未来手持移动设备上的显示屏技术

突飞猛进的移动设备屏幕

很长时间以来，桌面显示器都没有革命性的技术变化。桌面显示器除了在尺寸和分辨率上出现不同的各种规格外，真正革命性的显示技术似乎一直都没有出现，这一点从CRT时代进入液晶时代后表现得尤其明显。液晶显示器从开始普及到现在，除了屏幕尺寸由4∶3变成16∶9，色域从传统的76%左右进步到目前的100% NTSC色域，尺寸进一步变大，背光方式由传统的CCFL进化到LED外，几乎没有在结构和性能上有任何重大的改进。

和桌面显示设备发展缓慢相比，在手持移动设备领域，显示技术突飞猛进。苹果第一代iPhone时，320×480分辨率的3.5英寸屏幕的163DPI比桌面显示器并不高出太多（桌面显示器DPI一般在120左右）。而到了目前的 iPhone 4以及iPhone 4S、Galaxy Nexus上，手机屏幕的DPI已普遍超出300DPI，甚至超越了人眼可辨识的极限。不仅如此，目前还有厂商在试产5英寸左右（分辨率高达1920×1080）的小尺寸显示设备，DPI数值将进一步接近500。

除了DPI和屏幕分辨率的大幅度提升外，手持移动设备的显示屏在色彩显示、色域、可视角度等多方面规格上都全面超越桌面显示器。比如LG的AH-IPS，是目前显示色彩最准确、色域最广的显示屏幕；三星主打的AMOLED，由于其点阵自发光的优势，在对比度方面几乎可以做到百万级别，而且屏幕属于柔性屏幕，拥有一定弯曲性，方便未来开发更“科幻”的产品。在能耗表现方面，手持移动设备的显示屏幕虽然在控制能耗上遇到了一些问题，但相比桌面产品，每平方英寸能耗比还是要优秀不少。

扳指一算，在精度、色彩、能耗方面，移动设备屏幕已经全面超越了桌面台式产品，并且价格也更有优势。以新iPad（iPad 3）为例，拥有一块9.7英寸、2054×1536分辨率的显示屏，色彩和可视角度表现上佳，但新iPad整机价格也只有3000多元（屏幕成本在1000元左右）。而目前市场上分辨率在2054×1536左右的桌面显示设备，尺寸多在27英寸以上，价格普遍在6000元以上。这就意味着桌面显示器不但技术已经不再先进，在成本控制方面也一般。

人们常说“大小”，一直以来技术也是从“大”开始，发展到“小”。但是在显示设备领域，很有可能这个过程将会倒过来，技术的发展也可以由“小”到“大”。

更逼真，更精细：超越500DPI的显示设备

对dpi这个参数，可能很多玩家第一次知道是在苹果的会上，它实际上表示了每平方英寸有多少个像素点，也就是Dots Per Inch。苹果宣布iPhone 4拥有高达326D PI，同时为屏幕命名为“Retina”—也就是“视网膜”屏幕。因为人眼分辨的点距极限是300DPI，超越300DPI的产品已经无法看清楚每一个小点了。

苹果这样说实际上还是略微夸张了一些，因为我们如果非常仔细地去观察Retina屏幕，还是觉得依稀可以分辨点距—只是不那么明显而已。从理论上来说，人眼看到的事物是没有任何点距的，因此厂商可以通过进一步提高点距来获得更为优秀的图形质量，最终接近自然视觉观察物体的细微效果。

在苹果的Retina后，消费者看到了4.5英寸的1280×720的屏幕，这款屏幕的点距值也达到了326dpi。不过这并不是尽头，一些厂商又在谋划更高dpi的产品，比如4.5英寸左右的屏幕，分辨率会上升到1920×1080。而7英寸～10英寸的平板的分辨率则会大幅度提升到2560×1600，这些新产品的D PI数值都接近500D PI，大约在2012年底到2013年消费者就至少可以了解到它们的实物消息。

从技术上来说，准备迈向超高精度的液晶产品分为两个阵营，一方面则是坚守传统的非晶硅（a-Si）技术，另一方面则是采用了更新的高迁移率屏幕。其中高迁移率屏幕主要分为IGZO-TF T和LTPS-TF T两种。高迁移率主要是指屏幕的电子迁移率更高，能耗表现、稳定性会更为出色。传统的非晶硅产品的的电子迁移率只有0.5～1c m2/VS，而IGZO-TFT则高达10～25c m2/VS，LTPS-TFT更是超过了100c m2/VS。下面我们分别来介绍这两种高迁移率产品。

LTPS-TFT

高迁移率阵营首先出场的是LTPS-TFT（Low Temperature Ploy Silicon TFT），中文名是低温多晶硅TFT。这种材质并非采用了什么新技术，使用LTPS-TFT的屏幕目前已经开始大量出现在移动设备上，显露出相当不错的发展势头。而在即将到来的高分辨率时代，LTPS-TF T的优势将进一步扩大。简单来说，相比常用的非晶硅TF T产品，LTPS-TFT的优势在于电子迁移率大约是前者的100倍。由于电子更容易驱动，厂商可以使用更为简单、更轻巧的驱动电路，并且可以将驱动电路集成在液晶面板上。这就可以更大幅度地降低面板厚度和重量，并且在能耗表现上更为优秀。此外，LTPS-TFT可以更容易做到更小的点距，因此比较容易在小尺寸设备上做到高分辨率，比如DPI高达500的显示设备。寿命方面，LTPS-TFT也更为出色，由于它稳定性更好，所需连接电路更少，因此长期使用更坚固可靠。

IGZO-TFT

除了LTPS-TFT外，还有一部分厂商考虑使用IGZO-TFT来完成高精度化—这也是目前new iPad上使用的新技术，全称是Indium Gallium Zinc Oxide氧化铟镓锌TFT。这种材料也有诸多优点，比如电子迁移率也相当高，开口率更高，制造成本较低，屏幕的均匀性和稳定性都很出色，并且响应时间和功耗表现都不错。特别是它能够在目前比较高代次的生产线上生产（夏普就在十代非晶硅生产线上转产IGZO-TFT屏幕）。分辨率方面，IGZO-TFT屏幕目前有300DPI的产品展示，未来可能会有更高的产品出现。IGZO-TFT还有一个显著优势，那就是良率和成本都比LTPS-TFT更好，因此可能会更快速地普及和发展。

非晶硅TFT

虽然高迁移率产品发展得如火如荼，但传统的非晶硅TFT也不会坐以待毙。部分厂商在改进了布线电阻和提高了开口率（让光源更容易通过），并使用了更为精密的加工技术、驱动技术后，也生产出了dpi高达458的非晶硅TFT产品。当然，无论是采用哪种技术，在超过了400DPI以后，从视觉效果上来看，精细度已经大幅度提高，几乎可以忽略任何点距带来的视觉不了。

不过俗话说，有人笑就有人哭，在高分辨率时代笑傲一时的自发光阵营在超高分辨率时代就遇到了不小的阻力。比如三星的AMOLED，目前分辨率最高的产品也只有1280×720，尺寸在5.3英寸，DPI参数只有277。还有一款是1280×720分辨率、拥有4.65英寸的产品，虽然理论D PI超越300，达到了315，但却使用了会影响显示品质的“Pentile”子像素排列方式。这种排列方式实际上是将两个像素合并为一个，降低了生产难度，从而实现了“数据上”的高精度化。虽然目前短暂来看这种“Pentile”子像素排列方式对视觉效果影响不太大，但如果想继续领先，自发光阵营的高分辨率产品必须早日提上日程。

更低耗，更高效：能耗比再次提升

对于手持移动设备来说，能耗比是一个极为敏感、极为重要的话题。特别是智能手机，屏幕耗电量在实际使用中大约占了设备整体耗电量的一半以上。因此，如何降低屏幕耗电、提高能耗比，一直是各个厂商最为关注的话题。首先我们来看看目前屏幕的耗电现状。

自发光阵营（主要产品是各种OLEM，比如AMOLED）的产品在这方面的优势和劣势同样明显。优势是自发光阵营的产品在黑色时候不耗电或者耗电量极低，但是在屏幕白色内容较多时耗电量成倍上升。一些数据表示，一款4.5英寸、800×480分辨率、最高亮度为300cd/m2的有机EL面板，在最黑的情况下耗电量不足200mW甚至更低。但是在提高画面白色内容后，理论最大耗电量甚至会提升到2W左右，差距在10倍以上。不过上述数据只是理论值，理论最大亮度也几乎不会出现。在实际使用中，有机EL面板的耗电量还受到用户显示内容、亮度自动调节等因素的影响，总体耗电量并不会太夸张，平均在600mW左右。

相比之下，传统的TFT液晶面板，由于背光常亮的因素，在亮度一定的情况下，耗电量是均值，一般4.5英寸、1280×720分辨率的IPS面板的最大亮度耗电量在650mW左右。考虑到自动节能和亮度控制等因素，平均耗电量会降低到500mW左右。如果大家对这个数据没有太多认知的话，我们可以用iPhone 4S的相关功耗数据来对比。iPhone 4S整机待机功耗大约在38mW左右，整机通话功耗在800mW左右，整机网络浏览功耗大约为1.3W。另一个数据是英特尔最新的Medfield平台，英特尔给出的数据是，在100M Hz时，SoC芯片功耗为50mW，600MHz时为175mW，满载状态为500mW，最高的Boost状态则是750mW。

智能手机在使用时，CPU会快速切换进入休眠和待机状态从而大幅度节约能耗。而屏幕并不会，它会基本持续在一个稳定亮度，调整亮度时也会缓慢调整（频繁调整会带来用户视觉上明显的闪烁感）。总的来看，屏幕就是目前手持移动设备提升续航时间的最关键因素。那么如何提高屏幕的能耗比呢？我们还是分自发光阵营和TFT阵营来看。

对自发光阵营来说，由于每个像素都是自己发光的，因此只要提高自发光效率就可以了。最新的一些资料表明，日本一些研究机构在考虑使用磷光材料替代现有的OLED发光材料。磷光材料在特殊条件下拥有三重态激发状态，发光效率理论为100%。相比之下目前的荧光材料只有一重态，发光效率不到25%。不过磷光材料的难题在于成本，要激发三重态，必须使用俗称铱金的Ir和俗称白金的Pt，这些带“金”的材料不但稀少，而且价格昂贵。一旦大规模采用，势必造成成本上升等问题。因此如何降低成本并尽可能保证较高的发光效率就成为难题。目前的研究进展到了可以不使用昂贵的白金和铱金，但略微损失发光效率的程度。研究人员开发了将三重激发状态移动到一重激发状态，利用传统的荧光发光工艺的热活性延迟荧光材料，发光效率大约在50%，比目前产品提高了100%。不过短期内只有蓝绿色彩，接下来还将提供RGB三原色的材料开发。不过这项技术研发所需时间较长，最快都得2013年才出现，甚至更晚。

自发光阵营还需要一段时间，TFT阵营又如何呢？TFT阵营需要提高效率，有两个方面，第一是提高背光发光效率，也就是LED背光的效率；另一方面则是从液晶面板结构上入手，比如提高液晶显示屏的开口率，让更多光通过屏幕，或者彻底改进液晶层级结构，提高驱动效率。目前这两方面都得到了不小的进展。对于这两个方面，各家厂商解决方法各不相同。首先，LED背光的发光效率一直在持续提高中，一些厂商开始引入新的荧光技术，提高了LED背光源的效率。此外还有降低电压和阻抗、提高能耗比等手段。

其次，在液晶面板结构方面，厂商想出了很多“花活”。比如索尼在RGB外添加了一个W像素，W像素只能显示白光，没有滤光片阻挡，提高了面板的透射效率。根据索尼的数据，加入了W像素的屏幕在同样亮度下功耗只有传统产品的1/2左右。不过这项技术也存在问题，W像素的加入，对色彩和对比度会造成一定影响，因此索尼需要使用新的图像算法来抵消掉对色彩和对比度的影响。此外，其他一些厂商在滤光片、驱动电路上作出改进，耗电量也获得了比较明显的下降。比如友达光电的新品在4.46英寸、1280×720分辨率下的功耗只有传统产品的一半。此外，一些研究机构还在考虑彻底改进液晶面板结构，取消部分有碍光纤传输的部件并以更大光通量、更小光损失的材料代替。

总的来看，无论是自发光阵营还是TFT阵营，在增加屏幕发光效率上都有创新。目前来看自发光阵营离实际产品还有一段距离，而TFT阵营已经开始展示实际产品了。未来TFT阵营可能在这方面会先走一步，实现更低功耗的同时提升显示质量。

更柔软，更自由：柔性显示渐渐走来

虽然在能耗控制上自发光阵营遇到了一些问题，但在另一方面也就是柔性化的发展上，自发光阵营就扬眉吐气多了。因为目前柔性显示器几乎没有TFT阵营什么事。作为目前自发光阵营的老大—三星，在柔性化显示方面就做出了很大努力。早在2010年，三星就公布了柔性有机EL面板，当时的分辨率只有800×400，但是弯曲弧度达到了惊人的程度。在制造工艺方面，三星也创造性地先利用玻璃基板和数值基板一体化制造出有机EL产品，然后再剥离玻璃基板，这样最终形成了柔性显示屏。

除了三星外，东芝也在这方面做出了很多努力。2011年底，东芝就公布了一种柔性EL屏幕，目前试产的产品分辨率只有160×120，它采用白色有机EL+彩色滤光片的方式实现全彩。从实际产品来看，东芝的柔性屏幕成熟度比三星要低一些，不过却在生产和技术方面做出了一种新的尝试。与此同时，我国台湾省的友达光电也展示了自己的柔性EL屏幕，厚度仅为0.3mm，像素为320×240。友达光电的柔性EL面板的生产方式类似于三星，但技术细节上有一定差异。

以小博大，未来显示器更精彩

从上文的介绍来看，目前手持移动设备的火爆，带来了显示设备发展的一个新高峰。各种各样的新发光材料、更高分辨率和更节能的设计也是层出不穷。这样的发展态势，推动了整个显示设备的生产和设计技术的进步，让用户享受到了更为精彩的视觉感受。

回头再来看桌面产品，当前桌面显示器完成的任务和几年前用户完成的工作并没有什么不同，反倒是手持移动设备在日新月异地发展，并催生出各种使用形态。不过用户也不需要担心，超高分辨率和更优秀的显示设备进入桌面领域是迟早的事情。回想那些年液晶和CRT谁更优秀的争论时，液晶已经快速超越进入了大尺寸时代。谁知道下一个是不是超高分辨率、视网膜屏幕时代呢？

新iPad抢先试用了较高DPI的IGZOTFT屏幕

IGZO-TFT结构图，这种产品使用了较多的稀有金属。

高迁移率屏幕产量增长图。