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「LCD TV系统开发设计」研讨会实录
零组件科技论坛──

【作者: 編輯部】2004年01月05日 星期一

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LCD TV市场趋势分析

讲师:拓墣产业研究所资讯通讯研究中心主任柯维华

《图一 拓墣产业研究所信息通讯研究中心主任柯维华》
《图一 拓墣产业研究所信息通讯研究中心主任柯维华》

原本不被看好的2003年可说是低迷已久的全球半导体景气反弹回升之关键点,尽管市场复苏的幅度并不明显,但却为2004年的崭新开始带来了进一步成长的希望。在这样的经济情势之下,活力十足的消费性电子产品领域可说是备受各界瞩目,其中LCD TV(液晶电视)更是被视为「杀手级应用」的新兴产品。为完整剖析LCD TV的市场趋势走向,拓墣产业研究所资讯通讯研究中心主任柯维华分别以供需趋势、尺寸种类、价格、品牌等面向,勾勒此一产品之发展状况。


柯维华指出,LCD TV的市场供需情况可由统计学与经济学等两个不同角度分析。以统计学的角度分析,各家市调机构的统计资料皆显示,10吋以上LCD TV终端市场的需求在2003至2007年皆将呈现持续上扬的趋势,预估2004年市场规模可达800万台;而在历经2004至2005年的缓慢成长之后,2006年又将会有一次幅度较大的跃升,达到2700万台的规模。此外在LCD TV关键零组件──TFT-LCD面板供应情况方面,预估每两年将呈倍数成长,其中台湾与韩国厂商将逐渐成为供应主力,目前属于技术领先国家的日本则将逐渐淡出。


柯维华强调,影响TFT-LCD面板供应情况的关键因素在于终端产品面板尺寸的标准化(Normalization),而应用在LCD TV的面板虽然与LCD Monitor与笔记型电脑相较,在比例上仍有一段差距,市场规模较大的LCD Monitor仍是目前TFT-LCD面板的应用大宗,但也因为毛利较低,终端市场需求量的状况对面板供应量的影响程度颇大。柯维华表示,以经济学角度来看,价格高低是决定市场供需平衡的关键要素,此外面板制程技术的成熟度、厂商投入家数的多寡与消费者的需求高低等,都是是影响供需情况的变因。整体看来,2004年的LCD TV市场供应情况大致良好、价格也将下降,但生产情况与原料的供应仍有可能为整体市场带来变化。


大尺寸LCD TV发展后势可期

LCD TV萤幕的主流尺寸变化与其他种类TV的相互消长情况,也是市场​​观察的重点。柯维华指出,传统CRT TV(彩色映像管电视)对LCD TV来说仍是强劲对手,预估CRT TV市场在2004年以前仍将持续成长,其中因为消费者对价格的考量,30吋以下的CRT TV仍将维持一定的市场需求,但在大尺寸领域中,将逐渐与LCD TV缩小差距。目前LCD TV,因受限于面板厂的生产线布局,仍以20吋以下产品为主流,2004年之后可望在20至30吋、30吋以上的产品比例上持续成长,甚至在2007年演变为大尺寸萤幕挂帅的局面,如(图一),且因为制程技术的演进所带来的成本降低,LCD TV预料可逐渐取代PDP TV(电浆电视)与Projection TV(投影电视)在大尺寸TV领域中的地位,成为市场霸主。



《图二 LCD TV尺寸比例变化》
《图二 LCD TV尺寸比例变化》数据源:JPM、Samsung、Citigroup、FPDS、TRI;2003/11

无论如何,LCD TV是否能成为市场中的杀手级产品,对消费者来说最为敏感的价格问题势必是不可忽视的重点。柯维华指出,LCD TV在拓展市场上的一大瓶颈即是居高不下的售价,在短期之内很难赶上CRT TV的普及率;分析目前LCD TV的价格结构,面板的成本与厂商利润约占80%,且在萤幕尺寸不断加大的趋势下,面板价格也持续成长,但其余IC零组件价格却反而将呈现下跌局面。由此分析看来,LCD TV价格要朝向“平民化”目标迈进,除了期待面板成本能因制程技术之逐渐成熟而降低,厂商是否愿意压缩目前约达两倍的获利空间,换取更大的市场接受度,值得陆续观察。此外,各大品牌厂商的产品策略也将是市场主导力量之一,柯维华表示,目前LCD TV一线品牌厂商由Sharp、Samsung、Sony稳居前三大,LG、Panasonic紧追在后;二线厂Philips、Toshiba、Sampo、Hitachi、BenQ、JVC与Mitsubishi与一线大厂之间则尚有一段距离;而未来将有Dell、Motorola、HP与Apple等品牌陆续加入竞争。柯维华特别指出,其中Dell的动作特别值得注意,该厂极有可能掀起一波低价战,为LCD TV市场带来更多发展活力。


LCD TV的设计新挑战

讲师:美国国家半导体产品应用工程师洪志明

《图三 美国国家半导体产品应用工程师洪志明》
《图三 美国国家半导体产品应用工程师洪志明》

对LCD TV来说,LCD驱动IC和控制IC是除面板之外至为重要的关键零组件,其中控制IC的功能在于处理LCD TV之的影像色彩、亮度、饱和度,驱动IC则是控制萤幕像素的开关与光线走向。通常每一台LCD显示器只要用到1颗控制IC负责影像信号的处理;驱动IC则随产品萤幕尺寸而在数量上有所不同,随着LCD TV萤幕画素越高,所需的驱动IC数量也会增加。因此对LCD TV来说,面板后各种驱动IC与控制IC的电路设计良窳,可说是决定产品品质好坏的关键要素,也是备受各家LCD TV与相关IC设计业者关注的焦点议题。零组件科技论坛「LCD TV系统开发设计」的第二场课程,邀请美国国家半导体(National Semiconductor;NS)针对LCD TV的时脉控制(Timer Control Register;TCON)与垂直显像驱动(Column Driver; CD)部分的电路设计,为学员介绍目前此一方面技术的最新发展趋势。


NS平面显示器产品应用工程师洪志明表示,TCON与CD电路设计是对LCD TV产品画面显示品质具备关键性的影响,而厂商如何在LCD 控制/驱动IC零组件的低成本趋势下,提出高效率、具竞争力的电路设计,是至为重要的产品策略考量之一。 NS 为此建立名为RSDS(Reduced Swing Differential Signaling;差动讯号)的LCD TV号传输介面标准,并将此一标准下的电路设计开放业界参考,目前也获得颇高的接受度。RSDS是由NS于1998年所建立的LVDS(低电压差动讯号传输)架构所延伸,可减低EMI干扰问题、节省电路板空间,且具备面板内建汇流排介面(Intra-panel bus interface)、双缘触发时脉模式(Double edge clocking)等特色;如(图二)。



《图四 RSDS参考设计示意图》
《图四 RSDS参考设计示意图》数据源:NS

降低EMI之电路设计可大幅降低成本

洪志明指出,RSDS输入介面的信号电压振幅较传统传输介面标准的3.3V降低许多,最小可到达0.2V,而EMI的发生主因通常为电路中电流大小变化所形成的电磁辐射,会随着电流变化的大小程度与变化频率而增加,所以当输入的电压振幅变小时,电流变化幅度也会减少,让EMI程度减低;除此之外,由于RSDS介面采“differential pair input”,成对的输入​​信号线所分别输入的信号是反向的,因此信号线上所流通的电流也是反向,所辐射出来的EMI也会因其相互作用而抵消掉大部份。由于RSDS可大幅减低EMI程度的特性,在电路布局中无须需额外再加入协助减低EMI的零件与电路设计,不但可节省电路板空间,也可有效达到降低零组件成本的目的。


除了减低EMI的优势,RSDS亦具备R-LDC(Row Line Delay Compensation)的、独立Gamma射线等特性;随着LCD TV朝大尺寸的迈进,萤幕画素与解析度也随之不断提高,此一参考设计对大萤幕LCD TV在输入讯号延迟的改善与色彩饱和度的提升方面皆有显著效果,其参考设计如(图三)。洪志明表示,整体说来,在LCD TV朝向更轻、更薄、更低成本的趋势迈进之下,精简而高效能的电路设计对产品的市场竞争力提升是重要考量;藉由RSDS介面标准的开放参考,希望未来能刺激相关技术的更进一步提升,让LCD TV市场成长能更加蓬勃。



《图五 RSDS设计范例(1280×768)》
《图五 RSDS设计范例(1280×768)》数据源:NS

LCD TV背光驱动设计解决方案

硕颉科技系统设计部高级工程师黄世中

《图六 硕颉科技系统设计部高级工程师黄世中》
《图六 硕颉科技系统设计部高级工程师黄世中》

目前LCD TV背光源解决方案是以冷阴极萤光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp;CCFL)为主流,CCFL因具备电气与光学特性稳定、寿命长、耐震耐冲击性、具调光性、小型量轻、低发热量、低耗电等特性,适用需要较大尺寸面积与较长时间之背光照明的LCD TV,也是目前较为成熟且普及度较高的LCD背光源解决方案;由于CCFL背光板材料与制造技术专利权目前主要由日本厂商所掌握,台湾业者可着墨的领域则在于CCFL背光模组的驱动电路设计;零组件科技论坛「LCD TV系统开发设计」的第三场课程,即邀请硕颉科技以LCD TV背光驱动电路为主题,为学员介绍设计要点与技术趋势。


硕颉科技系统设计部高级工程师黄世中指出,要设计高效率的LCD背光板驱动电路,除了要充分了解背光源的发光特性,由于不同LCD产品在照明条件上的需求也有所差异,针对不同应用进行不同的电路规划考量亦属必要;举例来说,LCD显示器所使用的背光灯管较少、对亮度需求较低,可携式产品LCD萤幕背光则须着重轻、薄、短、小与低耗电量,LCD TV背光则是多灯管、高亮度与高可靠度的需求,驱动电路需更着重稳定性的设计。可参考的背光驱动电路结构有三种:一是电路操作容易、稳定性高的「Buck-Royer」,二是使用元件少、效率高且变压器输出电压较低的「Direct-Driver」与电磁干扰低、效率高且功率密度较大的「Piezo-Transformer」,如(图四)。


《图七 LCD背光功率电路结构,注释:(A)Buck-Royer;(B)Direct-Driver;(C)Piezo-Transformer》
《图七 LCD背光功率电路结构,注释:(A)Buck-Royer;(B)Direct-Driver;(C)Piezo-Transformer》数据源:硕颉科技

着重多灯管设计的LED TV背光电路

黄世中表示,较大尺寸的LCD TV在背光设计上通常有以下的需求考量:包括灯管电流平衡、低干扰、高效率、均匀亮度、较长灯管寿命、宽范围调光比、连接灯管、高对比度与电路安全保护机制,而针对以上的需求采用适当的电路设计,对于LCD TV产品的画面显示表现可说有关键性的影响,也可延长产品使用的寿命。LCD 背光灯管的寿命平均在5万小时以上,且灯管亮度会随着使用时间的拉长而逐渐衰减,黄世中指出,为让平均使用时间较长的LCD TV寿命能延长,目前有较CCFL背光源亮度更持久的EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp;外部电极萤光灯管)技术问世;EEFL与CCFL的最大不同在于灯管两侧的电极结构,如(图五),除使用寿命较长的特性,在多灯管连接方面的效能亦高于CCFL。在CCFL背光板中,一个升压器(Inverter)只能驱动一至两支灯管,一旦萤幕尺寸加大、所需的Inverter数量也增加,相对也使整体背光模组的功率消耗较大,反之EEFL背光板所需的Inverter数量则可减少许多,消耗的功率也较小,在未来应可取代CCFL成为LCD TV背光源新主流。此外,LCD TV背光驱动电路在安全性上的考量,亦是设计时不可忽视的要素之一;黄世中亦强调,未来随着LCD TV尺寸加大的趋势,高电压驱动方式以及系统化整合等,都是提高LCD TV影像品质、降低成本的背光驱动电路设计考量。


(整理\郑妤君)



《图八 EEFL与CCFL比较图》
《图八 EEFL与CCFL比较图》数据源:硕颉科技
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