由于在蜂窝电话、MP3播放器和其他一些配件中获得成功,OLED已挤身便携显示市场,并有望作为一种新电视屏幕进入家庭。同时,电子纸也正在分食便携设备、消费电子和电子标识的市场蛋糕,这些领域都特别需要低功耗和更长的电池寿命。
在最近东京召开的2008显示技术大会上,索尼展出了一款0.3mm厚的OLED(在亚洲更通用的名称是OEL,即有机电致发光)显示器原型,这款新品比索尼去年12月推出的用于其OLED显示器的1.4mm OLED显示器XEL-1更轻巧。索尼还展出了一款目前最薄的0.2mm厚OLED原型。此外,其演示的27英寸OLED显示器可显示1,920×1,080像素格式的高清视频图像。
轻和薄并非屏幕尺寸可达30英寸(对角线)OLED显示器的唯一强项。OLED还有其它许多适合用做电视屏幕的特性,例如:高于NTSC规范的色彩还原性,以及几微秒的快速响应时间。其最高亮度大于1,000cd/m2、对比度大于10,000:1。
电子纸的目标市场是手持设备而非电视,大多数类型的电子纸都是双稳态的,也就是说,即使关闭电源,无需供电也可保持屏幕上的内容。电子纸是种反射式显示器,它既不需LCD显示器后的背光,也无需OLED的光发射机制,所以电子纸很适合对低功耗有特别要求的应用。之前由Kent Displays公司所掌握的胆甾相液晶显示器(CH-LCD)电子纸技术,现在已经被富士通先端科技、精电国际与松下电器公司通过合作方式进行生产。电泳显示器(EPD)技术也已经从E Ink公司和SiPix Imaging公司,扩大到包括Bridgestone公司在内,而且Nemoptic和ZBD Displays公司也正在配置双稳态扭曲向列相(BTN)LCD。与此同时,Aveso已经实现了电铬显示器(ECD)的商用化,高通也实现了MEMS显示器的商用化,Liquavista即将在市场上推出电润湿显示器(EWD)。在本次2008显示技术大会上,E Ink、富士通和Bridgestone也都展出了各自在以轻、薄和省电著称的电子纸显示器方面的进展。
OLED战局全面铺开
三星早已加入OLED战局。“到2010年,我们将生产采用OEL面板的40或42英寸电视。”三星SDI移动显示部市场营销副总裁Lee Woo Jong表示。今年底,三夏将量产用于笔记本电脑的14英寸OLED面板。
台湾的显示面板制造商奇晶光电(CMEL)也盯上了OLED。该公司将于2009年上半年商业化生产用于笔记本电脑的12.1英寸OEL显示器,并计划明年下半年量产用于电视机的32英寸面板,该公司副总裁Park Sung Soo说。
尽管有这些进展,但在使用OEL技术制造更大尺寸面板时仍存在问题。OLED面板是通过在玻璃基板上“编辑”薄膜晶体管(TFT),然后涂敷用于注入、发射及/或将电子和空穴重组的各有机层的方法制造出来的。在制造更大面板时,已证明无法借助最初为制造TFT或小OLED面板所开发的技术。
例如,在索尼首款11英寸OLED电视屏(XEL-1)中,该公司采用低温多晶硅技术作为TFT的底基,采用小分子材料作为有机膜。但在其27英寸OLED原型中,索尼工程师采用的是先进的“微晶”硅TFT技术,并将该技术整合进索尼所谓的“激光诱导凝练模式(LIPWS)”技术。
索尼工艺技术部门主管Yoshi Ishibashi解释说,有三种TFT生产工艺:激光退火、直接沉积和固相增长。“我们认为对大尺寸面板来说,在硅结晶过程中,激光退火是最好方法。”他说。
虽然微晶硅的电子迁移率比多晶硅逊色,但它有另一种重要优势,Ishibashi指出,那就是当制造大尺寸基板时,微晶硅的平面均匀性非常高。
业界还没有为制造有机膜找到更好方法。在索尼的XEL-1中,当熔炉内汽化的有机材料被汽相沉积在基板上作为RGB三基色素时,需要在基板下立即放置一个金属掩膜。但是,当基板超过一定尺寸时,金属掩膜会因自身重量发生形变或从熔炉中辐射热量,从而带来定位误差、并恶化孔径比(aperture ratio)和分辨率。
所以,索尼的工程团队为自己的27英寸原型找到另一种技术。“就组合使用白色OEL材料与色彩滤光器来说,激光退火技术仍有吸引力。”Ishibashi说。采用色彩滤光器可实现超高密度,原因是当形成独立的红、绿和蓝色亚像素时,就不再需要掩膜了。这样做尽管降低了色彩纯度、增加了功耗,但却降低了制造成本。
坏像素数目与面板尺寸无关,不会改变。“所以,我们要竭尽所能规避导致坏像素的因素。”柯达OLED产品部的高级总监Takatoshi Tsujimura表示,“为实现该目标,组合使用白色OEL材料与色彩滤光器是最佳方法。”
Tsujimura介绍,通过在传统RGB亚像素上安放白色像素的方法,发光效率成倍增加。“这是因白色素无需使用色彩滤光器,”他说,“这样,没什么东西阻止白光100%地射出。这就是之所以取得高光效的原因。”
除显示领域外,OEL还可用于固态照明和太阳能电池等。产品线丰富的化学产品制造商Kaneka前不久宣布,它将于大阪大学合作进行OLED照明设备及有机薄膜太阳能电池的研究。
OLED的薄、轻和表面发光特性使其可用于照明应用。在汽车和飞机应用中,体积薄、重量轻具有特殊优势。
“OEL显示器已达到50流明/瓦的发光效率；到2010年预计可达100流明/瓦。”德国公司Novaled的CEO Gidas Sorin表示。相比较,电灯泡的最大发光效率约是20流明/瓦。
电子纸应用将起飞
如果说OLED技术是本届2008显示技术大会一个主旋律的话,那么电子纸就是另外一个。几家公司演示了在电子纸技术方面取得的进步,电子纸已用在手机、电子书阅读机、告示牌和标签等应用中。
大多数电子纸显示器都拥有三个特性:反射操作、双稳态、柔性,这些特性将改变平板显示器在人们心中的印象,并且会将其用途延伸到新一类产品中。在上面提到的几种电子纸技术中,ECD基于电气诱发的色彩变化；EPD利用电气导致的带点粒子运动；EWD则基于水与染色油介质间的感应变化。
在便携式装置方面,显示面板是最大的功率消耗部分,因此也是操作时间最大的敌人。与放射式平板显示(例如OLED)和穿透式平板显示相比,反射式平板显示汲取较少的能量。通过切断电源,反射式显示器大幅增加了电池供电设备的运行时间。
反射式平板显示还可以消除当前产品中的关键不足,如:手机和笔记本电脑显示屏在户外丧失功能,因为其图像在周围光线下无法看清楚。在反射式电子纸显示器上增加一个前置灯后,显示器无论在黑暗的情况还是外界阳光照射情况下都可以正常工作。
双稳态改善了显示器的能量消耗。某个以EPD为基础的电子书阅读器制造商声称,在电池电量耗光之前,消费者可以阅读大概7000页文本形式的电子书。由于双稳态显示器只在屏幕内容更换时才会消耗能量,所以电池的使用时间可以在显示内容变化频率较低的情况下得到极大延长。一些电子货架标签(ESL)的生产商表示,其产品更换一次电池可以工作五年以上的时间。
为制造其EPD电子纸,电子纸先驱E Ink制造出一种在透明液体内包含微粒子胶囊的“薄片”；该薄片还包括一个电极以及一个可剥离层,显示器制造商或OEM可将剥离层揭去以便将该薄片与背板粘合在一起。在胶囊内,是分别充以正电和负电的白色和黑色粒子。
E Ink的“薄片”技术已用在一千多万部摩托罗拉手机上。在去年在美国市场推出的Kindle便携阅读机及其它7款正在生产的电子书阅读机中,也都采用的是相同技术。
E Ink还展示了一款支持手写输入的电子纸设备。该设备基于E Ink和精工爱普生联合开发的控制器芯片S1D13521B、以及E Ink的AM300开发套件和Wacom制造的内置电磁感应式书写板。
Wacom专门开发出一款极薄、极轻的面板:0.35mm厚、40g重,其厚度和重量分别是其上一代产品的一半。为减轻重量,Wacom的工程师利用PET膜取代了玻璃基板。
“我们预计,今夏将有5、6家公司推出基于AM300的产品。”E Ink的副总裁Ryosuke Kuwata说。
期间,富士通推出了一种多色胆甾型LCD电子纸技术。该面板并没采用色彩滤光器,它采用的建构方法是将三个分别用于红、绿和蓝的堆叠显示层整合起来。富士通展出了一款可显示1,024×768像素的8英寸、全彩色PDA显示面板。
而Bridgestone则致力于被称为快速响应液体粉末显示器(QR-LPD)的专属EPD技术。QR-LPD技术基于兼有液体和传统粉末状固体特性的“电液粉末”。电液粉末的流动类似微粒的悬浮,它对电场极其敏感,从而保证极快的响应速度:响应时间可快达0.2ms。该粉末包含分别带正和负电的黑色和白色微粒。
Bridgestone展出了一款采用色彩滤光器、A3大小的全彩面板(4,096色)。该公司还声称已开发出一款可折叠显示器。
当然,向柔性化发展的趋势并非只出现在电子纸显示器领域。事实上,柔性OLED正以一种近似“疯狂”的步调向前发展。但是,电子纸似乎更有助于柔性显示的实现,因为柔性OLED缺乏对极端环境的敏感性,而这种环境对封装是一种考验。
柔性平板显示器相对于传统显示器来说,趋向于更薄、更亮、更结实且制造成本更低。在设计带有平板显示器的产品时,柔性特质还创造出了空前的设计自由度。从此以后,显示器不再拘泥于是无法弯曲、平坦的矩形装置。
David Lieberman对本文有所贡献,Lieberman是位于美国北卡罗来纳州教堂山(Chapel Hill)的自由撰稿人。
作者:Yoichiro Hata
（电子工程专辑）
