惠普实验室：朝电子纸显示器迈进

2006年10月24日 电脑商网

【电脑商网消息 2006年10月24日】在打印及成像领域独占鳌头的惠普（HP）公司，对最近出现的创新性显示器技术，尤其是'电子纸'显示技术具有浓厚的兴趣。通过应用更轻、更薄、更具吸引力的显示器，可以改进许多现有产品；要制造出新型产品，必须有变革性的显示技术进步。 近期由惠普（HP）布里斯托尔实验室研制的一款电子书便是一个良好的范例。与以前的电子书相比，它非常纤巧、轻薄、易用，但是对于一款成功的消费类产品而言，其像素过低，而成本、重量和功耗则太高。所有这些特性都是由现有的（标准）显示组件所决定的。 而且不仅如此，更大的挑战来自大幅面应用还潜藏着更大的挑战--，例如我们的绘图机产品所处理的A3以及更大的纸张尺寸--，这些应用所使用像素数量是目前任何显示器所无法实现的。 哪些因素可以让显示技术成为打印技术的理想替代方案呢？ 目前，显示技术的性价比使其仅适用于一些高端产品，如笔记本电脑、高级显示器和电视机，以及PDA、手机和数码相机等移动产品。电视机的主要用途是显示视频；其它产品则越来越需要支持视频。 那么打印材质呢？目前，尚无一种商用显示技术可以和纸媒介相抗衡，后者正以书籍、杂志、海报艺术品等形式承载着我们周围的海量信息。毫无意外，因为纸墨和图形设计已经并存发展了600多年，始终为消费者提供卓越的视觉体验。 惠普（HP）实验室对可能提供此类体验的技术怀有浓厚兴趣，并致力于让可打印显示器实现这种印刷质量。目前，惠普（HP）实验室研究的两大核心领域是像素高低和波形系数。 像素高低 现在，我们习惯于非常高的打印分辨率，以便实现出色的细节表现和清晰的边缘。其每单位面积的像素量是普通电脑显示器的20至40倍。 随着尺寸的增加，我们在对待打印和显示技术的方式上有根本的区别。人们期望无论大小幅面都能实现相同分辨率（比如600dpi），而视频的影响意味着无论其物理尺寸大小，显示都趋向于拥有相同高低的像素质量。事实上，目前的显示技术很难达到高于高清电视（HDTV）1080 x 1920标准（而一个600 dpi的A4 页面大约为4960x7015）。 对于这种复杂的显示技术，一种理想的方式是让每个像素拥有固有内存，这一般称为双稳定性（bistability）。这样，显示器就不必进行持续刷新，而且还可以省去每个像素处的晶体管，从而简化制造流程。 波形系数 一种'卷曲'或可折叠显示器的概念听上去很具吸引力，并经常被宣传成向塑料显示器迈进的驱动力。但是，可卷曲或可折叠显示器的价值也许无法抵消实现这种技术的设计成本。而且大多数用户都希望尽量其纸张打印保持平整和伸展。 相对来说，具有'高'灵活性的设备更具价值、更加切实可行 －  这种设备外形坚固，可以支撑自身，同时又可以进行某种程度的变形 。 重量和厚度的降低对于许多应用都是必要的。最终，低成本的波形系数定制，如非标准屏幕高宽比、非矩形外形以及可带有稍微弯曲的显示器，都有助于实现标新立异的工业设计，使设计师不再受限于标准显示组件。 塑料基板的主要优势是通过简化加工和处理流程，尤其是大屏幕显示，可以降低显示器制造成本。低制造成本，更轻更薄，多种外形和尺寸选项，甚至可以自由调整或一定程度的灵活性 － 所有这些特性使塑料显示器前景一片大好。 惠普（HP）实验室研究工作 惠普（HP）布里斯托尔实验室所进行的电子纸显示器项目设计涵盖了广泛的技术研究领域。其中重点研究领域之一是双稳定性，以便支持期望的大量像素。另一项重点领域区别于传统制造流程，从本质上看，平板显示器业务以及硅片制造所使用的传统流程是相似的，但是后者制造规模更大。惠普（HP）实验室正在寻求一种新的制造方法，以便以低成本、高技术、更具附加性的流程（如打印）制造基于塑料基板的显示器。 双稳定性 双稳定性可以通过多种方式实现，但关键是要有一种可管理的系统，在这种系统中，光学和切换属性可以根据需要进行调整。目前，许多平板显示器基于向列液晶（在偏振光下观察，与其丝状外貌一致的向列状）。向列液晶是由杆状分子组成的液体，这种杆状分子可以与临近分子沿相同方面排列。这意味着其物理属性（例如对光和电的反映方式）由方向决定，就像木材一样，沿着纹理的部分要比横着更加结实，这是由于其纤维是相连的。这些'各向异性的'属性是液晶显示器的制造基础。 惠普（HP）研究人员的工作之一便是研究向列液晶态的各向异性弹性和外形表面之间的交互作用，尤其是极小杆状分子（约1微米，即千分之一毫米）[科技刊物：向列液晶极小杆状分子可控排列；S Kitson和A Geisow；Applied Physics 第80期编号19，2002年5月13日]。 对于短的杆状分子，液晶向列倾向于与其底层表面保持平行，围绕杆状分子，从一端'流向'另一端。随着杆状分子增高，向列倾向于与底层表面保持倾斜，以减小变形。在1微米左右高度，2种不同但稳定的底层倾斜速率生成了。这可应用于双稳定显示器，并可利用光学和切换属性进行广泛控制。 一个锐化切换阈值通过控制象素，使其在不同区域拥有不同的阈值，从而可以支持灰度。这些杆状分子在尺寸上与光盘上的特性相识，因而可以采用相同的制造方法 － 印刷至塑料上。 打印显示器 平板显示器通常拥有多个层：支持基板、光学薄膜、被组成图案的电极结构、隔板结构、表面处理，所有这些都缠绕着光电层（通常是一个一个液晶薄膜，有时也可以是其它材料，如发光聚合体）。 大多数彩色显示器利用过滤器将颜色分成红、绿和蓝色，其中过滤器必须精确地与纤细的电极结构保持一致，这种电极结构用于控制设备以及控制像素区域的关闭和打开。目前所使用的图案生成流程使用照相平版印刷术来保护电阻层绘制成图，借此材料层可以被淀积或蚀刻。 与之不同的是，惠普（HP）实验室利用多种印刷、压花、涂层、淀积和层积方法制造了一款基于塑料的显示器，其中，每种图案由一个主结构定义，这种结构可以通过压印，复制到显示器中。通常情况下，由于需要处理大量不同的材料，高分辨率显示器无法有效记录连续层。 惠普（HP）实验室的塑料显示器仍是一款试验样机，其规格为：3 厘米 x 4 厘米、128 x 96 x RGB（每英寸80像素），每个子像素拥有5级灰度。但是，它显示出了这种方法的潜力。它融入了： * 高导、精细的金属电极、透明导电电极，并且喷墨打印机将所有的颜色过滤器淀积于一个完美的寄存器中 * 双稳定液晶显示器层由重复性结构排列、隔开 * 像素中无活动组件（晶体管或二极管） * 无真空淀积流程或临界物质排列步骤 下一步？ 此款样机演示了原理，然而因为这一流程是全新的，所以下一步要进行的研究需要进行全面开发，评估并比较这种方法的制造和商业潜力。 惠普（HP）实验室相信，在未来几年能够在该领域获得重大突破。