顯示屏大決戰的幕後英雌 - Nick Lee

2010年11月17日 - 信報

這五間大學有何共通點？

Kuwait University, Kuwait

Lund University, Sweden

Mexico City University, Mexico

The University of Hong Kong, China

University of California, Berkeley, USA

除了最後兩間，我敢打賭多數讀者從未聽過另外三間。被譽為「女性諾貝爾獎」的聯合國教科文組織 婦女與科學獎剛在上星期宣布了得獎名單，五位得獎女科學家便是來自以上五間大學。

不騙大家，若非《信報》同事告知，我根本不知道這獎項的存在。它以五大洲劃分（非洲和阿拉伯地區、亞太地區、歐洲、拉丁美洲、北美洲），每洲一位得獎者，這樣分法的好處是避免給一些國際知名的學府獨攬獎項，讓人知道有許許多多散布各地的學者也在默默耕耘，替科學作出貢獻，貫徹該獎項專為科學界「弱勢社群」而設的原意。

OLED覬覦 LCD領導地位

香港得獎者是港大化學系教授任詠華博士，她的研究重點可以一言以蔽之—與「光」有關的化學。哪些物料通電後會發光呢？發哪種波長的光？怎樣改良物料使其發出更強的光？反過來，哪些物料能夠有效吸收光能呢？吸收哪種波長的光？怎樣改良使其更有效吸收光能呢？簡單來說，她的化學有助改良一切由電轉光的儀器，即電視機、電腦和手機屏幕，亦有助改良一切由光轉電的物料，即太陽能電池。見到吧，高深科學與日常生活真是息息相關的。

有些最新的顯示屏據說使用OLED科技，這當然屬任詠華的研究範疇。談OLED，不能不談 LCD，兩者互相競爭，LCD是現今主要的顯示科技，OLED乃「後起之秀」，正在覬覦 LCD的領導地位。

LCD的顯示原理運用了光的偏振特性（polarization）。由於人眼看不見偏振，我必須用一個比喻來說明偏振是什麼一回事。假設你我各執着繩子的兩端，拉緊，然後閉上雙眼，塞着耳朵，繩子是我倆唯一的溝通渠道。當我擺動繩子，你能感覺到「什麼」呢？首先，你感覺到繩子擺動的「頻率」，我擺動愈快，你感到的頻率愈高。其次，是繩子擺動的「方向」，可以上下擺動、左右擺動、上下加左右，甚至雜亂無章也可以，視乎我的心情。「頻率」與「方向」是繩子擺動的兩項特性。

假若繩子是光波，我的手便是光源，你的手便是眼睛。能夠看見多種顏色，因為眼睛懂得分辨不同頻率的光波，然而光波擺動的「方向」人眼是分辨不到的，這是跟比喻不同的地方。光波擺動「方向」就是「偏振」，平時見到的光線其偏振（擺動方向）是雜亂無章的。

返回繩子比喻，假設你我之間放一過濾器，只容許上下的擺動通過，那無論我的擺動如何雜亂無章，你感到的只有上下擺動。現在再放另一過濾器，只容許左右的擺動通過，那你手中的繩子便會「靜如止水」，因為那僅餘的上下擺動亦過濾掉。

這便是 LCD顯示屏的基本結構：一個背景光源，加兩塊過濾鏡。暫時不必理會背景光源怎樣發光，這不是LCD的重點。

液晶體「扭動」光線

LCD的重點是兩塊過濾鏡之間的空隙。如上所述，由於兩塊過濾鏡所透的偏振相差九十度，背景光源全給遮擋掉，屏幕漆黑一片，但在過濾鏡之間放進一些液晶體（Liquid Crystal，即「LC」，最後那個「D」為「Display」），情況便不同了。液晶體能夠「扭動」光線，改變其擺動方向。想像一下，穿過第一塊過濾鏡的光線只有上下擺動，經過液晶體「扭轉」九十度，變成左右擺動，便能順利通過第二面過濾鏡；背景光源經液晶體「協助」，終能逃離兩塊過濾鏡，使屏幕「大放光明」。

液晶體受電流控制，可以扭轉光線九十度，亦可以不扭，屏幕上便有黑白之分（至於顏色，只須再把光線分成紅藍綠三色，其不同組合便是各種顏色，與LCD顯像原理無大關係，不贅）。骨子裏，LCD是「遮」光的科技，把多餘的背景光源遮掉，顯示的圖像實是剩餘的光線。

背景光源怎樣發光呢？舊的LCD使用扁平的光管，最新的LCD使用LED為光源。LED解作 Light-Emitting Diode（發光二極管），由兩層半導體物料構成，一層接往正極，另一層接往負極。通電時，正極向物料輸入正電荷，負極向物料輸入負電荷，正負電荷在兩層半導體的接口處相遇、結合、發光，就像一男一女邂逅擦出火花。說來容易，當中很多技術難題是需要鑽研的，正如現實中追女仔永不如小說裏容易，何況LED需要控制一大群原子般細小的「癡男怨女」呢。

進佔日常電子顯示屏

很多巨型屏幕都是用LED發光直接造像，省卻液晶體遮光間接造像的麻煩，可惜 LED的製作工序未能適應細小尺寸和高解像度的要求，故未能進軍日用電子顯示屏的市場，只停留於提供LCD背景光源的角色。

傳統LED的不足，造就Organic LED（OLED）「上位」的機會。LED那兩層半導體傳統上使用一些無機的合金，故亦可稱作 Inorganic LED（ILED）。OLED顧名思義，用一些有機化合物取代那兩層半導體合金，發光原理一樣，只是用料不同。用料的不同容許製作工序的縮小，使OLED能夠進佔日常電子顯示屏。

什麼是有機化合物呢？簡單來說，含碳的物質就是有機化合物，最常見的塑膠便是其一。事實上，LCD那層液晶體也是有機化合物，可是LCD從未試過「無機」，故亦沒有無機有機之分。

理論上，OLED的顯像原理和結構比LCD簡單得多，前者直接發光造像，後者需要第三光源發光，再過濾多餘的光。這亦是我長篇大論講解LCD的原因，沒有LCD的複雜，怎顯出OLED的簡潔呢（至少是理論上的簡潔）？

論畫面的色彩對比，OLED絕對比LCD優勝，由於LCD靠遮光造像，沒可能完全遮去背景光源，故其影像沒有真正的黑色，OLED要黑色十分簡單，不發光便可以了。其他方面的比較，不在這裏說，市場上的資訊多得是。

最終哪門科技勝出或二者並存，往往不是取決於產品質素，只取決於一個字—「平」。電腦世界，視窗依然當道，蘋果依然小眾，便是最佳例證。無論OLED的市場命運如何，知道有本土學者在背後「推波助瀾」，並得國際認同，確是為本港科學界打了一支強心針。