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LCD监视器应用IC现况与发展趋势
 

【作者: 廖國雄】2000年06月01日 星期四

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系统产品发展趋势、市场规模

由于LCD监视器兼具不占面积、幅射影响小、省电环保等优点,加上发展超大尺寸后重量远较CRT轻且容易携带等特性,俨然成为2000年后的主流产品之一,吸引众多厂商兴趣。据估计,国内各CRT监视器、笔记型个人电脑及其他欲寻求转形或多元化投资之电子资讯厂商相继有数十家(如瑞轩、仁宝、中强、新宝、致恩、诚洲、皇旗、美视、捷联(AOC)、瑞正...等)积极投入LCD监视器产业。


LCD平面监视器目前有类比、数位两种不同介面在互别苗头,未来虽有朝数位介面发展之趋势,但根据针对PC市场及支援平面型监视器所需技术分析结果显示,采用类比介面的LCD监视器目前占有较大优势。类比介面LCD监视器的优点包括:与传统VGA Card有高度相容性、类比介面更是唯一获得VESA(Video Electronic Standards Association)认可的LCD监视器标准介面。与过去​​发​​展其他新的周边设备一样,在由类比转换至数位介面的过程中,无论是技术上或市场上占有率,工业界都面临着相当大的挑战。过去经验显示,个人电脑主要介面的转换达到普及化几乎都需要花费5年以上的时间;突然转换到新功能介面上的做法,对于百家争鸣且产品琳琅满目的个人电脑市场而言,初期几乎不具任何经济上的竞争力。举例来说,在VESA区域汇流排和PCI出现近10年之后,工业界才开始淘汰传统的ISA Bus。


目前市场上主流LCD监视器为14、15 吋XGA解析度(1024×768像素),未来产品则朝大尺寸往17、18吋以上发展趋势,解析度则朝SXGA(1280×1024像素)、UXGA (1600×1280像素)、支援USB (Universal Serial Bus)、电视及DVD讯号输入等功能。


LCD监视器市场规模于1998年以前基于价格因素仍属于较利基产品,相信由于面板及关键零组件成本降低,1999年以后市场成长变得十分快速。据资策会于1998年十二月统计及​​预测资料显示,于2000年后每年均呈倍数成长(图一),其中1997年全球LCD监视器产量50万台,台湾产量8.1万台,占全球比率16.2%;1998年则成长为全球125万台,台湾则有29.5万台,台湾产量较上一年成长260%,占全球比率23.6%,预估2000年为580万台、2001年为900万台;台湾产量1999年则有71万台、2000年192万台、2001年315万台。台湾产量之全球占有率预估为2000年33.1%、2001年35%。



《图一 LCD监视器市场规模》
《图一 LCD监视器市场规模》

由以上数据可知LCD监视器IC有相当大的成长空间,因为国内厂商投入LCD监视器产业较晚,在之前均由美、日、韩系厂商主导,但现阶段则有相当多厂商相继投入,而日本厂商为寻求降低成本已逐渐将14、15吋主流机种来台湾委托代工生产,仅保留17、18吋以上高单价机种;再加上一直以来LCD面板多数掌握在日、韩厂商手上,但国内已有中华映管、达碁、翰宇彩晶、奇晶光电、联友光电等投入LCD面板制造,且分别于1999年Q3、Q4陆续进入量产。综合以上因素可知,台湾LCD监视器产量将有较全球更大的成长幅度,依过去CRT监视器经验,如国内具有类比、数位混合讯号设计能力之IC design house,在LCD 监视器控制晶片将较美、日系更具有技术支援及低成本等有利的竞争优势及机会。近期因LCD面板价格波动速度及调降幅度变化较大,LCD监视器厂商为避免价格调降而造成成本损失,影响其采购LCD面板之意向,对短期LCD监视器出货量造成一些冲击;但长期来看,市场将因LCD面板降价刺激需求量及成长速度,实属短空长多格局。


控制晶片应用分析

LCD监视器在类比介面系统(图二)重要IC元件有:控制晶片(图三)、High Speed​​ A/D Converter、0~4M SDRAM/SGR​​AM(视各控制器晶片规格而定)、8 bit MCU (8051/31;8052/32)等,其中以控制晶片为其关键零组件,其规格足以影响LCD监视器之成本及效能;而LCD监视器专用之控制晶片,除应用于LCD监视器供桌上型个人电脑或LCD个人电脑及工业电脑等之外,该晶片亦可稍作修改,应用于LCD投影机产品上。而LCD监视器控制晶片一般主要功能及规格有:



《图二 系统方块图》
《图二 系统方块图》

《图三 功能方块图》
《图三 功能方块图》

(1)类比讯号输入:

可将PC VGA类比视讯输入转换成数位讯号,并透过LCD监视器控制晶片产生Panel所需讯号,因此不需要更换原视讯卡就可显示电脑画面,达到随插随用的功能。


(2)支援XGA以上解析度:

目前LCD Panel以14、15 吋为主流,解析度可达1024×768像素,色彩数达16M真实色彩模式,但已有不少晶片已可支援15.4吋及17吋以上SXGA(1280×1024像素)解析度。


(3)内建能源控制线路:

支援VESA(Video Electronic Standards Association)协会所定DPMS(Display Power Management Signaling)规格,在长时间停止使用电脑情形下,自动进入能源控制模式,减少能源的消耗,达到省电的功能。


(4)内建PLL(Phase Lock Loop):

内建PLL电路,产生频率分别达25~135MHz;可针对不同的输入讯号及所使用Panel种类,自动切换适当频率。


(5)支援微处理器8×51介面:

透过微处理器程式设计,可调整显示视窗放大缩小,画面对比亮度等等;也可透过微处理器,根据厂商的需求,设计出具有其特色的OSD(On Screen Display)功能。


(6)具有自动频率调整功能:

因VGA具有各种不同Display mode,控制晶片需在使用者变换不同mode时,具备有自动调整的功能,避免使用者操作上的不便。


控制晶片的市场规模(产值)估计1997年为2,000万美元、1998为4,000万美元,而1999年约可成长至6,000万美元。因市场需求数量成倍数成长以及控制晶片新供应者不断投入,导致晶片价格逐年大幅降低,1999年晶片价格已达到1997年时的1/3~1/4,2000年控制晶片(Scalar)已可见到每颗低于10.0美元以下之价格,甚至可能降至1999年价格的1/2以下。


主要控制晶片厂商动向、新技术

LCD监视器控制晶片在1997年以前,主要供应厂商均为美、加、日系;如:Genesis、Paradise、NEC、Sage、NPL、Pixelworks等,而于1998年起国内厂商则有凌越科技(Topro )、旺宏、晶磊半导体(SmartASIC)等相继推出系统控制晶片。虽然国内有数十家厂商想进入LCD监视器产业,但多数厂商均面临设计人才及经验不足的情况​​,须仰赖晶片供应厂商提供必要之系统技术支援。虽然已有不少监视器厂商已推出采用美系控制晶片之LCD监视器,但对外商之技术支援及成本均相当不满意,皆希望能就近取得本地厂商完整的系统软、硬体技术支援。


台湾目前控制晶片技术及已进入量产者以凌越科技(Topro)、旺宏、晶磊半导体(SmartASIC)等较为成熟。其中凌越科技(Topro)以支援各LCD监视器厂商为主,迄今已推出支援DSTN、TFT-LCD Panel系列控制晶片及160MHz高速AD Converter(类比​​/数位转换)IC,已有相当多国内、日本及大陆LCD监视器厂商先后取得凌越(Topro)完整技术支援,分别采用凌越的控制晶片进行设计LCD监视器及投入量产中,其控制晶片交货量亦已达每月3万颗以上。旺宏于国内市场推广则显得较保守低调,主要以韩国市场为主。晶磊半导体(SmartASIC)有瑞轩投资,初期以支援瑞轩为优先。其他如民生、伟诠、创品、晶捷、钰创等均看好LCD监视器未来市场潜力,虽目前都处于起步阶段,均全力投入为分享未来LCD监视器成长的大饼做准备。


不论国内外厂商,产品研发均朝多功能、高解析度、高度整合、低成本等方向发展,至于数位介面控制晶片之研发,多数IC设计公司已进行规划或积极投入中。目前市面上已推出之国内外主要LCD监视器控制晶片请参考(表一)。



《表一 目前市面上已推出之国内外主要LCD监视器控制芯片》
《表一 目前市面上已推出之国内外主要LCD监视器控制芯片》

技术发展趋势面临挑战

LCD监视器控制晶片技术发展趋势上,在影像处理方面为满足未来多媒体及视讯产品需求,均朝高解析度QXGA(2048×1536像素)、且能平顺地处理画面放大缩小、因应高解析度及降低成本、整合160MHz以上高速A/D Converter(类比​​/数位转换)IC之SOC单晶片,亦是类比、数位混合讯号设计技术发展一个必然趋势上。而LCD监视器控制晶片发展有下列挑战必须克服:


(1)影像放大/缩小:

由于液晶面板的解析度是固定的,但是输入信号却是有各种解析度,例如VGA、SVGA、XGA、TV、HDTV等等...,如何把这些输入信号加以处理(放大或缩小)而以最不失真的情况下显示于面板上是一个需要克服的挑战。


(2)显像频率转换:

液晶面板能承受的显像更新率大部分都是有限制的,而输入信号却是各种频率,如何做频率转换而不会造成视觉效果画面破碎是考验工程师的能力。


(3)动影像调整:

自动影像调整功能正是使用者介面的顶级功能,使用者不需要去操作复杂的功能选项,只要一指就可以全自动调整至最佳化。


(4)色彩校正和Gamma校正:

目前各家厂商多是朝功能方向去设计产品,但是工程师常常忽略显像系统另一项最重要的功能-使用者的视觉感受。而色彩校正和Gamma校正就是以使用者视觉为前提的设计功能,唯有使用者感受到画质良好,这样的产品才是好产品。


鹢M多数业者普遍看好LCD监视器未来前景,且国内多家IC设计公司相继投入LCD监视器控制晶片研发生产,但因LCD监视器系统设计牵涉到软硬体及高频类比讯号不易处理及人力经验不足等复杂因素,量产后可能面临的种种不确定性风险亦是另一重要考虑因素,故多数LCD监视器业者均不乐于同时或重新导入太多不同控制晶片。,然而陆续有新的IC设计公司推出新产品,基于前述原因较晚推出者均面临相当大的Design in压力,除需无条件帮客户进行软硬体Total Solution设计外,新的IC设计公司推出之新产品多采取低价吸引客户兴趣,效果如何则有待时间考验,但市场器控制晶片价格亦因此受到相当冲击。


基于前述价格压力及著眼于缩短LCD监视器类比讯号系统设计时间及减少板材面积降低成本,已有美商Genesis推出整合AD Converter(类比​​/数位转换)之SOC单晶片控制晶片,价格介于15美元左右。国内IC设计公司多数具相当数位设计实力,但高频类比讯号设计确需面临相当大挑战,如要推出SOC单晶片控制晶片需克相当高之进入障碍。国内凌越科技早已投入整合160MHz高速AD Converter(类比​​/数位转换)之SOC单晶片控制晶片,产品预定今年第三季推出;另外亦有钰创宣称投入此类产品研发。当然也有业者不以SOC单晶片为诉求,而采专注于单一主流产品设法扩大市场占有率为主,但何者可取得较大之市场占有率,则有待时间来验证。


长远来看针对数位介面时代的来临及成长,整合数位/类比双介面及数位介面控制晶片应以满足视讯、多媒体产品及兼顾LCD投影机、数位电视等数位家电产品应用趋势,如此方可带动相关产品之应用需求,并进一步扩大市场的胃纳量,避免价格恶性竞争,增加获利机会。


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