移动可视设备制造商就新显示技术对移动可视设备影响的展望

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摘要：新的显示技术是否会替代AMLCD技术而成为移动可视设备中的霸主呢？来自一线设备制造商的答案最具有权威性和可信度。

关键词：移动可视设备；有源矩阵有机发光二极管显示；有源矩阵液晶显示

中图分类号：TN141文献标识码：B

An OEM's Perspective on the Impact of New Display

Technologies on Mobile Display Devices

Mike Neilio

（Nokia Mobile Phones, CA 92131,USA）

Abstract: Which, if any, emerging display technology is ready to unseat AMLCD technology as the dominant force in mobile devices？The answer lies in which one can best address issues such as thickness and power management.

Keywords: mobile display device；AMOLED；AMLCD

过去10年间，有源矩阵液晶显示（AMLCD）技术被认为是显示技术的中坚，并成为衡量其他显示技术的基准。AMLCD显示技术在过去的10年中极大地提高了许多产品的显示器件性能，如电脑、电视显示器及移动可视设备（包括MP3、数码相机、便携导航及手机）。作为新的产品，其显示部分理所当然要求有较高的分辨率、更快的响应时间以及更具竞争力的价格。所有这一巨大市场的需求推动了液晶显示技术的发展，超扭曲（CSTN）液晶显示器今天已经成为很多新产品的主要选择。

目前移动设备制造商们的产品设计竞争日益激烈。显示屏作为最具特征的部件，其显示面积以及显示效果对其产品有着最直接的影响，在这样的激励下，新的显示技术不断发展并崭露头角。这些显示技术包括有源矩阵有机发光二极管（AMOLED）显示器、微电机系统（MEMS）显示器、电子纸（e-paper）显示器和其它双稳显示器（如电泳显示器），这一类技术有很多尚未命名。很多新技术都宣称已经超越了AMLCD技术，就像原AMLCD技术宣称超越了它前期的技术一样。表征显示技术进步的标志在于其技术参数，如视角、对比度、响应时间、色彩饱和度和显示亮度，这些量化的指标显示出它们的提高和进步。

新技术定位于将来显示技术的主流，但是事实上它们能做到吗？

时间证明，AMLCD技术是不会不经过任何斗争就退出显示技术这个舞台的。随着光学技术的进步，由无定型硅到低温多晶硅的发展为AMLCD技术提供了强有力的支持，使其仍旧对那些希望取代它成为主流的新显示技术保持一定的优势。与另一项被视为最有可能取代AMLCD的新技术AMOLED相比，AMLCD技术的优势正在不断减弱。当然，如果AMLCD的性能与新技术一起不断改善，那么它仍将具有相当的竞争力。

作为生产移动显示设备的厂商会在以下几个方面考虑评估新的显示技术：

1工业设计

工业设计是设备制造商们通常区别商品等级的主要方法。它需要工业设计工程师去设计性能更稳定、可用性更高的产品，以及更具有竞争性的包装。另外一个关键的参数是最终产品的尺寸。以手机为例，显示屏是手机的关键部件，无论是折叠的、直板的还是滑盖的手机，显示屏的大小直接影响到手机的大小，特别对于折叠手机来说，屏的厚度对手机的厚度影响最为明显。

从工业设计观点来看，产品厚度的要求仅次于产品的面积。显示器的厚度总是存在一个临界值（如图1）。生产商为了满足工业设计以及市场对厚度的需求，尽量降低显示屏基板玻璃的厚度，使用更加紧凑的背光照明系统。AMOLED显示器作为自发光显示器，不需要背光照明，因此它能极大地降低显示屏的厚度。如果使用和AMLCD相同厚度的基板玻璃，那么AMOLED最终成型产品将比AMLCD薄0.5mm。MEMS显示器同样能在厚度方面取得优势，因为它只需用单面的玻璃基板，而且不需要背光源，这使得MEMS显示器也将成为超薄显示器的一种选择。

2显示效果

作为生产厂商，另外一个考虑重点是显示器在不同环境亮度下的显示效果。早期AMLCD生产商最先使用了传导反射型的显示屏，就是STN屏。传导反射屏具有传导和反射两个特性。当环境光强于背光时，环境光就会被反射，从而增强了显示效果。这种屏幕应用在明亮的阳光下最为适合。如果STN屏除去反射光，就会变得十分暗淡，在强烈的环境光里变得几乎不可见。高效明亮发光二极管（LED）技术的出现，极大地推动了背光源的发展，使得具备价格优势的传导AMLCD能在阳光下获得很好的视觉效果。对于制造商来说，使用传导AMLCD要比使用传导反射屏节省5％～10%的成本。

除去以上传导反射屏和传导屏外，还有第三种类型――纯反射屏。在新技术中，如MEMS、e-paper和其它一些双稳屏都属于此类。这种屏的特点是具有很强的反射率，在明亮的环境中有非常好的显示效果；与传导屏不同，它不需要背光源（除非在完全黑暗的环境）；反射屏的对比度、可视角以及色彩饱和度都远远优于传导反射屏的反射模式。此外，反射屏可在阳光下提供良好的可读效果，其最大优点是降低了电能耗。

在将来，制造商会根据不同的用途利用这些新技术设计出超级显示效果的新产品。

3关于电源和解决方法

由于电源以及电池容量的提高，制造商在减小移动可视设备体积的同时，可为设备附加更多新的特点，包括：①功能的增加，如：观看多媒体，GPS导航等；②外观以及操作控制的改进，如：使用QWERTY全键盘，使用触摸屏。这些改进为所有使用者提供了极大的便利，又不会因此增加电源的预算或降低使用时间。然而操作控制时间并不是消费者最为关注的，他们往往只注意到了其中一部分，如通话时间。

通话时间最简单的测量是对待机消耗以及特定电池在通常情况下的可持续通话时间的测量。随着电池容量的增大，设备制造商们更关注消费者对更薄设备的需求，而不是单一的通话时间。计算通话时间时，显示屏的能量消耗是不被计算在内的。在手机只用作通话的情况下，能量消耗不是问题，但是现在由于消费者会运行更多由显示器完成的任务，所以增加了对电源的消耗，使得每次充电后的使用时间明显下降。

使用者和移动设备制造商都十分关注这一点，一些使用者要求移动设备制造商提供移动设备的大概使用时间（屏幕在显示时）。因为微型电池容量的提升是有限的，所以移动设备制造商不得不研究一些其他的方法来降低设备对电量的需求。传导式AMLCD的发展，不只是开发了节省能源的一种屏幕，同时也是AMLCD发展所必要的。

有以下几种技术可减少背光源能耗：

第一种是环境光感应背光自控法（light-based automatic brightness control ，LABC）。使用这种技术，背光源的强度随着外界光的强弱自动优化调节到最佳可视效果：在阳光直射时，背光源强度将会是最大最明亮的；在室内或者低强度自然光中，背光亮度会降低，以减少能耗。目前这种控制电路非常独特，价格昂贵。当这种技术被集成到AMLCD后，整机的成本将会降低，到那时这种技术的需求将大大增加。

另外一种是屏幕亮度感应背光自控法（content-based automatic brightness control， CABC）技术。与LABC相近，CABC的背光强度控制是根据屏幕亮度来调节的，而不是根据环境亮度调节。如果显示的图像多为视觉不敏感的暗色，背光强度就会提高；而如果显示的图像为视觉敏感的亮色调，不需要很强的亮度，背光强度就会降低，从而能耗就会减少。除此之外，这样的运算调节还能将灰度调节到最佳视觉效果。

关于能耗，其它具有竞争力的技术到底是怎样的呢？下面在移动设备的能耗方面，将AMOLED与AMLCD作比较。

AMOLED的优势是能耗与屏幕上的像素的数目有直接的关系。如果显示的图像有大量的黑色，则相应的像素不显示，这时屏幕将比显示大量亮色调图像的情况省电。据此，移动设备制造商优化了用户界面（user interface ，UI），使得屏幕是在黑色的背景上显示明亮的信息，而不是在明亮的背景上显示暗色的信息（图2）。在特定的用户界面上，AMOLED要比AMLCD更加节能。

以上LABC、CABC和UI技术的改进对操作时间的增加虽然有效但仍是有限的。不过，消费者一旦学会并适应某种用户模式，他们会降低对于低耗能屏幕选择的要求。

其它的一些新技术，如MEMS、e-paper显示屏和一些双稳显示屏，能耗非常小，因为它们根本不需要高强度的背光源。另外，有些显示屏能够显示静态图像，一旦图形显示，它只需要很少的能量来保持静态图像的显示状态。通过当前流行的AMLCD和AMOLED比较，我们可以看出，无背光显示技术在降低显示屏厚度方面是有优势的。

MEMS显示屏拥有惊人的反射率，其反射率估计是当前流行的传导反射型AMLCD的10倍。这使得在可移动设备上放映多媒体内容成为可能。传导反射式AMLCD、传导式AMLCD以及自发光的AMLED都由于能耗太高而不能胜任多媒体的播放。接下来的问题是如果不是在明亮的环境中，而是在黑暗无光的条件下，该怎样呢？

移动设备制造商们必须考虑不同的环境亮度，从明亮的阳光到室内光，甚至是完全黑暗。一些新技术如MEMS、e-paper和一些双稳显示屏，能在明亮环境中有出色的表现，但在无光环境下仍旧是需要辅助光源的。增加特殊的辅助光源系统是对先前提到的降低厚度以及节省能耗等优点的否定。例如，MEMS和e-paper显示屏需要使用如透明可塑的LED光源作为辅助光源，从而保证亮度均匀一致。由于MEMS具有极高的反射率，所以只需附加一个超轻薄的低能耗、不需要非常高亮度的辅助光源即可。这样可能会导致显示屏稍微的后移，但是有时对于使用者而言，看起来会更加舒适。即便如此，不加辅助光源的高反射率显示屏在某些特定情况下仍旧是非常理想的，如折叠手机的辅助屏幕。

4总结

许多显示屏技术如AMOLED、MEMS、e-paper（电子纸）和一些双稳显示屏技术（如电泳显示屏）都有着独特的优点，其中有些技术已经具有和AMLCD争夺移动可视设备市场的潜在能力。没有一种技术是完美的，从表1我们可以看出，每一种技术都存在着自己固有的优点和缺点。

AMOLED技术具有优越的对比度、极短的响应时间和完美的色饱和度，并且与AMLCD相比它能做得更加轻薄，但是它的缺点是成本昂贵。随着产量以及需求的增加，它的成本将逐渐下降。

MEMS技术具有优异的反射率，多媒体显示时不需要照明辅助系统，但是显示真彩的产品仍旧不能达到大规模商品化。

E-paper技术在对比度、强光下显示和低能耗以及超薄方面具有优势。其缺点是，如果缺少了前置的照明辅助系统，不能在暗处使用；如果附带了照明辅助系统，那么它的节能、轻薄优势将不再存在。

双稳显示技术（如电泳显示）提供了足够的色彩饱和度和极小的响应速度，但是与MEMS显示技术一样，仍旧不能完善到可以大规模商品化的程度。

这些具有节省能耗等优越性的传导反射、纯传导和纯反射类型的显示技术已经在强烈的冲击着移动可视设备在体积、用户界面以及操作时间等各个方面的设计。如今AMLCD技术已经成功地替代了CSTN屏在手机上的使用。那么以后将有哪几种技术来取代AMLCD技术呢？

时间将给我们答案！在这个过程中，显示屏的发展当然是越来越轻薄，越来越节能。设备制造商总是在寻找增加他们产品的特点的途径，更加符合消费者的需求，设计更人性化的操作界面。表1列举了几种新技术产品的特性和独特的功能。降低价格将是追求市场的产品所必须满足的。作为可选择的显示技术，AMOLED技术平衡的性能已经可以取代AMLCD技术了，所以可以推断，AMOLED技术不久一定会超越AMLCD技术，成为移动显示设备市场的新霸主！

（浙江大学顾智企

译自《Information Display》10/07）