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2013年11月,三星的galaxy round和lg的g flex发布。两款手机都有弧形屏幕,这几乎和它们的普通手机一样。
Galaxy round的屏幕从左向右弯曲,更适合手掌和脸部;G flex从上到下弯曲,因为考虑到用户在观看视频时会将手机转向一边,弯曲的屏幕避免了边缘反射。两个屏幕都有小弧度,但是g flex的电池也被设计成弯曲的,它比galaxy round的扁平电池能储存更多的电能。虽然它也有一个5.7英寸的屏幕,但用户发现galaxy round比三星的经典galaxy note3更便于携带,因为它的弧度符合大腿或臀部的曲线,视觉效果也很好。
如此新颖的弧形屏幕手机只是开始。研究人员的假设是,未来的电子产品可以像纸一样折叠或卷起,放在口袋里。
软电子产品的硬部分是柔性屏幕。密歇根州立大学电子工程和计算机科学助理教授王川表示,三、五年前,柔性技术在美国实验室不再是一个问题,“关键是大规模生产。”
今天,三星和lg已经实现了曲面屏幕手机的大规模生产。虽然这两种产品不能像真正意义上的柔性屏幕那样自由弯曲,但“曲面屏幕几乎包含了柔性屏幕的关键技术,这表明柔性屏幕不再是一个问题。”加州大学伯克利分校的研究员于志斌告诉《财经》。
这两款仅在韩国销售的曲面屏幕手机尚未表现出良好的销售业绩。据韩国媒体报道,自11月10日银河轮正式启动以来,其日销量一直不到100台。然而,从这两款手机的销量来判断软屏的前景还为时过早。
在研究人员看来,手机和电视等传统电子产品只是柔性屏幕的试验场,对灵活性要求更高的可穿戴设备可能会成为柔性屏幕的世界。因为人体内几乎没有平面,它们都是曲面,都处于不断运动和变化的过程中,柔性材料可以最大限度地减少使用者的拘束感。
行业研究咨询公司Displaybank估计,2015年柔性屏幕的市场规模将达到11亿美元,2020年将进一步飙升至420亿美元。到那时,16%的平板显示器市场将被柔性屏幕占据。
关键突破
像许多发明一样,柔性屏幕概念的出现也是一种巧合。
1979年的一个晚上,美籍华人物理学家唐庆伟在回家的路上突然想起了实验室里留下的一些东西。当他回到黑暗的实验室时,他发现一个有机电池在发光。这一偶然的发现使研究人员意识到有机物可以用作制作显示屏的光源。
研究人员选择不同的有机物质来产生三种颜色——红色、蓝色和绿色,自然界的所有颜色都可以与这三种颜色混合。这三种颜色构成一个像素,每种颜色的亮度由开关调节,形成不同的颜色。千千的一万个像素共同构成了一幅完整的画面。研究人员将像素、开关和其他元件固定在基板上,形成有机发光二极管(oled)。整个结构就像一个汉堡包,发光材料是夹在它们之间的蔬菜。
"因为有机物是软的,每个人都想,你能使整个屏幕变软吗?"王川说道。自上世纪末研制出基于oled的屏幕原型以来,研究人员在完善平板oled屏幕的同时,开始探索柔性oled屏幕的制造。
基板是决定屏幕灵活性的关键。基板承载像素和开关等元件。在传统的制造工艺中,基板需要能够承受300摄氏度以上的温度并且具有良好的透光率。因此,玻璃通常是平板oled屏幕的首选。然而,玻璃不能使屏幕变软。研究人员用软塑料代替了基板,但发现普通塑料在300摄氏度熔化,这很难满足传统技术的要求。
因此,全世界的研究人员都在从两个方面寻找出路。一方面,他们正在探索低温制造技术;另一方面,他们正在寻找耐高温的软材料。
2012年,特种玻璃制造公司康宁公司(Corning Company)推出了超薄玻璃柳玻璃,这种玻璃薄如纸,只有100微米,可以承受约500摄氏度的温度。最重要的是,它可以像纸一样柔软地卷起来,所以它被称为“柳树”。
据推测,三星可能已经将柳条玻璃应用于柔性屏幕的研发。2012年,三星与康宁合作成立了三星康宁精密材料(scp)合资公司;2013年,三星收购了康宁公司7.4%的股份。然而,三星的一位相关人士向《财经》记者透露,galaxy round的基材是一种透明的塑料薄膜,聚酰亚胺,也称为pi,而不是这种玻璃。“由这种材料制成的基板只有30微米厚,非常轻且薄”。
此前,研究人员曾试图使用极薄的金属或玻璃作为基底,但前者弯曲有限,而后者容易留下痕迹,一旦折叠后难以恢复。Pi是一种由多种有机物合成的材料,弥补了前两种材料的不足。
2013年8月,中国开发的第一个彩色柔性oled屏幕也使用了这种材料。华南理工大学材料科学与工程学院教授、研究人员之一彭俊义(音译)分析说:“从各个角度来看,圆周率都是一个不错的选择。”然而,这种材料的研发需要大量的成本,三星可能已经与其他公司合作生产这种材料。
更换基板只是屏幕灵活性的开始。如何对其进行有效包装决定了柔性屏幕的使用寿命以及能否在产品中使用。
以前,只要传统的oled屏幕覆盖一层玻璃,屏幕中的发光有机物就可以与空气体和水隔离开来。这些发光的有机化合物对水和氧气非常敏感,一旦它们接触,就会发生化学反应,变暗。
柔性屏幕包装由塑料制成。在微观层面上,塑料中有许多孔隙,这确保了塑料的柔软性,并使空空气和水更容易渗透。“这就像一个悖论。如果你追求柔软,你必须牺牲你的使用寿命。如果你追求持久,你的柔软是无法实现的。”于志斌说道。
三星和lg没有详细解释弧形屏幕手机的包装技术。根据一些研究人员的分析,这两个家庭可能已经避免了这一技术难题,仍然将屏幕封装在玻璃中,因此屏幕仅显示一个弧度,不能随意弯曲。然而,g flex已经展示了一些柔性电子产品的特性。用户可以将桌面上的弧形屏幕手机展平,放开后,手机会恢复到原来的状态。
三星和lg都表示,这款新产品只是一个“垫脚石”,其最终目标是让装有柔性屏幕的设备像纸一样缠绕在手腕上,或者放在钱包和口袋里。
深入挖掘灵活性
2013年10月,三星在韩国提交了一份专利申请,这是一款外观与平板电脑非常相似的移动设备。聪明的是,它配备了一个灵活的oled屏幕,可以折叠。
Lg还在为电子书阅读器开发和生产柔性电子墨水屏幕。屏幕约为6英寸,分辨率为1024×768像素。
Oled屏幕比液晶屏幕更轻更薄。液晶显示屏最薄的结构只能是微米,而有机发光二极管显示屏的结构是纳米,只有微米的0.1%。此外,由于不同的照明原理,oled屏幕也节省了更多的电能。
市场研究公司Ihs electronics & media预测,真正的软显示器将打开新一代电子产品之间的界限,比如手机和平板电脑,因为它可以拯救空.手机、电脑和电视的显示屏在结构和材料上基本相同,但只是根据不同的使用方式在细节上有所不同。
研究人员正走向产业链的两端。一是如何最大限度地提高材料的灵活性。今年8月,来自洛杉矶加州大学的一个研究小组修改了屏幕电极的材料和排列,使柔性oled屏幕不仅可以弯曲,还可以拉伸到原来的两倍大小,然后收缩到原来的状态。“将来,这项技术可以将一个a4纸大小的屏幕拉伸成一个大屏幕,直接挂在墙上演示。”王川说道。
最近,一项令三星感兴趣的研发来自加州伯克利。我们学校的一个研究小组在柔性oled屏幕上增加了一个压力传感装置。如果你用手触摸屏幕,屏幕会发光,压力越大,亮度越高。
研究人员的目标是增加温度、湿度和其他传感设备,这样屏幕就可以感知外部环境,比如皮肤,甚至比皮肤更敏感。
当然,首先测试水的曲面屏幕产品性能不佳,也给研究人员带来了压力。现在他们希望尝试产业链的另一面--颠覆现有的屏幕制造工艺,从根本上扭转柔性有机发光二极管屏幕的市场地位。
11月,加州的kateevas公司将这一想法变为现实,并推出了第一台oled屏幕“喷墨”打印机——yieldjet。大多数柔性屏幕的材料都是有机的,可以液体形式存在。yieldjet是通过可移动平台和喷嘴将这些液体材料直接喷射和印刷在玻璃或塑料底板上。
oeld屏幕的传统生产过程需要在真实的空进行,荫罩技术是必不可少的,这也使得生产成本很高。新的印刷技术避免了这一缺陷,并且丝网可以在充满氮气的惰性环境中生产,这大大降低了丝网制造的成本。此外,柔性oled屏幕可以像纸一样卷起,使得制造大尺寸屏幕更加方便。
印刷柔性屏幕的难点是如何在大规模生产过程中保证每个像素的尺寸均匀和位置准确。此外,“在这个阶段,用于印刷的材料比黄金更贵,达到每克几千元。”彭俊彪表示,在实验室实现这项新技术只是“原则上被证明是可行的”。
市场选择
手机的四个角从桌面卷起,然后打开。它似乎刚从睡梦中醒来,伸了个懒腰,问候主人,并温柔地提醒主人注意来电或短信。这是加拿大皇后大学人类媒体实验室开发的一个灵活的手机模型。研究人员认为,“柔软度”可以开启一种新的人机交互模式。
然而,用户愿意为这些新功能支付多少钱呢?这是包括彭俊彪在内的研究人员所想的。
起初,液晶显示屏取代阴极射线管(crt)成为显示屏的主导地位。20英寸的crt显示器足够重,可以让两个人一起移动,而液晶显示屏可以让一台55英寸的电视轻松地挂在墙上。
目前,柔性oled屏幕的优点只是更轻、更薄和更省电。从这个角度来看,用户根本感受不到柔性oled屏幕的好处。“因为液晶显示器已经基本满足了他们的需求,最重要的是它更便宜。”彭俊彪分析说,由于液晶显示器的发展相对成熟,产业链更加完善,其市场价格优势明显。
pi等新材料的价格是普通塑料的10倍,远远高于玻璃。同时,“随着柔性oled屏幕尺寸的不断扩大,产量和生产损耗也将增加”。上述三星人士表示。
这个明显的缺点并没有动摇三星、lg和其他公司对柔性oled屏幕的信心。三星已将柔性oled屏幕列为继液晶显示器和oled显示器之后的第四代显示技术,并将在未来首先考虑覆盖高端电子产品。
或许,手机和平板电脑等电子产品不是柔性oled屏幕的最终目的地。来自世界各地的设计师已经展示了他们对柔性oled屏幕的期望。例如,让手表像塑料薄膜一样缠绕在手腕上。腕带和表盘之间没有明显的界限,但它是屏幕的延伸;制作电子绷带也是一个好主意。一方面,它可以感知伤口是否在溃烂,另一方面,它可以通过屏幕让人们知道伤口的愈合情况。“特别是,它延伸到与生活相关的所有方面,如服装、鞋和包的设计,并有机会考虑用新的柔性展示材料进行改造。”清华大学设计学博士、“为她而设计”项目的创始人李一舟说。
未来,可穿戴设备的设计和材料将成为核心竞争点之一。康宁表示,它正在帮助客户在开发柔性产品时更好地使用柔性玻璃“柳树”。随着柔性oled屏幕技术的逐渐成熟,它的使用可能会出人意料。“就像液晶显示屏诞生之前一样,谁能想象一台电脑可以在大腿上工作”?一位业内人士表示。
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