2015年12月22日 星期二

12/22/2015
 (圖片來源:CultofMac)

2015對於Apple的明星商品iPhone來說,並不算是個很順利的一年。iPhone 6s的推出雖在初期創下銷售新高,但後續並未如預期般持續熱賣;分別由台積電及三星代工的CPU晶片則因製程差異而在表現上有所區別,也讓Apple自iPhone 4的「天線門」事件後,又被迫再次面對「晶片門」的風暴困擾。

許多傳聞指出Apple有意於2018年開始採用AMOLED作為iPhone的螢幕,但由於OLED螢幕的獨特性,以及各家生產廠商之間的差異,Apple如果不強勢介入統整,很有可能必須面對另一次的「螢幕門」考驗。

由於規模及普及性的差異,OLED面板和LCD面板不同,目前還未出現單一產品由多家共同供貨的經驗。目前市面上使用OLED螢幕的手機,絕大多數的面板來源都是單一的Samsung Display;而LG Display生產的小尺寸OLED面板數量有限,目前也僅以供給LG產品,以及Apple Watch單一產品使用。此一獨家供貨的情況,和LCD螢幕多半由多家供應商分食訂單的情況大相逕庭。

OLED的結構雖然遠較LCD單純,但OLED螢幕的特性,和其材料的選用,電路和像素的設計以及製程的條件都有很大關係,相較於LCD可由背光、液晶及偏光片等零組件的特性統一來掌控,在追求均一表現上,OLED反而較LCD更麻煩。

 (圖片來源:LG Display)

如果現今成熟的LCD製程可視為數位化(Digital),則OLED的生產更接近類比式(Analog),只要稍微有點差異,最終的成品就會有很大差異。


首先是材料選用。OLED是一個多層薄膜組合而成的自發光元件,各層材料的選用、厚度、組合都會影響元件表現,像是紅、綠、藍純色的顏色,或者是效率(影響螢幕功耗)和壽命等都會有所不同。目前各家都是有自己獨到的設計,這在之前並不會有問題,因為螢幕來源單一,即使Samsung OLED手機和LG OLED手機OLED效能不同,在沒有放在一起比較之下,並不會有什麼困擾。但如果未來的iPhone要同時採用多家供應商的OLED螢幕,Apple不可能接受Samsung Display提供的OLED藍光較藍,紅光壽命較長,而LG Display提供的綠光壽較好之類的差異(在此僅為舉例,非代表雙方實際特性真為如此)

(圖片來源:Digitalversus)

Apple可以像過去使用LCD螢幕時一樣,訂下規格標準,要求廠商交出能達標的產品。但為求效能統一,Apple很可能必須強行介入OLED元件的設計(包括材料等最佳化)。也就是說,很可能會由Apple設計出一個統一的OLED結構,包括各層材料選用、厚度、製程條件等,再去讓各家生產廠商依此標準品去複製表現

即使Apple不主導設計,但Apple需要說服廠商至少要在一個統一的平台標準上生產iPhone用的OLED螢幕,可能是採用其中一家設計,而授權所有供應商使用,而不會是由各家廠商各自交出自己的OLED螢幕。

再來則是像素設計。由於OLED目前普遍都是採用真空蒸鍍法來製造,為了做出紅/綠/藍等子像素,OLED需要採用金屬精細遮罩(Fine Metal Mask)來定義。但FMM的製造以及使用,在高ppi的情況下會遇到很大的困難,也因此,OLED螢幕多半會採用子像素渲染(Sub-pixel rendering)的技術來實現高解析度。像Samsung的手機早期是採用Pentile像素設計,即一個主像素中只有紅綠或藍綠,而不是正常的紅綠藍三色。而後續又再發展出鑽石排列等更高效率的子像素渲染方式,透過此設計,目前Samsung Display已可實現577 ppi的AMOLED螢幕。

 (圖片來源:androidcommunity)

而各家的子像素渲染技術都是各家獨有的專利,也因此,各家生產的高ppi AMOLED螢幕,拿到顯微鏡下看其實長相都不相同。但Apple會接受每支iPhone手機的螢幕其像素設計不同嗎?不同的像素設計方式除了和各家廠商生產的困難度有關以外,其配合的驅動IC也不相同;另外,像素的開口率也會不一樣,而這又會反映到螢幕的功耗、最大亮度以及螢幕壽命、烙印情況等。因此,Apple應該也會訂出統一的像素設計方式,或者以其中一家廠商的設計為準,再透過授權或其他方式開放給其餘供應商使用。

而又由於OLED螢幕是透過電流驅動,相較於LCD的電壓控制,OLED先天上對於TFT的均一性和穩定度要求更高。而這就反應到在電路上,OLED需要更複雜的補償電路(Compensation circuits)設計。LCD多半僅需要2T1C(二個Transistor/電晶體和一個Capacitor/電容),而要能作為商品販售的OLED往往需要用採用5T以上的架構,6T和7T的設計也是所在多有。

 (圖片來源:InformationDisplay)

而這又是一個各家OLED廠商專利割據的地方,目前還沒有一個公認最佳的公版補償電路,每一家都有自己的設計和專利,如果Apple要在iPhone上併用多家OLED螢幕,補償電路的差異也會是個問題。和前面一樣,Apple要不是就訂出自己的設計版本委由各家代工,否則就是要說服其中一家授權給所有合格生產者使用。

最後則是生產方式的不同,這又回到多家供貨必須要求的一致性上。OLED目前有多種設計及生產方式,像Samsung Display是採用RGB-SBS(side-by-side)設計,即各色是獨立製作,但像LG Display在大尺寸的OLED電視上則是使用白光OLED+色阻(Color Filter),類似LCD的方式去實現紅、綠、藍的光色(但LG Display在小尺寸OLED上和Samsung Display一樣是使用SBS設計)

(圖片來源:oled-display)

獨立定義顏色的SBS設計和使用白光OLED加色阻,這兩種設計理論上都可達到類似的表現,但必然還是會有差異存在,可能是操作電壓的不同,又或者是顏色飽和度有差異,或者是各色衰退的速度不一(白光可能三色衰退的速度較一致等)。再提一次,這樣的差異在獨家供貨時不會是問題,但一但要混合供貨,任何一家手機廠商都不太可能接受螢幕有如此大的差異。因此,這會是另一個需要統一的地方。

在JOLED希望爭取iPhone OLED螢幕訂單的文章中,曾提到JDI一連串的研發計畫中,第一步就是要在2016把現行石川工場的4.5代OLED線, 由過去的白光OLED生產改為SBS-RGB類型。由此可見,即使過去並不是以SBS設計為主,但為了配合Apple的統一需求,還是必須要生產和其他人一致的SBS類型AMOLED。

而這還只限於真空蒸鍍法上,如果有其他家想要用濕式製程來爭取訂單,那變數會更大,必須要保證元件特性能完全和其他供應商匹敵。

iPhone的生產量是如此龐大,以致於為了追求供貨品質的統一,Apple很有可能不能以各家供應商中最好的水準來當做標準,而必須要取一個折衷的平衡點,讓各家都能做出品質均一的OLED螢幕。而想要訂單的,就必須要使用該項設計。

因此,為了避免OLED螢幕的差異會造成另一次的「螢幕門」,和過往訂定最終規格,而技術開發主要交由面板廠商不同,Apple可能會更大程度的介入AMOLED技術的研究,甚至由自己訂定統一的生產條件,再交由各家面板廠商生產,這也有可能是為何會傳出Apple開始建立自己的顯示技術實驗室的緣故。屆時,技術的主導權可能會更加掌握於Apple手中,這對AMOLED廠商來說,未必是樂於見到的發展。

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