自從第一支手機誕生以來，螢幕一直是決定用戶滿意度的關鍵因素；隨著人們需要的信息越來越豐富，LCD螢幕也從簡單的單線七段顯示裝置發展成為能夠顯示高解析度影像和視訊的高級彩色螢幕。

此外手機和其它手提通信產品正迅速融合，成為整合了PDA、數位靜止影像和錄影機、音樂播放器、網路瀏覽、GPS、遊戲和媒體等豐富功能在內的多媒體設備。行動設備的未來應用在很大程度上也取自於顯示技術的發展。影像、串流視訊（streaming video）和互動式遊戲等應用，增加了用戶更換手機的需求，同時也增加了手機廠商創造新服務的動力，請參考圖一。

《圖一　行動服務市場接受趨勢》

最重要的是，對彩色螢幕的需求刺激了整個產業的發展。螢幕不再僅僅是做為地址、查詢日曆和記憶電話號碼的擷取點，並成為一個提供用戶新使用經驗基礎的動態平臺。

彩色螢幕帶動AMLCD技術發展

大多數行動應用都依賴STN-LCD（超扭曲向列液晶顯示器）技術來滿足其顯示需求。事實上，對於過去10年間行動電信業務的繁榮發展，簡單的單色STN螢幕功不可沒。利用簡單的被動陣列位址結構（passive-matrix addressing scheme），單色STN螢幕即非常可靠、且具低成本及低功耗。

隨著彩色螢幕在手機中的應用，針對行動應用的主動陣列LCD（AMLCD）發展很快。AMLCD與簡單被動陣列技術相比有許多優點，因為AMLCD可提供強化的影像效能，特別是對於快速發展的影像和遊戲應用。

與用來生產電腦和電視大尺寸螢幕的技術不同，針對行動應用開發的AMLCD是高度通用的客制化顯示器。隨著服務供應商提供的行動服務和新應用越來越多，主動陣列LCD在手機中的應用將會在全球大眾市場中繼續普及，而且到2007年以後還將進入低階手機和行動設備市場。

AMLCD解決方案擁有包括非晶矽（a-Si）TFT和低溫多晶矽（LTPS）TFT在內的全面AMLCD技術；目前a-Si螢幕占有全球AMLCD螢幕銷售量的90％以上。參考圖二。

《圖二　行動通訊應用之顯示技術市場概況》

低溫多晶矽技術

LTPS是一項快速發展的新興技術，其優點如下：

在目前筆記型電腦中通常使用的AMLCD中，每個像素都是由直接製作在玻璃基底上的一個非晶矽晶體管來驅動的。然而，為形成一個完整的顯示系統，這些非晶矽晶體管必須由標準矽整合電路驅動，後者通常利用玻璃基底上的晶片固定技術（chip-on-glass）安裝在螢幕上。對於小尺寸視訊螢幕，這些驅動器IC的成本和尺寸變得非常突出。目前已有一種新的半導體製程可以使這些驅動IC消失，而讓整個玻璃表面成為一個主動層，新的顯示結構就在此一主動層中完成。

在低溫多晶矽（p-Si）的製作過程中，首先是利用目前LCD產業中常見的生產技術將非晶矽覆蓋在大尺寸玻璃基板上。這種非晶矽的問題在於其電荷載子（charge-carrier）移動率低，而且其內在穩定性差。儘管對於製造開關單獨顯示像素的晶體管來說是足夠的，但對於處理驅動螢幕所需要的邏輯和混合信號功能卻是不夠的。這也是為什麼目前的AMLCD面板需要額外的矽晶片的原因。

目前一種創新的方法是可以將這層非晶矽薄膜加熱到其熔點以上，因此當其冷卻時會結晶為多晶矽。整個過程是利用準分子雷射完成的；雷射可以將局部的非晶矽材料加熱僅數納秒（nanoseconds）的時間，同時保證最大處理溫度低於玻璃襯底處理所需要的450℃溫度限制。這一過程與現代CD-RW光學儲存技術中所使用的再結晶現象類似。

具備發展潛力的多晶矽技術

與非晶矽相比，多晶矽中的電荷載子移動率要快得多。採用準分子雷射來控制微米區域改良的技術，可將多晶矽中的電荷載子移動率提高到IC生產中使用的矽材料電荷載子遷移率的90％左右。多晶矽不僅速度更快，與非晶矽不同的是，多晶矽還能夠製作CMOS晶體管，因此IC產業目前在模擬、數位和混合信號電路設計方面所擁有的現有經驗和技術都可應用於多晶矽結構。

多晶矽具有這樣的潛力，可將目前生產主動陣列LCD所需要的一切，都整合在更小尺寸的元件中，從而為行動設備的美學設計和人體工學設計留下更大的自由度，並使得組裝更簡單，產品更成熟、更可靠。同時，多晶矽技術還可降低待機功耗。然而，與非晶矽相比，多晶矽需要更為複雜和昂貴的製程，通常需要三個額外的加模步驟。儘管多晶矽的成本更高，由於它提供更高的解析度和更多的色彩，顯示面積也更大，因而適合某些特定用途。

多晶矽在玻璃基底上的應用前途光明，同時它在塑料襯底上的應用前景也不錯。實驗結果已經表明處理溫度可進一步降低到275度或更低，從而實現在塑料薄膜上製作多晶矽層。這有可能為彈性顯示器打開一個完全嶄新的世界，彈性顯示器可以安裝在手機的曲形表面，還可以包裹在日常用品的表面，如飲料罐上。

智慧型顯示器

除了改善現有小尺寸AMLCD的價格效能比以外，多晶矽技術還實現了新一代智慧型和低功耗顯示器。隨著致力於降低多晶矽晶體管閾值電壓的研發工作取得進一步發展，此類新型顯示器將可直接連接到目前主導消費電子市場的低電壓、低功耗CMOS SoC解決方案，同時降低顯示器件中整合的多晶矽電子電路的功耗。

更為複雜的多晶矽電路也開始從外圍移向顯示器像素結構附近。例如，利用更細線寬設計規則，可以在像素陣列的後面直接製造一個完整的儲存結構，從而替代現有顯示系統中的外部儲存記憶體。即使在螢幕中僅整合部分幀儲存功能也非常有用，這意味著當顯示簡單靜止影像時（如在行動待機模式），所有顯示介面和多路電路都可關閉，因而可大幅降低功耗（10倍左右）。在彩色螢幕中的每個像素整合1-bit儲存單元後可以提供顯示8種顏色的能力。

這種螢幕很快就能提供給消費者，一款384列（128×3 RGB像素）×160行反射式彩色AMLED已經出現，其中整合了所有行和列驅動器電路和4-bit DAC，同時還在像素陣列後整合了每像素1-bit的幀儲存記憶體。該款螢幕整合DC/DC變換器產生驅動螢幕的電壓，採用3V電源工作並可直接連接到3V邏輯系統。因此，顯示8種顏色靜止影像時的總功耗遠遠低於1mW。

有機發光二極管（OLED）技術

聚合物OLED螢幕最初應用於需要小型螢幕的產品，如家用電器、可攜式音訊設備、手機、PDA、數位相機和類似應用。事實上，採用小型PolyLED螢幕的產品已經出現在消費市場上。未來聚合物OLED螢幕將可望走入PC顯示器、電視和其他大尺寸顯示應用。

與LCD相比較，聚合物OLED螢幕較受到功耗的約束，但今後聚合物OLED螢幕的功耗將會接近LCD的效能。聚合物OLED可能永遠也不會被採用的一個領域，就是需要時刻“充電”模式的應用，如在手錶中的應用。

除了以上這些應用以外，彈性PolyLED顯示器件也在研究之中，因為其超薄兩層或三層三明治結構使其可製作在彈性塑料襯底上。其超薄特點還減輕了彎曲時結構中產生的應力，這使得PolyLED成為可捲曲螢幕的潛在技術選擇。另一項優點是顯示亮度或對比度隨視角的變化很小。做為自發光元件，PolyLED還同時具有良好的日間和夜間可視性。

結語

根據市場調查機構Stanford Resources 估計，中小尺寸平面顯示應用到2005年將增長到22億美元以上。而由以上的介紹可以看出，很多顯示技術各有其獨特的優點，非常適合於特定的行動應用領域；預期在未來一段時間內，這些類型的顯示技術將會共存。（本文轉載自《零組件雜誌》151期）

（作者為飛利浦行動顯示系統Philips MDS資深技術總監）

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