用介面,發揮各種操控之應用功能。據Freescale描述,該處理器之應用還包括大樓/住宅自動化、HVAC與照明控制系統、火災/安全控制系統、醫療與病患監控?品、測試與量測裝置、零售點(POS)系統以及大型家電(烹調、冷凍及洗濯機具…等應用,顯示未來觸控螢幕操作應用與角色,將無遠弗屆。
從技術面向看,電阻式觸控螢幕,現階段仍會是市場主流,由於它價格低廉且可以手指與觸控筆進行操作,即便電阻式觸控螢幕不耐用、且傳導上較不靈敏,但低價優勢也讓這項技術應用暫時主導市場,該產品目前在Kiosk、零售通路商、財金、電子書與醫療市場上都很流行。
考量投射電容式觸控螢幕耐用性與傳導性均比電阻式好,許多廠商紛紛在研發此種技術,其中蘋果iPhone觸控熒幕便采用投射電容式技術。未來觸控面板如何滿足特定功能需求及差異化?將會是提升?品獲利的關鍵所在。類似防眩光、低反射、防掌觸…等技術,對小尺寸消費型行動設備而言,輕、薄、短、小便是產品趨勢,觸控面板肯定需朝更薄、更輕、更低成本方向努力。
目前蘋果iPhone手機觸控面板晶片是?用美商新思(Synaptics)?品,以電容式感應技術?主。新思筆電觸控板在全球市?率已高達60%,預料近期將積極投入手機觸控面板市場。其供應客戶尚包含叁星及LG推出PRADA手機…等。新思也將臺灣代工廠納?目標客戶,主要是看重臺灣?全球最大代工基地:包括NB (80%)、液晶顯示器(66%)…等,同時也是手機、GPS…等掌上型產品的生產基地。新思已在臺成立設計研發中心,將提供客戶客制化觸控技術,預期可以縮短?品設計到上市的時程。
由于美日大廠Synaptics、ALPS、TI…等掌握電阻式及電容式觸控面板之部分專利權效期即屆滿。而臺灣觸控面板廠商如義隆、迅杰與偉?電…等,在電容式觸控面板技術已耕耘長久時間,未來商機將可期。
行動裝置顯示面板未來技術重點
高解析度:采用QVGA或比QVGA更高規格的高畫質顯示器,已成?多媒體手機主流規格,如2007年第1~2季,QVGA已?整體手機主面板用TFT LCD出貨量33%以上。未來PDA或手機面板解析度將持續向VGA或WVGA推進。尤其現流行之GPS圖資、網路瀏覽器及影片播放功能,均期待擁有VGA解析度,另全球最高解析度手機原為NEC N904i (3?、854×480)機種,但NTT DoCoMo於2007年末一口氣推出10款864×480解析度手機。故VGA等級PDA或手機預計在2010年約可達10%。
高顯色性:多媒體顯示器顯示可達1,677萬色,將逐漸導入多媒體手機,色飽和度由NTSC 72%趨向90%以上,日系機種采用類似大尺寸LCD TV級面板。TFT LCD現已不再?用小於6.5萬色驅動IC,甚至部分CSTN LCD或PMOLED已采用6.5萬色甚至26萬色驅動IC,目前臺廠在1,677萬色驅動IC出貨比例仍不足10%。目前Nokia在其中高階手機大量導入1,677萬色,而其它廠商目前已逐步跟進。以往一般手機用TFT LCD色飽和度約為NTSC 50~60%左右,唯多媒體手機普遍?用高色飽和度面板。
廣視角:廣視角功能可滿足影像分享效果,廣視角功能朝全視角無色偏方向發展,同大尺寸LCD TV面板,手機面板廣視角亦有MVA及IPS等2大陣營。事實上,2大陣營成員與大尺寸LCD TV面板亦多半重復。MVA陣營由夏普領軍(Mobile ASV)、三星電子、友達、勝華、統寶…等。IPS陣營則由日立及LPL主導。
觸控螢幕:觸控式面板手機應用,原僅有電阻式技術,iPhone帶動電容式觸控面板手機應用。iPhone采用投射式觸控式面板,更具備多點觸控功能,全觸控式面板完全無按鍵,而多點式觸控可以2指拉動方式自由調整畫面。