技术创新推动移动显示设备前行

中心议题:
    * 技术创新推动移动显示设备前行
解决方案:
    * 过去的便携式显示器
    * 今天的LCD和触摸屏
    *  LCD和触摸屏技术
    * 独特的另类技术

从流行在一块石头上系一张纸条然后从某人的窗户扔进去或通过燃烧着的箭发送书面消息到现在，移动显示器一直是通信技术的一部分，并迅速得到普及。今天的移动技术更加高效、更易于使用，而且据称更加安全。

我们到处都能见到各种类型和尺寸的屏幕，而且大部分人至少会携带一个显示器，它可能是作为蜂窝电话、媒体播放器、便携式电脑或所有这三种设备的一个部件。即使你一种设备都没有，但拥有其中一种设备的人迟早会走进你的生活。

玩笑归玩笑，但这是一个好事情，因为对这些产品的需求在不断增加。随着需求的增加，创新的动力通常会高涨，从而生产出独特、功能强大而且有时甚至是不可思议的设备。

过去的便携式显示器

在20世纪70年代早期进入消费市场的手持式或袖珍式计算器也许是最早采用移动显示器的产品案例。

便携式电视机也几乎在同时面世。但早期的便携式电视机使用的是CRT显示器，因此其便携性只是意味着这些电视机可以挪动到有交流电源插座的另一个房间，一般不使用电池。

当时这种袖珍式计算器非常简朴，目的是为了让计算尺永久退出历史舞台。这种计算器最初采用真空荧光显示器(VFD)，后来改为基本的七段LED显示器(图a1)。

LED段显示器比更早前的版本尺寸更小，功效也更高，在今天的计算器和各种其它低成本产品(如闹钟、基础应用显示器和仪表)中仍有使用。

大约于1973年推出的卡西欧CM-603A就是一个早期例子，它采用蓝色的6位NEC LD8084 VFD(图a2)。该计算器包含一个显示换档键，可使VFD最多显示12位数字。根据今天的标准只有一张纸重的这款计算器尺寸为153×81×37mm， 不计拎带和所用4节AA电池的话重236克。

值得注意的是，其电源和显示器驱动电路仅由6个晶体管、6个二极管、14个电容和电阻以及一个变压器组成(图a3)。虽然与今天的设计比起来有点多，但在当时而言已经相当精简了。

今天的LCD和触摸屏

用户和制造商的想法大致相同，最流行的显示器技术是LCD和基于LCD的触摸屏。从诸如Droid和iPhone的蜂窝电话到便携式笔记本电脑，再到各种各 样的ATM和POS终端，LCD和触摸屏几乎到处都能见到。如果某个领域还没有采用，那么保证有人正在努力填补这个空白。

作 为这种普及性的有力证据，DisplaySearch公司的分析师预计触摸屏模块收入(图1)将从2009年报告的43亿美元增加到2016年的140亿 美元，相当于年复合增长率约18%。分析师指出，移动电话是触摸屏的最大应用，而迷你笔记本电脑/平板电脑则是下一个极具潜力的增长领域。

“在今后几年中，触摸屏将在大尺寸应用中迅猛发展，如全功能电脑、迷你笔记本/平板电脑、教育/培训以及信息亭和自助服务点等。”DisplaySearch公司显示技术总监Jennifer Colegrove指出。

LCD和触摸屏技术

实现触摸屏的方法有很多，每一种都各有优点和缺点。由于不能用一种实现方法满足所有要求，因此选择采用哪种技术取决于两个要素：应用和预算。目前使用最广泛的技术是电阻、电容和声表面波(SAW)。

电阻式触摸屏是最简单和最便宜的触摸屏，它采用两个被空隙隔开的导电层。按压屏幕将使两个导电层接触，这使得流向处理器或控制器的电流发生变化，再由处理器或控制器将这一变化解释为一次触摸(输入)。

电阻式触摸屏可以在受污染和液体威胁的环境中提供极高的成本效益、一致性和耐用性。缺点则包括只有75%的透光率。

电容式触摸屏面板覆盖有一层带透明导体的玻璃板或其它绝缘体。当用手指触摸时，由触摸引起的电场会在触点处产生可测量的电容值变化。

控制器或处理器检测触摸位置和电容的变化，并将它们转换为特定类型的输入。虽然这种技术在物理上比电阻技术更需要技巧一些，但电容技术可以传送约90%的屏幕光线。

声表面波(SAW)技术在触摸屏面板上传送超声波。当触摸屏幕时，手指或触摸装置会吸收一部分超声波。这样，变化了的超声波会记录触摸位置，并将它们发送给控制器。

与电阻和电容设计相比，SAW技术具有更好的图像清晰度、分辨率和更多的光线传送。所有面板都是玻璃的，不会产生磨损。SAW屏幕的缺点是组成元件不能被完全密封。可行的应用包括ATM、自动信息亭和其它室内应用。

市场状况

市 场上不乏可供设计工程师和最终用户选择的LCD和触摸屏显示器。例如，Elo TouchSystems公司推出的交互式数字标牌(IDS)触摸系统就整合了精密声学脉冲识别触摸屏技术和商业级大尺寸LCD面板(图 2)。据该公司介绍，这些产品是唯一在大尺寸面板中应用无边框、边到边玻璃触摸屏技术的显示器。

为 了适应商业应用的严苛环境，这些32英寸至46英寸的面板还采用了Elo TouchSystems公司的声学脉冲识别(APR)触摸技术，该技术可确保一致性的触摸功能。可选的计算机模块支持Intel的赛扬双核处理器或 Core 2 Duo处理器，并对媒体带宽和交互性作了优化。

在有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器技术的基础之上，Samsung Mobile Display(图3)正在将白光效率从目前的20cd/A提升到40cd/A。这使得在不远的将来，AMOLED的寿命将从5万小时增加到10万小时，而功耗从62W降低到30W以下。

Samsung Mobile Display公司还计划在AMOLED制造工艺中采用高级色彩图案方法，并用薄膜方法替代目前的玻璃基板封装。这样的产品将在2011年第1季度推出。

借助三维技术的复兴，Toshiba Mobile Display已经开发出一款面向三维眼镜(图4)的光学补偿弯曲(OCB)LCD面板。据该公司介绍，OCB技术采用主动快门方式，可以实现快速响应和广视角，同时保持很高的对比度。

安装了OCB面板的玻璃具备快速的快门开关时间，从而极大地减少了3D串扰。此外，更广的视角可以在宽广的视野范围内提供更清晰逼真的三维图像。

OCB显示器的技术指标包括：0.1ms(开)和1.8ms(关)的快门响应速度；正对显示器时，对比度为5000:1，30o视角时对比度为1000:1；3D串扰率小于0.1%(30o视角)；透光率达到33%。

令显示器业界感到震惊的是，位于美国德州的UniPixel Display公司声称其推出的独特显示架构、技术和方法均超越目前市场上的任何竞争对手。该公司相信，UniPixel技术在任何可测量的指标方面都胜过OLED、等离子和LCD技术。

这 种技术采用了时间复用光学快门(TMOS)，可以提供更明亮、更清晰的图像，并且具有更高的对比度和更丰富的色彩，并且在直射光线下具有更好的可读性。在 效率方面，该公司表示Uni-Pixel显示器的功耗要比竞争技术低很多。这些显示器可支持很小和很大尺寸的应用，包括LCD、OLED或等离子元件涉及 的全部尺寸。

UniPixel公司表示，其有源层薄膜使得TMOS方法更简单、更便宜，同时还能提高性能。据该公司介绍，单 层这样的薄膜就可以取代LCD面板的液晶、色彩滤波器、偏光镜、胞状结构和亮度增强薄膜。紧凑的边缘光可取代大型背光灯。这些显示器的目标应用范围十分广 泛，从蜂窝/智能手机到用于电视和标牌设计的大型显示器等。

柔性显示器

柔性显示器具有非常好的便携性和极高的效率，目前正处于商业开发阶段的中期阶段。许多先进的技术正不断被开发出来，最著名的要数亚利桑那州立大学 (Arizona State University)的柔性显示器中心(FDC)和E Ink、索尼(Sony)、Ntera和Seiko Epson等公司开发的技术。

与LCD不同，柔性显示器是非常柔软、可以弯曲和可以成型的元件，非常适合众多紧凑型和大尺寸的设计。而且柔性显示器又薄又轻，实际上可适应所有的便携式应用。最根本的是，用户能够卷起便携式计算机、显示器等设备，然后简单地塞进公文包的日子已不再遥远。

Ntera公司的NanoChromics Ink Systems支持在各种柔性基板上以极具成本效益的方式制造印刷好的电子显示器。他们采用标准印刷技术和设备，即单张或卷筒印刷、苯胺印刷和喷墨印刷等。

显示器的厚度可以小于30μm。这种工艺也可以生产低功耗显示器(只在图像刷新期间消耗功率)，支持1.5V电源系统、多种颜色及单基板架构，并且支持当前的智能卡热层压工艺。

在 单基板上包含多层印刷结构的低功耗NanoChromic显示器(NCD)采用逐层印刷技术，该技术能够实现从简单的图标显示器到分段式和矩阵显示器(图 5)的各种柔性设计。NCD具有超薄和太阳光下可读的特性，因此适合用于许多产品，包括智能卡、智能封装、智能对象、塑料卡、封装、标签、RFID系统、 贺卡、玩具和游戏机等。

以柔性显示器领域中多项技术突破而知名的FDC公司发布了在柔性无玻璃基板上构建的第一款触摸屏有源矩阵显示器，该产品支持实时用户输入。

在 FDC与合作伙伴E Ink及DuPont Teijin组成的团队共同努力下，这款显示器通过整合FDC的低温薄膜晶体管技术、DuPont Teijin Film公司的Teonex聚邻苯二甲酸酯薄膜技术和E Ink的Vizplex墨水层压技术而构建出有源矩阵电泳显示器，也称作电子纸显示器(图6)。

由E Ink和爱普生(Epson)公司合作开发的一款低功耗显示控制器负责实现触摸屏功能。此外，这款显示器采用Wacom公司的感应式触摸屏技术，通过触控笔支持实时用户输入。显示屏仅在用户激活电子纸的时候消耗功率。

E Ink公司研究与高级开发部副总裁Michael McCreary表示，这些努力的最终目标是“要激励众多允许用户使用超低功耗显示器远程输入、存储或发送实时数据的应用，而且这种显示器具有耐用、太阳光下可读、重量轻和厚度薄的特点。”

今 年5月，索尼公司推出了一款80μm厚、4.1英寸宽、121ppi的有机薄膜晶体管(OTFT)(图7)显示器，该显示器能够围着圆柱体卷曲。这款全色 彩有机发光二极管(OLED)显示器采用了索尼独创的有机半导体材料“PXX(peri-xanthenoxanthene)衍生物”，驱动力是传统 OTFT的8倍。

索尼公司指出，这种432×240 RGB显示器是首款采用集成式栅极驱动电路和OTFT的OLED显示器。它的卷绕能力是通过消除了显示器中的刚性驱动器IC实现的。

为进一步提升显示器的柔性，索尼公司专门针对OTFT和OLED集成电路中的所有绝缘体开发了有机绝缘材料。这款显示器的其它特性包括：16,777,216种颜色、峰值亮度超过100cd/m2、对比度大于1000:1，最小弯曲半径为4mm。

独特的另类技术

就像其他任何流行的技术一样，总有一些有别于普通和获奖技术的独特及创新技术。显示器市场也是两者兼有。

今年早些时候，交互式技术开发商Displax公司推出了据称是业界第一种交互式技术，能够将任何非导电的平面或曲面转换成多点触摸屏(图8)。这家位于Braga(即著名的葡萄牙硅谷)的公司将一种正在申请专利的控制器和软件与比纸还要薄的透明聚合物薄膜整合在一起。

将 这种薄膜应用于玻璃、塑料或木材表面，不管这些表面是平的或是曲的，都能使它们具有交互性。特别要指出的是，这种技术还能与标准的LCD屏集成，从而扩展 交互形式的功能。这种薄膜可以用在对角尺寸长达3米的平坦表面。它允许用户不仅通过触摸与激活表面进行交互，而且还可以通过吹气来实现交互。目前，电容技 术可以在50英寸的屏幕上检测出多达16个手指。

控制器可以处理多个来自附着于触摸表面的聚合物薄膜中纳米线网格的输入信号。每当手指触摸屏幕或用户向屏幕表面吹气时，就会有电子扰动传送给控制器进行分析和转换。Displax公司的多点触摸技术产品已经在7月份开始出货。

在主流市场中，我们很少听说或有机会看到这些东西，它们从未在实验室之外生产过。下面就是一个“值得尝试”的例子。

两 位极富想像力的设计师Kyung-Ryul Lim和Miyeon Kim在2008年发明了“8”移动电话，这种电话在形状像8的框架上(图9)上集成了两个LCD。每个显示器可以执行不同的功能，例如作为输入文本内容 的键盘，或将整个设备转变成数字相框等其它输入任务。这种设备很有发展前途，用户居然真的能用它来拨打和接听电话。