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0.1mm厚度之爭!LCD?觸控面板薄型化趨勢

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友達光電副總經理暨移動產品事業群總經理吳大剛

友達光電副總經理暨移動產品事業群總經理吳大剛,先播放一段約數分鐘的影片,描繪出未來顯示科技的應用。首先一群學生坐在戶外餐桌上討論課業,一位同學拿出1個看起來跟透明塑膠墊板相當的顯示裝置,不僅能清晰的顯示圖像與影片,還可折疊與彎曲(Bendable);此時一陣風吹過來,把這個顯示裝置連同一堆紙吹掉到地面上,因其輕薄可撓曲的堅韌材質特性,所以該裝置並沒有被摔壞。

另一個同學騎著腳踏車來到分叉路口,從腳踏車龍頭位置往上一拉,顯示器就像投影機的布幕一樣被拉出來,點選面板的GPS導航功能並獲得指示。這就是友達想介紹的新一代可撓曲顯示面板(Flexible display)。

回到演講大綱,吳大剛用一張昔日行動電話與今日手機應用示意圖作對照,20幾年前行動電話剛發明出來時,體積大如水壺,而今日隨便1隻手機就能以單手掌握、觸控,並可輕鬆放入上衣口袋或褲袋內。當1個裝置的limitation被改變的時候,就可以發現在科技上又創造出許多不一樣的新需求。

裝置需求從可移動、行動到口袋化

吳大剛指出,當雲端運算與服務普遍化,一切事物可以透過集中化的伺服器被運算、儲存、存取與共享。而人們對裝置的需求,將從Portable(可搬動)、Mobile(行動化)到Pocketable(口袋化)。最經典的代表,就是個人桌上型電腦進化到筆記型電腦,然後從手機到智慧手機的行動化,但我們還希望裝置體積還能更小,能很方便的放到口袋內(Pocketable),隨時隨地都能顯示、查閱資訊。

追求更纖細(Slimmer)的顯示面板,首先帶來的效益是可以增加電池容量與供電時效。現有的鋰電池科技進步相當緩慢卻又不可或缺,其電力儲存容量與供電時間跟電池體積成正比。如果把LCD模組厚度減少25%,空出來的空間可以讓鋰電池容量增加10%,假使以1部智慧手機使用1,200mAH鋰聚合物電池來看,多出來的120mAH相當於增加了可以多看2小時電影的電量。

另一個效益則是減少重量,當顯示面板的LCD模組厚度減少10%,整個裝置重量可以減少15%,同時更纖細化將帶動潮流。蘋果的產品除了Interface好用之外,簡潔與時尚(Stylish)的產品外型設計也是一個賣點。這幾年從強調功能、規格的工程師思維產品(Engineer Product),已逐漸轉變成強調生活應用,甚至以時尚外觀供女性做為裝飾品的一部分。

可撓曲捲曲的顯示面板設計

據統計,行動電話送回維修的原因,有20%是螢幕破裂。要讓顯示面板做到又薄又不容易破裂,其實是互相衝突的。友達光電的纖細化解決方案(Slim Solution)提供四大範疇:OLED(Organic Light-Emitting Diode)有機發光二極體顯示、Slim touch觸控方案、Flexible可撓曲方案以及SLIM Module。其中OLED是整個纖細化過程中,最具備前瞻性、革命性的薄型化技術的關鍵顯示器技術。

吳大剛進一步闡述,因LCD本身不會發光,因此要加裝1個濾光玻璃片(filer glass),加上反射板等組件,其厚度至少增加1.5mm;而OLED是自發光的裝置(Emitting device),可以減少這1.5mm關鍵厚度。而LCD模組本身也可以有薄型化的機會。Slim Touch觸控薄型化,則是讓觸控面板由2片玻璃減少到1片玻璃,最後變成內嵌式(in-Cell) Touch,讓厚度再減少0.4~0.5mm。

Ultrabook進一步驅動面板薄型化

Ultrabook是英特爾在2011年COMPUTEX時發表的產品概念與規範,英特爾估計未來有40%的筆電將以Ultrabook的形式呈現,2012年已有10%以上比例的筆電新品是以Ultrabook推出。

一般NB的上蓋厚度為19~30mm,Ultrabook上蓋的邊緣部份,則降到18~19mm;整個機體厚度從過去45mm、35mm,一路降到21mm(14吋以上)甚至18mm(14吋以下),在顯示模組部份也被要求大幅降低厚度,從2011年3.6mm到2012年要降到3mm厚度,2013年要進一步降到2.8mm。

台灣廠商對Ultrabook的態度非常積極,像華碩(ASUS)跑得非常快,還有聯想(Lenovo)、東芝(Toshiba)等,幾乎每一家廠商都有Ultrabook產品,絕對是今年下半年重要的賣點。

蘋果iPad平板電腦也持續朝薄型化的趨勢。第一代iPad厚度13.4mm,採用3mm厚的顯示面板,第二代iPad2機身厚度降到8.8mm,更使用到僅2.5mm的超薄型面板。

超薄型化顯示面板的關鍵性零組件

顯示面板是由上層ITO、CF、TFT Array、下層ITO等玻璃層元件(Glass),以及下半部Film、LED/LGP元件組成。首先玻璃層元件厚度從25年前1.1mm,一路減薄到今日0.5mm,計畫未來再降到0.3mm(平板、手機則降至0.2mm)。

而Notebook使用的導光板(Light Guide Plate;LGP)厚度0.8mm,未來將降到0.6mm,平板所使用的LGP會降到0.4mm。Notebook的背光LED元件從0.8mm將降到0.6mm,平板電腦的LED厚度從0.6mm降到0.4mm。

友達已掌握關鍵技術,可在不增加電流密度的條件下,解決以往縮減LGP?LED元件層厚度時,因電流密度變大影響亮度調降的顯示問題。

在觸控(Touch)面板部份,最早手機使用Glass Film,而平板電腦則使用G/G。從G/G兩片玻璃,減薄成OGS單觸控玻璃,再減薄到In-Cell Touch(內嵌式觸控)—把感測層做在濾光片(CF)與TFT陣列之間。

目前友達的Thinner G/G技術,做到Cover Glass 0.7~0.55mm、Sensor Glass 0.4mm,降低整體厚度1.2mm,並應用在筆記型電腦、AIO一體機、Tablet;OGS則做到降低厚度0.4mm,應用於Tablet與27吋平面顯示器。他預估今年出貨的Ultrabook中,有5~10%會內建Touch。

吳大剛指出,如果要設計曲面、可撓曲的顯示器、觸控板,以及無防護玻璃層的筆電、數位相機等裝置,則需使用到In-Cell Touch。它跟既有的TFT面板製程相容,只要追加幾道製作感測層的步驟,但由於In-Cell內嵌式觸控有噪訊的問題,他認為目前在6吋以下觸控面板可採用In-Cell Touch技術。

友達展示AMOLED面板 打破三星壟斷局面

吳大剛提到去年三星Galaxy S2採用AMOLED面板,創下全球最薄的8.49mm厚度;今年CES 2012展中,大陸華為(Huawei)、日本富士通(Fujitsu)分別展出厚度6.68?6.7mm的Ascend P1S與F-07D 手機,均採用AMOLED面板元件。依Display Research與TSR市調研究機構的資料,2012年AMOLED面板出貨量可達1.27~2.01億片,預估到2016年可達到3.2~4.55億片。

友達於去年FPD 2011展示4.3吋qHD(540x960,257ppi)高解析AMOLED面板,4吋 WVGA(800x400) on Cell Touch內嵌觸控AMOLED,以及6吋Transparent 半透明AMOLED面板等技術。

AMOLED的薄化技術,從目前encapsulation Glass加TFT OLED Glass的1.2mm厚度,進展到前面改貼防水封裝膜(encapsulation Film)、厚0.6mm的單Glass type AMOLED,再進化到厚度僅0.3mm、防水防摔可折曲、採TFT OLED Film全膠膜的AMOLED。而且,友達也於FPD 2011年展示0.3mm厚度、採塑膠膜設計的4吋VGA(640x480)解析度的Flexible AMOLED Display。

吳大剛最後總結表示,友達提供全系列的薄型化面板與相關模組,並提供從3~27吋OGS技術的全尺寸觸控面板,可撓式AMOLED是未來智慧手機的新趨勢,而內嵌式觸控技術的加持,將更增加顯示器的可撓範圍。
(本文提供英譯版本,請按此連結閱讀英譯版本內容)