[徹底研究]5吋FHD的逆襲，論IGZO面板的優勢與挑戰

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1.前言

先前我在三星板發表的《4.8吋屏幕背後不能說的祕密，AMOLED相素密度的技術瓶頸》這篇文章首先點出AMOLED製程瓶頸的問題，當時在文末我也提到年底會點燃5吋1080p的解析度戰爭。就在10/17 HTC率先發表了5吋Full HD的手機HTC J butterfly，終於吹響LCD陣營反攻的號角。雖然贏得多數人的讚嘆與期待，但同時也引來反對者質疑的聲浪，這邊先整理一下發表這三天以來，針對5吋FHD螢幕正反兩方的意見：

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正方：
A.創下440ppi業界解析度新高
B.硬體終於原生支援Full HD解析度，看1080p影片終於變的有意義
C.蘋果所謂300ppi是人眼極限其實是錯誤的，5吋FHD面板終於實現印刷品相當的顯示品質

反方：
A.5吋HFD和720p面板解析度面板一般人根本看不出來，1080p根本沒有必要
B.720p已經那麼耗電了，1080p放在手機上恐怕續航力不足
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以上針對反方的意見，依照先前使用上的經驗，其實不無道理，但是否真是如此，除了實際使用外，還是要先徹底了解這塊面板背後的技術，再來評論應該會比較客觀一點，無奈國內各大科技論壇上探討技術的文章太少，造成惡意攻擊及筆仗文太多。所以我又興起寫這篇文章的想法，希望能夠拋磚引玉一下。

我不是HTC的員工，所以我不清楚這次5吋FHD面板到底是用哪家面板廠的產品，但極有可能是使用IGZO或是CGS型的面板，主要供應商很有可能是Sharp，但不論如何，我這篇文章要討論的是IGZO面板技術。會也加入一些CGS技術的資訊，是否大家先仔細了解這些技術的特性之後，再做評論，要不然論譠都淪為口水戰了。這篇文章，我會引用Sharp提供的IGZO技術資料，供大家參考。

2.何謂IGZO及CGS?

A.IGZO
所謂IGZO就是指使用氧化銦鎵鋅所製作的氧化物半導體，I=In(銦) G=Ga(鎵) Z=Zn(鋅) O=氧，傳統上我們使用矽(通常是非晶矽)，來製作LCD的TFT元件，而IGZO技術就是使用氧化銦鎵鋅來取代非晶矽製作的TFT元件，有什麼好處呢? 主要是由於IGZO元件的電子遷移率高出非晶矽約50倍，所以TFT元件可以做的更小，單畫素的開口率可以增加，如此各畫素可以做的更小，因此可以實現高解析及亮度更高的面板。

B.CGS
CGS就是Continuous Grain Silicon的縮寫，意思是「連續粒界結晶矽」，是由Sharp和半導體能源研究所共同開發的技術，主要可以使矽以規則的方式排列，由於結晶界面的配置是規則的，從此材料通過的電子，其遷移率可以和單晶矽相近，差不多可以達到非晶矽的600倍，LTPS的的4倍，優點就同上述。


基本上不論IGZO或是CGS，都是指不同的半導體材料，主要差在電子遷移率上，這邊補遺一下分類：
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a-silicon：非晶矽 也就是非結晶狀態或是結晶狀很小的矽，故其電子遷移率最低
poly silicon：多晶矽 在非晶矽上再做雷射回火製程，讓非晶矽變成較大的結晶狀態，電子遷移率變高LTPS、CGS都是屬於此類
氧化物半導體：IGZO就是屬於此類
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3.電子遷移率和相素高精細化

這邊再整理一下電子遷移率的比較： 單晶矽>=CGS>LTPS>IGZO>a-Si

為什麼需要追求高電子遷移率?其中最重要的點就是實現相素高精細化，這邊先解釋一下什麼是電子遷移率，有點談到固態物理了，但簡單的說，我們現在使用的Monitor是屬於非晶矽TFT，可以想像成Off Road的越野賽，電子在上面跑的速度很慢，但IGZO材料特性的關係，電子就好像跑在柏油路上，可以很輕易的流動。我的路就可以不用做的很寬，也可以達到原本電子正常所需的流量。所以，使用IGZO或是CGS，我的線路可以做的更細了，TFT元件可以做的更小了。這就是為什麼相素可以做的更小，解析度更高的原因，請看下圖就可以了解：

由上圖我們可以看到，不論是線路還是TFT元件，都是會遮光造成面板亮度下降的元兇，而左邊和右邊比較，在相同面積下，原本只能塞進一顆sub pixel的，現在可以塞進4個，但由於線路和TFT元件都縮小，被遮光的面積卻沒有跟著變大(業界術語，高開口率)，這也就是這張圖片上所說的「同等透過率2倍高精細化」的原因，事實上依照sharp所做的實驗，理論上可做到500ppi的高解析度。

4.省電性能

好了，這邊開始介紹IGZO的省電技術，IGZO之所以省電，是因為TFT元件在Off時的漏電流很小，請看下圖：

我們可以看到TFT在off時，IGZO的電流消耗比起非晶矽小了100倍，比起AMOLED使用的LTPS更小了1000倍!再來，我們看一下利用IGZO TFT Off高性能，再配合液晶驅動方式的改變，省電性能會是如何? 請看下圖：

液晶在一般靜止畫面下，會維持相同的傾角，但如同彈簧一般，久了可能就會鬆掉了，故利用人眼視覺暫存的現象，我們驅動液晶會在1/60 sec之內做反轉來活化液晶，故TFT是持續在On Off的狀態中的，而利用IGZO Off性能高，耗電較少，可使用新的「休止驅動」方式，此方法sharp解釋耗電量可以降低1/5~1/10左右。

再來請看下圖實際展示的耗電量，我們可以看出省電量有多驚人了。由上所述，我們了解到不是光追求高電子遷移率即可，當TFT off時的漏電流量是對整個面板耗不耗電的關鍵。(當然，省電的設計不是光只有針對TFT的off特性，還有驅動電路及其它的設計都有相關)對了，順便問一下，是否有人有CGS材料的Id-Vg Curve和IGZO的比較圖?在此徵求一下.....


5.觸控最佳化，降低誤觸率

利用先前所提到新的「休止驅動」方式，可以降低它對觸控板的噪訊，避免干擾到觸控層的操作，如下圖：

因為我們在使用面板觸控時，大部分的時候面板顯示是處在靜止畫面的，而此時TFT元件仍在作動中，造成訊號干擾的問題，上述IGZO的「休止驅動」，可使訊噪比大幅提高，降低觸控面板的誤檢出性。

6.其它優點與展望

IGZO另外還有邊框極窄化還有面板對比及亮度的提昇、製程簡單及對應大型玻璃母基板的優勢。這些後續有機會再做討論，但是和AMOLED陣營這邊比較，未來的情況會是如何? 個人有以下的想法：

A.生產性和成本的優勢：
事實上IGZO或許還不成熟，但我各人認為比起AMOLED來說還是較容易提昇的技術，現在全球最主要的顯示器生產線還是LCD工廠，IGZO只是製程上的改變，投入新機台的成本較少。但AMOLED等蒸鍍設備需要另外購入產線。且未來能否對應G7以上大型玻璃基板還是未知數，這麼一來，整體的生產成本可能還是IGZO較有優勢。(以無線通訊技術打個比方，ISP通訊商都愛可利用現有設備升級的LTE技術，最後被淘汰的則是需要整個砍掉重練的Wi-Max技術)

B.可對應Monitor及TV的大型面板：
同上，要生產IGZO的Monitor或是TV面板在未來應該是沒有什麼問題，但是AMOLED發光材料先天的壽命問題仍然無解，用在手機上或許因淘汰率快而無關痛癢，但是AMOLED做成TV卻會有使用年限的致命傷，有人提及使用白光OLED加Color Filter解決此問題，但白光仍然會衰退而變的暗淡，加上Color Filter更是增加製造成本。而IGZO的高開口率提升亮度加上穩定的背光卻沒有什麼衰退的問題(背光會衰退，但很少甚至可以更換背光模組)

C.高解析度的絕對優勢：
先前我的文章也提到了AMOLED現階段無法做入300ppi，未來應可以達到，但是畫素極小化後AMOLED發光材料的壽命也會惡化，發色也會受到影響，最近NoteⅡ上市，Samsung終於做到720p直排的螢幕，但很多使用者卻反應螢幕的發色卻比SⅢ還差，而三星也不誨言說在SⅢ使用直排有壽命問題。我個人認為AMOLED製程至此已出現很大的瓶頸了。年底之後各家開始使用FHD面板之後，我認為三星的對策有兩個，其一，加入使用LCD FHD的面板；其二，繼續使用720p AMOLED，然後文宣打擊FHD無用論及耗電問題。

D.IGZO耗電量足與和AMOLED匹敵：
現階段或許IGZO還不成熟，我也不知道HTC這次是否是用IGZO的面板，但是看到J Butterfly僅使用2020mAh的電量，工程師應該是有做過測試才會發表。但是後續IGZO發展成熟之後，由我們前面文章所討論的可以了解，耗電量不再是致命傷，AMOLED陣營很快就沒有辦法用耗電來打擊LCD陣營了。

E.色彩鮮艷已不再是AMOLED的專利：
其實不用做到IGZO，不知各位有沒有發現，現在的LCD發色已足夠濃艷了，差只差在LCD要不要校調成像AMOLED這樣誇張而已!隨著IPS等技術提升、光配向等新製程導入之後，LCD的發色其實已不輸AMOLED了。AMOLED現在的優勢是純黑的顯色及高對比而已。

7.我要高於300ppi的面板做什麼?

關於這個議題，我本來要放在最前面做說明的，因為這是最被反對者攻擊的地方。首先，我在上篇《4.8吋屏幕背後不能說的祕密，AMOLED相素密度的技術瓶頸》，前言就有提到過了，所謂300ppi人眼極限是Apple的廣告話術，但也的確變成業界約定俗成的既定規格了，這也不得不配服Apple的行銷能力。我在上篇文章最後，也有說到，其實300ppi左右仍然是看的到畫素顆粒的，極限大約是在350ppi~400ppi以上。但是這次的FHD面板是在440ppi左右，為何需要拉到如此之高?理由如下：

A.5吋以上720p肉眼看仍會有顆粒(小於apple所謂的300ppi)，必須提升解析度，制式規格就是Full HD：

因為5吋面板面積已被放大，若再使用One X 720p解析度，必定小於300ppi，那麼一定有人會說，好吧，加到350ppi就好了，何必搞到440ppi呢?原因很簡單，請問5吋350ppi是什麼解析度? 864×1536嗎?這是什麼怪解析度? 事實上720p上去就是1080p，這是制式規格，對於未來及現在的應用程式來說會是最有利的格式，否則降低至所謂「合理」的ppi值，去造成畫面黑邊，或程式不相容，這樣一點意義都沒有。另外在影片播放格式上，上過youtube就知道，720p上去就是1080p，搞個怪規格解析度無異是搬石頭砸自己的腳一樣彆扭。

B.打造行動影音劇院的發燒友，絕對需要一個Full HD的螢幕：

相信很多影音需求的網友，很都影片格式都是用Full HD的，那麼拿一個Full HD的影片使用1080p模式播放，而你的螢幕卻只有720p的解析度，那麼CPU真的只是跑辛酸的，難道你不渴望一個FHD的隨身劇院在手上嗎?或許有人說用手機看影片很痛苦。但，別忘了，這塊又是更大的5吋面板，應該會比你之前用的4吋多的小螢幕要舒服很多了，更何況，我還常看到在捷運上用3.5吋iphone看影片的妹呢!

C.FHD超高解析度面板，人眼看得出差異嗎?

前面就有說過，Apple的洗腦功力真的很強，國外有看過這塊面板的，都直說漂亮，人眼絕對看的出來。而你每天盯著螢幕至少也會有個2~30分鐘，會沒有感覺嗎?印表機都可以印到9600dpi了，又有人說人眼看不出來嗎?有人說這種印表機沒必要，我不需要買嗎? 更何況只是個440ppi的5吋螢幕就被質疑?(dpi和ppi無法互相換算，但一般來說印表機的dpi值應該大於顯示器的ppi值，才能與螢幕有差不多的畫質細膩表現，但9600dpi已經很誇張了.....)

D.有玩相機的人，這塊面板會很有用：

若你拍了張高解析度的照片，拿來跟朋友欣賞你拍的照片，或是出門在外檢示你拍的成果，不需要拉大縮小，也可以忠實呈現你拍的結果。

E.滿足規格控的需求：

事實上很多人確實是為了追求所謂的高規格買手機的，估且不論螢幕，拿CPU來講好了，現在有哪隻手機雙核心CPU有跑不動的軟體?那麼為何各家廠商都要往四核心發展?事實上會認為5吋FHD沒必要的人，我覺得他也不必買四核手機了，因為其實4核心也沒有迫切的需求，倒是這塊螢幕好壞還比較容易看得出來。(人仔細看就知道了，CPU還需要用跑分軟體才知道好不好呢!)

8.總結

憑心而論，關於AMOLED與LCD的論戰，一直都沒停過，但我認為現在正好是處在最精采的勝負關鍵點。AMOLED仍然有著3個最大優勢，輕薄、純黑，還有我前面沒提到的可撓式面板，LCD則是成本低，除了可撓以外後續都仍有發展潛力。但我對可撓面板並沒有特別看好，因為其實靜下心想，並不實用，它能彎曲，但不能摺疊，並不是叫你摺，而是你在彎曲時有可能摺到，那麼這塊面板就會報銷。另外，我並沒有看到文獻上有記載搭配可撓面板的觸控表層，試問可撓面板要如何觸控?若可以，精準度不會有疑慮嗎? 訊號不會被干擾嗎? 還有外層的Cover film(軟的不能叫Cover glass吧XD)，試問要怎麼做? 這麼多的Layer在彎曲下，難道不會peeling嗎?(面板層和觸控層等因時常的彎曲造成剝離或是產生氣泡，甚者造成觸控的失效) 其實我心中最理想的面板不是面板，而是紡織業，我認為類似光纖紡織成的顯示器，才是真正可撓、可摺疊，當然說這個也太未來了，但我也只是對面板技術有興趣的人，LCD經過多年的發展，多年下來打敗了CRT、PDP、SED眾家技術，到了AMOLED時代，真的是愈戰愈精采，接下來IGZO還會有加強版的結晶態IGZO CAAC(C-Axis Aligned Crystal)，又會更加的省電，未來戰況還真不知道會如何?還是套句流行語，「讓我們繼續看下去!」