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新兴显示技术异军突起

Emerging Displays - Pushing the Boundaries

iSuppli公司 Kimberly Allen


日常生活中,我们经常会在身边的移动电话、计算机、TV和汽车上看到显示屏,这些显示屏通常都是LCD或者CRT显示屏,偶而也有PDP或者投影系统。目前许多新兴的显示技术如有机发光二极管(OLED)、硅基液晶(LCOS)、柔性显示、三维(3D)显示等正在不断涌现,或许某一天也会同样得以普及。它们会使画面暗淡、显示信息有限的平板显示哭走向终结吗?让我们拭目以待。

随着大型、综合性的显示技术如TFT-LCD和等离子体显示屏(PDP)得到与日俱增的关注,许多新兴显示技术纷纷集聚力量供应短缺市场,正展现出激动人心的商品化进程。或许在不久的将来,这些新兴显示技术将会成为市场的主导。

新兴显示技术包括有机发光二极管(OLED)显示、液晶硅(LCOS)、柔性显示、三维(3D)显示以及使用先进纳米技术精度级的显示技术。当然,新兴显示技术要获得良好的性能和成熟的市场,仍然面临着一系列的挑战。除了需要在技术、制造工艺方面进行改进和优化外,还必须要获得一种被消费者看来是必不可少的"杀手级应用",得到消费者的充分认可。


OLED

有机发光二极管(OLED)显示是一种由有机发射极发光的平板显示技术,发射极可以是小分子材料或聚合物材料。由于材料自身发光,因而不需要背光,这使OLED拥有比LCD更薄的外形和更宽的视角。因此,OLED较之LCD体态纤薄,外形美观,如图1所示。

从理论上讲,制作一个OLED显示屏需要的加工步骤要比LCD显示屏少,所以相对简单些。但在实际操作中,仍然需要缜密考虑如何优化制作步骤,使整个加工流程更加平滑。因OLED的产率低,故其制作成本比同等的LCD要高。

最初的OLED是1999年首先由先锋公司以汽车立体声维修零部件的形式投入市场的。自此,许多显示面板厂商也纷纷涉足该领域,其主要产品是移动电话的子显示屏。表1给出了当前采用OLED的产品及其相应的供应商情况。

移动电话子显示屏将继续成为OLED的重要市场,但需要指出的是,这种技术在日本和韩国已经逐渐过时。以前,一部移动电话拥有OLED子显示很"特殊",但现在已经变得很普遍了,而且还要与其他类型的显示屏如彩色STN-LCD等竞争市场。不过OLED在欧洲、北美和中国仍为新颖技术。
由于同CSTN竞争的加剧,2004年第三、四季度的OLED子显示器交货量出现滑坡。尽管高达30%的产品价格下降带来了一定的市场回升,以及由MP3播放器交货量的增加填补了一些空白,但OLED生产商在这两个季度仍然经受了市场的紧缩。

图1 OLED显示器(略)

移动电话主显示屏是一个扩张的领域。我国台湾地区RiTdisplay公司已向一些地区交付了彩色主显示屏。LG电子和三星已开始出货面向这一应用的无源彩色OLED显示屏,先锋也有望涉足此类产品。

表1:当前的OLED产品及其相应的供应商(略)

从长远来看,OLED要取得成功,以下两个方面颇具发展潜力。第一是进入有源矩阵应用领域。从图2中可以看出,这是OLED收入的主要增长领域,它将带动OLED的市场份额由2004年的4.29亿美元增长到2010年的33亿美元。

在AMOLED蜂窝电话应用方面,因其用量巨大,可能会滞后于在PDA和数码相机等方面的应用。 当前,有源矩阵面板的产率还不能满足手机制造商庞大的数量需求。

OLED的另一个重要的应用方向是满足高价值的短缺应用。受到占主导数量的无源移动电话显示屏下滑的影响,无源矩阵OLED的市场也呈下滑趋势。但事实上在预测期内,工业、医疗和汽车PMOLED(以及AMOLED)的出货量还是稳步增长的。

OLED面板制造商通过提供长寿命、高亮度和色彩绚丽的面板,取得了相应的市场增长。OLED被看作是LCD的一种替代产品,但这种进程会相对较为缓慢。在今后的十年内,OLED面板厂商还应该继续把关注的焦点放在优化制造工艺以及同OEM厂商建立强有力的合作关系上。

图2 OLED面板显示市场预测(略)


LCOS

当今的大屏幕电视市场已是众多技术云集,其中包括直视CRT和LCD、投影CRT和LCD、DLP和等离子体(PDP)等。而液晶硅(LCOS)作为一种投影候选显示技术,正在市场上崭露头角。

在经历了大大小小厂商十年研发上的许多错误之后,基于LCOS光引擎的背投TV(RPTV) 准备再次问鼎市场。以前的尝试经常是产品在实验室不出现问题,而是离开生产线数月后才出现麻烦。现在,彩色漂移和图像残留等问题已基本解决。

LCOS的最初构想是把硅技术的迅速进步与投影系统的光学应用相结合,以创建一种更高像素的显示技术,像计算机芯片那样便于进一步开发。但事实证明光学部分是一个死角,不论是从经济、制造还是从性能的角度考虑,都因其难度都太大而不能做成可行的产品,这种情况直到最近才得到改观。

目前LCOS技术的开发商主要有:Aurora系统、Brillian公司、CRL Opto、eLCOS、Himax、 日立 以及联合微显示光电子公司等。尽管其中的许多厂商都称自己为制造商,但大多数厂商是实质上的LCOS知产IP无工厂开发商。当然有些厂商也的确拥有硅背板制造能力,且大多数拥有成熟的单元和封装技术。此外界面和控制电子技术也构成走向成功的一个关键因素。

中国厂商有望在LCOS供应链的多个环节争得市场。面板制造商或无工厂开发商需要来自硅片制造商、引擎组装厂商和最终产品制造商的协助支持。目前,SpatiaLight已经与几家中国OEM厂商开展合作,为亚洲市场提供RPTV。

LCOS技术在占据了大约600万台投影TV的市场份额,因为与DLP和基于CRT的背投TV相竞争,LCOS产品的价格在未来几年内会被逼迫下降,与其竞争产品基本持平。


柔性显示

摆脱坚硬的面板显示,实现可弯曲甚或动态柔韧的面板显示是许多工程师数十年来的梦想。尽管柔性显示在得到广泛应用之前仍有许多工作待做,但这一技术正在走向市场,"第一代"柔性显示产品的诞生已勿庸置疑。

柔性显示器可以在金属箔片、薄玻璃或各种塑料上制造。塑料是迄今为止最易操作的材料,因而是最主要的选择材料。不过选择塑料材料也需要在光学、化学和机械性能之间进行权衡考虑。氧和水会泄漏到塑料上,损坏内部显示材料,而且在制造期间,塑料会随温度变化而涨缩,损坏显示质量。

近期,柔性显示在各主要前沿领域均取得了许多进展。其面临的挑战主要涉及衬底、TFT、隔离层、实际显示以及各种制造问题。

预计到2010年,柔性显示产品将有望进入消费类电子、汽车和智能卡等领域。今后的十年将主要是柔性显示市场的实践期,而非强劲的市场增长期。当前来看,柔性显示器的制造方法和设备还很不成熟。由衬底材料到顶部隔离层和封装等制造过程仍需要投入大量的研发工作以进一步的完善。在未来的5~7年内,柔性显示将专注于几种显示类型和应用的工艺确立。由于中国有可能成为一个制造中心,因此这个时期也是对柔性显示的研发进行投资的好时机。


3D显示

三维3D显示器能通过画面为人们提供虚拟的"真实世界"。这种效果能够通过各种各样的技术选择来实现,包括头戴显示、同时显示右眼和左眼图像(与或不与偏振眼镜作用)的面屏,以及真实容积显示器(genuinely volumetric displays)等。

图3 3D自动立体显示面板的市场份额(略)

3D显示器广泛应用于医学、科技等众多领域。在医学领域,3D可应用于预手术计划、放疗、外科/外科训练等;在科学/工业设计和可视化方面,3D可应用于虚拟原型开发 (CAD/CAM/CAE)、药物设计、油气发现、科学数据可视化和空中交通管制等。此外,3D显示器还广泛应用在广告/亭/廊、笔记本电脑、消费类产品显示器、TV、移动电话和其他小型电子产品 (游戏机等)等诸多领域。

当前最受关注的3D显示类型是自动立体(autostereoscopic)平板显示,是一种无需特殊眼镜的3D画面显示屏。不过,有些用户抱怨长时间使用3D显示器,眼睛感到疲劳。

一些消费领域对3D显示器的兴趣正在稳步提升,但对于这一市场的增长来说,自动立体显示器必须要经过用户的充分检验。爱玩视频游戏的人群可能会引导3D显示器在消费类市场中站稳脚跟。夏普公司已经在制造笔记本电脑和显示器用的自动立体面板。

同时,3D显示的图像生成软件也在得以迅速地改进,某些情形正在挑战3D硬件的需要,显示器开发商必须解决好这个问题。一些复杂的显示技术如全息技术、容积显示技术等的完善可能还需要一段较长的时间。3D电视的出现还是多年以后的事。同柔性显示技术一样,现在也正是开展3D显示研发的好时机。


展望

TFT-LCD已经成为目前的一项主流技术,已到达顶峰时期。从长远来看,每种显示技术都有各自的市场。特别是对经济性和功能性的不同要求,将带动不同类型显示产品的市场需求。新兴显示器在构筑工业的发展轨迹方面正发挥着不可忽视的作用。

当然,消费者最终关心的是产品的易用性、性能和价格,而非技术细节。生产商若想拓展其潜在市场,那么在其产品设计中还应该多多融合消费者的反馈意见和实际想法。

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