在 2002 年的电影《少数派报告》中, 导演史蒂文·斯皮尔伯格(Steven Spiel berg)把未来描述成一个充满动感的世界:报纸在读者手中会实时更新, 广告瞬间会展现在旅客面 前, 即使在食品的包装上也闪动着动画。现在, 这些技术将成为现实, 虽然目前还不太成熟——那就是以塑料为基础的电子器件的突破。
根据总部设在英国剑桥的电子产业咨询公司IDTechEx的预测,塑料电子器件产业到2015年将会拥有300亿美元的市场,到2025年则会达到2500亿美元。
基于这种小器件或显示器能够提供一些优于硅基电子器件的性能,以及它们的制造成本更低,生产过程更节能———也就是它们潜在的能源效率更高,并且可以弯曲。
今年《物理世界》7月刊的一篇文章宣称:“预期将会有许多创新性的应用来开启一个塑料电子器件时代的到来”。
“有机”电视闪亮登场
这里所说的有机发光二极管(OLED)———“有机”是因为像所有的生命一样,它们都是碳基的———能够很自然地改变从直观显示到环境照明的所有一切。
不同于液晶显示(LCDs),OLED显示不需要背光———每一个OLED像素可以自身发光。这样就能节省材料、能源以及空间,并可以用于制造更加纤薄的电子器件。它具备柔韧性,在弯曲成钝角的情况下也可以观看,而且在某些情况下,还可以从两面观看。
然而多年以来,OLED的希望主要在于解决耐久性和不均衡磨损等问题。不同颜色像素的磨损率不一样,从而导致在原型机的屏幕上留下很多间断。专家们声称,研究人员正在攻克这些问题,目前大规模生产OLED显示器的主要障碍在于价格。
今年1月,索尼公司在美国展示了第一台OLED电视机。它有11英寸宽,且仅有3毫米厚。但是这台微型电视机———即便同老式的显像管电视机相比也是很小———售价高达2500美元,其使用时间为3万小时———只有目前液晶显示器寿命的一半。
很快,索尼公司就将这台电视机声明为“一个技术样板”。索尼在加利福尼亚州圣地亚哥的公司发言人格雷格·贝罗尼(Greg Belloni)说:“我们已经展示了我们能够利用这项技术。”抛开价格,这台高级OLED显示器的显示质量已经获得了众多赞誉。
“OLED显示器有着非常漂亮的色彩”,美国行业分析公司NanoMarkets的分析师劳伦斯·盖斯曼(Lawrence Gasman)说:“它令人印象非常深刻。”三星公司和其他几家公司也已经制作出了更大的OLED电视样品,但是它们离大众市场还很远。
随着该项技术在今后几年的不断推广以及价格的下降,盖斯曼先生和其他的分析师认为,新一代OLED超高清晰电视机将会逐步走向市场。OLED具备双重用途,挂在办公室墙上既可以用作监视器,而作为墙纸又能照亮整个房间。根据NanoMarkets的一份评估报告,OLED显示和照明市场将会在2012年达到109亿美元的市场,到2014年则达到155亿美元。
OLED的一个特点就是能够很好地适应柔性的表面———比如塑料或金属薄片———对于那些需要提升便携性产品而言将会是一个很好的卖点(在亚洲,OLED目前已经被广泛的应用在手机和掌上电脑上)。
新泽西州的Universal Display公司正在为美国国防部开发“全球通讯设备”。该公司技术商业化部门的副总裁贾尼斯·马宏(Janice Mahon)把OLED描述成一部拥有可弯曲屏幕的iPhone(集网络、电子邮件、网页浏览及地图搜索等功能于一体):相对于携带大量地图而言,士兵们总有一天能够轻装上阵,将这样的一个显示装备绑在大腿上,在显示最大化的同时使电子设备最小化。
可弯曲的显示器———LG公司显示器部门和索尼公司的原型机———将很有可能在未来5年内被摆上货架,虽然它们在随后的几年里并不会被大量供应,马宏女士说。但是“这种显示器在过去仅仅是一种可能,但现在只是时间问题。”
纤薄屏幕的广阔市场
除了上述很酷的特性以外,塑料电子器件的一个经常被忽视的优势在于生产成本低廉。盖斯曼说,与组装零部件的生产线相比,用于LCD显示器制造的生产线非常耗能;而制造OLED显示器则不需要零部件以及大量的原材料。因此,这些电子器件能够像报纸一样地被“印刷”出来,这一特性在未来将能有效减少OLED显示器的制造成本。
比如,杜邦已经花费了几年时间在改进一种“喷嘴”印刷机,从而能够更廉价和高效地在材料的多种表面上印刷。杜邦OLED显示器部门的全球商务主管威廉·菲何利(WilliamFeehery)说:“我们正在制定商业化的计划,目标是让它真正的被广泛推广。”
在照明方面,美国能源部最近与Universal Display公司在开发OLED照明面板方面签订了一份为期两年、近200万美元的合同。在美国,照明用电占全国总能耗的8%以及总耗电的22%。
照明面板将会更薄,最终将会比荧光灯(不含汞的)更加节能,并且能够贴在或是附在许多表面上。马宏说,很快就会有那么一天,窗户能在白天让阳光通过,在晚上则发出灯光照明。
书籍将会像电视一样
电子纸张的发展正在逐渐地使文化走向更趋真实生动。Amazon’s Kindle,一种电子图书阅读器,这种技术大概是最广为人知的例子了。其中关键的改进:仅仅在“翻页”时耗能———一旦翻到需要阅读的页面后就不再耗能。市场上还有其他10多种电子图书阅读器,以及两三种以上的其他版本。电子纸张显示制造商E-Ink公司负责市场营销的副总裁斯拉姆·佩鲁文巴(Sriram Peruvemba)认为,虽然目前绝大多数电子图书阅读器是刚性设备,但是它们正在逐渐向柔性的表面发展。
今年5月,荷兰Polymer Vision公司发布了Readius———“第一本口袋电子图书阅读器”———一个可折叠的屏幕并能查收电子邮件的产品后,爱普生和LG显示器部门也已经制造出页面尺寸更大的彩色电子纸张样品(当前的主流标准都是黑白的)。
佩鲁文巴说,电子纸张显示器的最终目标是使电子墨水可以喷洒在任何一个“巧妙的表面”上,从而摆脱“呆板纸张”的束缚。他设想,总有一天订户将只需用这样的一个设备,每天去下载更新他们所选择新闻网站的最新报道。
本着这一精神,《时尚先生》的10月刊将会有一个电子封面,以此来生动地纪念其发行75周年。“我一直在寻找能够更加充分地发掘印刷媒体潜力的途径,”《时尚先生》总编大卫·格兰杰(David Granger)在一封电子邮件上说:“印刷媒体是如此的引人注目,因此我们应该能够用它做更多的事情。”
这项技术还可以为世界保留更多的树木。佩鲁文巴估计,每年大约有9500万棵大树被砍伐用以制作纸浆。仅在美国,每年要印刷120亿本杂志———并且有70%的报摊杂志未被卖掉。根据一家非营利环境保护组织———Co-op America估计,如果采用电子化传递杂志的方法,每年可以挽救3500万棵大树。也就是说,电子纸张能够为森林提供一次“缓刑”的机会。
塑料电子器件另外一个具有革命性、但不太引人注目的方面,就是促进更廉价太阳能电池板的出现。加州大学圣塔芭芭拉分校的物理学教授、2000年诺贝尔化学奖获得者艾伦·黑格(Alan Heeger)认为,需要花费十年左右的时间以取代成本过高的硅基太阳能电池板。正在帮助Konarka公司开发有机太阳能电池板的黑格博士说:“硅基太阳能芯片所要投入的成本确实太高了,我们需要一种新技术来降低成本。”
除了制造成本有可能更加低廉以外,塑料电池板能够弯曲,从而使得它们可以被装在屋顶的瓦片上以及缝在背包和衣服上。总有一天你可以用内置在你手提包中的塑料太阳能电池板为你的手机充电。