顯示技術(shù)在比拼中前進(jìn)

五官是人的信息接收端，但據(jù)說(shuō)85%是通過(guò)眼睛的圖像輸入接入信息。統(tǒng)計(jì)顯示人五官接受信息時(shí)的感受細(xì)胞數(shù)量和處理速度如表1所示。從五官接收信息的細(xì)胞數(shù)量方面進(jìn)行比較，視覺(jué)最大，觸覺(jué)、味覺(jué)次之；而從處理速度而言，視覺(jué)也最快，達(dá)3Mbps，聽(tīng)覺(jué)要低2個(gè)數(shù)量級(jí)。相比而言，作為人機(jī)接口的顯示器，其重要性可見(jiàn)一斑。此外，表1也告訴我們嗅覺(jué)在兩方面都處于前列，或許會(huì)成為未來(lái)重要的人機(jī)接口也未可知。

顯示器已從CRT(陰極射線管)發(fā)展到了今天以FPD(平板顯示器)為主流，應(yīng)用不斷擴(kuò)大，電視機(jī)、監(jiān)視器、筆記本電腦、移動(dòng)電話等等，估計(jì)今后還將向兩個(gè)方面發(fā)展：一是屏幕將越來(lái)越大，不但會(huì)有整個(gè)墻面式的顯示，還會(huì)追求理想的半圓形全視角顯示器(圖1)。另一方面是向柔性顯示器、可卷電子紙發(fā)展(圖2)，盡管現(xiàn)在尚處于起步階段，但各公司都在積極努力，加緊開(kāi)發(fā)。

顯示器在電子技術(shù)領(lǐng)域已是不可或缺的重要支柱技術(shù)，發(fā)展迅速，競(jìng)爭(zhēng)激烈。CRT逐漸淡出已是不爭(zhēng)的事實(shí)，而FPD顯示種類(lèi)甚多，正各顯其能，相互角逐。LCD(液晶顯示器)、PDP(等離子顯示器)、OLED(有機(jī)發(fā)光二極管)、SED(表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射顯示器)等FPD，將集中在功能(尺寸、可靠性等)、性能(清晰度、視角、亮度、響應(yīng)速度、對(duì)比度等)以及價(jià)格等方面開(kāi)展全方位角逐。展望顯示器未來(lái)，執(zhí)著于LCD的認(rèn)為，“LCD以后還是LCD”，LCD將像CRT一樣，君臨天下50年；比較客觀點(diǎn)的則認(rèn)為，將迎來(lái)一個(gè)多樣化顯示器的時(shí)代，還特別提到柔性顯示器會(huì)不會(huì)取代LCD的問(wèn)題。

LCD

一般認(rèn)為，20世紀(jì)90年代是LCD功能擴(kuò)大、競(jìng)爭(zhēng)加劇的時(shí)代，產(chǎn)品應(yīng)用日趨普及(從電腦轉(zhuǎn)向電視為代表)，面板尺寸不斷加大等，21世紀(jì)則將轉(zhuǎn)入性能競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代。例如，LCD的視角和響應(yīng)速度兩大弱點(diǎn)將面臨強(qiáng)力挑戰(zhàn)。統(tǒng)觀LCD的革新過(guò)程大約是10年1個(gè)浪潮，上世紀(jì)70年代是TN-LCD，80年代是STN-LCD，90年代以PC應(yīng)用為主，進(jìn)入TFT-LCD，是LCD的大發(fā)展時(shí)代，21世紀(jì)將向TFT-圖像模式(包括IPS-In-plane Switching、MAV-Multidomain Vertical Alignment、OCB-Opticaly compensated Birefringence等)時(shí)代前進(jìn)。

圖 LCD 10一代新浪潮

生產(chǎn)LCD用基板的大尺寸發(fā)展也稱(chēng)“代”，為了與PDP競(jìng)爭(zhēng)，發(fā)展得更快，上世紀(jì)90年代即發(fā)展了4代，從第1代進(jìn)展到了第4代；但2000~10年的10年將繼續(xù)加速前進(jìn)，恐怕會(huì)有6代的發(fā)展，有可能從第5代到第10代。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，以目前批量生產(chǎn)的大尺寸電視屏看，40英寸以下LCD為主，40英寸以上則PDP占優(yōu)勢(shì)，但兩者并不會(huì)停止角逐。

玻璃基板的增大，不僅代表著技術(shù)的提高，而且也意味著成本的降低，是LCD取勝的關(guān)鍵因素之一。一般而言，1塊玻璃基板以切成6塊或8塊屏的居多。為了與PDP直面角逐，今后有可能發(fā)展到切4塊、3塊，甚至可能切成2塊或1塊。第7代玻璃基板可切80英寸屏，第8代可切90英寸屏，第9代可切100英寸屏各2塊，直接侵掠PDP的領(lǐng)地。

2001年前后，SEMI(國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備和材料協(xié)會(huì))也仿照IC，擬定了一個(gè)未來(lái)發(fā)展路線圖(Roadmap)，但基板尺寸發(fā)展實(shí)在太快，超過(guò)了路線圖的計(jì)劃，很快從第5代的1米基板，進(jìn)到了第7代的2米基板，只用了大約3年時(shí)間。日本sharp公司2005年8代基板投入量產(chǎn)，三星和sony于2006年6月簽訂了共同投產(chǎn)8代基板的意向書(shū)。此前于2005年三星電子公司還公布第9代玻璃基板(2400x2800mm)的方案，還沒(méi)有實(shí)施，2006年3季度，第10代(2850x3050mm)，超過(guò)3米的玻璃基板便有了很多的議論(表3)。1代玻璃基板1條生產(chǎn)線，這種快速的發(fā)展，技術(shù)跟不上去，開(kāi)銷(xiāo)十分巨大，加上今后將從顯示屏尺寸競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入性能競(jìng)爭(zhēng)，因而業(yè)界有識(shí)之士提出，未來(lái)一方面要訂好發(fā)展路線圖，一方面則要大家共同來(lái)遵守。

液晶技術(shù)為提高響應(yīng)速度，在驅(qū)動(dòng)電路上下了一番功夫，用了3年時(shí)間使響應(yīng)速度提高了10倍，從幾十ms，提高到了幾ms，sharp公司已達(dá)到了4ms，使圖像清晰度大為改善。

液晶電視器的顏色，是由紅、綠、蘭為基色的彩色過(guò)濾器來(lái)顯現(xiàn)的，但要提高背光的亮度無(wú)疑增加消費(fèi)電力，要提高屏幕亮度，同樣要增加消費(fèi)電力，這便有損于LCD低功耗的長(zhǎng)處。因此，要使各種光源濾波器、液晶材料、TFT陣列構(gòu)造、背光等做到最佳配合，才能獲得最佳的效果。最近在背光方面加強(qiáng)了研發(fā)，如采用LED以提高色再現(xiàn)性，今后LED背光將成主流。

SHARP公司則對(duì)傳統(tǒng)的冷陰極管的螢光材料做了改進(jìn)，加上了紅、綠、蘭的峰值波長(zhǎng)光，出現(xiàn)了長(zhǎng)波長(zhǎng)“深紅”光，具有了4種混合色的白光發(fā)光，提高了紅色的色再現(xiàn)性，表現(xiàn)出了接近真實(shí)的紅色，稱(chēng)為“4波長(zhǎng)背光”，改善了背光，提高了色再現(xiàn)性。

至于小尺寸(10英寸以下)LCD一般使用第3代和第4代玻璃基板生產(chǎn)線。小尺寸LCD屏主要用于移動(dòng)電話、PDA、數(shù)碼相機(jī)以及汽車(chē)顯示用品，有它自己的發(fā)展空間。每種應(yīng)用產(chǎn)品都有其獨(dú)特的技術(shù)要求，大致可列如表4。

PDP

FPD中LCD和PDP是競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的兩大技術(shù)，在40英寸以上的大尺寸顯示屏領(lǐng)域，PDP以其響應(yīng)速度快、視角寬和亮度高而占有上風(fēng)。LCD自然也有它自己的長(zhǎng)處，雙方的優(yōu)劣對(duì)比可參閱圖4。

圖4 LCD和PDP的技術(shù)比較

PDP是耗電多，全反射差和高精細(xì)度不足。PDP為了提高亮度必須采用高電壓，為防止發(fā)熱則要安裝幾個(gè)風(fēng)扇以冷卻空氣，導(dǎo)致耗電進(jìn)一步增加。對(duì)于薄型電視而言，不但要求圖像看得清，而且要求圖像顯示美，對(duì)圖像的品質(zhì)要求日高。業(yè)界的對(duì)策是大量減少驅(qū)動(dòng)電路、電路集成化和調(diào)諧信號(hào)采用12位化。經(jīng)過(guò)不斷努力，耗電已成功削減30%~40%，發(fā)光效率提高了1倍。

OLED

OLED顯示屏同時(shí)具有LCD和PDP兩者的優(yōu)點(diǎn)，理論上有可能到代LCD和PDP。OLED不需要背光，制作的顯示屏比較薄，通過(guò)進(jìn)一步革新還可制作出隨意處置的柔性屏，可像報(bào)紙一樣卷起來(lái)。

從純技術(shù)角度，OLED在許多方面的性能優(yōu)于LCD，包括亮度、對(duì)比度、功耗等，特別在活動(dòng)圖像方面，響應(yīng)速度高出幾千倍，視角也大。但因LCD技術(shù)已比較成熟，生產(chǎn)成本較低，是OLED很難跨越的門(mén)檻。

OLED目前仍只在試驗(yàn)線上進(jìn)行小規(guī)模生產(chǎn)，由于它使用元件少(沒(méi)有LCD的背光)，一旦在中小屏領(lǐng)域達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模，就會(huì)在成本上勝過(guò)LCD。此外，它使用的先進(jìn)制造設(shè)備，可進(jìn)一步降低成本。

Cambridge Display Technology等公司于去年6月采用一種新的滾動(dòng)式印刷技術(shù)生產(chǎn)聚合物全彩有源矩陣OLED，比現(xiàn)用的噴墨印刷技術(shù)不僅降低了成本，還提高了一致性和分辨率。DuPont公司也開(kāi)發(fā)出一種小分子OLED材料的印刷工藝，在生產(chǎn)大尺寸顯示屏方面比汽相淀積技術(shù)靈活而且成本下降，成品率也高。與LCD相比，最終成本可減少30%。

三星SDI公司正在率先建設(shè)第4代(730x920mm)的有源矩陣OLED生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)2007年1月即可投入量產(chǎn)。

SED

SED(Surface-conduction Electron-emitter Display，表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射顯示器)是日本東芝和佳能公司共同開(kāi)發(fā)推進(jìn)的一項(xiàng)新顯示技術(shù)，作為大尺寸顯示屏，它的圖像質(zhì)量比PDP和LCD更勝一籌。SED屏2005年8月已達(dá)到投產(chǎn)水平，已展出36英寸屏。技術(shù)上則還有一個(gè)亮度不穩(wěn)的問(wèn)題。

盡管有人認(rèn)為，未來(lái)幾十年內(nèi)作為電視顯示屏將包括LCD、PDP、OLED、SED 4種技術(shù)?？捎捎贚ED和PDP近年發(fā)展出乎人們預(yù)料，SED價(jià)格難敵，生產(chǎn)上市不得不推遲。主打PDP的松下表示，對(duì)PDP在性能和價(jià)格上超出SED很有信心。主營(yíng)LCD的SHARP則預(yù)言，2010年LCD技術(shù)還將出現(xiàn)里程碑式的革新。東芝公司本身2010年前生產(chǎn)仍以LCD為主流，50英寸以上的SED難有作為。SED量產(chǎn)化時(shí)間已決定從2007年1月推延到7月，但估計(jì)會(huì)放棄2008年北京奧運(yùn)會(huì)的契機(jī)。

此外，利用SED的優(yōu)良畫(huà)質(zhì)，或?qū)⑹紫韧度雽?duì)此有更高要求的單反數(shù)碼相機(jī)和高清電視方面進(jìn)行發(fā)展。

電子紙

隨著柔性顯示器的發(fā)展，進(jìn)入無(wú)紙應(yīng)用世界，對(duì)改良環(huán)境貢獻(xiàn)殊大。近幾年來(lái)，通過(guò)各企業(yè)的積極努力，取得不少成績(jī)，在展會(huì)上已可見(jiàn)到滿(mǎn)墻電子紙，Epson公司展出了厚僅0.096mm，重0.44g，21英寸的電子紙，清晰度達(dá)192dpi，Phililps公司也展出了10.1英寸的電子紙，E-ink公司則展出了全彩電子紙，并已達(dá)到生產(chǎn)的水平。但總的說(shuō)，由于技術(shù)和服務(wù)的原因，還未見(jiàn)到很大的成功應(yīng)用。

電子紙是把墨水封在微膠囊中來(lái)顯示文字和圖像，它的耗電僅及LCD的1%，由于柔性可卷，便于攜帶應(yīng)用，并可在室外閱讀，優(yōu)點(diǎn)多多，E-ink公司打算年初對(duì)電子紙投入量產(chǎn)。

電子紙技術(shù)的最終目的是要達(dá)到易讀和任意改寫(xiě)的程度，同時(shí)還要求能顯示動(dòng)畫(huà)。雖已有廠商推出由LCD和電泳動(dòng)技術(shù)構(gòu)成的電子紙，但響應(yīng)時(shí)間太慢，僅為100ms；相比之下利用著色粉末的移動(dòng)特性以顯示畫(huà)面的“粉末移動(dòng)方式”和Electro wetting(電濕方式)的高速電子紙技術(shù)更受人矚目。

此外，Sony采用E-ink方式的電子紙發(fā)表了供閱覽的電子書(shū)。松下、東芝等公司也對(duì)電子書(shū)事業(yè)抱有濃厚興趣，松下已開(kāi)發(fā)出稱(chēng)為“ΣBook”的電子書(shū)。美國(guó)包括HP、Microsoft等公司同樣積極開(kāi)發(fā)電子書(shū)，HP公司試制的Bookviewer電子書(shū)，厚1cm，尺寸略小于普通書(shū)，但可存入好幾本書(shū)的容量。