用于智能型PDA手机的显示器设计解决方案

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现代手机手机已非单纯语音应用，新型电子技术逐步被应用于手机设计，如高阶机种纷纷整合网路电话、导航、多媒体影音、行动电视…等多元应用，加上Wi-Fi、3G、WiMAX、LTE…等无线技术不断创新与成熟，让手机应用更加丰富、多元。但面对功能不断追加，也代表功耗持续增加，如何满足显示需求、又能兼具低功耗要求，已成为新手机显示面板无法避免的严苛挑战…



    2007年苹果电脑在美国推出iPhone手机，创造一波智慧型手机销售高峰，而后智慧型手机销售量也不断攀高，据IMS Research市场调查显示，智慧型手机市佔率将于2012年超过25%，5年后全球每4支手机当中就有1支是智慧型手机、或PDA手机！国内目前除Nokia、Motorola…等通信大厂积极导入智慧型手机外，宏达电与微软已投入战局。         






       分析iPhone所以造成热购风潮，其主要特色为，iPhone具有炫丽的萤幕画面，不但有宽广清晰的视角表现，更有同时多点操作触控萤幕功能特色，在此同时，随着苹果iPhone產品发表，也带动触控式显示面板商机，触控面板吸引更多消费电子產品仿效、采用，包括：手机、Nb、MP3、超迷你电脑(UMPC)…等可携式电子配备，渐有相关应用推出。
    除触控技术外，行动装置关键的面板技术，也因多项技术逐步成熟后，让行动装置的显示需求可有更多选择，例如可挠曲的电子纸已有厂商开发出彩色显示技术，而AMOLED的商品化技术，亦有手机、数位相机等产品相继采用，让行动装置的显示器的技术战局，愈来愈精彩。
    如何解决行动装置省电需求
       新型智慧型PDA或手机，倾向于把传统行动通信与多媒体…等多元附加功能，包括数位相机(DSC)、音乐播放机(MP3)、视讯会议以及全球定位系统，甚至可携式数位广播电视…等都整合在一起。诸多附加需求，不同电源电压与电流需求便不断增加，使电力耗能成为亟待解决的问题。
       如何将封装空间缩减，并能同时支援更大的功率输出？如采零件整合的电源系统单晶片(power-system-on-a-chip)设计，将有助行动电话电源应用效率；如何实现最佳效率、并延长电池供电时间，同时又降低电源杂讯干扰？其中需注意相关电源解决方案。
       例如，选用具充电控制、电池监视和电池保护…等电源管理系统时，审慎配置电源转换元件，如采电感为基础并且内建FET开关的交换式电源转换器，能确保整体效率；依不同智慧型手机零件搭配不同电源需求设计，如考量射频採用压控振荡器(VCO)及锁相回路(PLL)，需要极低杂讯和高电源拒斥比的供电。




        另需将直流转换器开关频率，及其2阶和3阶谐波，保持在中频频带。采用动态/可适性电压调整技术(DVS/AVS)，可将闭回路系统中的处理器和稳压器连结，确保系统正常工作，并将数位电源供应的输出电压动态调整至最小值。
       功率放大器也因此将被最佳化，并达最大传送功率，获得最高效率。採用最新製程技术，有利迅速修改、并利用现有的离散元件设计，提供不同整合程度的半导体晶片。另因新型显示技术OLED显示器，藉其超高的对比值、快速响应时间和宽广的视角优势，扩大市场佔有率，故需依不同材料如聚合物或小分子、主动或被动矩阵控制、电流和电压驱动技术，以及不同偏压供应电路…等，评估不同解决方案。
        而被动矩阵显示器需要1组电源升压转换器、主动矩阵显示器需正/负偏压电源供应…等，采用能缩小电路板面积的微型直流转换器，辅助类比电路上所需电路隔离式输出电源和降低杂讯设计，提供隔离式电源转换功能，确保符合工业应用与电信、医疗设备…等安全规范要求。
                          
                       
                          
                               
       采用整合与分布式智慧型电源系统设计，如参用类似bqJUNIOR晶片，可以蒐集必要的全部资讯，又能执行相关逻辑计算，将有助系统主机处理器相关演算法发展，并能减少产品研发时间与成本。例如，TIOMAP1710应用处理器，便是很好的搭配，透过OMAP5910嵌入式晶片，即能取得所需的电源资讯，供有效节能与安全控管。




       最后，建议採用电源系统单晶片(power-system-on-a-chip简称PSOC)的整合功能，相对地有助于行动通信，尤以高阶智慧型PDA或手机开发研制所需零件整合，符合多功能整合系统的精简零件目标，不但可大幅降低制造成本、减少电路板面积、精简产品组装和制程、系统可靠度测试将随之缩短，并有助更高阶晶片之整合度与发展流程效率，进而加快產品量產与上市时间，确保产品竞争力。
      例如TI制TPS65010就是具备高整合度、高功能的电源系统单晶片PSOC。专门支援行动通信相关电源管理需求应用，包括PDA、数位相机、多媒体智慧型手机等产品；只要系统使用单颗鋰电池或是鋰聚合物电池，并包含多组电源线路和先进应用处理器，TPS65010就能处理电源系统整合，达最佳运作效能。
       TPS65010可有效缩小电路板面积，最多只需传统电路设计的1/3电路板面积，内建2个同步直流降压转换器、整合式FET电晶体等，可供系统电源1A转换及处理器核心电源400mA转换，在最大工作模式下达到97%转换效率。
        国内面板厂技术发展现况
        早期广视角技术MVA(Multi-Domain Vertically Aligned)是由日本Fujitsu所开发，其技术特徵是在原无电压状态下，液晶分子排列状态是垂直於玻璃面板，表示光线被阻隔成黑色状，加上电压后，液晶分子就成斜水平状，便接受影像光线之传导与穿透。MVA技术其优点包括，高对比、广视角、无灰阶反转、高解析度、快速反应时间…等。
        目前市面有ViewSonic採用改良的SuperClear MVA技术，大幅改进传统液晶萤幕亮度不均匀与可视角度窄的缺点，也使其影像產品对比提高、色彩显示更优化。
        友达在MVA设计考量是，为改善液晶电视在观看视角上的限制与大视角色偏现象，目前已自行开发新一代超广视角AMVA (AUO Advanced MVA)技术，运用比传统MVA技术更多的区域画素(Domains)，来解决大视角色偏的问题，同时能达到178度的超广视角，大幅提昇至大於5,000 : 1之超高对比，并呈现更真实鲜艳的色彩与更好的影像品质。
       另基于改善动态影像反应速度，采用了ASPD—Simulated Pulsed Driving有效解决LCD残影问题，以及採ASPD—Full HD 120 Hz Driving使影格速率(Frame Rate)提升，该技术并提升了动态画面反应时间(约灰阶4ms；MPRT 8ms) ，有效改善动态影像画质表现。另友达开发可携式显示器广视角(AMVA-mobile)技术更高的对比、更广的视角及更快灰阶间反应速度，及维持高穿透率…等需求，有效应用于数位相机及行动电话、PDA…等小尺寸液晶萤幕应用。友达另开发HiColor技术，其色彩饱和度为传统液晶显示器的1.33倍，为利用RGb 3原色混光LED背光模组，该技术能使色彩再现程度由NTSC 72%提升至NTSC 105%。强化色彩亮丽饱满与鲜艳效果。
        触控面板技术竞争现况
       行动装置附加触控萤幕功能，近来成為设计热潮，Freescale尝试在工业用人机介面(HMI)应用导入触控式荧幕控制器，其嵌入式处理器MCF5227x LCD採32位元运算，适用在需高效能、整合性与设计弹性的人因控制系统设计，符合商用与工业应用需求。如在图形显示介面添加荧幕触控功能，而不须设计大量的分离式控制器及其它元件。
        透过这款高度整合的元件结合单晶片彩色LCD与触控萤幕控制器，可让人轻易地透过触控式使用介面，发挥各种操控之应用功能。据Freescale描述，该处理器之应用还包括大楼/住宅自动化、HVAC与照明控制系统、火灾/安全控制系统、医疗与病患监控產品、测试与量测装置、零售点(POS)系统以及大型家电(烹调、冷冻及洗濯机具…等应用，显示未来触控萤幕操作应用与角色，将无远弗届。
        从技术面向看，电阻式触控萤幕，现阶段仍会是市场主流，由於它价格低廉且可以手指与触控笔进行操作，即便电阻式触控萤幕不耐用、且传导上较不灵敏，但低价优势也让这项技术应用暂时主导市场，该产品目前在Kiosk、零售通路商、财金、电子书与医疗市场上都很流行。
        考量投射电容式触控萤幕耐用性与传导性均比电阻式好，许多厂商纷纷在研发此种技术，其中苹果iPhone触控荧幕便采用投射电容式技术。未来触控面板如何满足特定功能需求及差异化？将会是提升產品获利的关键所在。类似防眩光、低反射、防掌触…等技术，对小尺寸消费型行动设备而言，轻、薄、短、小便是产品趋势，触控面板肯定需朝更薄、更轻、更低成本方向努力。
       目前苹果iPhone手机触控面板晶片是採用美商新思(Synaptics)產品，以电容式感应技术為主。新思笔电触控板在全球市佔率已高达60%，预料近期将积极投入手机触控面板市场。其供应客户尚包含叁星及LG推出PRADA手机…等。新思也将台湾代工厂纳為目标客户，主要是看重台湾為全球最大代工基地：包括Nb (80%)、液晶显示器(66%)…等，同时也是手机、GPS…等掌上型产品的生产基地。新思已在台成立设计研发中心，将提供客户客制化触控技术，预期可以缩短產品设计到上市的时程。
      由于美日大厂Synaptics、ALPS、TI…等掌握电阻式及电容式触控面板之部分专利权效期即届满。而台湾触控面板厂商如义隆、迅杰与伟詮电…等，在电容式触控面板技术已耕耘长久时间，未来商机将可期。
       行动装置显示面板未来技术重点
       高解析度：采用QVGA或比QVGA更高规格的高画质显示器，已成為多媒体手机主流规格，如2007年第1"2季，QVGA已佔整体手机主面板用TFT LCD出货量33%以上。未来PDA或手机面板解析度将持续向VGA或WVGA推进。尤其现流行之GPS图资、网路浏览器及影片播放功能，均期待拥有VGA解析度，另全球最高解析度手机原为NEC N904i (3吋、854×480)机种，但NTT DoCoMo於2007年末一口气推出10款864×480解析度手机。故VGA等级PDA或手机预计在2010年约可达10%。
      高显色性：多媒体显示器显示可达1,677万色，将逐渐导入多媒体手机，色饱和度由NTSC 72%趋向90%以上，日系机种采用类似大尺寸LCD TV级面板。TFT LCD现已不再採用小於6.5万色驱动IC，甚至部分CSTN LCD或PMOLED已采用6.5万色甚至26万色驱动IC，目前台厂在1,677万色驱动IC出货比例仍不足10%。目前Nokia在其中高阶手机大量导入1,677万色，而其它厂商目前已逐步跟进。以往一般手机用TFT LCD色饱和度约为NTSC 50"60%左右，唯多媒体手机普遍採用高色饱和度面板。
       广视角：广视角功能可满足影像分享效果，广视角功能朝全视角无色偏方向发展，同大尺寸LCD TV面板，手机面板广视角亦有MVA及IPS等2大阵营。事实上，2大阵营成员与大尺寸LCD TV面板亦多半重复。MVA阵营由夏普领军(Mobile ASV)、三星电子、友达、胜华、统宝…等。IPS阵营则由日立及LPL主导。
       触控萤幕：触控式面板手机应用，原仅有电阻式技术，iPhone带动电容式触控面板手机应用。iPhone采用投射式触控式面板，更具备多点触控功能，全触控式面板完全无按键，而多点式触控可以2指拉动方式自由调整画面。