电脑显示器尺寸有哪些 [军用柔性显示器的发展]

　　摘要：美国军队长期以来一直肯定显示技术在军队系统中所发挥的重要作用，持续支持发展当前的平板显示技术。可折叠显示技术可提供一个比玻璃基显示器更有利的军队应用，因此，美国军队正在支持柔性显示器的研发设计以加速其商品化进程。
　　关键词：柔性显示器；电泳显示；胆甾液晶；有机发光二极管；等离子显示器；有源矩阵液晶显示器
　　中图分类号：TN873文献标识码：A
　　
　　Flexible-Display Development for Army Applications
　　
　　David Morton and Eric Forsythe
　　（Army Research Laboratory，ＵＳＡ）
　　
　　Abstract: The U.S. Army has long recognized the significant role display technology plays in Army systems and has supported the development of the current flat-panel technologies. Flexible display technology will provide an advantage over glass-based displays for Army applications; therefore, the U.S. Army is supporting research and development designed to speed commercialization of flexible displays.
　　Keywords: flexibale display；electro-phoretic；CHLC；OLED；PDP；AMLCD
　　
　　1引言
　　
　　开发新的显示技术一贯受到美国政府的大力支持，美国政府通过许多投资机构，包括国防和非国防的相关组织等予以支持。最近的一个例子就是在亚利桑那州立大学(ASU)成立的柔性显示器中心(FDC)，它是由军队为推进柔性显示器集成技术和制造工艺的研究而组建的。图1列出了20多年来军方在平面显示器研究领域的投资经费概况。
　　在20世纪90年代中期，研究和开发平板显示器的研究经费达到最高峰1.6亿美元/年，当时政府资助了大量的显示技术项目。早期对等离子显示器(PDP)、有源矩阵液晶显示器（AMLCD）、投影显示器、以及头盔显示器（HMD）的投资是后来导致其取得巨大商业成功的一个因素，而现在这些显示器都已经在商业和国防部的应用平台上普及。在技术发展上的投资，已经变成需求及接纳，或是说现货供应的商业模式。在这种模式的显示技术研究中，系统集成商获得商用技术，然后把它们用于军用器件开发。这样，显示技术研究的经费就被削减了。但是2000年后，此类经费都已经集中用于发展柔性显示器。
　　为解决美国的军队使命问题，他们正在通过几个项目的实施改善和更新作战能力。未来战斗系统（FCS）计划是其中最大的一个。该系统要求具备为作战车辆和拆卸士兵提供必要的指挥、通讯、控制功能的能力。这些应用将要求紧凑轻薄的显示器将信息在一个以网络为中心的战场上传达给个人。但作为当今民用电子产品主流的平板显示器，其关键特征使他们不适合在新兴的军事上应用：传统的显示器往往消耗过多的电力，更关键的是，他们是用玻璃做的。而且，它们需要昂贵和笨重的“加固”，才可以被纳入军事系统，这就加大了体积和重量。对于步兵来说，目前显示器的高功率要求，迫使士兵背负额外重量的电池才能操作。
　　大幅度降低尺寸、重量和功耗需求是柔性衬底基显示器吸引军事应用的本质原因。柔性显示器在美国军队中分为两大类：一是更换现有的技术设备；二是开发和更新新的不采用玻璃技术的应用领域。
　　
　　
　　2更新现有的技术
　　
　　柔性显示技术必须有一个强有力的取代现有技术的理由。美国军队系统中的柔性显示技术，目标是降低功耗，提高可靠性，并降低显示器的体积和重量。柔性显示相对于LCD或等离子显示技术在功耗比较上有优势。目前低功耗技术的发展有电泳显示、胆甾液晶（CHLC）和有机发光二极管（OLED）显示器。电泳和CHLC双稳态反光技术基本上是零功率低刷新率；目前的有机电致发光器件发光效率可比液晶显示器高2~3倍。这些技术以其在玻璃基板上的商业化，作为一项临时步骤，可将其纳入美军系统，以解决电力问题。我们选择了为美陆军系统开发这些技术，因为它们对玻璃基的技术会被商品化，也因为它们与柔性衬底的相容性较好。
　　基于可弯折且不易损类型的基底上的显示器对美国军队应用有若干影响，在现有的系统上用柔性显示器更换玻璃基显示器，将有两点好处：首先是电力消耗下降至少一半，对于一名士兵来说，这意味着可以携带更少更轻的电池或保持同样的电池负荷而得到两倍的持续时间，而对于固定显示器（较大的设备或车辆上的显示器），它意味着需要系统提供更少的功率，可减少动力源的体积；其次，该显示器在使用中不易被打破。这意味着需运送的设备数目的减少，从而使士兵减少了背负物品的数量。
　　在固定型应用中，结构坚固意味着显著降低重量和安装体积。17in的显示器可能重30磅，在军车上应用还将包含一个有15磅重、超过2in厚、对角线达24in的金属安装件。如果能够取而代之以一个基于塑料或铜箔基板的显示屏，重量可减少到5磅。这对车辆的空间、马力和重量的设计都有显著的优势。
　　如果士兵携带型和固定应用型设备的破损率均大大降低，军队则没必要在维修部门保有很多的部件，维修和更换的单元数降低，也将有助于成本的显著削减和系统寿命的延长。
　　
　　3对士兵的新应用
　　
　　类似于早期对于其它平板显示技术的开发，柔性显示器也将随着技术的日趋成熟在军队中衍生出多种方式的应用。图3示意了期待中的柔性显示在军队中的应用。直接替代平板玻璃基显示器以提高系统的可靠性和性能是第一个设想的应用。随着技术的成熟，应用将涉及从小型手持式应用（3~4in对角线）、较大的笔记本大小的显示器（6~12in对角线）和车载显示器（17~21in对角线）。同时，使用柔软、可卷曲或折叠的显示器来传达信息给士兵，可以改善和提高他们的能力。
　　
　　同样，柔性显示器的应用也将涉及从穿戴式显示器到可以全尺寸卷起的显示器。一个简单的例子是可放入物品口袋里的穿戴式显示卡，用作可卷起电子地图或者任务布置和执行的通讯装置。图4示范了一个设想应用，即安装在袖子上的显示器，一名战士利用它迅速获得信息。 这里的显示面积与那些手持电子产品大约是一样的（3~4in对角线）。随着柔性显示技术的日趋成熟，潜在的应用还包括附着在设备、车辆内和墙壁上的显示器。最后的长期目标应用是可取代投影系统的大型柔性显示器，整个显示屏做成为一个幕布，可以将它卷起来收到一个筒内便于运输，悬挂在帐篷内墙上，或铺在地上进行任务计划。
　　国防部需要这种技术，这既与增强耐用性和减少体积、重量和功率有直接关系，也有商业市场的需要。在某些情况下，国防所要求的性能高于商业产品。对于便携式应用，功耗、重量和可读性对国防和商业应用都是重要的性能参数；对于固定式应用，如办公室和桌上系统，显示器体积和少许坚固性的改进，将提供独一无二的新商机；在车载显示应用方面，可读性、体积、相对的坚固性以及功耗等，都是重要的性能参数。未来要求全新的形式，如轻质大面积显示器，可以折叠或卷起以便储存或运输。
　　美国军方认定柔性显示屏将来在商用和军用市场的优势。作为第一个接纳新显示技术的部门，美国军方正在通过亚利桑那州立大学（ASU）成立的柔性显示技术中心（FDC）加速这一技术的商业化。以下将给出柔性显示技术中心的发展概况。
　　
　　4柔性显示中心（FDC）
　　
　　2004年，美国军方研究和技术副助理国务卿在与美国亚利桑那州有伙伴关系的亚利桑那州立大学建立了军用柔性显示器中心（FDC）。该中心与美国军事研究实验室传感器和电子器件部达成合作协定，并与Natick Soldier RDE 中心保持联系。在这10年项目中的前5年，将由军方投资4,400万美元，同时亚利桑那州立大学按比例配套。其中包括一些为数不小的参与投资，例如逐渐增加的工业合伙每年的会员费、为支持项目开发所做的内部投资、由中心与其合作伙伴共同推进柔性显示器技术及其相关制造技术等。这些与工业界的合作由一个单独的伙伴关系协定管理，它列出了对参与单位的合作投资要求、会员福利以及知识产权共享等。
　　FDC是首席显示技术研究开发中心的总部，专注于柔性显示器技术开发，它的使命就是要加快全彩色柔性显示技术的商业化。中心的核心技术目标是为高性能、保形的、柔性的显示器开发材料、工艺和制造技术，以使显示器能够非常坚固、轻质、小体积、低功耗、低成本。FDC通过向军队和FDC伙伴提供集成的全彩色柔性显示屏以期形成产品样机或展示品。作为反馈，这些样机和展品向军队和商业用户展示了新兴柔性显示技术的能力。
　　为实现其使命，中心建立了一个动态的集高校、产业单位、政府多方的协作伙伴体系，如图5所示。这一伙伴体系中，目前包括16个产业单位，其中包括EV Group, Universal Display Corp. (UDC), the United States Display Consortium(USDC), E Ink, Kent Displays, DuPont-Teijin Films, Honeywell, Hewlett Packard, Surface Science Integration, Ito America, Litrex, Abbie Gregg, Inc. (AGI), Etched In Time,Inc., General Dynamics, Raytheon, 和L-3 Communications。FDC的这些合作伙伴有世界一流的柔性显示器基础设施，侧重于中试生产，以改善其技术和产品。该中心也与7个不同的大学和一个非赢利性实验室通过各种基础研究项目展开合作。作为回报，FDC提供产业界的扩展能力、知识产权和消息等。
　　FDC还拥有一个在大学工业研究园内的国家级显示研发制造基地。该基地拥有专业工程师和技术人员，包含大约30,000平方英尺洁净等级为10的洁净室, 内有一条规模生产线和一条第二代中试生产线, 可制作基于370 mm×470mm尺寸基板的柔性显示器。中心还有一些研究实验室,包括一定数量的ASU单位和他们的研究生，可进行大量附属性研究项目，由大量传统外部研发投资所支持。
　　
　　柔性显示器中心的研究活动集中在柔性基板上，如薄不锈钢或特种透明聚酯，制造有源矩阵式薄膜晶体管（TFT）阵列的相关问题。这项大面积微电子技术中具有挑战性的部分是需要控制一个光电设备阵列以形成数字显示器的关键子系统。为完成显示功能，由中心技术人员开发出三种电光转换技术中的一种，且已和TFT面板整合。超低功耗反射式显示器可以使用由美国麻省理工学院分出的E-Ink公司所开发的电子墨水技术，或由俄亥俄州肯特州立大学分出的肯特显示公司所开发的胆甾相液晶薄膜技术。还有，通用显示公司所提供的材料制成的有机电致发光产品可实现生动的全彩色运动视频图像显示。这些被选中的技术主要是因为其与柔性衬底具有相容性、功率优势以及相对的技术成熟性。
　　军方对FDC的投资高度依赖一家与军事系统集成商的密切伙伴，由该开发商开发展示设备达到新功能的示范设备。作为会员的通用动力公司、霍尼韦尔国际公司、L3通信、雷神等公司都在确定示范项目上提供帮助，项目的成功将有助于为未来的系统产品提供发展蓝图。这些示范项目对显示器提出的要求将帮助该中心为发展规划确定了详细的目标。
　　图6所示的士兵用的柔性PDA是第一个由FDC的展示备选品转入军事应用的实例。它由一个结实的、低功耗反射型E-Ink前板和一个低温多晶硅薄膜晶体管背板组成，重量仅13盎司。2007 年7月，在Fort Dix的CERDEC C4ISR的“On the Move”行动中，这项应用作为陆军未来部队勇士ATD计划的一部分展示。FDC开发显示技术，通过由Natick Soldier RDEC支持的“客户”式投资和管理，一个坚固、精练的网络化个人数字助理被开发出来，可供单兵使用。
　　革命性的柔性显示技术展示的是柔性显示中心如何表现出它正完成其核心使命。这一使命是同时发展可靠的制造技术，且足够成熟到可以激发现有的显示器制造单位接纳这些技术。因为这种做法必然要涉及使用新材料，以及非传统的制造工艺，所以与工业合作伙伴的合作至关重要，尽早从供应链起就卷入工业单位。对于这些公司来说，该中心提供了一个独特的集成制造中试线的开发环境，使他们能够为新兴领域中的柔性显示器和微电子创建和测试新产品。举例来说，中心的会员杜邦-Teijin薄膜公司正在研制一种新型高温聚乙烯萘二甲酸乙二醇酯（PEN）薄膜;中心的试验线为其提供了一个测试平台，使其改进了薄膜的性能，并配套了柔性印刷电路。
　　同样，中心会员霍尼韦尔电子材料开发了一种新的解决方案，以混合型有机-无机介质材料为基础，并在FDC的中试线通过质量验证。他们最近宣布将使这种材料用于平板显示器产业商品化。在关键领域的生产设备，中心会员EV Group (EVG) 开发了一个独特的通用工具，可将传统光阻或非常规材料（如粘合剂、基于解决方案的介质）的微米级特厚且不均匀的薄膜（ 0.5~15 μ m ）镀膜在大面积基板上，且材料利用率高（>90%）。该中心为该工具充当了β -试验场，其直接结果是，EVG最近已经从某商业显示器制造商得到一批新设备的订单。对由美国显示器财团（ USDC ）发起的Azores stepper的修改可以补偿在塑料基板所造成的晶体管阵列的制作过程引起的失真，激励了对现有的显示器制造单位的工具改造工作。
　　这些在材料和工具的制造技术上获得的成功，向公众展示出了FDC的合作组织推动变革的能力，FDC一系列内部突破也推动和扶持了这些进展。例如，FDC已研制成功180℃ a-Si:H过程，即在高性能的低温TFT上制作了一个高解析度的阵列，并在试验线上达到良好的成品率。新型制造业规程和程序已经发展到能直接在柔性衬底上制造这些晶体管阵列。这些有源矩阵阵列反过来为约4in对角线的QVGA电泳油墨技术样机中充当背板，基于杜邦-Teijin薄膜塑料基片和不锈钢金属箔片，其中包括如上文所述供士兵使用的柔性掌上电脑显示模块。
　　军队的柔性显示器中心，在亚利桑那州立大学的一项开拓性的发展技术的新途径，通过刺激商业制造能力以满足军队需要。经过不到4年的运作，显示器研发中心已经展示出多项集成系统和创新型显示器。该中心正在朝着先前的10年目标迈进。
　　
　　（东南大学显示技术研究中心刘文景
　　译自《Information Display10/07》）