2013年国际显示器会议“SID2013”的特点是,与液晶显示屏有关的论文发表数量比2012年大幅增加(图1)。尤其是以IPS(In-PlaneSwitching,平面转换)为代表的利用横向电场的模式,相关论文的发表接连不断,让人感觉IPS方式液晶模式已经成为主流。在以IPS为中心的液晶屏的发展进程中,显示特性的改善仍在继续,可以说其进步速度超过了有机EL显示屏的开发速度。在本篇中,笔者将穿插IPS液晶屏的发展背景,介绍一下SID2013上发表的有关液晶面板的重要论文。
图1:持续开发中的“氧化物半导体+有机EL屏”与追求更高性能的“液晶屏”
本图整理了SID2013上关于液晶屏和有机EL屏的口头报告,不包括TFT单体和材料单体的报告,也不包括基于Si的微显示器。该表由笔者制作。
凭借IPS液晶屏和LTPS进攻的日本显示器
SID2013的一大特点是,日本显示器表现积极,把论文发表和会场的展示联系在了一起(参阅本站报道)。
图1中记载的日本显示器的关于实现430ppi以上精细度的5英寸全高清和7英寸WQXGA等的6件发表,均以该公司的核心技术——IPS液晶屏和低温多晶硅(LTPS)为基础。利用横向电场效应的IPS模式在1992年被Bauer发现后,日立制作所的近藤等人组成的研究小组于1990年代将其实现了实用化。2000年以后,IPS模式作为电视机用广角技术,在与VA液晶屏竞争的过程中取得了巨大进步。从本届学会可以明显看出,该技术现在已经被作为移动用超高精细显示器不可或缺的技术了。
LG显示器的IPS液晶屏针对移动用途实现了超高精细
LG显示器公司(LGD)以“AH-IPS,SuperbDisplayforMobileDevice”(演讲序号5.3)为题发表演讲,介绍了IPS液晶屏与有机EL屏相比的优势。主要内容包括,不断发展之中的IPS构造是适合超高精细的技术,而且还利用“A-TW偏光板”(AdvancedTrueWidePolarizer)、负性液晶及光配向技术实现了不逊色于有机EL屏的显示效果,完全能应对仍在持续发展的400ppi以上的高精细化竞争。由此也可以看出该公司的自信。
1990年代与日立同为IPS阵营实力战将的LG显示器在介绍IPS液晶屏的优势的同时,还对今后的业务开展表现出了强烈的自信,这让人对液晶显示器的进一步发展更加期待。
半导体能源研究所通过组合IGZO和IPS削减耗电量
日本半导体能源研究所以“DrivingMethodofFFS-ModeOS-LCDforReducingEyeStrain”(论文序号28.2)为题发表了演讲。该研究所利用其大力开发的“氧化物半导体的TFT漏电流小”这一特点,提出了显示静止图像时降低频率以抑制耗电量的方式。为实现这一方式,抑制液晶屏的闪烁至关重要,因此必须要改善液晶显示屏的保持特性。该公司选择的是FFS(FringeFieldSwitching,边缘场开关)方式,原因是,相对于利用纵向电场的VA模式和TN模式,FFS的保持率更高。
半导体能源研究所使用的FFS结构是IBM公司的Kei-HsiungYang在1984年发明的。这种结构利用在TFT基板上设置的电极形成的横向电场,是最初的边缘场开关方式。虽然这项专利现在已经过期,不过最近的移动用IPS液晶屏有很多都采用这种结构,可见其对液晶显示器开发的深远影响。
夏普为VA追加横向电场效果,通过双层ITO构造使VA实现高速化
夏普以“NovelSuper-Fast-Response,Ultra-WideTemperatureRangeVA-LCD”(论文序号34.1)为题,介绍了在-30℃的低温下也能高速响应的技术。通过为利用纵向电场的VA模式追加横向电场模式,关闭时也可用电场力控制液晶分子复位,正性向列相液晶也能在低温下高速动作。在开发人员见面会上,夏普通过视频演示了这种显示屏与传统VA屏的差别。该技术预定2013年内面向车载用途等实现产品化。
友达光电为VA追加横向电场效果,实现与IPS相当的广视角
友达光电(AUO)发表了“ANovelVertically-alignedIn-plane-switchingLCDModewithGreatPictureQuality”(论文序号28.3)和“ANovelLiquidCrystalModeWithPremiumPictureQuality”(论文序号28.4)两篇论文。该公司此前一直在开发VA模式的大屏幕电视机,在VA屏大屏幕化时,画面的边缘会出现色彩失真。为解决这个问题,该公司采用了一种低成本制造4K×2K大屏幕的方法,即利用为VA模式追加横向电场电极的VA-IPS构造,实现了色彩失真与IPS屏一样少的面板。
尊重前人的智慧,正确认识开发历史有助于产业发展
SID是显示屏领域最尖端的学会,对有机EL显示屏和氧化物半导体等新技术和应用寄予厚望是理所当然的,针对实用化展开热烈的讨论也在意料之中。另一方面,液晶显示屏等支撑着产业发展的技术也没有过时,目前仍在稳步发展,依然处于最前沿。尤其是在着眼于2000年代的大尺寸电视机的开发中,IPS和VA展开过激烈的性能竞争,其技术成果在往届SID上也被高调公开,成为技术发展的原动力。
IPS因制造技术难度大而拜了VA后尘,据说甚至曾差点放弃开发。不过,最终还是在开发人员的努力下度过了危机,可以说正是这种努力与坚持才使得IPS现在被作为移动终端面板技术取得了巨大成功。尤其是发挥了超高精细、广视角和低耗电量等特点,在智能手机和平板电脑中已经是不可缺少的技术。
在SID举办前一周的5月16日,日本全国发明奖获奖名单揭晓。其中,“实现广视角、低耗电量的IPS方式液晶显示面板的发明(专利第4724339号等)”是首次获得该奖的液晶显示屏模式方面的发明,其发明者是曾在日立制作所利用IPS液晶开发大型电视机的小野记久雄等人。这项发明中的电场屏蔽构造改善了IPS开发之初就存在的低透射率问题,成了各公司在本届SID上发表的IPS液晶屏的基础,由此也可以感觉到这项发明获奖并非偶然。
笔者在听取此次的一系列发表的同时,还向长年从事显示器开发的多位人士询问了意见,其中有一句话令笔者印象深刻。那就是,“最近发表的论文都没怎么引用过去已经公布的技术”。平板显示器(FPD)的基础开发于1970年前后在美国兴起,之后在日本实现产业化。很多从事研究开发和技术开发的人员在SID这个国际会议上彼此都很尊重他人的成果,并进行了深入的讨论。其中有很多即使如今回想起来也非常珍贵的内容。
FPD目前仍在多种技术的竞争中不断成长。在这一过程中,众多研究人员和技术人员在彼此的发表和讨论中受到启发、有了新的开发或发明的契机,继而催生出更加优秀的技术和产品。虽然也有很多技术未能实用就夭折了,但这些技术却是通往新技术开发的重要阶梯。
SID是多年来一直在液晶显示屏的诞生地——美国举办的国际会议,有着悠久的历史。现在,以液晶屏为首的FPD产业几乎全部转移到了亚洲,因此“在已经没有FPD产业的北美举行的这个国际会议为何会吸引众多与会者?”经常成为讨论的话题。笔者觉得,其原因之一就是笔者此次感受到的“技术的连续性”。最初发明的一项技术被很多人引用、改良,然后又催生出新的技术。SID至今仍能吸引众多参加者也正是因为这种技术发展的连续性。
笔者身为显示器产业中的一员,多年连续参加SID,切身感受到了每年的变化。笔者在上一篇报道中曾提到,2013年还有来自中国大陆的口头论文发表。FPD产业始于日本,由韩国和台湾厂商发展壮大,今后来自中国大陆的发表可能还会增加。另外,从与会者来看,年轻工程师越来越多。要想在这种环境下推进FPD的开发,催生新的显示器技术和产品,技术的正确传承至关重要。因此,不仅是时间上的技术发展,还必须要考虑地区性的技术发展。充分理解并尊重FPD一直以来的开发历史自不必说,要想将技术在各地区推广,不能单纯地对外传授技术,而是要先明确各地区的合作和分工,笔者相信,这将引导FPD产业和技术走向正确的发展方向。