移動(dòng)通信顯示的挑戰(zhàn)與問題

李進(jìn)良 陳金岳 丁守謙

早在2000年，李進(jìn)良教授、丁守謙教授在美國洛杉磯出席每年一次的國際信息顯示會(huì)議(SID)時(shí)，即發(fā)表了他們合作的論文《The Challenge and Issues of Display for Mobile Telecommunication》，其中尚有一位作者是丁守謙教授的研究生陳金岳博士。文中首次提出未來的手機(jī)應(yīng)采用剛出現(xiàn)的新顯示材料如OLED等，以制作可折疊、可卷曲的顯示屏幕的設(shè)想，這樣才能克服互聯(lián)網(wǎng)的大信息量及手機(jī)小顯示屏的矛盾。沒想到八、九年后國外竟有人提出了同樣設(shè)想的發(fā)明專利。當(dāng)時(shí)文章還提出了取替鍵盤以占用整個(gè)手機(jī)面板的觸摸屏設(shè)想，十年科技的高速進(jìn)步，證實(shí)了兩位教授對(duì)移動(dòng)通信終端信息顯示的發(fā)展預(yù)測。在今天重溫十年前那篇英文論文，感到仍有現(xiàn)實(shí)意義。因此，兩位教授特將2000年那篇英文論文譯回中文。2010年初3D電影《阿凡達(dá)》狂潮席卷全球，啟示我們后續(xù)幻想未來4G的信息顯示，本刊特將論文譯文(中文)與后記一并發(fā)表，以供國內(nèi)業(yè)界參考。

[摘要]文章回顧了用于移動(dòng)通信的顯示技術(shù)的歷史，并提出被顯示產(chǎn)業(yè)考慮的未來移動(dòng)通信前景的問題和挑戰(zhàn)。用于移動(dòng)環(huán)境的顯示的一些建議也在被考慮之列。

[關(guān)鍵詞]移動(dòng)通信終端信息顯示挑戰(zhàn)

1導(dǎo)言與目的

由于信息顯示產(chǎn)業(yè)與通信產(chǎn)業(yè)之間缺乏相互理解，使得移動(dòng)通信未來顯示的設(shè)計(jì)缺乏方向。本文將回顧闡述對(duì)移動(dòng)通信顯示的要求和挑戰(zhàn)，并為此提出一些建議。

20世紀(jì)全球每一個(gè)人都已感受到移動(dòng)通信與計(jì)算機(jī)技術(shù)的沖擊，這兩項(xiàng)技術(shù)無疑已經(jīng)改變了人們生活和工作的方式。沒有人敢說能透徹把握其未來，但是有一點(diǎn)是肯定的，即上述兩項(xiàng)技術(shù)的融合代表了信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。在這樣的綜合技術(shù)中顯示將起到關(guān)鍵作用，它是人們與外部世界交流的直接窗口。作為未來的信息用戶，人們?cè)敢庠谌魏蔚攸c(diǎn)任何時(shí)間接入信息世界而不受有線線路的限制。第三代移動(dòng)通信激發(fā)人們享受這樣的自由，用戶可以將移動(dòng)終端接入因特網(wǎng)，發(fā)送電子郵件或直接上網(wǎng)。與過去的移動(dòng)終端相比較，對(duì)第三代終端的要求是：大量信息于屏幕上顯示，人們通過終端接入所需信息方便快捷，而且這樣的終端顯示屏不能由于它的緊湊而犧牲對(duì)信息的要求。相信未來移動(dòng)通信將使我們面臨很多挑戰(zhàn)和問題，需要大家認(rèn)真思考，特別是在顯示領(lǐng)域，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究者尤應(yīng)重視這些問題。

2在移動(dòng)通信中顯示的發(fā)展

2.11G移動(dòng)通信的顯示

與固定通信技術(shù)比較，移動(dòng)通信在顯示這一領(lǐng)域是新來者。在80年代，首先是模擬移動(dòng)手機(jī)走進(jìn)了美國市場，被稱為第1代移動(dòng)手機(jī)。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)所限，這類手機(jī)的顯示是很簡單的，除了有撥號(hào)鍵盤之外，只用了少數(shù)顯示燈來表示電源的開關(guān)狀態(tài)、來電以及手機(jī)是否在它的服務(wù)區(qū)等。

2.22G移動(dòng)通信的顯示

當(dāng)前占優(yōu)勢的GSM與CDMA手機(jī)屬于第二代移動(dòng)通信顯示終端，其中多數(shù)有比較大的LCD屏以顯示接收信號(hào)強(qiáng)度、電池狀態(tài)、漫游區(qū)、電話號(hào)碼以及控制功能清單。近年來許多運(yùn)營商為第二代移動(dòng)通信用戶開辦短信業(yè)務(wù)，許多信息諸如天氣、商業(yè)信息、點(diǎn)到點(diǎn)間簡單消息交流將被發(fā)送給移動(dòng)用戶。在1999年漢諾威展覽會(huì)上移動(dòng)通信巨頭摩托羅拉、諾基亞和愛立信展覽了媒體電話產(chǎn)品，具有在此領(lǐng)域至今最大的單色顯示屏，將被用于接八第二代技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)中，主要設(shè)計(jì)用來沖浪特殊網(wǎng)站。除了網(wǎng)絡(luò)功能之外，這樣的電話還有個(gè)人數(shù)據(jù)管理功能的PDA，也是顯示許多信息的手段。三星推出的移動(dòng)手機(jī)SCH-M220，也是接收和顯示視頻影象的先驅(qū)，移動(dòng)用戶可用之觀看新聞、運(yùn)動(dòng)和其他戶外TV節(jié)目。其使用2英寸TFT LCD以顯示影象和其它信息。由于使用了先進(jìn)的集成技術(shù)，SCH-M220的體積仍是緊湊的。

2.33G移動(dòng)通信的顯示

在第2代移動(dòng)通信技術(shù)的話音業(yè)務(wù)之外，第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用來使人們能在掌上進(jìn)入因特網(wǎng)，終端不僅有顯示網(wǎng)頁的功能，而且具有顯示運(yùn)動(dòng)影象的功能。為滿足通信功能，人們必須為反向鏈路輸入消息到移動(dòng)手機(jī)，而受小數(shù)字鍵盤所限顯然是不方便的，最可取的另一種方法肯定是具有觸摸功能的顯示屏。用戶能夠與信息世界互動(dòng)，諸如接收和發(fā)送電子郵件或?yàn)g覽網(wǎng)頁，或?qū)崿F(xiàn)增值e商業(yè)功能。多數(shù)第3代移動(dòng)手機(jī)將具有視頻便攜攝像機(jī)，以記錄實(shí)時(shí)信息并傳輸給其他移動(dòng)手機(jī)或網(wǎng)絡(luò)去顯示。

3在移動(dòng)通信中顯示面臨的挑戰(zhàn)

當(dāng)很多信息需要發(fā)送和接收時(shí)，對(duì)通信工具來說顯示是主要的，但是由于移動(dòng)通信的特點(diǎn)，對(duì)顯示也有特殊要求。

3.1顯示的節(jié)電

移動(dòng)用戶不能從供電干線享用無盡的能源，其必須借助電池來支持通信。從用戶的立場來看，每個(gè)用戶都希望本人的移動(dòng)電話無論在守侯狀態(tài)抑或在會(huì)話狀態(tài)都能持續(xù)很長時(shí)間，電池節(jié)能就成為很重要的特性。因此，所有在移動(dòng)電話中的電子元件都應(yīng)降低其功率消耗到最低電平。LCD以字符方式顯示并不消耗太多能量，一旦LCD被用來顯示彩色視頻影像則將消耗很多功率，這在一定程度上將對(duì)手機(jī)設(shè)計(jì)產(chǎn)生沖擊。大的功率，必然意味著需要大電池組，這又與小型手機(jī)的要求相矛盾。因此LCD顯示必須是省電型的。

3.2顯示的尺寸

為滿足未來移動(dòng)通信手機(jī)屏幕能顯示很多信息的需求，顯示的尺寸將會(huì)很大，占據(jù)手機(jī)面板的很大部分或全部。一種抉擇是大屏幕是合適的，但要留給鍵盤一些空間，顯示與鍵盤共存；另一種抉擇是整個(gè)手機(jī)面板都被屏幕占用，但它必須有觸摸盤輸入功能。圖1給出了過去10年各代移動(dòng)手機(jī)顯示尺寸的曲線變化。1G的顯示尺寸不到5平方厘米，2G的顯示尺寸將達(dá)15平方厘米，3G的顯示尺寸將超過30平方厘米。

3.3柔軟顯示屏

移動(dòng)通信手機(jī)采用柔軟顯示屏肯定將受歡迎，這樣的屏幕在守侯狀態(tài)能夠折疊或卷曲，以節(jié)省空間，從而保證最小的尺寸和重量。當(dāng)移動(dòng)手機(jī)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)時(shí)，屏幕可展開到足夠大小以顯示信息。我們期望當(dāng)?shù)?代移動(dòng)通信系統(tǒng)商用時(shí)，這樣的屏幕對(duì)通信工程師來說是不會(huì)驚訝的。

對(duì)未來移動(dòng)通信顯示而言，具有重量輕、可折疊靈活性及其他特性等特點(diǎn)的OLED顯示器件將是合適的侯選者。

3.4顯示的可靠性

移動(dòng)手機(jī)將被用于任何環(huán)境中，從嚴(yán)寒地區(qū)到酷熱地區(qū)；并且它還將被用于不同的人群中，從不太會(huì)用的到熟練使用的。因此，移動(dòng)手機(jī)應(yīng)具備下列條件：牢固性、適應(yīng)工作環(huán)境、附加功能(例如筆點(diǎn)輸入、觸摸盤功能)。4移動(dòng)通信顯示的技術(shù)要求

為支持未來多媒體和不同情景的應(yīng)用，以及考慮移動(dòng)通信的特性，移動(dòng)通信顯示應(yīng)滿足下列技術(shù)要求：

◆具有低成本的穩(wěn)定照明景色；

◆全固態(tài)器件；

◆自照明并對(duì)溫度不敏感；

◆重量輕；

◆彩色視頻方式時(shí)省電，具有低DC電壓輸入；

◆在所有應(yīng)用場景牢固可靠；

◆在移動(dòng)手機(jī)中與其他部件的EMC要求；

◆盡可能大的梨性顯示屏；

◆快速響應(yīng)時(shí)間以保證動(dòng)態(tài)影象的質(zhì)量。

5結(jié)論

通過對(duì)用于移動(dòng)通信的顯示的多方面分析，筆者認(rèn)為，顯示在第3代移動(dòng)通信及后續(xù)發(fā)展，其未來趨勢應(yīng)該是在彩色視頻方式及具有最大的省電功能之間加以仔細(xì)權(quán)衡考慮。

參考文獻(xiàn)

[1]李進(jìn)良個(gè)人通信系統(tǒng)[M]，北京：北京郵電出版社，1998.

[2]Aris Silaz.The Display Continuum——Crossing theThreshold[J]. Information DISPLAY，1999，15(7).

作者簡介

李進(jìn)良：教授級(jí)高級(jí)工程師，1952年畢業(yè)于清華大學(xué)電機(jī)系電信組。原任信息產(chǎn)業(yè)部電子第七研究所總工程師，現(xiàn)任《移動(dòng)通信》雜志社顧問。工業(yè)和信息化部電子科學(xué)技術(shù)委員會(huì)委員，享受政府特殊津貼專家，中國移動(dòng)通信聯(lián)合會(huì)常務(wù)理事，中國通信學(xué)會(huì)會(huì)士。從事戰(zhàn)術(shù)通信與移動(dòng)通信系統(tǒng)的科研生產(chǎn)工作50多年，多項(xiàng)獲獎(jiǎng)。提出并主持制定移動(dòng)通信九0系列標(biāo)準(zhǔn)約30項(xiàng)，發(fā)表研究報(bào)告、論文多篇。

丁守謙：1950年進(jìn)入清華大學(xué)物理系，1953年北京大學(xué)物理系畢業(yè)，1956年北大研究生畢業(yè)，研究電子光學(xué)。任南開大學(xué)信息學(xué)院電子科學(xué)系教授。曾任國際信息顯示學(xué)會(huì)(SID)理事，年度獎(jiǎng)評(píng)委及首任北京分會(huì)理事長。現(xiàn)為中國電子學(xué)會(huì)會(huì)士，享受政府特殊津貼。于1989年荻國家發(fā)明二等獎(jiǎng)。退休后從事立體(3D)成像研究，獲發(fā)明專利。有專著一部，著作4部。新近出版《創(chuàng)新的吶喊》一書。為中國的3G-TDSCDMA奔走呼吁。2008年12月22日應(yīng)邀進(jìn)中南海參加十專家有關(guān)3G會(huì)議。

后記

12年前，李進(jìn)良、丁守謙兩位教授根據(jù)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢，預(yù)測了移動(dòng)終端的顯示要從單色小面積朝彩屏、觸摸屏、軟屏、大面積方向發(fā)展。今天幾乎所有的智能手機(jī)全部都與預(yù)言的相符，只有可卷曲的或折疊軟屏還需假以時(shí)日。但已有人在兩位教授他們發(fā)表文章的八九年后申請(qǐng)了發(fā)明專利。4G標(biāo)準(zhǔn)2012年初即將最終確定，4G的數(shù)據(jù)速率將是1000Mbit/s，比初期3G的2Mbit/s高了500倍，較今天3G演進(jìn)的HsPA+21.6Mbit/s還要高50倍，這么高的數(shù)據(jù)速率必然會(huì)實(shí)現(xiàn)在很短的時(shí)間內(nèi)傳輸大量的信息，就以HSPA+fi々速率來說，就可以在一邊欣賞一部高清電影的同時(shí)，一邊下載5部高清電視劇，那么比這還快50倍的4G，其傳輸海量信息的能力將是多么驚人呀!這么一來，當(dāng)前小小的手機(jī)屏幕是無法顯示如此巨大的信息內(nèi)容的。

2010年初一部由卡梅隆拍攝的電影《阿凡達(dá)》在全球掀起了一股3D狂潮，從電視機(jī)、顯示器、投影機(jī)等固定信息顯示設(shè)備到手機(jī)、MP4、iPAD等移動(dòng)信息顯示設(shè)備，紛紛推出了3D產(chǎn)品。兩位教授認(rèn)為，3D啟示了未來4G信息顯示的發(fā)展方向，必然要對(duì)它提出更高的要求，除了持續(xù)向更密像素、更省電、更廉價(jià)、更牢靠穩(wěn)定觸摸彩屏方向發(fā)展之外，大面積軟屏就有其市場需求了，行動(dòng)時(shí)軟屏折疊或卷曲附在手機(jī)上，方便時(shí)展開成一張大面積彩屏，就可以欣賞高清晰彩色3D視頻了；或者是另辟蹊徑，干脆把手機(jī)當(dāng)作投影器，投影到大屏幕或一面墻上來欣賞高清晰彩色3D電影，當(dāng)然這只能動(dòng)用室內(nèi)電源了；或是將所存儲(chǔ)的高密3D信號(hào)利用藍(lán)牙技術(shù)傳給鄰近的專用巨幕投影機(jī)。如此，能讓人更滿意地欣賞高清晰彩色3D電影。

今天TD-LTE已經(jīng)在我國6個(gè)城市進(jìn)行規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)的建設(shè)了，4G的步伐越來越臨近了，4G的高速數(shù)據(jù)傳輸能力足可以輕松提供實(shí)時(shí)的高清晰度3D視頻等新業(yè)務(wù)，并可從各個(gè)方向同時(shí)采集并發(fā)送。正值此時(shí)，丁守謙教授的“全彩色高清晰眼鏡式立體觀像器裝置”(簡稱：非對(duì)稱偏心透鏡式立體眼鏡)的發(fā)明專利已經(jīng)國家專利局正式批準(zhǔn)授權(quán)。這與李進(jìn)良教授、丁守謙教授共同倡導(dǎo)的“3D+3G/4G”正是“天作之合”。兩位教授指出，從今以后，不僅3G有中國自主創(chuàng)新提出的國際標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA，4G有中國自主創(chuàng)新后續(xù)提出的國際標(biāo)準(zhǔn)TD-LTE-A；而且在3D的信息顯示領(lǐng)域，也有中國自主創(chuàng)新提出的非對(duì)稱偏心透鏡式眼鏡，其清晰度、彩色還原度、亮度一路領(lǐng)先。當(dāng)4G技術(shù)成熟到可以商用，市場普遍需要OPhone、iPAD及其他高清顯示系統(tǒng)在線觀看三維電影；當(dāng)4G智能手機(jī)加上雙攝像頭即可變成立體攝影機(jī)，配上這種眼鏡即可成為立體攝影與觀看立體影視的一體機(jī)，從而供大眾親自掌控隨時(shí)隨地拍攝立體影視，而且即拍即傳發(fā)送至遠(yuǎn)處供人實(shí)時(shí)觀賞。到了那一天，面臨水到渠成的最佳時(shí)機(jī)，就可以從全國的TD精品網(wǎng)過渡到國際標(biāo)準(zhǔn)的4G網(wǎng)，我國3D就可以與3G/4G比翼高飛了。