顯示器的前世今生

如意

走進(jìn)21世紀(jì)，科技的發(fā)展帶給人們的除了方便快捷的生活方式、自由聯(lián)通的信息交換，以及全新概念的思維模式外，更多的是它不斷加快的發(fā)展速度和其帶給我們的震撼?！爸挥邢氩坏降模瑳](méi)有做不到的”，這句話被不斷地印證著?，F(xiàn)代科技發(fā)展的前沿，不斷地挑戰(zhàn)著人們的想象力。甚至，有時(shí)候我們已經(jīng)分不清現(xiàn)實(shí)和幻境、未來(lái)和現(xiàn)在。喜歡《哈利·波特》的人們一定還會(huì)清晰記得電影中那些動(dòng)態(tài)的人物照片和由其組成的魔法報(bào)紙。其實(shí)，這種顯示模式，在我們這些“麻瓜”生活的世界里，就要實(shí)現(xiàn)了?？矗嬲哪Х?，其實(shí)就是科學(xué)和技術(shù)的發(fā)達(dá)程度。

自從1925年，英國(guó)人約翰·洛奇·貝爾德發(fā)明了世界上第一臺(tái)電視機(jī)，并在倫敦一家大商店向公眾作了表演開始，人們對(duì)顯示技術(shù)的探索就不曾停止。直到20世紀(jì)80年代，普通用戶家里的一臺(tái)黑白電視機(jī)還可以稱之為奢侈品。隨著顯像技術(shù)的發(fā)展，彩色電視機(jī)逐漸走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，但當(dāng)時(shí)顯像技術(shù)所應(yīng)用的仍是我們稱之為CRT的顯示器，它是一種使用陰極射線管（Cathode Ray Tube）的顯示器，其不僅體積大、重量大，還需要高壓直流供電，抗干擾能力差。但從20世紀(jì)90年代直到21世紀(jì)初期，CRT顯像技術(shù)仍統(tǒng)治著大部分的顯示器市場(chǎng)，而且大有不可替代之勢(shì)。然而，自從液晶顯示技術(shù)大規(guī)模發(fā)展開始，CRT顯示器便不得不以老一代產(chǎn)品的身份被迅速淘汰出市場(chǎng)了。液晶顯示器到底具有哪些優(yōu)勢(shì)，能使其迅速的占領(lǐng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的顯示器市場(chǎng)呢？這還要從液晶的特殊的物理化學(xué)特性開始說(shuō)起。

在1888年，奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾合成了一種奇怪的有機(jī)化合物，它有兩個(gè)熔點(diǎn)，加熱到145℃時(shí)，固態(tài)晶體便熔成渾濁的液體，而其他純凈物質(zhì)熔化時(shí)卻都應(yīng)是透明的。如果繼續(xù)加熱到175℃時(shí)，它似乎再次熔化，變成清澈透明的液體。這是一種介于固體與液體之間，具有規(guī)則性分子排列的有機(jī)化合物。我們知道物質(zhì)有固、液、氣三種形態(tài)。液體分子是長(zhǎng)形的（或扁形的），如果分子的排列沒(méi)有規(guī)律性，我們稱之為液體，如果分子的排列具有方向性，我們稱之為“液態(tài)晶體（Liquid Crystal）”，又簡(jiǎn)稱“液晶”。

在1961年，美國(guó)RCA公司普林斯頓試驗(yàn)室有一個(gè)年輕電子學(xué)者F·Heimeier正在準(zhǔn)備博士論文的答辯，為了研究外部電場(chǎng)對(duì)晶體內(nèi)部電場(chǎng)的作用，他想到了液晶。他在兩片透明導(dǎo)電玻璃間夾上摻有染料的向列液晶。當(dāng)在液晶層的兩面施加幾伏電壓時(shí)，液晶層就由紅色變成了透明態(tài)。出身于電子學(xué)的他立刻意識(shí)到這不就是彩色平板電視嗎！RCA公司對(duì)這項(xiàng)研究極為重視，一直將其列為企業(yè)的重大機(jī)密項(xiàng)目，直到1968年，才在一項(xiàng)最新科技成果的廣播中向世界報(bào)導(dǎo)。這一報(bào)導(dǎo)立刻引起了日本科技界和工業(yè)界的重視。

日本把當(dāng)時(shí)正在興起的大規(guī)模集成電路和液晶相結(jié)合，以“個(gè)人電子化”為導(dǎo)向，很快開發(fā)了一系列商品化產(chǎn)品，打開了液晶顯示實(shí)用化的局面，掌握了主動(dòng)，促成了日本微電子業(yè)的驚人發(fā)展。

液晶作為一種特殊的功能材料，具有極其廣泛的應(yīng)用價(jià)值，小到手表、手機(jī)，大到顯示器、電視，液晶行業(yè)已經(jīng)深入到社會(huì)生活的各個(gè)角落了。

液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）從結(jié)構(gòu)來(lái)看，其采用的顯示幕是由不同部分組成的分層結(jié)構(gòu)。LCD由兩塊玻璃板構(gòu)成，厚約1mm，由5μm的液晶材料均勻間隔開。因?yàn)橐壕Р牧媳旧聿话l(fā)光，所以顯示幕兩側(cè)設(shè)有作為光源的燈管，而在液晶顯示幕背面有一塊背光板和反光膜，背光板是由熒光物質(zhì)組成的，可以發(fā)射光線，其作用主要是提供均勻的背景光源。背光板發(fā)出的光線在穿過(guò)第一層偏振過(guò)濾層后進(jìn)入包含成千上萬(wàn)水晶液滴的液晶層。液晶層中的水晶液滴被包含在細(xì)小的單格結(jié)構(gòu)中，一個(gè)或多個(gè)單格構(gòu)成熒幕上的一個(gè)圖元。在玻璃板與液晶材料之間是透明的電極，電極分為行和列，在行與列的交叉點(diǎn)上，通過(guò)改變電壓來(lái)改變液晶的旋光狀態(tài)，液晶材料的作用類似于一個(gè)個(gè)小的光閥。在液晶材料周邊是控制電路部分和驅(qū)動(dòng)電路部分。當(dāng)LCD中的電極產(chǎn)生電場(chǎng)時(shí)，液晶分子就會(huì)產(chǎn)生扭曲，從而將穿越其中的光線進(jìn)行有規(guī)則的折射，然后經(jīng)過(guò)第二層過(guò)濾層的過(guò)濾在熒幕上顯示。組成屏幕的液狀晶體有紅、綠、藍(lán)三種基色，它們按照一定的順序排列，通過(guò)電壓來(lái)刺激這些液狀晶體，就可以呈現(xiàn)出不同的顏色，不同比例的搭配可以呈現(xiàn)出千變?nèi)f化的色彩。因此，精確到“點(diǎn)”的液晶電視比“逐行掃描”的普通電視又高出了一個(gè)層次。高清晰、高亮度、寬視角、影像逼真、畫質(zhì)細(xì)膩且富立體感是液晶電視帶給觀者的第一印象；輕薄、省電、無(wú)閃爍、無(wú)輻射亦是液晶電視傲視傳統(tǒng)CRT顯示器的原因。

液晶電視機(jī)的液晶顯示屏不是主動(dòng)發(fā)光的器件，需要有背光源才能發(fā)光。冷陰極熒光燈CCFL是LCD中運(yùn)用最廣泛的背光源?，F(xiàn)在稱為L(zhǎng)ED的液晶電視機(jī)其實(shí)只是采用LED作為背光源而已，其他部分與LCD彩電基本相同。但采用LED背光源的LED彩電較采用CCFL背光源的LCD彩電是具有一定優(yōu)勢(shì)的。LED重現(xiàn)圖像的色彩（色域）更廣，背光壽命更長(zhǎng)，更節(jié)能，具有超薄機(jī)型，更環(huán)保。LED彩電比LCD彩電更加環(huán)保，因?yàn)長(zhǎng)CD彩電中使用的CCFL背光燈中含有汞（水銀），這種元素對(duì)人體是有害的。目前，廠商方面已經(jīng)盡力降低熒光管中汞的含量，但是完全無(wú)汞的熒光管會(huì)帶來(lái)一些新的技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為困難。而LED背光源的優(yōu)勢(shì)在于完全不含汞，符合綠色環(huán)保的要求。

在LCD和LED統(tǒng)治顯示領(lǐng)域十幾年后，人們開始渴望能有自發(fā)光的、更新的、更能滿足人類想象力的顯示技術(shù)出現(xiàn)，OLED符合了人們的需求。OLED，即有機(jī)發(fā)光二極管（Organic Light-emitting Diode），又稱為有機(jī)電激光顯示（Organic Electroluminescence Display，OELD）。OLED顯示技術(shù)具有自發(fā)光的特性，采用非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)光，而且OLED顯示屏幕可視角度大，并且能夠顯著地節(jié)省電能，OLED屏幕具備了許多LCD和LED不可比擬的優(yōu)勢(shì)，因此它一直被業(yè)內(nèi)人士看好。endprint

OLED的厚度可以小于1毫米，僅為L(zhǎng)CD屏幕的1/3，并且重量也更輕。OLED是固態(tài)機(jī)構(gòu)，沒(méi)有液體物質(zhì)，因此抗震性能更好，不怕摔。它幾乎不存在可視角度問(wèn)題，即使在很大的視角下觀看，畫面仍不失真。OLED的響應(yīng)時(shí)間是LCD的千分之一，顯示運(yùn)動(dòng)畫面也絕不會(huì)有拖影的現(xiàn)象。OLED低溫特性好，在零下40℃時(shí)仍能正常顯示，而LCD則無(wú)法做到。并且，OLED制造工藝簡(jiǎn)單，成本更低，發(fā)光效率更高，能耗比LCD也要低。OLED能夠在不同材質(zhì)的基板上制造，比如，裝在塑料或金屬箔片等柔性材料上，而不像傳統(tǒng)液晶需要固定在玻璃面板中。所以，利用OLED可以做成能夠彎曲的柔軟顯示器。

可彎曲顯示器在技術(shù)上的最大難題便是材質(zhì)問(wèn)題。LED雖然也可以做成可彎曲的顯示器，但是由于它的玻璃面板問(wèn)題，不可能任意的彎曲折疊。雖然直到今天，可以任意彎曲折疊的顯示面板并未真正出現(xiàn)在用戶的視野中。但是，OLED的各種特性，給這個(gè)問(wèn)題的完美解決帶來(lái)了很大的希望。我們現(xiàn)在所能看到的上市產(chǎn)品，還僅僅局限于“固定式的彎曲”，柔性屏幕技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)階段，并沒(méi)有太多代表性產(chǎn)品上市。在今年，三星Galaxy Round和LG G Flex雖然采用的是柔性屏幕，但它們的屏幕部分都非水平，仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)自由彎曲、變換形狀，“固定式的彎曲”是無(wú)法改變屏幕彎曲角度的。第二種處于研發(fā)階段的柔性屏幕產(chǎn)品，使用了可彎曲的屏幕和機(jī)身外殼，你可以像使用信用卡那樣，將它們向前或向后稍微彎曲，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)折疊。第三種柔性屏幕可能是我們最希望看到的最終極形式，那就是能夠?qū)崿F(xiàn)完全折疊的屏幕。想象一下，把一個(gè)大屏幕的手機(jī)折疊后放進(jìn)衣服口袋里，使用時(shí)可以方便打開，是不是已經(jīng)接近閱讀“魔法”報(bào)紙了？可折疊手機(jī)的應(yīng)用要比閱讀魔法報(bào)紙舒適便捷多了?；蛘撸咽謾C(jī)或者平板電腦“展開”的顯示屏當(dāng)作地圖用。柔性顯示屏甚至還可以被嵌入衣服和珠寶中。如果可以克服困難，柔性顯示屏將會(huì)有巨大的市場(chǎng)潛力。據(jù)說(shuō)，這種完美形式的產(chǎn)品已經(jīng)被三星研制成功了，但距離真正的上市和普及還有很長(zhǎng)的路要走。期待總是美好的，相信“魔法時(shí)代”已經(jīng)離我們不遠(yuǎn)了。

基于我們對(duì)未來(lái)世界的渴望，我們就先來(lái)歷數(shù)一下OLED顯示屏的各種優(yōu)點(diǎn)吧。

1.低功耗：柔性觸摸屏顯示器支持經(jīng)由手寫筆或觸摸的即時(shí)使用者輸入，且只有在電子紙被啟用時(shí)才會(huì)消耗電力。一旦在屏幕上勾畫，在擦除之前，信息可被存儲(chǔ)或被無(wú)線發(fā)送。耗電量較傳統(tǒng)屏節(jié)省30%以上。功耗低于原有器件，有助于提升設(shè)備的續(xù)航能力。

2.超薄屏體：柔性顯示器極為輕薄、可變形，作為截然不同的裝置，用途多樣。柔性屏的屏體厚度僅為10mm，比傳統(tǒng)屏薄150mm。

3.體積小、輕便：到目前為止顯示裝置都是像電視和電腦的顯示器，有一定的重量、厚度和體積，固定在某個(gè)位置。柔性顯示器屏體平均重量?jī)H為20kg/M2，比傳統(tǒng)屏輕40kg/M2。

4.顯示方式多樣：全色彩顯示的柔性顯示器的顯示方式，如在塑料膠片上面形成有機(jī)EL或有機(jī)半導(dǎo)體層方式。

5.運(yùn)輸方便：超強(qiáng)柔軟度使屏體可以卷成圓柱狀，更加方便包裝運(yùn)輸。

6.安裝簡(jiǎn)便：輕便控制盒可以任意拼接且不受方位限制，較常規(guī)顯示屏節(jié)約90%的安裝費(fèi)用。

7.卓越畫質(zhì)：大功率SMD5050燈的使用，保證顯示屏畫面亮度更好、更清晰，達(dá)到與傳統(tǒng)屏相同的觀看效果。

8.防水性能：超高防水等級(jí)IP68，屏體可以全部入水，適用于戶外使用。

9.防摔功能：基于其可彎曲、柔韌性佳的特性，柔性屏幕耐用程度也大大高于以往的傳統(tǒng)屏幕，降低設(shè)備意外損傷的概率。

既然OLED可以被裝在各種韌性的基板上，我們是否可以嘗試塑料材質(zhì)呢？塑料顯示屏雖然能讓設(shè)備真正實(shí)現(xiàn)可彎曲的“柔性”，但是塑料材料還有許多技術(shù)問(wèn)題。塑料的屬性和玻璃的不同，這就意味著，需要在不犧牲顯示屏顯示銳度和反應(yīng)敏度的情況下找到玻璃的塑料代替品。另一個(gè)棘手問(wèn)題是，塑料材料具有半滲透性，空氣和水有可能會(huì)滲入設(shè)備中。為了避免這個(gè)問(wèn)題，可以為塑料鋪一層保護(hù)層，也可以嘗試玻璃塑料混合材料。雖然困難重重，但都只是時(shí)間和金錢的問(wèn)題。

雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)在所能量產(chǎn)的柔性顯示器大多僅僅可以卷曲，不能折疊。預(yù)計(jì)未來(lái)的產(chǎn)品應(yīng)該是可以折疊，而且外形會(huì)更加多變。其實(shí)，如今的柔性顯示器僅被視作顯示屏革命的初級(jí)階段產(chǎn)物，其最終目標(biāo)是讓移動(dòng)和可穿戴電子設(shè)備從根本上改頭換面。

既然OLED優(yōu)點(diǎn)勝過(guò)LCD數(shù)十倍，為什么OLED還沒(méi)能一統(tǒng)天下？除了產(chǎn)能問(wèn)題，更多是其讓人皺眉的缺點(diǎn)。除了屏幕材質(zhì)問(wèn)題，真正可折疊手機(jī)需要解決的技術(shù)難題還包括復(fù)雜的電路和外部電池。

雖然距離我們看上“魔法報(bào)紙”還有一段距離，但量產(chǎn)帶有“固定式彎曲”屏幕的手機(jī)還是給人們帶來(lái)了高科技的味道。這種“固定式彎曲”屏幕雖然不能任意變化彎曲角度，但由于屏幕可以延伸到手機(jī)側(cè)面，這樣就可以利用手機(jī)兩側(cè)的物理空間。摒棄傳統(tǒng)形式的物理按鈕成為了可能。一定角度的固定彎曲可以更好的貼合人的面部曲線，防止屏幕反光。所以，弧形屏幕手機(jī)的未來(lái)一定是光明的。雖然可小角度彎曲的屏幕還未量產(chǎn)，就已經(jīng)面臨質(zhì)疑，但這種質(zhì)疑聲是對(duì)解放雙手的渴望，避免兩手同時(shí)控制才能完成的操作模式。

關(guān)于柔性屏幕在未來(lái)可能的具體應(yīng)用，我們目前還不能完全的預(yù)測(cè)。在人類的發(fā)展歷史上，沒(méi)有一項(xiàng)發(fā)明是可以毫無(wú)偏差的就能成功的預(yù)測(cè)其在應(yīng)用領(lǐng)域的未來(lái)呢？人類也就是在這種不確定性中，不斷地探索和前進(jìn)。也正因?yàn)檫@種不確定性，才給我們帶來(lái)更多的渴盼和希望。在科技的發(fā)展與應(yīng)用這條路上，我們注定了只能是先驅(qū)者和探路人。而從來(lái)考驗(yàn)人類的都不是科技發(fā)展的本身，想象力永遠(yuǎn)是決定著我們究竟可以走多遠(yuǎn)的最終裁判。柔性屏幕的發(fā)明帶給人類的只是窺探未來(lái)世界的一把鑰匙，真正開啟這座聯(lián)通未來(lái)與現(xiàn)在、魔幻與真實(shí)之間的大門的，還是我們對(duì)《哈利·波特》中那夢(mèng)幻的看報(bào)紙方式的無(wú)限向往。于是，在“近未來(lái)”的時(shí)間里，我們用柔性屏幕這把鑰匙用力地拉開通往未來(lái)的大門。endprint