氧化物半導體+有機EL與實(shí)現進(jìn)化的液晶

　　2013年國際顯示器會(huì )議“SID2013”的特點(diǎn)是，與液晶顯示屏有關(guān)的論文發(fā)表數量比2012年大幅增加(圖1)。尤其是以IPS(In-PlaneSwitching，平面轉換)為代表的利用橫向電場(chǎng)的模式，相關(guān)論文的發(fā)表接連不斷，讓人感覺(jué)IPS方式液晶模式已經(jīng)成為主流。在以IPS為中心的液晶屏的發(fā)展進(jìn)程中，顯示特性的改善仍在繼續，可以說(shuō)其進(jìn)步速度超過(guò)了有機EL顯示屏的開(kāi)發(fā)速度。在本篇中，筆者將穿插IPS液晶屏的發(fā)展背景，介紹一下SID2013上發(fā)表的有關(guān)液晶面板的重要論文。

　　圖1：持續開(kāi)發(fā)中的“氧化物半導體+有機EL屏”與追求更高性能的“液晶屏”

　　本圖整理了SID2013上關(guān)于液晶屏和有機EL屏的口頭報告，不包括TFT單體和材料單體的報告，也不包括基于Si的微顯示器。該表由筆者制作。

　　憑借IPS液晶屏和LTPS進(jìn)攻的日本顯示器

　　SID2013的一大特點(diǎn)是，日本顯示器表現積極，把論文發(fā)表和會(huì )場(chǎng)的展示聯(lián)系在了一起(參閱本站報道)。

　　圖1中記載的日本顯示器的關(guān)于實(shí)現430ppi以上精細度的5英寸全高清和7英寸WQXGA等的6件發(fā)表，均以該公司的核心技術(shù)——IPS液晶屏和低溫多晶硅(LTPS)為基礎。利用橫向電場(chǎng)效應的IPS模式在1992年被Bauer發(fā)現后，日立制作所的近藤等人組成的研究小組于1990年代將其實(shí)現了實(shí)用化。2000年以后，IPS模式作為電視機用廣角技術(shù)，在與VA液晶屏競爭的過(guò)程中取得了巨大進(jìn)步。從本屆學(xué)會(huì )可以明顯看出，該技術(shù)現在已經(jīng)被作為移動(dòng)用超高精細顯示器不可或缺的技術(shù)了。

　　LG顯示器的IPS液晶屏針對移動(dòng)用途實(shí)現了超高精細

　　LG顯示器公司(LGD)以“AH-IPS,SuperbDisplayforMobileDevice”(演講序號5.3)為題發(fā)表演講，介紹了IPS液晶屏與有機EL屏相比的優(yōu)勢。主要內容包括，不斷發(fā)展之中的IPS構造是適合超高精細的技術(shù)，而且還利用“A-TW偏光板”(AdvancedTrueWidePolarizer)、負性液晶及光配向技術(shù)實(shí)現了不遜色于有機EL屏的顯示效果，完全能應對仍在持續發(fā)展的400ppi以上的高精細化競爭。由此也可以看出該公司的自信。

　　1990年代與日立同為IPS陣營(yíng)實(shí)力戰將的LG顯示器在介紹IPS液晶屏的優(yōu)勢的同時(shí)，還對今后的業(yè)務(wù)開(kāi)展表現出了強烈的自信，這讓人對液晶顯示器的進(jìn)一步發(fā)展更加期待。

　　半導體能源研究所通過(guò)組合IGZO和IPS削減耗電量

　　日本半導體能源研究所以“DrivingMethodofFFS-ModeOS-LCDforReducingEyeStrain”(論文序號28.2)為題發(fā)表了演講。該研究所利用其大力開(kāi)發(fā)的“氧化物半導體的TFT漏電流小”這一特點(diǎn)，提出了顯示靜止圖像時(shí)降低頻率以抑制耗電量的方式。為實(shí)現這一方式，抑制液晶屏的閃爍至關(guān)重要，因此必須要改善液晶顯示屏的保持特性。該公司選擇的是FFS(FringeFieldSwitching，邊緣場(chǎng)開(kāi)關(guān))方式，原因是，相對于利用縱向電場(chǎng)的VA模式和TN模式，FFS的保持率更高。

　　半導體能源研究所使用的FFS結構是IBM公司的Kei-HsiungYang在1984年發(fā)明的。這種結構利用在TFT基板上設置的電極形成的橫向電場(chǎng)，是最初的邊緣場(chǎng)開(kāi)關(guān)方式。雖然這項專(zhuān)利現在已經(jīng)過(guò)期，不過(guò)最近的移動(dòng)用IPS液晶屏有很多都采用這種結構，可見(jiàn)其對液晶顯示器開(kāi)發(fā)的深遠影響。

　　夏普為VA追加橫向電場(chǎng)效果，通過(guò)雙層ITO構造使VA實(shí)現高速化

　　夏普以“NovelSuper-Fast-Response,Ultra-WideTemperatureRangeVA-LCD”(論文序號34.1)為題，介紹了在-30℃的低溫下也能高速響應的技術(shù)。通過(guò)為利用縱向電場(chǎng)的VA模式追加橫向電場(chǎng)模式，關(guān)閉時(shí)也可用電場(chǎng)力控制液晶分子復位，正性向列相液晶也能在低溫下高速動(dòng)作。在開(kāi)發(fā)人員見(jiàn)面會(huì )上，夏普通過(guò)視頻演示了這種顯示屏與傳統VA屏的差別。該技術(shù)預定2013年內面向車(chē)載用途等實(shí)現產(chǎn)品化。

　　友達光電為VA追加橫向電場(chǎng)效果，實(shí)現與IPS相當的廣視角

　　友達光電(AUO)發(fā)表了“ANovelVertically-alignedIn-plane-switchingLCDModewithGreatPictureQuality”(論文序號28.3)和“ANovelLiquidCrystalModeWithPremiumPictureQuality”(論文序號28.4)兩篇論文。該公司此前一直在開(kāi)發(fā)VA模式的大屏幕電視機，在VA屏大屏幕化時(shí)，畫(huà)面的邊緣會(huì )出現色彩失真。為解決這個(gè)問(wèn)題，該公司采用了一種低成本制造4K×2K大屏幕的方法，即利用為VA模式追加橫向電場(chǎng)電極的VA-IPS構造，實(shí)現了色彩失真與IPS屏一樣少的面板。

　　尊重前人的智慧，正確認識開(kāi)發(fā)歷史有助于產(chǎn)業(yè)發(fā)展

　　SID是顯示屏領(lǐng)域最尖端的學(xué)會(huì )，對有機EL顯示屏和氧化物半導體等新技術(shù)和應用寄予厚望是理所當然的，針對實(shí)用化展開(kāi)熱烈的討論也在意料之中。另一方面，液晶顯示屏等支撐著(zhù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)也沒(méi)有過(guò)時(shí)，目前仍在穩步發(fā)展，依然處于最前沿。尤其是在著(zhù)眼于2000年代的大尺寸電視機的開(kāi)發(fā)中，IPS和VA展開(kāi)過(guò)激烈的性能競爭，其技術(shù)成果在往屆SID上也被高調公開(kāi)，成為技術(shù)發(fā)展的原動(dòng)力。

　　IPS因制造技術(shù)難度大而拜了VA后塵，據說(shuō)甚至曾差點(diǎn)放棄開(kāi)發(fā)。不過(guò)，最終還是在開(kāi)發(fā)人員的努力下度過(guò)了危機，可以說(shuō)正是這種努力與堅持才使得IPS現在被作為移動(dòng)終端面板技術(shù)取得了巨大成功。尤其是發(fā)揮了超高精細、廣視角和低耗電量等特點(diǎn)，在智能手機和平板電腦中已經(jīng)是不可缺少的技術(shù)。

　　在SID舉辦前一周的5月16日，日本全國發(fā)明獎獲獎名單揭曉。其中，“實(shí)現廣視角、低耗電量的IPS方式液晶顯示面板的發(fā)明(專(zhuān)利第4724339號等)”是首次獲得該獎的液晶顯示屏模式方面的發(fā)明，其發(fā)明者是曾在日立制作所利用IPS液晶開(kāi)發(fā)大型電視機的小野記久雄等人。這項發(fā)明中的電場(chǎng)屏蔽構造改善了IPS開(kāi)發(fā)之初就存在的低透射率問(wèn)題，成了各公司在本屆SID上發(fā)表的IPS液晶屏的基礎，由此也可以感覺(jué)到這項發(fā)明獲獎并非偶然。

　　筆者在聽(tīng)取此次的一系列發(fā)表的同時(shí)，還向長(cháng)年從事顯示器開(kāi)發(fā)的多位人士詢(xún)問(wèn)了意見(jiàn)，其中有一句話(huà)令筆者印象深刻。那就是，“最近發(fā)表的論文都沒(méi)怎么引用過(guò)去已經(jīng)公布的技術(shù)”。平板顯示器(FPD)的基礎開(kāi)發(fā)于1970年前后在美國興起，之后在日本實(shí)現產(chǎn)業(yè)化。很多從事研究開(kāi)發(fā)和技術(shù)開(kāi)發(fā)的人員在SID這個(gè)國際會(huì )議上彼此都很尊重他人的成果，并進(jìn)行了深入的討論。其中有很多即使如今回想起來(lái)也非常珍貴的內容。

　　FPD目前仍在多種技術(shù)的競爭中不斷成長(cháng)。在這一過(guò)程中，眾多研究人員和技術(shù)人員在彼此的發(fā)表和討論中受到啟發(fā)、有了新的開(kāi)發(fā)或發(fā)明的契機，繼而催生出更加優(yōu)秀的技術(shù)和產(chǎn)品。雖然也有很多技術(shù)未能實(shí)用就夭折了，但這些技術(shù)卻是通往新技術(shù)開(kāi)發(fā)的重要階梯。

　　SID是多年來(lái)一直在液晶顯示屏的誕生地——美國舉辦的國際會(huì )議，有著(zhù)悠久的歷史?，F在，以液晶屏為首的FPD產(chǎn)業(yè)幾乎全部轉移到了亞洲，因此“在已經(jīng)沒(méi)有FPD產(chǎn)業(yè)的北美舉行的這個(gè)國際會(huì )議為何會(huì )吸引眾多與會(huì )者?”經(jīng)常成為討論的話(huà)題。筆者覺(jué)得，其原因之一就是筆者此次感受到的“技術(shù)的連續性”。最初發(fā)明的一項技術(shù)被很多人引用、改良，然后又催生出新的技術(shù)。SID至今仍能吸引眾多參加者也正是因為這種技術(shù)發(fā)展的連續性。

　　筆者身為顯示器產(chǎn)業(yè)中的一員，多年連續參加SID，切身感受到了每年的變化。筆者在上一篇報道中曾提到，2013年還有來(lái)自中國大陸的口頭論文發(fā)表。FPD產(chǎn)業(yè)始于日本，由韓國和臺灣廠(chǎng)商發(fā)展壯大，今后來(lái)自中國大陸的發(fā)表可能還會(huì )增加。另外，從與會(huì )者來(lái)看，年輕工程師越來(lái)越多。要想在這種環(huán)境下推進(jìn)FPD的開(kāi)發(fā)，催生新的顯示器技術(shù)和產(chǎn)品，技術(shù)的正確傳承至關(guān)重要。因此，不僅是時(shí)間上的技術(shù)發(fā)展，還必須要考慮地區性的技術(shù)發(fā)展。充分理解并尊重FPD一直以來(lái)的開(kāi)發(fā)歷史自不必說(shuō)，要想將技術(shù)在各地區推廣，不能單純地對外傳授技術(shù)，而是要先明確各地區的合作和分工，筆者相信，這將引導FPD產(chǎn)業(yè)和技術(shù)走向正確的發(fā)展方向。