這家初創公司用極薄導光板改善反射式LCD！已與Sharp、JDI等面板廠合作

編譯：山海觀

來源：Display Daily

反射式液晶顯示器已經存在了很長時間，但從未對顯示器行業產生太大影響。FLEx Lighting是一家總部位於美國的初創公司，它正在尋求使用一些極具吸引力的技術來大幅改善現有反射型LCD的性能，進而希望在幾年內提高這種反射式LCD的影響，甚至使這種顯示技術成為本領域的重要組成部分。

FLEx Lighting最近完成了一系列的B輪融資，從SABICVentures、Bascom Ventures和其他公司籌集了900萬美元，並打算利用這筆資金進一步擴展其產品組合的規模。

FLEx Lighting背後的主要技術是一種極薄（50微米）的導光板，它具有獨特的光取出特性，可以精確控制光束的導出。FLEx Lighting已獲得關於這種光取出機制的核心技術專利，並擁有光耦合等其他相關的技術專利，同時還掌握了製造和組裝前置光源的一些工藝。

反射式LCD在目前市場上面臨的主要問題之一是，電泳（電子紙）等其他反射技術的競爭。雖然反射式LCD在陽光直射條件下表現良好，但在低光條件下卻沒有很好的可讀性，另外傳統的前置光源做得也很差。

圖1由FLEx Lighting提供，以簡化透視圖的方式展示了不同設計下的問題和解決方案。圖1a展示了一種典型的基於側邊-前置導光板設計的電子紙顯示器。由於顯示器表面如同紙面，傾斜角度入射的光線會被顯示器向所有方向上（漫）反射，從而獲得良好的可讀性。如圖1b所示，反射型LCD使用LC層後面的金屬層來反射從前置光源入射的光，金屬層對入射光只有輕微的漫反射效果，可讀性較差。如圖1c所示，基於後置光源（背光）的LCD不會遇到這個問題，因為所有光學層都位於LC層後面。

a）帶側入式前置光源的電泳顯示器的側視示意圖；（b）帶側入式前置光源的RLCD的側視示意圖；（c）帶側入式後置光源（背光）/光學薄膜/反射片的LCD的側視示意圖；（d）帶FLEx Lighting前置光源的RLCD的側視示意圖（圖由FLEx Lighting提供）

FLEx Lighting的解決方案在圖1d中展示，其前置光源包括一層包裹著顯示屏的薄型光波導。該前置光源的LED位於顯示器後面，並設計有一些特殊的光耦合結構（稍後會詳細介紹）。只要彎曲半徑不是太小，這種波導就能有效地傳輸光線（根據Casper的說法，有效導光的經驗法則是彎曲半徑不能小於光波導厚度的10倍，這意味著FLEx Lighting的50微米導光膜可以彎曲的半徑不能低於0.5毫米）。FLEx Lighting的這種光波導還包括一些獨特的光取出設計，它可以將光線向下投射到金屬層上，從而可以為顯示器提供全部的光線。

FLEx lighting的前置光源系統與現有產品相比具有許多優勢。儘管電子紙顯示器支持一定程度的彩色顯示，但色域遠遠低於LCD，而且LCD還提供電子紙顯示器無法比擬的視頻功能。FLEx Lighting光波導的薄型有助於整個顯示器系統的薄型化設計。另外，這種薄型光波導還由於能夠緊緊地包裹在顯示器周圍並將LED放置在背側，有助於實現整個顯示系統的無邊框設計。最後，如圖所示，由於LED可以設置在靠近彎曲部位或更遠的位置，設備製造商在電路布線方面擁有了更大的空間。

基於FLExLighting前置光源技術的反光式LCD的背視圖（圖由FLEx Lighting提供）

精確控制光出射角的能力為FLEx Lighting帶來了更多的好處。如下圖所示，通過精確的控制設計，光波導的光輸出強度可以擁有寬峰或窄峰，甚至偏移垂直入射的峰值。來自光波導的窄峰光輸出可以用來製作窄視角的反射型LCD，這種特性在某些應用中可能是期望獲得的，但是在其他應用中可能是不期望的，不過，重要的是這些都可以通過設計來調整和優化。

FLEx Lighting光波導不同的光輸出角度和相應的色坐標示例：（a）接近法線方向的寬峰光輸出；（b）接近法線方向的窄峰光輸出；（c）偏離法線方向的寬峰光輸出（圖由FLEx Lighting提供）

在考慮使用非常薄的光波導技術時，我們首要問題之一是：如何從LED獲得高效的光耦合？這一直是電視用玻璃導光板（Glass LGP）的問題之一，例如康寧的Iris玻璃。雖然康寧希望採用更薄的LGP來降低玻璃成本從而獲得相對於PMMA LGP（丙烯酸樹脂）更高的競爭力，但他們面臨著低成本和低光耦合效率間的抉擇。

電視顯示器用LED的典型厚度為2mm，可以和這些LED實現高效率耦合的光波導需要稍微厚一些。市場上也有更小尺寸的LED，但就每流明的美元成本而言會更昂貴。所有這些都迫使製造商在玻璃成本和LED成本間做出折中。

如果這個折中點是2mm的LED，那麼FLEx Lighting又如何使用50毫米厚的光波導來獲得良好的光耦合效率？如果需要使用50微米（甚至更小）的LED，那麼他們雖然可以獲得良好的光耦合效率，但卻需要使用許多相對昂貴的LED。

FLExLighting的光耦合原理（來源：美國專利商標局，美國專利＃9,557,47）

FLEx Lighting發明了一種玻璃無法實現的解決方案（不過，至少我不這麼認為），這種方案可以使用薄膜光波導實現。如上面FLEx Lighting的專利示意圖所示，在顯示區域之外，光波導被切成條狀，這些條帶摺疊並堆疊在一起。堆疊後的條帶擁有更大的表面積，可以有效地耦合來自更大尺寸LED的光。

基於FLEx Lighting方案的反射式LCD的性能可能會讓製造商們重新考慮使用反射式顯示器。雖然反射式顯示器具有低功率的優點，但是在低光條件下不能使用這一問題嚴重限制了它的應用。儘管具有前置光源的電子紙顯示器能夠實現低光可讀性，但它在色彩和視頻播放方面的性能卻很差，加上該技術的成本較高，電子紙顯示器目前只用在小眾市場。如下圖所示，帶有FLEx Lighting前置光源系統的反射式液晶顯示屏在陽光直射（關閉前置光源）和暗室（打開前置光源）兩種條件下都能提供良好的對比度和色彩。

具有FLEx前置光源的反射式LCD在白天和夜晚條件下的顯示畫面（來源：FLEx Lighting）

在試圖對比反射式LCD與傳統透射式LCD（使用後置光源）或OLED的性能時，一些最常見的性能指標常常不被考慮。如圖所示，當然，亮度對於白天條件下的反射式顯示器是一個無意義的參數，因為光源來自太陽。Casper建議我將環境對比度作為相關的性能指標。OLED在暗室中可以實現近乎無限的對比度，但是在日光條件下，對比度卻嚴重惡化。

根據Casper的說法，市場上現有的一些反射式顯示產品在展廳內看起來不錯，但是實際使用則又是另一回事。Nook是第一款使用前置光源的電子閱讀器，其設計亮度為50尼特，在銷售環境中顯得光彩照人，但Casper表示，在後續研究中，電子閱讀器的設計師們發現在實際使用時，它的平均亮度只有7尼特。Casper指出，採用FLEx Lighting前置光源技術的6英寸反射式液晶顯示器平板，只需要4顆LED就能獲得50多尼特的亮度。

FLEx Lighting還表示，他們的技術可以實現更好的色彩表現，不過我還不確定。同樣，反射式顯示器的顏色測量與自發光（或透射式，如LCD）顯示器不同，因此一些通常的基準可能並不合適。至少，反射式顯示器的顏色不僅取決於顯示器本身，還取決於光源的顏色。

使用FLEx Lighting前置光源的反射式LCD在顏色和功率方面的優勢（來源：FLEx Lighting）

FLEx Lighting已與LCD製造商Sharp和JDI合作並商業化了幾款小型顯示器產品，Casper表示他們還和亞洲另外兩家主要顯示面板製造商合作開發出兩款原型機，包括一款用於中國教育市場的電子閱讀器（8英寸反射式LCD）和另一款用於手機的6英寸顯示器。反射式LCD的優勢似乎使其成為這兩種應用的絕佳選擇。

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