双稳态显示:功耗低成本高 市场仍在观望

新兴显示技术系列报道之一

编者按：近年来，OLED、PLED、OTFT等各种新兴显示技术层出不穷，特别是在柔性基板上的显示产品更是不断有商用的消息。本报特推出新兴显示技术系列报道。今天着重报道双稳态显示。随后将针对PLED、OLED等进行报道。

有关市场调研结构预计，双稳态显示器的营收将从2007年的7800万美元增长到2012年的5.16亿美元，出货量也会从2007年的2900万台增长到2012年的3.5亿台。iSuppli认为，双稳态显示器保持图像的特性，使这一技术特别适合智能卡、便携式闪存设备和电子书、电子纸的应用需求。不过，双稳态显示技术目前还处于初试阶段，产品的合格率较低，生产成本和市场价格也较高。专家认为，双稳态显示技术被市场接受还有一定的难度。

功耗低是最大优势

双稳态是物理学上的一个基本概念，顾名思义，是指可以保持两种稳定物理状态的一种现象。TIC中意德诺投资顾问有限公司顾问庞春霖在接受《中国电子报》记者采访时这样解释，在给予输入信号的条件下，单稳态系统便呈现一个对应的输出状态。但这个输出是暂时的，当输入消失或撤除后，则系统输出又回复到初始状态，即原有的一种稳定状态；而对于双稳态系统而言，即便外界输入信号消失或撤除，输出却依旧可以保持在被输入激发时的状态，除非再次给予输入才进行改变，这就是双稳态。

生活中单、双稳态最简单的例子就是酒店自动门和家庭普通门，自动门在你进入的时候，会呈现开启的状态，但这个状态在你进入后便结束，门重新回归到唯一的稳定状态——关闭状态(单稳态)，而普通门则有两种稳定状态，关闭状态是一种，当你打开门之后，只要你不再去动作，则门一直保持在另外一个稳定状态——开启。

双稳态技术作为一种物理概念，类似当年流行的纳米技术一样，无论是电子、光学领域，还是机械、力学领域，都应用广泛。记者查询了相关资料，发现发动机中的阻尼器、光子计算机中的光晶体管，甚至普通的计算机键盘中都应用了双稳态概念。

在平板显示领域，早在多年前就有成熟的双稳态产品投放市场，例如当年我国台湾碧悠的E-book及美国E-ink的电子纸等产品。但是不同的双稳态显示器的工作原理各不相同，制作工艺和技术也有差异。

因为双稳态保持无需外界输入，所以可大大减少对能源的依赖程度，据说双稳态显示器的电池寿命比一般显示器的电池寿命要高出600多倍，因此双稳态显示器也被称为零功耗显示器和绿色显示器。

据石家庄永生华清液晶有限公司梁晓博士介绍，双稳态零场记忆与低能耗的特性，使其在不加电场的情况下，能长期保持其显示内容，节省大量能源。一旦在显示器写入一个图像，当切断电源后它仍然被长时间保存在液晶屏上，而且每个像素可长期稳定在从暗态到最亮的不同反射态，只有在改变图像或刷新的时候需要消耗能量。其记忆和反射的物理特性使显示器具有极高的能量利用率。这是任何其他显示器无法比拟的。并且它是反射态显示，不要背光源，因此节能省电。

对于动态显示次数较少或多数状态下为静止显示的产品，例如手机、数码相机、PDA、电子标签、电子书、电子纸张、电子名片、电子油画、电子相框，特别是户外广告的大屏幕显示，因为其功耗小、显示时间长、节约能源等优势，应用空间非常大，所以参与的企业也越来越多。

成本高使市场接受有难度

先进国家对双稳态技术的研究已有20多年的历史，在显示产品上，也有众多的公司参与开发并制作出系列的产品，例如：在双稳态PDP产品上，有E-ink、三星、SiPix Imaging和Bridgestone等公司进行参与，并开发出1英寸～40英寸不等的显示产品。

在双稳态液晶显示器上，有Nemoptic、Kent Displays、Qualcomm、Ubixon等公司参与进行。在今年美国国际显示信息学会年会上，Ubixon公司便展示了一个1.1英寸、128×40的双色显示器。

在电子纸张方面，则有PVI公司进行研究开发。庞春霖认为，目前市场对双稳态显示有浓厚的兴趣，部分整机产品已经开始使用双稳态显示器，但完全成熟还有一段的时间。

据梁晓博士介绍，从20世纪70年代至今，美国的Kent State大学、ADS、DCI、Motorola和3M公司，日本的Minolta Camera、Sharp(夏普)、 Toshiba(东芝)、富士—施乐也都有多稳态液晶显示器样机出现。法国的AEG公司、我国台湾和韩国的FDS、EDT、中华映管、南亚、凌峻、三星等公司也在积极开发之中，我国内地现亦有几家公司在投资这一显示技术的开发工作。

虽然双稳态显示技术正在越来越受到市场青睐，但阻碍双稳态技术发展的因素也不少。庞春霖认为，首先这一技术目前还处于初试阶段，产品的合格率较低、生产成本和市场价格较高，市场接受还有一定的难度。不少整机企业对双稳态显示也还处于观望状态中。其次，配套部件，例如驱动电路、材料、装备的开发还不如目前成熟的单稳态显示产品配备完整，这也是影响双稳态显示快速发展的一个因素。“上述因素能否被克服，关键在于双稳态显示进入市场及商业化普及的程度。程度越高，则上述的问题也越易于解决。天下熙熙，皆为利来；天下攘攘，皆为利往，利润的拉动，又有什么技术或配套的难题不能逾越呢？”庞春霖表示。

专家认为，从目前对液晶材料的需求来看，很难预测这一市场将来的发展，但只要消费者对该类产品的不断认可，双稳态液晶显示器还是有一定的市场空间的。

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双稳态显示技术

双稳态显示技术主要是指利用两个稳定光性状态之间的转换来实现显示的技术。目前发现的具有两个稳定光性状态的材料主要有铁电液晶、聚合物稳化液晶、聚合物分散液晶、电子油墨等。这些材料的共性特点是两个光性状态在无外电场作用时都能够稳定存在一段时间，在外电场作用下，两个光性状态可以相互转换。由于显示所用的两个光性状态在无外场的情况下是稳定的，所以不需要长时间加外场来维持显示状态，就有了比较省电的特点。这类显示技术在静态显示方面能够表现出省电这一优势。

电子油墨

带正电的白色颗粒与带负电的深色液体被包裹到一起就是电子油墨。当上电极加负电压时白色颗粒在电场作用下就覆盖到上电极附近，从上边看表现出白色，去除电场后，白色颗粒会停留在原处一段时间；反之，当下电极加负电压时白色颗粒在电场作用下就覆盖到下电极附近，从上边看表现出深色。带电颗粒在电场作用下移动是电泳过程，速度很慢。

聚合物稳化液晶

胆甾液晶与少量预聚物混合，在外加电场时光照聚合预聚物形成网络，这个状态光透明。当外电场去除后，在室温热驱动下，电场诱导的液晶织构出现破损，这个状态光不透明。这是个常关模式的显示器，仅在施加外电场时才透明。反之，在不外加电场时光照聚合预聚物形成网络，这个状态光透明。当施加外电场后，液晶取向织构被破坏，开始光不透明。这是个常开模式的显示器，仅在施加外电场时才不透明。由于聚合物的稳化作用，织构转换需要很高的电压。

聚合物分散液晶

向列液晶与多一些聚合物混合后，液晶以液滴形式分散到聚合物中。液晶液滴有自组织能力，形成取向极球，具有光学各向异性。由于它们是无规分布的，此时光学不透明。当施加外电场时，极球沿外场取向，此时光学透明。同样由于聚合物的稳化作用，织构转换需要很高的电压。

铁电液晶

铁电液晶是带有手性的倾斜近晶相，分子偶极与分子长轴垂直。无外场时，液晶分子层呈现螺旋排列方式；当施加与纸面垂直的电场时，在分子偶极的驱动下，螺旋排列被破坏，形成单一取向的织构，当施加电场反向时，分子也原地旋转180度，形成新的单一取向织构。当偏阵片与其中一种取向织构中分子的取向一致时，光透明，而另一单一取向的织构则光不透明。两种状态转换时，分子仅是原位旋转，不需要长程迁移，因此转换速度非常快，刚出现时受到广泛关注。但由于两个单一取向织构中分子的夹角不够大，显示衬度差一些。另外，大范围均匀制备困难，液晶成本也高，因此限制了它的进一步应用。

从显示品质和成本综合来看，目前电子油墨的前景比较好。电子油墨显示是反射式显示模式，不需要背光源，器件成本较低，还适合柔性基板，在柔性静态显示方面的应用受到广泛关注。目前主要是美国电子油墨公司、英国塑料逻辑公司、荷兰飞利普公司和日本精工爱普生公司等在积极推进从小尺寸手表到大尺寸标牌等多类产品技术。国内北京化工大学、浙江大学和天津大学等研究单位在积极开发此类技术。该类技术在标牌和电子书方面有很好的应用前景，在电子报纸方面受到信息来源的限制，目前应用前景尚不十分明确。