雙穩(wěn)態(tài)顯示:功耗低成本高 市場仍在觀望
編者按:近年來,OLED、PLED、OTFT等各種新興顯示技術(shù)層出不窮,特別是在柔性基板上的顯示產(chǎn)品更是不斷有商用的消息。本報特推出新興顯示技術(shù)系列報道。今天著重報道雙穩(wěn)態(tài)顯示。隨后將針對PLED、OLED等進(jìn)行報道。
有關(guān)市場調(diào)研結(jié)構(gòu)預(yù)計,雙穩(wěn)態(tài)顯示器的營收將從2007年的7800萬美元增長到2012年的5.16億美元,出貨量也會從2007年的2900萬臺增長到2012年的3.5億臺。iSuppli認(rèn)為,雙穩(wěn)態(tài)顯示器保持圖像的特性,使這一技術(shù)特別適合智能卡、便攜式閃存設(shè)備和電子書、電子紙的應(yīng)用需求。不過,雙穩(wěn)態(tài)顯示技術(shù)目前還處于初試階段,產(chǎn)品的合格率較低,生產(chǎn)成本和市場價格也較高。專家認(rèn)為,雙穩(wěn)態(tài)顯示技術(shù)被市場接受還有一定的難度。
功耗低是最大優(yōu)勢
雙穩(wěn)態(tài)是物理學(xué)上的一個基本概念,顧名思義,是指可以保持兩種穩(wěn)定物理狀態(tài)的一種現(xiàn)象。TIC中意德諾投資顧問有限公司顧問龐春霖在接受《中國電子報》記者采訪時這樣解釋,在給予輸入信號的條件下,單穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)便呈現(xiàn)一個對應(yīng)的輸出狀態(tài)。但這個輸出是暫時的,當(dāng)輸入消失或撤除后,則系統(tǒng)輸出又回復(fù)到初始狀態(tài),即原有的一種穩(wěn)定狀態(tài);而對于雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)而言,即便外界輸入信號消失或撤除,輸出卻依舊可以保持在被輸入激發(fā)時的狀態(tài),除非再次給予輸入才進(jìn)行改變,這就是雙穩(wěn)態(tài)。
生活中單、雙穩(wěn)態(tài)最簡單的例子就是酒店自動門和家庭普通門,自動門在你進(jìn)入的時候,會呈現(xiàn)開啟的狀態(tài),但這個狀態(tài)在你進(jìn)入后便結(jié)束,門重新回歸到唯一的穩(wěn)定狀態(tài)——關(guān)閉狀態(tài)(單穩(wěn)態(tài)),而普通門則有兩種穩(wěn)定狀態(tài),關(guān)閉狀態(tài)是一種,當(dāng)你打開門之后,只要你不再去動作,則門一直保持在另外一個穩(wěn)定狀態(tài)——開啟。
雙穩(wěn)態(tài)技術(shù)作為一種物理概念,類似當(dāng)年流行的納米技術(shù)一樣,無論是電子、光學(xué)領(lǐng)域,還是機(jī)械、力學(xué)領(lǐng)域,都應(yīng)用廣泛。記者查詢了相關(guān)資料,發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)中的阻尼器、光子計算機(jī)中的光晶體管,甚至普通的計算機(jī)鍵盤中都應(yīng)用了雙穩(wěn)態(tài)概念。
在平板顯示領(lǐng)域,早在多年前就有成熟的雙穩(wěn)態(tài)產(chǎn)品投放市場,例如當(dāng)年我國臺灣碧悠的E-book及美國E-ink的電子紙等產(chǎn)品。但是不同的雙穩(wěn)態(tài)顯示器的工作原理各不相同,制作工藝和技術(shù)也有差異。
因為雙穩(wěn)態(tài)保持無需外界輸入,所以可大大減少對能源的依賴程度,據(jù)說雙穩(wěn)態(tài)顯示器的電池壽命比一般顯示器的電池壽命要高出600多倍,因此雙穩(wěn)態(tài)顯示器也被稱為零功耗顯示器和綠色顯示器。
據(jù)石家莊永生華清液晶有限公司梁曉博士介紹,雙穩(wěn)態(tài)零場記憶與低能耗的特性,使其在不加電場的情況下,能長期保持其顯示內(nèi)容,節(jié)省大量能源。一旦在顯示器寫入一個圖像,當(dāng)切斷電源后它仍然被長時間保存在液晶屏上,而且每個像素可長期穩(wěn)定在從暗態(tài)到最亮的不同反射態(tài),只有在改變圖像或刷新的時候需要消耗能量。其記憶和反射的物理特性使顯示器具有極高的能量利用率。這是任何其他顯示器無法比擬的。并且它是反射態(tài)顯示,不要背光源,因此節(jié)能省電。
對于動態(tài)顯示次數(shù)較少或多數(shù)狀態(tài)下為靜止顯示的產(chǎn)品,例如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、PDA、電子標(biāo)簽、電子書、電子紙張、電子名片、電子油畫、電子相框,特別是戶外廣告的大屏幕顯示,因為其功耗小、顯示時間長、節(jié)約能源等優(yōu)勢,應(yīng)用空間非常大,所以參與的企業(yè)也越來越多。
成本高使市場接受有難度
先進(jìn)國家對雙穩(wěn)態(tài)技術(shù)的研究已有20多年的歷史,在顯示產(chǎn)品上,也有眾多的公司參與開發(fā)并制作出系列的產(chǎn)品,例如:在雙穩(wěn)態(tài)PDP產(chǎn)品上,有E-ink、三星、SiPix Imaging和Bridgestone等公司進(jìn)行參與,并開發(fā)出1英寸~40英寸不等的顯示產(chǎn)品。
在雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示器上,有Nemoptic、Kent Displays、Qualcomm、Ubixon等公司參與進(jìn)行。在今年美國國際顯示信息學(xué)會年會上,Ubixon公司便展示了一個1.1英寸、128×40的雙色顯示器。
在電子紙張方面,則有PVI公司進(jìn)行研究開發(fā)。龐春霖認(rèn)為,目前市場對雙穩(wěn)態(tài)顯示有濃厚的興趣,部分整機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)開始使用雙穩(wěn)態(tài)顯示器,但完全成熟還有一段的時間。
據(jù)梁曉博士介紹,從20世紀(jì)70年代至今,美國的Kent State大學(xué)、ADS、DCI、Motorola和3M公司,日本的Minolta Camera、Sharp(夏普)、 Toshiba(東芝)、富士—施樂也都有多穩(wěn)態(tài)液晶顯示器樣機(jī)出現(xiàn)。法國的AEG公司、我國臺灣和韓國的FDS、EDT、中華映管、南亞、凌峻、三星等公司也在積極開發(fā)之中,我國內(nèi)地現(xiàn)亦有幾家公司在投資這一顯示技術(shù)的開發(fā)工作。
雖然雙穩(wěn)態(tài)顯示技術(shù)正在越來越受到市場青睞,但阻礙雙穩(wěn)態(tài)技術(shù)發(fā)展的因素也不少。龐春霖認(rèn)為,首先這一技術(shù)目前還處于初試階段,產(chǎn)品的合格率較低、生產(chǎn)成本和市場價格較高,市場接受還有一定的難度。不少整機(jī)企業(yè)對雙穩(wěn)態(tài)顯示也還處于觀望狀態(tài)中。其次,配套部件,例如驅(qū)動電路、材料、裝備的開發(fā)還不如目前成熟的單穩(wěn)態(tài)顯示產(chǎn)品配備完整,這也是影響雙穩(wěn)態(tài)顯示快速發(fā)展的一個因素?!吧鲜鲆蛩啬芊癖豢朔P(guān)鍵在于雙穩(wěn)態(tài)顯示進(jìn)入市場及商業(yè)化普及的程度。程度越高,則上述的問題也越易于解決。天下熙熙,皆為利來;天下攘攘,皆為利往,利潤的拉動,又有什么技術(shù)或配套的難題不能逾越呢?”龐春霖表示。
專家認(rèn)為,從目前對液晶材料的需求來看,很難預(yù)測這一市場將來的發(fā)展,但只要消費者對該類產(chǎn)品的不斷認(rèn)可,雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示器還是有一定的市場空間的。
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雙穩(wěn)態(tài)顯示技術(shù)
雙穩(wěn)態(tài)顯示技術(shù)主要是指利用兩個穩(wěn)定光性狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)顯示的技術(shù)。目前發(fā)現(xiàn)的具有兩個穩(wěn)定光性狀態(tài)的材料主要有鐵電液晶、聚合物穩(wěn)化液晶、聚合物分散液晶、電子油墨等。這些材料的共性特點是兩個光性狀態(tài)在無外電場作用時都能夠穩(wěn)定存在一段時間,在外電場作用下,兩個光性狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)換。由于顯示所用的兩個光性狀態(tài)在無外場的情況下是穩(wěn)定的,所以不需要長時間加外場來維持顯示狀態(tài),就有了比較省電的特點。這類顯示技術(shù)在靜態(tài)顯示方面能夠表現(xiàn)出省電這一優(yōu)勢。
電子油墨
帶正電的白色顆粒與帶負(fù)電的深色液體被包裹到一起就是電子油墨。當(dāng)上電極加負(fù)電壓時白色顆粒在電場作用下就覆蓋到上電極附近,從上邊看表現(xiàn)出白色,去除電場后,白色顆粒會停留在原處一段時間;反之,當(dāng)下電極加負(fù)電壓時白色顆粒在電場作用下就覆蓋到下電極附近,從上邊看表現(xiàn)出深色。帶電顆粒在電場作用下移動是電泳過程,速度很慢。
聚合物穩(wěn)化液晶
膽甾液晶與少量預(yù)聚物混合,在外加電場時光照聚合預(yù)聚物形成網(wǎng)絡(luò),這個狀態(tài)光透明。當(dāng)外電場去除后,在室溫?zé)狎?qū)動下,電場誘導(dǎo)的液晶織構(gòu)出現(xiàn)破損,這個狀態(tài)光不透明。這是個常關(guān)模式的顯示器,僅在施加外電場時才透明。反之,在不外加電場時光照聚合預(yù)聚物形成網(wǎng)絡(luò),這個狀態(tài)光透明。當(dāng)施加外電場后,液晶取向織構(gòu)被破壞,開始光不透明。這是個常開模式的顯示器,僅在施加外電場時才不透明。由于聚合物的穩(wěn)化作用,織構(gòu)轉(zhuǎn)換需要很高的電壓。
聚合物分散液晶
向列液晶與多一些聚合物混合后,液晶以液滴形式分散到聚合物中。液晶液滴有自組織能力,形成取向極球,具有光學(xué)各向異性。由于它們是無規(guī)分布的,此時光學(xué)不透明。當(dāng)施加外電場時,極球沿外場取向,此時光學(xué)透明。同樣由于聚合物的穩(wěn)化作用,織構(gòu)轉(zhuǎn)換需要很高的電壓。
鐵電液晶
鐵電液晶是帶有手性的傾斜近晶相,分子偶極與分子長軸垂直。無外場時,液晶分子層呈現(xiàn)螺旋排列方式;當(dāng)施加與紙面垂直的電場時,在分子偶極的驅(qū)動下,螺旋排列被破壞,形成單一取向的織構(gòu),當(dāng)施加電場反向時,分子也原地旋轉(zhuǎn)180度,形成新的單一取向織構(gòu)。當(dāng)偏陣片與其中一種取向織構(gòu)中分子的取向一致時,光透明,而另一單一取向的織構(gòu)則光不透明。兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換時,分子僅是原位旋轉(zhuǎn),不需要長程遷移,因此轉(zhuǎn)換速度非??欤瑒偝霈F(xiàn)時受到廣泛關(guān)注。但由于兩個單一取向織構(gòu)中分子的夾角不夠大,顯示襯度差一些。另外,大范圍均勻制備困難,液晶成本也高,因此限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。
從顯示品質(zhì)和成本綜合來看,目前電子油墨的前景比較好。電子油墨顯示是反射式顯示模式,不需要背光源,器件成本較低,還適合柔性基板,在柔性靜態(tài)顯示方面的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。目前主要是美國電子油墨公司、英國塑料邏輯公司、荷蘭飛利普公司和日本精工愛普生公司等在積極推進(jìn)從小尺寸手表到大尺寸標(biāo)牌等多類產(chǎn)品技術(shù)。國內(nèi)北京化工大學(xué)、浙江大學(xué)和天津大學(xué)等研究單位在積極開發(fā)此類技術(shù)。該類技術(shù)在標(biāo)牌和電子書方面有很好的應(yīng)用前景,在電子報紙方面受到信息來源的限制,目前應(yīng)用前景尚不十分明確。