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手机屏幕:一场“有形”的变革

2015-12-04 16:51
月城清浅
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  替代ITO 的热门候选者包括石墨烯、纳米银线、碳纳米管和导电高分子

  OFweek显示讯 11月23日,《每日邮报》报道了英国牛津大学教授Peiman Hosseini与Harish Bhaskaran研发了一种新材料,可用于手机屏幕的制造。报道称,这种新材料基于目前用于可重写DVD的技术,利用电子脉冲讯号制造出,使用时不需消耗任何电力,即使在阳光直射下,屏幕影像仍然清晰。

  这条新闻无疑为手机一族带来福音,因为越来越大的手机屏幕是耗电的“主力军”,如果可以“切断”屏幕与电池的联系,就为大屏幕移动终端更长时间的待机提供了可能。

  而这不是近日关于手机屏幕新技术的唯一新闻,这个月初,东京大学开发出一款高强度手机,其强度可与钢媲美;几乎同时,我国重庆文理大学的科研人员研发出我国自有的银纳米线技术触屏技术……

  2013年,《失控》作者、被誉为互联网教父的凯文·凯利曾预测互联网未来十年的大趋势,他用了四个关键词:屏幕、分享、注意力和流。其中屏幕就放在了第一位。要想抓住用户的注意力,激发他们的分享欲望,就不能缺一块完美的屏幕。屏幕的不断创新,似乎预示着一场关于手机屏幕的变革正在悄然而来,它们为智能手机与未来更智能的生活提供新的可能性。

  新材料支撑智能梦

  “牛津大学的Harish Bhaskaran在其论文中提到,所谓不需要耗电的手机屏幕使用了Ge2Sb2Te5,简称GST的这种材料。”华南师范大学先进光电子研究院研究员金名亮告诉《中国科学报》记者。GST属于相变材料的一种,它可以通过电脉冲方式改变晶态,即从无定型态(半透明)到晶态(根据厚度可反射不同颜色的光)的转变。

  由于相变材料的特性,使得GST在初始状态无定型态或晶态都不需要外界能量进行维持,只有在晶态转变过程中需要损耗能量。换言之,在一般状态下GST不消耗电量,只有在屏幕内容切换时才会有消耗。“从原理上来说可称其为一种双稳态的反射式显示。”金名亮解释道。但是这种材料若想大批量地替代手机屏幕尚需时间考验。

  “因为手机屏幕不仅需要显示功能,而且视频显示也是一个非常重要的参考指标,但在相关文章中并没有介绍这种材料可逆转换的速度以及是否适合作为视频显示。”金名亮认为,“因此仅从原理上讲此种方法是可以用于显示的。但要实现真正的手机屏幕显示,还需要进行更多的测试和验证,尤其是在视频显示能力以及材料的寿命和可靠性方面。”

  作为一项新技术,GST令人期待,但这种材料若想替代传统的液晶屏尚需时日。不过,一直应用在手机触控屏上的氧化铟锡(ITO)的“老大”地位却是“岌岌可危”。替代ITO的热门候选者包括石墨烯、纳米银线、碳纳米管和导电高分子。

  四种热门材料替代传统稀土

  若想从这些奇怪的名词中搞清楚它们到底会为手机屏幕带来哪些改变,首先要了解手机屏幕的构造。

  目前市场销售的触屏手机以电容触摸屏为主,它利用人体的电流感应进行工作。一般的电容式触摸屏大都通过透明导电膜,例如氧化铟锡作为功能层,形成电容,当用户的手指触摸最外层时,手指会从与屏幕的接触点吸走一个很小的电流,控制器再通过对这四个电流比例的精确计算,得出触摸点的位置。

  上文提到的石墨烯、银纳米线、碳纳米管和导电高分子是替代ITO的热门候选材料。因为虽然ITO的透光性好、厚度小、易蚀刻成电极图形、高硬度、耐磨,其电阻性也非常好,一直霸占着屏幕市场。但是铟有毒性,所以ITO废旧电子产品回收成本高昂。再加上ITO来自稀土,随着世界各国对稀土资源的保护措施,令其成本不断飙升。所以,更多的科研团队早已开始研发替代ITO的材料。“其中石墨烯和纳米银线材质已经成功找到应用产品并投入市场。”金名亮表示。

  “纳米银线与ITO一样,也具有透明导电的特性。它们像头发一样被均匀地涂布在手机屏幕上,稀疏的地方可以透光,相连的地方可以导电。”一位不愿透露姓名的专家告诉《中国科学报》记者,“石墨烯是连续的导电薄膜,有点像保鲜膜,由正六边碳原子构成,铺在屏幕上。而且,石墨烯本身导电性和透光性也比较好。”

  在新材料领域,石墨烯像是个无所不能的“超人”,它既是最薄的材料,也是最强韧的材料,同时还具有很好的弹性,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。更神奇的是,它一方面几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;另一方面,它的质地又非常致密,即使是最小的气体原子也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料,如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。

  但是,“由于石墨烯非常薄,所以在一般环境下即便借用光学显微镜也无法清晰观察到,只能采用电磁感应方式进行检测。因此石墨烯触控屏幕从大批量、大面积生产的角度看是非常有挑战性的。”金名亮认为。而包括碳纳米管和导电高分子材料在内的各种新材料由于受物理、化学特性的限制,距离应用在触摸屏领域的大批量生产尚有距离。

  显示技术革新或令屏幕不耗电

  除了材料本身的变化,显示技术也在不断创新。“电子墨水屏如果从显示原理看,可以认为是新型显示技术。”金名亮介绍道。因为其显示原理与目前市场上常用的液晶显示和有机发光显示不一样。

  传统的液晶屏幕是通过在背光源上层构建液晶层,由液晶的扭转实现对光源的控制,用户看到的是透过液晶层形成图案的光。有机发光显示(OLED)则是通过材料在电场控制下发光,发光的点组成的图案才能被用户看到。但是,电子墨水则本身不发光,也没有控制光源,它所做的只是反射环境光,“所以它更适合在有环境光的情况下使用,尤其是户外,因此其显示屏幕要相对环保和省电。”金名亮解释说。

  虽然电子墨水的想法在上世纪70年代就已经提出来,目前的应用也非常常见,尤其是现在亚马逊公司出品的kindle受到人们的追捧,但是这项技术发展到现在依然只能显示黑白两色,难以实现彩色显示。同时,由于这种电泳电子墨水的颗粒泳动速度比较慢,所以无法满足视频速度的动态显示。

  金名亮所在的团队也在研究电子墨水,这支由华南师范大学教授周国富领导的团队,已经研发出较以前更为反应快速的电子墨水技术,其速度已经可以达到10毫秒以下,即可以满足100Hz高清显示的需要,并且可实现彩色显示,能耗相对较低。

  相信不久的未来,智能手机技术终将通过屏幕技术的创新而实现突破,科幻电影中大胆想象的画面距离我们并不远。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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