氧化物半導體+有機EL與實現(xiàn)進化的液晶

　　2013年國際顯示器會議“SID2013”的特點是，與液晶顯示屏有關的論文發(fā)表數(shù)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的模式，相關論文的發(fā)表接連不斷，讓人感覺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)展進程中，顯示特性的改善仍在繼續(xù)，可以說其進步速度超過了有機EL顯示屏的開發(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)表的有關液晶面板的重要論文。

　　圖1：持續(xù)開發(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進攻的日本顯示器

　　SID2013的一大特點是，日本顯示器表現(xiàn)積極，把論文發(fā)表和會場的展示聯(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于實現(xiàn)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——IPS液晶屏和低溫多晶硅(LTPS)為基礎。利用橫向電場效應的IPS模式在1992年被Bauer發(fā)現(xiàn)后，日立制作所的近藤等人組成的研究小組于1990年代將其實現(xiàn)了實用化。2000年以后，IPS模式作為電視機用廣角技術，在與VA液晶屏競爭的過程中取得了巨大進步。從本屆學會可以明顯看出，該技術現(xiàn)在已經(jīng)被作為移動用超高精細顯示器不可或缺的技術了。

　　LG顯示器的IPS液晶屏針對移動用途實現(xiàn)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，而且還利用“A-TW偏光板”(AdvancedTrueWidePolarizer)、負性液晶及光配向技術實現(xiàn)了不遜色于有機EL屏的顯示效果，完全能應對仍在持續(xù)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陣營實力戰(zhàn)將的LG顯示器在介紹IPS液晶屏的優(yōu)勢的同時，還對今后的業(yè)務開展表現(xiàn)出了強烈的自信，這讓人對液晶顯示器的進一步發(fā)展更加期待。

　　半導體能源研究所通過組合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發(fā)的“氧化物半導體的TFT漏電流小”這一特點，提出了顯示靜止圖像時降低頻率以抑制耗電量的方式。為實現(xiàn)這一方式，抑制液晶屏的閃爍至關重要，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，邊緣場開關)方式，原因是，相對于利用縱向電場的VA模式和TN模式，F(xiàn)FS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，是最初的邊緣場開關方式。雖然這項專利現(xiàn)在已經(jīng)過期，不過最近的移動用IPS液晶屏有很多都采用這種結構，可見其對液晶顯示器開發(fā)的深遠影響。

　　夏普為VA追加橫向電場效果，通過雙層ITO構造使VA實現(xiàn)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。通過為利用縱向電場的VA模式追加橫向電場模式，關閉時也可用電場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作。在開發(fā)人員見面會上，夏普通過視頻演示了這種顯示屏與傳統(tǒng)VA屏的差別。該技術預定2013年內面向車載用途等實現(xiàn)產(chǎn)品化。

　　友達光電為VA追加橫向電場效果，實現(xiàn)與IPS相當?shù)膹V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發(fā)VA模式的大屏幕電視機，在VA屏大屏幕化時，畫面的邊緣會出現(xiàn)色彩失真。為解決這個問題，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模式追加橫向電場電極的VA-IPS構造，實現(xiàn)了色彩失真與IPS屏一樣少的面板。

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

　　SID是顯示屏領域最尖端的學會，對有機EL顯示屏和氧化物半導體等新技術和應用寄予厚望是理所當然的，針對實用化展開熱烈的討論也在意料之中。另一方面，液晶顯示屏等支撐著產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術也沒有過時，目前仍在穩(wěn)步發(fā)展，依然處于最前沿。尤其是在著眼于2000年代的大尺寸電視機的開發(fā)中，IPS和VA展開過激烈的性能競爭，其技術成果在往屆SID上也被高調公開，成為技術發(fā)展的原動力。

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

　　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，“實現(xiàn)廣視角、低耗電量的IPS方式液晶顯示面板的發(fā)明(專利第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液晶開發(fā)大型電視機的小野記久雄等人。這項發(fā)明中的電場屏蔽構造改善了IPS開發(fā)之初就存在的低透射率問題，成了各公司在本屆SID上發(fā)表的IPS液晶屏的基礎，由此也可以感覺到這項發(fā)明獲獎并非偶然。

　　筆者在聽取此次的一系列發(fā)表的同時，還向長年從事顯示器開發(fā)的多位人士詢問了意見，其中有一句話令筆者印象深刻。那就是，“最近發(fā)表的論文都沒怎么引用過去已經(jīng)公布的技術”。平板顯示器(FPD)的基礎開發(fā)于1970年前后在美國興起，之后在日本實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。很多從事研究開發(fā)和技術開發(fā)的人員在SID這個國際會議上彼此都很尊重他人的成果，并進行了深入的討論。其中有很多即使如今回想起來也非常珍貴的內容。

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

　　SID是多年來一直在液晶顯示屏的誕生地——美國舉辦的國際會議，有著悠久的歷史。現(xiàn)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)沒有FPD產(chǎn)業(yè)的北美舉行的這個國際會議為何會吸引眾多與會者?”經(jīng)常成為討論的話題。筆者覺得，其原因之一就是筆者此次感受到的“技術的連續(xù)性”。最初發(fā)明的一項技術被很多人引用、改良，然后又催生出新的技術。SID至今仍能吸引眾多參加者也正是因為這種技術發(fā)展的連續(xù)性。

　　筆者身為顯示器產(chǎn)業(yè)中的一員，多年連續(xù)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，由韓國和臺灣廠商發(fā)展壯大，今后來自中國大陸的發(fā)表可能還會增加。另外，從與會者來看，年輕工程師越來越多。要想在這種環(huán)境下推進FPD的開發(fā)，催生新的顯示器技術和產(chǎn)品，技術的正確傳承至關重要。因此，不僅是時間上的技術發(fā)展，還必須要考慮地區(qū)性的技術發(fā)展。充分理解并尊重FPD一直以來的開發(fā)歷史自不必說，要想將技術在各地區(qū)推廣，不能單純地對外傳授技術，而是要先明確各地區(qū)的合作和分工，筆者相信，這將引導FPD產(chǎn)業(yè)和技術走向正確的發(fā)展方向。