《每日郵報》報道了英國牛津大學教授PeimanHosseini與HarishBhaskaran研發(fā)了一種新材料，可用于手機屏幕的制造。報道稱，這種新材料基于目前用于可重寫DVD的技術，利用電子脈沖訊號制造出，使用時不需消耗任何電力，即使在陽光直射下，屏幕影像仍然清晰。

這條新聞無疑為手機一族帶來福音，因為越來越大的手機屏幕是耗電的“主力軍”，如果可以“切斷”屏幕與電池的聯(lián)系，就為大屏幕移動終端更長時間的待機提供了可能。

而這不是近日關于手機屏幕新技術的唯一新聞，這個月初，東京大學開發(fā)出一款高強度手機，其強度可與鋼媲美；幾乎同時，我國重慶文理大學的科研人員研發(fā)出我國自有的銀納米線技術觸屏技術……

2013年，《失控》作者、被譽為互聯(lián)網(wǎng)教父的凱文·凱利曾預測互聯(lián)網(wǎng)未來十年的大趨勢，他用了四個關鍵詞：屏幕、分享、注意力和流。其中屏幕就放在了第一位。要想抓住用戶的注意力，激發(fā)他們的分享欲望，就不能缺一塊完美的屏幕。屏幕的不斷創(chuàng)新，似乎預示著一場關于手機屏幕的變革正在悄然而來，它們?yōu)橹悄苁謾C與未來更智能的生活提供新的可能性。

新材料支撐智能夢

“牛津大學的HarishBhaskaran在其論文中提到，所謂不需要耗電的手機屏幕使用了Ge2Sb2Te5，簡稱GST的這種材料。”華南師范大學先進光電子研究院研究員金名亮告訴《中國科學報》記者。GST屬于相變材料的一種，它可以通過電脈沖方式改變晶態(tài)，即從無定型態(tài)（半透明）到晶態(tài)（根據(jù)厚度可反射不同顏色的光）的轉變。

由于相變材料的特性，使得GST在初始狀態(tài)無定型態(tài)或晶態(tài)都不需要外界能量進行維持，只有在晶態(tài)轉變過程中需要損耗能量。換言之，在一般狀態(tài)下GST不消耗電量，只有在屏幕內(nèi)容切換時才會有消耗。“從原理上來說可稱其為一種雙穩(wěn)態(tài)的反射式顯示。”金名亮解釋道。但是這種材料若想大批量地替代手機屏幕尚需時間考驗。

“因為手機屏幕不僅需要顯示功能，而且視頻顯示也是一個非常重要的參考指標，但在相關文章中并沒有介紹這種材料可逆轉換的速度以及是否適合作為視頻顯示。”金名亮認為，“因此僅從原理上講此種方法是可以用于顯示的。但要實現(xiàn)真正的手機屏幕顯示，還需要進行更多的測試和驗證，尤其是在視頻顯示能力以及材料的壽命和可靠性方面。”

作為一項新技術，GST令人期待，但這種材料若想替代傳統(tǒng)的液晶屏尚需時日。不過，一直應用在手機觸控屏上的氧化銦錫（ITO）的“老大”地位卻是“岌岌可危”。替代ITO的熱門候選者包括石墨烯、納米銀線、碳納米管和導電高分子。

四種熱門材料替代傳統(tǒng)稀土

若想從這些奇怪的名詞中搞清楚它們到底會為手機屏幕帶來哪些改變，首先要了解手機屏幕的構造。

目前市場銷售的觸屏手機以電容觸摸屏為主，它利用人體的電流感應進行工作。一般的電容式觸摸屏大都通過透明導電膜，例如氧化銦錫作為功能層，形成電容，當用戶的手指觸摸最外層時，手指會從與屏幕的接觸點吸走一個很小的電流，控制器再通過對這四個電流比例的精確計算，得出觸摸點的位置。

上文提到的石墨烯、銀納米線、碳納米管和導電高分子是替代ITO的熱門候選材料。因為雖然ITO的透光性好、厚度小、易蝕刻成電極圖形、高硬度、耐磨，其電阻性也非常好，一直霸占著屏幕市場。但是銦有毒性，所以ITO廢舊電子產(chǎn)品回收成本高昂。再加上ITO來自稀土，隨著世界各國對稀土資源的保護措施，令其成本不斷飆升。所以，更多的科研團隊早已開始研發(fā)替代ITO的材料。“其中石墨烯和納米銀線材質(zhì)已經(jīng)成功找到應用產(chǎn)品并投入市場。”金名亮表示。

“納米銀線與ITO一樣，也具有透明導電的特性。它們像頭發(fā)一樣被均勻地涂布在手機屏幕上，稀疏的地方可以透光，相連的地方可以導電。”一位不愿透露姓名的專家告訴《中國科學報》記者，“石墨烯是連續(xù)的導電薄膜，有點像保鮮膜，由正六邊碳原子構成，鋪在屏幕上。而且，石墨烯本身導電性和透光性也比較好。”

在新材料領域，石墨烯像是個無所不能的“超人”，它既是最薄的材料，也是最強韌的材料，同時還具有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。更神奇的是，它一方面幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；另一方面，它的質(zhì)地又非常致密，即使是最小的氣體原子也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽能電池板。

但是，“由于石墨烯非常薄，所以在一般環(huán)境下即便借用光學顯微鏡也無法清晰觀察到，只能采用電磁感應方式進行檢測。因此石墨烯觸控屏幕從大批量、大面積生產(chǎn)的角度看是非常有挑戰(zhàn)性的。”金名亮認為。而包括碳納米管和導電高分子材料在內(nèi)的各種新材料由于受物理、化學特性的限制，距離應用在觸摸屏領域的大批量生產(chǎn)尚有距離。

顯示技術革新或令屏幕不耗電

除了材料本身的變化，顯示技術也在不斷創(chuàng)新。“電子墨水屏如果從顯示原理看，可以認為是新型顯示技術。”金名亮介紹道。因為其顯示原理與目前市場上常用的液晶顯示和有機發(fā)光顯示不一樣。

傳統(tǒng)的液晶屏幕是通過在背光源上層構建液晶層，由液晶的扭轉實現(xiàn)對光源的控制，用戶看到的是透過液晶層形成圖案的光。有機發(fā)光顯示（OLED）則是通過材料在電場控制下發(fā)光，發(fā)光的點組成的圖案才能被用戶看到。但是，電子墨水則本身不發(fā)光，也沒有控制光源，它所做的只是反射環(huán)境光，“所以它更適合在有環(huán)境光的情況下使用，尤其是戶外，因此其顯示屏幕要相對環(huán)保和省電。”金名亮解釋說。

雖然電子墨水的想法在上世紀70年代就已經(jīng)提出來，目前的應用也非常常見，尤其是現(xiàn)在亞馬遜公司出品的kindle受到人們的追捧，但是這項技術發(fā)展到現(xiàn)在依然只能顯示黑白兩色，難以實現(xiàn)彩色顯示。同時，由于這種電泳電子墨水的顆粒泳動速度比較慢，所以無法滿足視頻速度的動態(tài)顯示。

金名亮所在的團隊也在研究電子墨水，這支由華南師范大學教授周國富領導的團隊，已經(jīng)研發(fā)出較以前更為反應快速的電子墨水技術，其速度已經(jīng)可以達到10毫秒以下，即可以滿足100Hz高清顯示的需要，并且可實現(xiàn)彩色顯示，能耗相對較低。

相信不久的未來，智能手機技術終將通過屏幕技術的創(chuàng)新而實現(xiàn)突破，科幻電影中大膽想象的畫面距離我們并不遠。

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