次世代FPD面板显示精细度　快速朝向10BIT以上推进

人类对于显示器色彩的追求，一直以来没有停止过。直到最近因为多媒体电脑的发展，使消费者享受到数位化的多媒体之后，对于色彩的要求，更是从从最初的16色、256色一直到支援8bit的色彩表现能力。如今，随着对资料数位储存品质要求的提高，最新的高解析电影储存标准HDTV中，规定的每个颜色以10bit色彩即30 bit真彩色来保存彩色影像。当人眼看10亿种色彩时，色彩会更加平滑细腻、色彩更加丰富艳丽、并且也能够更准确的还原物体真实的色彩，比常规8bit色彩增加了64倍，而色彩的艳丽与丰富达到惊人的程度。

以目前而言，市场上最常见的面板灰阶表现能力大多为6bit，因此在色阶的处理方面只能达到2的6次方，也就是说面板整体而言对于单一色彩层次表现只能达到64个等级，而RGB三个颜色加起来整体的表现度也只有262144色，不要说在面对HDTV或者是SDTV等等的高解析内容的播放，甚至于期望能够满足电脑的32bit色阶方面，就无法达到完全支援的能力。虽然在技术上可以透过这种的方式来做处理让面板可以模拟到32bit色阶的表现能力，但是终究是模拟表现，实际的感受上，仍旧和CRT有一段相当大的落差。

因为这样，可以支援8bit的面板也就陆续被开发出来，以及开始在市场上销售，来满则对色彩要求较高的消费者。以色彩表现能力来看，8bit的面板的色彩表现可以达到16.7万色，但是这和32bit色阶还是有一段差距，当然也无法达到HDTV对于每种RGB色彩10bit灰阶的要求。所以在面对HDTV播放时代来临，开发出10bit面板并且能够达到商品化，也就愈来愈急迫了。

图说：当人眼看10亿种色彩时，色彩会更加平滑细腻、色彩更加丰富艳丽、并且也能够更准确的还原物体真实的色彩。

各色10bit与30bit产品陆续发表

多年前，许多液晶电视生产业者都相信，以液晶面板来说，如果能够达到各色8bit的表现能力就足够了。但是最近由于背光源等的技术提昇，使得色彩再现范围因此而急速扩大，对比度大幅度的提高，因此使得液晶面板业者已经感受到相当程度的压力，而有必要将灰阶提高到10bit。

事实上，从2006下半年开始，显示设备的多灰阶化的进度已经开始加速的现象，可以显示各色10 bit与30 bit色彩的产品陆续被发表出来。例如，NEC领先量产可支援10bit的液晶显示面板，这新一代的液晶面板对于每种RGB颜色，能够完全具备10bit的1024灰阶等级，可提供高达30 bit的色彩表现，就显示能力上可以达到10亿颜色，同时NEC使用具备12bit LUT（Look Up Table）的控制IC，能够从685亿颜色中筛选出10亿种最佳颜色。在解析度表现上，能够达到2048×1536的高解析度和235cd/㎡的亮度。虽然目前价位还是相当的高，但是相信随着其他业者的陆续开发，市场上10bit液晶面板也会逐渐丰富起来。

因此多灰阶已经成为这一波面板技术的主流趋势之一，相信这样的趋势，不仅仅在液晶电视上应用，各项的液晶面板应用产品，也都开始感受到这样的动力与气息，甚至于包括电浆电视、液晶投影机等等，也因为受到液晶面板表现能力的提昇，而加速开发更高显示表现能力的产品。

图说：从2006下半年开始，显示设备的多灰阶化的进度已经开始加速的现象，可以显示各色10bit的30bit色彩的产品陆续被发表出来。

另一方面，由于支援10bit显示能力的面板陆续被开发出来，因此能够传输超过8bit灰阶的影像讯号输出入介面也就紧接在后地受到各方面的关心。最近1∼2年之间，由于液晶电视已经成为各面板以及显示产品业者主要发展的产品之一，所以面板的多灰阶化也就随着影像讯号输出入介面的进步而亦趋亦步的发展，因此使得面板业者，不得不正视面板对于灰阶的表现能力。事实上，面板的表现能力与讯号传输介面的能力，是处在相辅相成的状态下，可以让整体面板的表现能力获得进一步的提昇，包括了画面尺寸的大型化、画素的增加、色彩再现范围的扩大、对比度比的提高等。

例如，在2006年6月的「SID2006」上，韩国的两大液晶面板业者，三星和LG. Philips LCD分别展示了显示能力达到RGB各色10bit灰阶，能够显示超过10亿色用于电视的新一代液晶面板，三星并且在2006年第3季开始量产上市。



图说：由于支援10bit显示能力的面板陆续被开发出来，因此能够传输超过8bit灰阶的影像讯号输出入介面也就紧接在后地受到各方面的关心。

灰阶面板尚处于追赶的情况

因此决定显示产品的表现能力，最终还是决定于面板本身的性能。因为不管有多么好的显示内容、显示产品内部採用多么高阶的运算处理器，当显示更丰富的灰阶影像时候，如果面板本身不具备高度灰阶显示能力，那么好的显示内容、高阶的运算处理器都已经不具意义性。如果观察用于面板多灰阶化的研究就会发现，就显示能力而言，液晶面板还有相当大程度的提昇空间，因为包括电浆面板、DMD显示元件等，相对于液晶面板而言，在表现技术能力上都已经相当的领先，而面板还是处于追赶的情况。

因为根据面板的不同，可以显示的灰阶表现能力也有所不同，这是由于控制灰阶的原理完全不同的缘故。液晶面板是根据液晶分子配向角度的不同，而来控制所穿透过的光通量。也就是说，面板是根据液晶配向的角度来决定显示的亮度，而希望能够完善的控制液晶的配向角度这是相当困难的。而相对的对此，电浆面板、DMD显示元件等，本身只能显示0（黑）或1（白）两个值的亮度。因此可以採取增减1画面期间（通常是大约16.7ms）的发光脉冲数来控制亮度，也就是所谓的「脉冲幅度」方式。单纯而言，只需要把发光详细分开就可以增加灰阶表现能力，所以，与液晶面板相比，电浆面板、DMD等对于灰阶的表现能力也就较优于液晶面板。

而就电路部分的解释是，液晶面板的灰阶显示能力是由，负责控制液晶分子配向的Source 驱动IC，其所输出电压的解析能力决定的，也就是说面板能够增加多少灰阶表现能力，是由驱动IC决定的。现在市场上，驱动IC的主流是具备6~8 bit解析能力，大都多电视的面板中都是採用8bit的驱动IC，但是相信在2006年以后，10 bit的驱动IC将会逐渐被应用在液晶电视的面板上。


图说：相信在2006年以后，10 bit的驱动IC将会逐渐被应用在液晶电视的面板上。

10bit以上的驱动即将起飞

10bit的Source 驱动IC早在2003年就首次被发表出来。但是迄今为止还没有真正的量产上市，这是因为在过去，要求面板能够达到RGB各色10bit显示能力的需求相当少，再加上驱动IC本身的生产成本又相当的高，所以即使10bit显示能力在4年前就可以完成了，但是却无法普及，不过，最主要的原因应该是成本的关系，因为能够达到10bit显示能力的Source驱动IC，需要更大的晶片面积来放置D-A转换器电路。例如Source 驱动IC每提高2bit的解析能力，那么D-A转换器的电路面积就必须增加4倍。因此，对于液晶电视来说，为了避免大幅度提高成本，长久以来液晶面板大多还是採用8bit驱动IC，但是为了弥补灰阶表现能力的不足，各业者也陆续展开各种模拟补偿的运算技术，其目的就是为了补充面板部分效能不足，藉此提高表现能力的过渡性研究。

Dithering技术逐渐被业者採用

在採用液晶面板的产品中，有时也会不採用提高输出电压的Source驱动IC，而是使用模拟提高灰阶的方式，利用就是面积递色和时间递色。面积阶调是将多个画素归纳在一起，透过改变其中点灯的画素来控制阶调的方式。也被称为Dithering等。另一方面，时间递色是高速切换多个影像，将其显示为一个影像的方式。也被称为FRC（frame rate control）。在液晶电视中，最近受到面板性能提高的关系，虽然都採用8bit的Source驱动IC，不过，也有愈来愈多业者採用这样的方式，来增加面板对于灰阶显示的能力。例如，夏普在2004年发表的45吋液晶电视就是採用这样的技术，而达到了HD的目标，因此让画素间的接缝消失掉了，接下来夏普朝向如何让各画素表现的变化变得更顺畅的技术发展。而东芝在2006年发表的液晶电视也导入了模拟12 bit显示能力的技术，这被业界称为「魔方阵」，利用面积递色和时间递色的控制，相当于2bit的扩大提高到了相当于 4bit。不过也有持反对的看法，其理由是，这样的模拟性的递色数扩大，在面积递色时会带来解析度的降低、时间递色时会带来现象，面板本身的递色数越提高就会越难辨别。不过，大多液晶电视业者还是看好这样的技术，正积极的进行开发。

但是2006年下半年以后，因为受到新一代输出入介面导入的影响，在数量上，液晶电视使用10bit驱动IC的现象也愈来愈多，因此对于驱动IC业者来说，也正式将10bit驱动IC列为量产机制的产品。因为就如前述，在2006年以前，整体面板产业使用10bit驱动IC的比例还不大，一般来说，採用10bit驱动IC的面板在应用上，用于作为液晶电视的比例是相当的少，大部分採用10bit驱动IC的面板都是用于医疗或CAD的显示设备，而就整个产业的比例下，医疗或CAD的显示设备所佔的比例也是微乎其微，几乎无法引起驱动IC业者量产10bit驱动IC的兴趣。所以在整体环境的配合之后，相信10bit驱动IC的需求将会快速增加，而吸引各业者开始量产10bit驱动IC之后，相信10bit驱动IC的成本，将会快速的下降。

10bit以上高灰阶液晶面板

就显示能力上而言，10bit驱动IC似乎可以就此满足未来所需，而次世代的驱动IC开发也可以告一段落。不过，事实却不是如此，驱动IC业者仍旧积极的准备新一代的技术，因为Source驱动IC输出电压的解析能力可以提高的话，那么超过RGB各色10bit的液晶面板，也有可能被发表出来，例如从2006年开始，包括沖电气和NEC电子，就分别开始销售13bit和12bit的Source驱动IC样品。或许会有人对于10bit以上高灰阶表现能力的液晶面板产生质疑，会认为即使採用输出电压的解析能力更高的驱动IC，如果液晶分子每个画素的配向偏差，如果超过了控制的灰阶精度的话，那到头来还是无济于事。

所以与现实环境相比较，似乎13bit和12bit的Source驱动IC意义性不大，不过开发这一方面产品的业者却不是这样想，包括沖电气和NEC电子开发13bit和12bit的Source驱动IC的意图，不是为了实现超越10bit的灰阶显示，而是为了让10bit灰阶影像更加清晰地显示出来，也就是说希望能够藉由更高解析能力的Source驱动IC来更精确控制RGB的GAMMA特性，而藉此可以达到补偿由于背光源、彩色滤光片等的偏差，所引起的RGB色准误差的目的。因为面板是由背光模组、光学薄膜等等的元件所组合而成的，任何一项元件的差异都会对面板的显示能力造成影响，而导致RGB色准出现程度不一的误差，所以即使是使用8bit Source驱动IC，对于面板而言，也不一定保证面板能够输出相当于8bit灰阶的影像。

电浆面板／DMD积极开发多灰阶　引领电视高画质

因为先天的原理因素，採用电浆面板／DMD作为显示面板的平面电视，更是积极地开发出更优于液晶面板的高灰阶化能力，目前对于支援RGB各色10bit的30bit色彩显示，已经不成问题。但是，除了受到新一代的输出入介面的出现激励，再加上因为液晶面板的快速追赶，相信未来会更加强化且增加显示灰阶表现能力。由于电浆面板、DMD显示元件等，是利用脉冲幅度调整来控制灰阶的方式中，为了提高灰阶表现能力，不能单纯只提高灰阶表现能力，因此还要加入对适应人类视觉特性的研究。

电浆面板朝向12bit灰阶表现能力

目前来说，10∼12bit是电浆面板的显示灰阶为主流，例如富士通日立早在2003年，就将所生产的电浆面板的灰阶表现能力从8 bit提高到了10bit，在同业界中应该是属于领先的地位。相信在未来，电浆面板的显示灰阶表现能力，依然有增加的可能性。这是因为出现了新一代的输出入介面，在这样的环境下，相信每一个电浆面板的生产业者，都应该会把提高灰阶表现能力作为一个重大技术关键而积极的开发。根据SID2006中，Displaysearch所发表的资料显示，相信从2007年开始，电浆面板的灰阶表现能力有机会提高的12∼13bit左右。就技术上而言，期望提高电浆面板的显示灰阶表现能力，通常是让放电变得更为细小，并且增加1个画面期间可以发光的脉冲数。但是这样一来，却会因为短时间内，在面板内部发生大量的脉冲而导致寿命缩短。所以针对开发更高灰阶化的技术，电浆面板仍旧有本身的课题存在。

在利用脉冲幅度调整来表现灰阶的技术，相对于输入讯号显示辉度的关系会形成线形，但是在低辉度领域中，人眼的感度会相对的提高，使得即使是很小的辉度变化也能很容易辨别出其差别。因此即使对外宣称有能力达到显示10bit的灰阶表现能力，也无法保证在偏暗的影像中，也能够完美的表现出灰阶度。所以在电浆面板中，通常根据面板内部的讯号处理，只把低辉度领域的灰阶更加细緻地表现，研究如何使整体的灰阶幅度不均等。比如富士通日立在2006年开始生产的电浆面板产品，虽然整体的显示灰阶表现能力为10bit，但是对于低辉度领域的部分，其灰阶的表现能力却高达了16bit。

DMD显示元件利用5μs应答时间　达到10bit表现能力

与电浆面板一样，DMD显示元件是利用脉冲幅度调整来控制灰阶表现能力，因此，可以分别利用一个元件来控制RGB单一色彩，因此每个画素加总起来共由三个元件构成，而因此就可以显示10bit灰阶表现能力。具体而言，元件的应答时间为大约10μs，在1画面期间的大约16.7ms之内，可以进行1024次以上（10bit）的开/关切换。但是，如果被应用在一般的投影机上，是无法现实10bit，因为大多都用一个元件控制RGB各个光，而应答时间的3倍时间就相当于1灰阶。所以，德州仪器因此而积极地开发更先进应答时间为5μs的次世代DMD显示元件，因为如果达到了5μs，还是使用一个元件控制RGB各个光的话，就可以达到显示10bit灰阶表现能力的目标。

除了电浆面板、DMD是透过脉冲幅度调整来控制灰阶之外，还SED也是利用此一方式。SED面板的原理是通过对电子放射源施加电压、释放出的电子碰撞在萤光体上发光。目前投入研发最为积极的佳能和东芝，都已经宣称其SED面板的灰阶表现能力都能够达到10bit，但是在研究室中，更开发了能够实现13bit左右灰阶表现能力的SED面板。