移动通信显示的挑战与问题

李进良 陈金岳 丁守谦

早在2000年，李进良教授、丁守谦教授在美国洛杉矶出席每年一次的国际信息显示会议(SID)时，即发表了他们合作的论文《The Challenge and Issues of Display for Mobile Telecommunication》，其中尚有一位作者是丁守谦教授的研究生陈金岳博士。文中首次提出未来的手机应采用刚出现的新显示材料如OLED等，以制作可折叠、可卷曲的显示屏幕的设想，这样才能克服互联网的大信息量及手机小显示屏的矛盾。没想到八、九年后国外竟有人提出了同样设想的发明专利。当时文章还提出了取替键盘以占用整个手机面板的触摸屏设想，十年科技的高速进步，证实了两位教授对移动通信终端信息显示的发展预测。在今天重温十年前那篇英文论文，感到仍有现实意义。因此，两位教授特将2000年那篇英文论文译回中文。2010年初3D电影《阿凡达》狂潮席卷全球，启示我们后续幻想未来4G的信息显示，本刊特将论文译文(中文)与后记一并发表，以供国内业界参考。

[摘要]文章回顾了用于移动通信的显示技术的历史，并提出被显示产业考虑的未来移动通信前景的问题和挑战。用于移动环境的显示的一些建议也在被考虑之列。

[关键词]移动通信终端信息显示挑战

1导言与目的

由于信息显示产业与通信产业之间缺乏相互理解，使得移动通信未来显示的设计缺乏方向。本文将回顾阐述对移动通信显示的要求和挑战，并为此提出一些建议。

20世纪全球每一个人都已感受到移动通信与计算机技术的冲击，这两项技术无疑已经改变了人们生活和工作的方式。没有人敢说能透彻把握其未来，但是有一点是肯定的，即上述两项技术的融合代表了信息产业的发展趋势。在这样的综合技术中显示将起到关键作用，它是人们与外部世界交流的直接窗口。作为未来的信息用户，人们愿意在任何地点任何时间接入信息世界而不受有线线路的限制。第三代移动通信激发人们享受这样的自由，用户可以将移动终端接入因特网，发送电子邮件或直接上网。与过去的移动终端相比较，对第三代终端的要求是：大量信息于屏幕上显示，人们通过终端接入所需信息方便快捷，而且这样的终端显示屏不能由于它的紧凑而牺牲对信息的要求。相信未来移动通信将使我们面临很多挑战和问题，需要大家认真思考，特别是在显示领域，学术界和工业界的研究者尤应重视这些问题。

2在移动通信中显示的发展

2.11G移动通信的显示

与固定通信技术比较，移动通信在显示这一领域是新来者。在80年代，首先是模拟移动手机走进了美国市场，被称为第1代移动手机。由于当时技术所限，这类手机的显示是很简单的，除了有拨号键盘之外，只用了少数显示灯来表示电源的开关状态、来电以及手机是否在它的服务区等。

2.22G移动通信的显示

当前占优势的GSM与CDMA手机属于第二代移动通信显示终端，其中多数有比较大的LCD屏以显示接收信号强度、电池状态、漫游区、电话号码以及控制功能清单。近年来许多运营商为第二代移动通信用户开办短信业务，许多信息诸如天气、商业信息、点到点间简单消息交流将被发送给移动用户。在1999年汉诺威展览会上移动通信巨头摩托罗拉、诺基亚和爱立信展览了媒体电话产品，具有在此领域至今最大的单色显示屏，将被用于接八第二代技术的网络中，主要设计用来冲浪特殊网站。除了网络功能之外，这样的电话还有个人数据管理功能的PDA，也是显示许多信息的手段。三星推出的移动手机SCH-M220，也是接收和显示视频影象的先驱，移动用户可用之观看新闻、运动和其他户外TV节目。其使用2英寸TFT LCD以显示影象和其它信息。由于使用了先进的集成技术，SCH-M220的体积仍是紧凑的。

2.33G移动通信的显示

在第2代移动通信技术的话音业务之外，第3代移动通信系统被设计用来使人们能在掌上进入因特网，终端不仅有显示网页的功能，而且具有显示运动影象的功能。为满足通信功能，人们必须为反向链路输入消息到移动手机，而受小数字键盘所限显然是不方便的，最可取的另一种方法肯定是具有触摸功能的显示屏。用户能够与信息世界互动，诸如接收和发送电子邮件或浏览网页，或实现增值e商业功能。多数第3代移动手机将具有视频便携摄像机，以记录实时信息并传输给其他移动手机或网络去显示。

3在移动通信中显示面临的挑战

当很多信息需要发送和接收时，对通信工具来说显示是主要的，但是由于移动通信的特点，对显示也有特殊要求。

3.1显示的节电

移动用户不能从供电干线享用无尽的能源，其必须借助电池来支持通信。从用户的立场来看，每个用户都希望本人的移动电话无论在守侯状态抑或在会话状态都能持续很长时间，电池节能就成为很重要的特性。因此，所有在移动电话中的电子元件都应降低其功率消耗到最低电平。LCD以字符方式显示并不消耗太多能量，一旦LCD被用来显示彩色视频影像则将消耗很多功率，这在一定程度上将对手机设计产生冲击。大的功率，必然意味着需要大电池组，这又与小型手机的要求相矛盾。因此LCD显示必须是省电型的。

3.2显示的尺寸

为满足未来移动通信手机屏幕能显示很多信息的需求，显示的尺寸将会很大，占据手机面板的很大部分或全部。一种抉择是大屏幕是合适的，但要留给键盘一些空间，显示与键盘共存；另一种抉择是整个手机面板都被屏幕占用，但它必须有触摸盘输入功能。图1给出了过去10年各代移动手机显示尺寸的曲线变化。1G的显示尺寸不到5平方厘米，2G的显示尺寸将达15平方厘米，3G的显示尺寸将超过30平方厘米。

3.3柔软显示屏

移动通信手机采用柔软显示屏肯定将受欢迎，这样的屏幕在守侯状态能够折叠或卷曲，以节省空间，从而保证最小的尺寸和重量。当移动手机转为工作状态时，屏幕可展开到足够大小以显示信息。我们期望当第3代移动通信系统商用时，这样的屏幕对通信工程师来说是不会惊讶的。

对未来移动通信显示而言，具有重量轻、可折叠灵活性及其他特性等特点的OLED显示器件将是合适的侯选者。

3.4显示的可靠性

移动手机将被用于任何环境中，从严寒地区到酷热地区；并且它还将被用于不同的人群中，从不太会用的到熟练使用的。因此，移动手机应具备下列条件：牢固性、适应工作环境、附加功能(例如笔点输入、触摸盘功能)。4移动通信显示的技术要求

为支持未来多媒体和不同情景的应用，以及考虑移动通信的特性，移动通信显示应满足下列技术要求：

◆具有低成本的稳定照明景色；

◆全固态器件；

◆自照明并对温度不敏感；

◆重量轻；

◆彩色视频方式时省电，具有低DC电压输入；

◆在所有应用场景牢固可靠；

◆在移动手机中与其他部件的EMC要求；

◆尽可能大的梨性显示屏；

◆快速响应时间以保证动态影象的质量。

5结论

通过对用于移动通信的显示的多方面分析，笔者认为，显示在第3代移动通信及后续发展，其未来趋势应该是在彩色视频方式及具有最大的省电功能之间加以仔细权衡考虑。

参考文献

[1]李进良个人通信系统[M]，北京：北京邮电出版社，1998.

[2]Aris Silaz.The Display Continuum——Crossing theThreshold[J]. Information DISPLAY，1999，15(7).

作者简介

李进良：教授级高级工程师，1952年毕业于清华大学电机系电信组。原任信息产业部电子第七研究所总工程师，现任《移动通信》杂志社顾问。工业和信息化部电子科学技术委员会委员，享受政府特殊津贴专家，中国移动通信联合会常务理事，中国通信学会会士。从事战术通信与移动通信系统的科研生产工作50多年，多项获奖。提出并主持制定移动通信九0系列标准约30项，发表研究报告、论文多篇。

丁守谦：1950年进入清华大学物理系，1953年北京大学物理系毕业，1956年北大研究生毕业，研究电子光学。任南开大学信息学院电子科学系教授。曾任国际信息显示学会(SID)理事，年度奖评委及首任北京分会理事长。现为中国电子学会会士，享受政府特殊津贴。于1989年荻国家发明二等奖。退休后从事立体(3D)成像研究，获发明专利。有专著一部，著作4部。新近出版《创新的呐喊》一书。为中国的3G-TDSCDMA奔走呼吁。2008年12月22日应邀进中南海参加十专家有关3G会议。

后记

12年前，李进良、丁守谦两位教授根据移动通信技术的发展趋势，预测了移动终端的显示要从单色小面积朝彩屏、触摸屏、软屏、大面积方向发展。今天几乎所有的智能手机全部都与预言的相符，只有可卷曲的或折叠软屏还需假以时日。但已有人在两位教授他们发表文章的八九年后申请了发明专利。4G标准2012年初即将最终确定，4G的数据速率将是1000Mbit/s，比初期3G的2Mbit/s高了500倍，较今天3G演进的HsPA+21.6Mbit/s还要高50倍，这么高的数据速率必然会实现在很短的时间内传输大量的信息，就以HSPA+fi々速率来说，就可以在一边欣赏一部高清电影的同时，一边下载5部高清电视剧，那么比这还快50倍的4G，其传输海量信息的能力将是多么惊人呀!这么一来，当前小小的手机屏幕是无法显示如此巨大的信息内容的。

2010年初一部由卡梅隆拍摄的电影《阿凡达》在全球掀起了一股3D狂潮，从电视机、显示器、投影机等固定信息显示设备到手机、MP4、iPAD等移动信息显示设备，纷纷推出了3D产品。两位教授认为，3D启示了未来4G信息显示的发展方向，必然要对它提出更高的要求，除了持续向更密像素、更省电、更廉价、更牢靠稳定触摸彩屏方向发展之外，大面积软屏就有其市场需求了，行动时软屏折叠或卷曲附在手机上，方便时展开成一张大面积彩屏，就可以欣赏高清晰彩色3D视频了；或者是另辟蹊径，干脆把手机当作投影器，投影到大屏幕或一面墙上来欣赏高清晰彩色3D电影，当然这只能动用室内电源了；或是将所存储的高密3D信号利用蓝牙技术传给邻近的专用巨幕投影机。如此，能让人更满意地欣赏高清晰彩色3D电影。

今天TD-LTE已经在我国6个城市进行规模试验网的建设了，4G的步伐越来越临近了，4G的高速数据传输能力足可以轻松提供实时的高清晰度3D视频等新业务，并可从各个方向同时采集并发送。正值此时，丁守谦教授的“全彩色高清晰眼镜式立体观像器装置”(简称：非对称偏心透镜式立体眼镜)的发明专利已经国家专利局正式批准授权。这与李进良教授、丁守谦教授共同倡导的“3D+3G/4G”正是“天作之合”。两位教授指出，从今以后，不仅3G有中国自主创新提出的国际标准TD-SCDMA，4G有中国自主创新后续提出的国际标准TD-LTE-A；而且在3D的信息显示领域，也有中国自主创新提出的非对称偏心透镜式眼镜，其清晰度、彩色还原度、亮度一路领先。当4G技术成熟到可以商用，市场普遍需要OPhone、iPAD及其他高清显示系统在线观看三维电影；当4G智能手机加上双摄像头即可变成立体摄影机，配上这种眼镜即可成为立体摄影与观看立体影视的一体机，从而供大众亲自掌控随时随地拍摄立体影视，而且即拍即传发送至远处供人实时观赏。到了那一天，面临水到渠成的最佳时机，就可以从全国的TD精品网过渡到国际标准的4G网，我国3D就可以与3G/4G比翼高飞了。