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軟性顯示器技術(shù)及其發(fā)展?jié)摿?/h2>

發(fā)布時(shí)間:2011-05-13

中心議題:

  • 軟性顯示器的構(gòu)造
  • 軟性顯示器的三大形態(tài)
  • 軟性顯示器的應(yīng)用舉例
解決方案:
  • 薄型化玻璃基板
  • 薄型金屬基板技術(shù)
  • 塑料基板材料進(jìn)展


邁入二十一世紀(jì)后,各國(guó)顯示器廠商開始思考第三代顯示器的技術(shù)開發(fā),期望著各自研發(fā)的相關(guān)產(chǎn)品能夠成為繼TFT-LCD之后另一個(gè)明星產(chǎn)品。倍受關(guān)注的軟性顯示器是否能握緊這個(gè)接力棒,我們拭目以待。

平面顯示器的誕生改變了人們使用顯示器的習(xí)慣,由于其更輕更薄的特性,除了對(duì)既有市場(chǎng)產(chǎn)生替代的效應(yīng),新的應(yīng)用領(lǐng)域亦應(yīng)運(yùn)而生,包括可攜帶式產(chǎn)品、信息產(chǎn)品及視訊產(chǎn)品等皆是平面顯示器的市場(chǎng)。邁入二十一世紀(jì)后,各國(guó)顯示器廠商開始思考第三代顯示器的技術(shù)開發(fā),期望著各自研發(fā)的相關(guān)產(chǎn)品能夠成為繼TFTLCD(薄膜晶體管液晶顯示器)之后另一個(gè)明星產(chǎn)品。2003年之后,在許多顯示器的研討會(huì)上,陸續(xù)有廠商發(fā)表了關(guān)于軟性顯示器的技術(shù)成果,而這些廠商除了以研發(fā)為主的歐美公司之外,逐漸延伸到一些亞洲的顯示器廠商,如LG、三星、夏普與愛普生等。為此,DisplaySearch對(duì)這項(xiàng)新興技術(shù)進(jìn)行了市場(chǎng)與技術(shù)趨勢(shì)的研究與調(diào)查。本文將針對(duì)軟性顯示器總體市場(chǎng)趨勢(shì)及其中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討,介紹軟性顯示器技術(shù)未來(lái)可能的發(fā)展?jié)摿εc機(jī)會(huì)。

軟性顯示器的構(gòu)造


軟性顯示器最為吸引人的特點(diǎn)包括:重量輕、厚度超薄、具備如報(bào)紙般可以彎曲的特性,消費(fèi)者隨時(shí)隨地可將顯示器卷曲后帶走,還具備省電的特性??梢哉f(shuō),軟性顯示器的研發(fā),創(chuàng)造出一種無(wú)可限量的應(yīng)用機(jī)會(huì)。

首先,我們先針對(duì)軟性顯示器的構(gòu)造進(jìn)行了解,從圖1可以看到,軟性顯示器基本構(gòu)造可以區(qū)分為基板(Substrate)、中間顯示介質(zhì)與薄膜封裝(ThinFilmEncapsulation)等三層主要結(jié)構(gòu)。基板方面可以選擇塑料、薄型金屬與超薄化玻璃基板等。中間層顯示材料則有更多選擇,從液晶材料、OLED材料、到EPD(電子紙張顯示)的材料都是選擇項(xiàng)目之一。此外,若是采用主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),針對(duì)軟性顯示器的低溫制程,目前廠商一共開發(fā)了a-SiTFT、LTPSTFT與采用有機(jī)材料的OTFT電路制程。

軟性顯示器的三大形態(tài)

目前依照使用的情況區(qū)分,軟性顯示器可以分為幾種型態(tài):

1、具備紙張畫質(zhì)的軟性顯示器(PaperReplacement)

未來(lái)所要取代的應(yīng)用在于書本或是賣場(chǎng)的廣告刊板等應(yīng)用市場(chǎng)。因此,在產(chǎn)品特性上需要具備輕薄、低耗電量,是否需要彎曲的特性則并非是重點(diǎn),目前合適的技術(shù)有LCD、EPD與MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))。

2、具備微彎曲特性的軟性顯示器(Conformable)

須具備低耗電、厚度最好在0.5mm以下且具備較佳的畫面特性,顯示器彎曲程度的要求卻不需要很高。目前來(lái)說(shuō),EPD、OLED與LCD技術(shù)都極為適合發(fā)展。

3、卷曲式的軟式顯示器(Rollable)

須具備低耗電、厚度最好在0.5mm以下,且具備較佳的畫面特性,顯示器本身需要具備可以彎曲,甚至可以卷曲帶著走。EPD、OLED與LCD技術(shù)都極為適合發(fā)展。

從應(yīng)用的角度分析,具備紙張畫質(zhì)特性的軟性顯示器,本身潛在應(yīng)用的機(jī)會(huì)在于戶外刊板與賣場(chǎng)的價(jià)格卷標(biāo)。至于具備微彎的軟性顯示器目前則可用于更為廣泛的地方,從e-Book到MobileDevice(移動(dòng)裝置)等都有很好的使用機(jī)會(huì)。而具備卷曲特性的軟性顯示器則可以用于報(bào)紙等相關(guān)產(chǎn)品。2010年達(dá)到5億美元。

由于軟性顯示器屬于新興顯示器技術(shù),因此在某些產(chǎn)品市場(chǎng),軟性顯示器的技術(shù)很有競(jìng)爭(zhēng)力,例如:手機(jī)、PDA、車用顯示器等。此外,軟性顯示器另一個(gè)切入的應(yīng)用機(jī)會(huì)在于一些新的產(chǎn)品,例如SmartCard(計(jì)算機(jī)智能卡)、電子標(biāo)示顯示器或是軟性e-Book等產(chǎn)品。從圖2的資料顯示,軟性顯示器的產(chǎn)值將在2010年的時(shí)候達(dá)到5億美元,估計(jì)到了2015年將接近19億美元的關(guān)卡,其中手機(jī)、數(shù)字看板、e-Book與SmartCard將是最有機(jī)會(huì)切入的應(yīng)用產(chǎn)品。接下來(lái)我們將針對(duì)其中幾項(xiàng)產(chǎn)品的應(yīng)用機(jī)會(huì)進(jìn)行細(xì)部的探討。

1、SmartCard

SmartCard產(chǎn)品是一種全新革命性的應(yīng)用產(chǎn)品,可以讓許多數(shù)據(jù)儲(chǔ)藏在其中,并讓消費(fèi)者可以應(yīng)用于不同的地方。依照目前的使用型態(tài)區(qū)分,分別可以用于下列不同的地方:銀行提款卡與信用卡、停車或是票卷使用、身份辨識(shí)使用、收費(fèi)站過(guò)路費(fèi)使用。

提供上述這些功能,確實(shí)能給人們帶來(lái)使用上的便利,然而進(jìn)一步思考,每個(gè)人身上將攜帶多少卡片呢?一般會(huì)包含信用卡、銀行提款卡甚至健??ǖ葦?shù)十張。然而每張卡片卻只能提供一種功能,基于這樣的理由,相關(guān)廠商正在積極開發(fā)一張可取代所有卡片的多功能智能卡片?;旧线@張卡片可能需要包含簡(jiǎn)單MCU(微控制單元)、內(nèi)存甚至顯示器等組件。顯示器所要扮演的角色在于提供簡(jiǎn)單的訊息讓使用者了解到目前這張卡片內(nèi)有哪些數(shù)據(jù),而這些數(shù)據(jù)的情況又是如何。我們預(yù)期顯示器本身并不需要具備彩色或是高畫質(zhì)的要求,反而需要具備省電、可彎曲、成本低等特性需求。
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2、e-Book


理想中的e-Book也將提供許多過(guò)去產(chǎn)品所無(wú)法提供的優(yōu)點(diǎn),主要包括:

(1)高分辨率:傳統(tǒng)的報(bào)紙分辨率約在65lpi~100lpi(lpi,每英寸的行數(shù))左右,書本與雜志則在120lpi~150lpi,若是呈現(xiàn)藝術(shù)相關(guān)的書籍則要達(dá)到170lpi~250lpi。

(2)重量與厚度要求:產(chǎn)品自身的重量做到可以輕易攜帶,因此目前推出的幾款e-Book面板規(guī)格約在6~10英寸之間最為普遍。

(3)低耗電量:消費(fèi)者在使用上,每次使用的時(shí)間可能達(dá)到1~2小時(shí)以上,如何在系統(tǒng)重量限制之下滿足長(zhǎng)時(shí)間使用對(duì)低耗電的顯示器要求,成為面板廠商極力想解決的問(wèn)題。

(4)面板畫質(zhì)要求:顯示器若是能顯示單色灰階,原則上就已經(jīng)可以開始使用,然而若是具備彩色功能,必將擴(kuò)大使用的領(lǐng)域。

3、DigitalSigns(數(shù)字看板)

根據(jù)統(tǒng)計(jì),美國(guó)廠商花費(fèi)在各種型態(tài)的廣告費(fèi)用高達(dá)數(shù)千億美元,其中各大賣場(chǎng)用于制作價(jià)格標(biāo)簽、促銷產(chǎn)品看板等費(fèi)用估計(jì)高達(dá)60億美元。此外,用于戶外的廣告板制作費(fèi)用一年則高達(dá)63億美元之多。

由此可知,若有一種產(chǎn)品可以隨時(shí)提供每日最新的產(chǎn)品價(jià)格,甚至每隔一段時(shí)間可以變更顯示的圖案,并讓客戶隨時(shí)調(diào)整最新的價(jià)格策略,將可以大大降低客戶的廣告成本。相較于LCD產(chǎn)品,軟性顯示器具備更佳的成本優(yōu)勢(shì),我們預(yù)期未來(lái)這些新的顯示器產(chǎn)品很有機(jī)會(huì)可以取代一部分的廣告市場(chǎng)。

從面板種類進(jìn)行分析,EINK技術(shù)的軟性顯示器成長(zhǎng)速度最為顯著。估計(jì)2011年將達(dá)到3.7億美元,2015年則有機(jī)會(huì)達(dá)到5.6億美元的規(guī)模,市場(chǎng)占有率接近3成。另一個(gè)被看好的技術(shù)是以O(shè)LED為基礎(chǔ)的軟性顯示器,估計(jì)2010年被動(dòng)OLED顯示器將最先可以達(dá)到5700萬(wàn)美元規(guī)模,主動(dòng)式OLED則須延遲到2012年才會(huì)有產(chǎn)品推出,到了2015年兩者產(chǎn)值可望達(dá)到4.5億美元,緊隨于EINK之后。

三種基板技術(shù)的發(fā)展

從前面的內(nèi)容我們了解到,軟性顯示器在結(jié)構(gòu)上最大的差異是具備可以彎曲的特性,也因?yàn)檫@項(xiàng)特性要求,過(guò)去所采用的玻璃基板材質(zhì)并不是最佳的選擇方案。為此各國(guó)紛紛展開其它材料的基板研究,依照目前發(fā)展來(lái)看,解決方案一共分為三種:開發(fā)超薄化玻璃基板、開發(fā)塑料基板材料與薄型化金屬基板。

1、薄型化玻璃基板

目前,由玻璃工廠所提供最薄的玻璃為0.5mm,隨著應(yīng)用的不同,面板廠商逐漸開始試著將玻璃研磨到0.2mm或是更薄的厚度來(lái)使用。當(dāng)厚度低于某種程度之后,可以看到玻璃基板開始具備可彎曲的特性,因此部份廠商開始嘗試開發(fā)搭配超薄玻璃基板的軟性顯示器。

從2006年日本橫濱展會(huì)場(chǎng)上我們可以清楚看到,許多廠商目前正積極開發(fā)超薄化TFTLCD,薄型化的技術(shù)包含了超薄背光板開發(fā)與超薄玻璃基板開發(fā),以夏普的產(chǎn)品為例,LCD的面板厚度為0.89mm,若扣除背光板的厚度約為0.3mm~0.4mm,玻璃厚度估計(jì)只有0.2mm,已經(jīng)達(dá)到具備彎曲的特性。

2、薄型金屬基板技術(shù)(Metal-Foil)

所謂的薄型金屬基板,其基板厚度低于0.1mm,采用這樣的基板主要在于金屬基板具備以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
耐高溫制程:目前金屬基板的耐溫性遠(yuǎn)高于塑料與玻璃,至少有1000℃以適合各種高溫的制程,與塑料相比,熱膨脹系數(shù)(CTE)更為接近玻璃,因此在電路圖樣定位方面比較不容易發(fā)生問(wèn)題。

具備阻水阻氧的功能:由于金屬基板本身無(wú)法穿透空氣與水氣,不似塑料材料易讓水氣及氧氣穿透的問(wèn)題發(fā)生,所以并不需要進(jìn)行任何阻水阻氧鍍膜處理,降低處理步驟。

具備R2R(Roll-to-Roll)的制程可能性:金屬本身已經(jīng)具備極佳的延伸性,因此極為適合利用R2R的生產(chǎn)流程。

成本低廉與取得方便:在材料成本方面,目前金屬的價(jià)格要遠(yuǎn)比特殊耐高溫的塑料材料來(lái)得低(約是塑料的30%),而且用在平面顯示器上時(shí),不需要鍍上許多特殊的防水氣防氧氣保護(hù)層,實(shí)際運(yùn)用成本會(huì)比用塑料更低。

目前,采用此種基板的研究單位就屬美國(guó)的普林斯頓大學(xué)及里海大學(xué)最為積極,其中里海大學(xué)曾發(fā)表出利用金屬為基材并在上面進(jìn)行TFT電路的制造,并且證實(shí)所得到的組件性能將更為優(yōu)良,也實(shí)際展出在不銹鋼上軟性顯示器成品及電性數(shù)據(jù)。然而,以金屬基板做為軟性顯示器最大的挑戰(zhàn),就是材料表面粗糙度的克服,未來(lái)如果能克服表面粗糙度的問(wèn)題,將可使采用金屬基板的相關(guān)研究成果大幅成長(zhǎng)。

3、塑料基板材料進(jìn)展

雖然薄型化玻璃幾乎已經(jīng)達(dá)到可以商品化的階段,然而過(guò)高的拋光成本與無(wú)法搭配R2R的制程方式卻是嚴(yán)重的致命傷。金屬基板受限于表面處理技術(shù)仍有待開發(fā),塑料基板則成為最多廠商選擇的材料。然而要達(dá)到可以商品化的階段,塑料基板須具備下列要求:

光學(xué)透射率須達(dá)到90%:須具備高的光學(xué)透射率,至少需要達(dá)到90%以上,同時(shí)希望在進(jìn)行ITO層等鍍膜之后,透射率還能夠達(dá)到80%以上。

耐高溫與抗UV特性:能夠具備抗高溫的制程與抗UV老化的特性要求。
硬度要求(Hardness):通常需要達(dá)到6H以上的要求。
ITO阻抗:對(duì)于AMOLED來(lái)說(shuō)ITO阻抗須低于50歐。
氧阻水氣特性要求:阻氧特性至少須達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下每天10-5cc/m2,阻水氣要求則是要達(dá)到每天1ug/m2。
表面平滑度(Roughness):須達(dá)到2nmRMS之下。
低成本:我們預(yù)估最少在2010年須達(dá)到每平方米40美元~60美元的程度才具備價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。

在上述的基板特性要求中,其中最需要解決的問(wèn)題在于提升塑料基板的耐熱性,以TFTLCD制程為例,整個(gè)過(guò)程中基板需要面臨300℃~400℃的高溫制程,每道制程對(duì)于塑料基板來(lái)說(shuō)都是一大考驗(yàn),解決這個(gè)問(wèn)題除了開發(fā)低溫薄膜制程之外,開發(fā)能夠耐高溫的塑料基板材料也是選擇方案。

傳統(tǒng)TFTLCD在部分制程中會(huì)遇到一系列高溫挑戰(zhàn),比如:激活過(guò)程(ActivationProcess)可能會(huì)面臨到高達(dá)700℃,或在GateInsulatorDensification階段需要長(zhǎng)時(shí)間將基板放于500℃高溫制程中達(dá)到1小時(shí)以上,面板生產(chǎn)過(guò)程中將面臨多次的高溫制程的挑戰(zhàn)。然而傳統(tǒng)的塑料材料受限于本身材質(zhì)并不具備耐高溫的特性要求。

因此,有關(guān)廠商首先從現(xiàn)有的塑料材料中挑選幾款特性較佳的塑料材料進(jìn)行研發(fā),PET、PES與PEN等材料都有廠商嘗試作成塑料基板,然而其Tg溫度約在200℃甚至更低,難以抵擋高溫制程,雖然這些塑料材料廣泛用于傳統(tǒng)的塑料產(chǎn)業(yè),成本上具備優(yōu)勢(shì),但是由于耐熱性不佳,目前尚無(wú)法正式使用。

DuPont則是嘗試開發(fā)可以耐高溫的PI基板材料,初步測(cè)試其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg高達(dá)340℃、但本身的穿透率卻只有30%,與90%的要求相差過(guò)大。Sumitomo則是一種新開發(fā)的塑料基板材料(FRP),其Tg可以達(dá)到350℃、CTE為14ppm/℃且穿透率也高達(dá)90%以上,是目前在各方面的性能表現(xiàn)都有望達(dá)到塑料基板的基本要求的產(chǎn)品,但是最佳解決方案的出現(xiàn)還需要更多資源的投入。
 

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