革命性的显示器
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更新于2008-01-10 16:15:49

        有机发光二极管(OLED)不仅能制造出微型显示器, 而且还能制成塑料显示器,引发整个显示市场的革命,使我们的数字世界发生改变。 

         IT行业正在发生一场革命,而公众对此仍没有察觉到。从德国巴伐利亚到美国马萨诸塞州的研究机构所发生的一切,能使每个电脑使用者的工作环境得到改善,这就是未来的显示技术——有机发光二极管(OLED)的诞生。开发人员发现,OLED的图文质量将会使迄今所有的显示器黯然失色,它在亮度、对比度及清晰度上都将达到一个新的高度。OLED显示屏能够快速成像,视角接近180°,图像刷新率比液晶显示器快100至1000倍。除了图像质量的根本性改进外,这项新技术还具有令人着迷的特性,它耗电极低且显示器的重量小、抗震性好,这对于便携式设备而言十分有利。 

        不仅如此,由于可弯曲的塑料也可以用作基质材料,所以OLED显示屏的外形不受限制,可以是任何形状,可以放到任意物体的表面。由于使用了新的基质材料,OLED显示屏比目前最薄的薄膜电晶体管(TFT)屏幕还要平整得多。


 
崭新的视角:液晶显示屏(左)与从每个角度都易读取的、明亮的有机发光二极管(右)比较,有机发光二极管显示出明显优势


在柯达公司首先发光 

        柯达公司是OLED新技术研发的先锋。在柯达美国太阳能电池实验室,有一位叫邓青云(Chin Tang)的科学家,从1979年起就对有机材料发出的蓝光进行观察,这标志着OLED新技术的诞生,而人们在聚合物中发现电子发光的特性则是11年以后的事情。

        1990年,这项技术的突破引发了一场开发未来显示屏的竞赛。从事有机发光二极管研究和开发的公司就像生产计算机和其他电子产品的企业那么多。除了各跨国公司,如索尼、东芝、三洋和飞利浦公司的开发部门以外,全世界的研究所都在进行这项令人着迷的显示屏开发工作,兴趣之大绝非一时的闪念。根据德国一份市场研究报告,2005年OLED显示屏的销售额预计可达30亿欧元以上,2010年的销售额将超过200亿欧元。 

        不过,研发工作还在实验室里继续进行。研究人员使用了各种不同的材料并采用不同的制造方法,但原理都是一样的:通过电流的作用使基质材料发光,这种具备发光功能的材料是通过层间蒸发的有机分子或聚合物长链释放出有色的分子来实现的。因此有机发光二极管能自动发光,而液晶显示器必须采用耗电的背景光源,并且OLED显示屏的结构更平整、重量更轻。 

        自从发现其物理特性后,有机发光二极管技术便得到了飞速发展。第一个OLED显示屏样品的亮度达到150流明,对比度为100:1,技术参数同今天的TFT屏相同。而现在它的亮度可以达到200,000流明,人们必须佩戴墨镜才能观看了。

        在德国雷根斯堡(Regensburg),领导欧洲有机发光二极管工作的沃夫甘·雅各威茨(Wolfgang Jakowetz)说,“只要你见过这种显示屏,你就会明白,为什么我们要朝这方面投入如此多的时间和精力。”当电压只有5伏时,这种塑料发出的光,其亮度要比液晶显示屏亮而且清晰,而这时的有机发光二极管大约只有1毫米厚。

        拜罗伊特(Bayreuth)物理实验室的马库斯·施瓦勒(Markus Schworer)博士认为,人们在实验室取得的成果要多于民众所熟悉的情况。长期以来,人们不清楚是否能用目前的方法制造出大型显示器,而现在这项技术已经获得了突破。面对放在实验室里的第一台大型有机发光二极管显示屏,施瓦勒博士十分激动地说:“这比我见到的所有显示器都要好!” 

        使聚合物分子在大面积上均匀地得到蒸发,是位于布兰登堡的弗劳恩霍夫应用聚合物研究所(IAP)的研究课题。IAP的威德(Armin Wedel)博士解释了之所以使用发光的塑料作为基质材料的原因。和有机小分子相比,这种聚合物更容易发光,且成本更低,接近液晶显示屏。

研究人员相当乐观

        与工业投资伙伴一起实施的其他项目不同,弗劳恩霍夫研究所对使用自己的资金进行有机发光二极管的研究表现出相当的自信。“研究的范围不仅包括计算机显示屏,而且还有家用电器,如冰箱、吸尘器或洗衣机的显示屏。”威德博士说。 

        就发光和显示效果而言,有机发光二极管使用的电脑材料比迄今使用的所有显示材料都要优良,因为它是平面式发光,所以从每个角度都能看得很清楚。大规模生产要比液晶显示屏容易得多,弗劳恩霍夫微分子开关研究所(IMS)将在一条生产线上试产,预计在室内进行成批生产不成问题,不过要做到降低生产成本仍有许多困难。 

        威德博士的观点早已超出了用于电气设备的塑料显示屏的范围。如果用灵活的感光底层来替代目前显示屏的玻璃板,就可以推出一种超薄OLED显示屏,它将拥有崭新的应用空间。如果能把敏感的色素持久地密封,并以胶囊形式灵活地嵌入薄膜中,就能研制出一种可滚动的显示屏,用于个人数字助理(PDA)和笔记本等移动设备,甚至可以研发出放入裤兜里的、形如圆珠笔的显示屏。但是,空气中的氢气和有可能渗入的水分子可使薄膜氧化,从而破坏色素的分子结构,降低色素的发光强度。因此在生产的过程中还需要进行加工,将湿点通过筛网控制在感光底层(一种由酶组成的作用物)。目前通过喷墨印压实验生产OLED显示屏已经取得了成功。 

        依据一般规律,需要经过若干年的努力,人们才可能把大面积的主动阵列OLED显示屏应用到显示器、电视机和大屏幕上,而IBM公司在苏黎士的实验室率先为一家联合财团公司开发了所需要的OLED显示屏。负责此项目的瓦特·里斯(Walter Riess)博士对那台高清晰度、已经投入运行的20英寸显示器只字不提,就连竞争对手(如索尼和三洋公司)也一直保持沉默,尽管他们至今只演示了15英寸的显示样品。不过,最终里斯博士还是道出了问题的关键,“实验室里所作的数据记录,到实际应用时往往会绝然不同。为使有机发光二极管显示器性能更稳定、更有效率,我们必须做很多事情。有些实验很快就会失败,需要经过时间的考验。”在实验室里,他用新材料分别进行了100多次实验。


实验:位于德雷斯顿的弗劳恩霍夫微分子开关研究所(IMS)制造出常温下的OLED显示器。


 
特殊材料:采用可激活发光层的聚合物材料是弗劳恩霍夫应用聚合物研究所(IAP)的专利。

 


        瑞士科学家在实验中对聚合物进行了调整,只使用细小的色素分子,使分子在均匀的薄层表面得到蒸发。“小分子在色彩表现、发光效率和使用时间方面都比一般的聚合物表现优秀。”当红、绿色的像素持续时间超过100小时的时候,蓝色像素的表现令人担忧:因为它很快就会消逝。因此,这类显示器需要用分步滤色器或荧光转换器来实现。

        荷兰的研究人员发现了一种材料。使用它,每个像点只需要2个像素而不是3个,聚合物在输入电流时会发出绿光或红光。 而剑桥的马萨诸塞州技术研究所(MIT)走的则是另外一条路。他们把有机物和无机物相结合,来生产量子显示屏。用纳米技术生产的有机发光二极管像素点嵌埋在两个有机层之间,间隙正好是3个原子的厚度。“我们用量子像素取得了最大的分辨率,且耗电少。”布罗维奇(Bulovic)教授说。 

        采用有机发光二极管技术的显示器可以应用于对寿命要求相对较短的设备中,例如手机和汽车音响的显示屏,这些设备的显示使用时间在10000小时,新技术在这里得到了应用。有机发光二极管的发明者柯达公司在德国CeBIT 2003博览会上甚至展出了装有未来显示器的照相机,此外他们还研制出用于数字相机和便携式摄像机的显示屏,它们重量轻且耗电量小。按照IBM瓦特·里斯的观点,有机发光二极管的研究和市场投入应同步进行,这一点十分重要。他说:“日本的液晶显示技术之所以在今天处于领先地位,是因为日本很早就在袖珍计算器这类简易的电子产品中使用液晶技术。”

 

文章出处:CHIP新电脑



 
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