液晶顯示(LCD)技術(shù)獲得業(yè)界廣泛采用已有二十多年了，雖然各種替代顯示技術(shù)不斷出現(xiàn)，但LCD一次又一次地證明了它的多功能適應(yīng)性和自我完善的能力。LCD演進(jìn)的下一篇章將是柔性顯示，它能為各種應(yīng)用和產(chǎn)品帶來(lái)前所未有的益處和靈活性。
雖然液晶顯示(LCD)技術(shù)獲得業(yè)界廣泛采用已有二十多年了，但仍然占據(jù)現(xiàn)今顯示屏出貨量的90%以上。雖然各種替代顯示技術(shù)不斷出現(xiàn)，但LCD一次又一次地證明了它的多功能適應(yīng)性和自我完善的能力。在過(guò)去的二十年中，LCD厚度變得越來(lái)越薄，重量越來(lái)越輕，并且尺寸越來(lái)越大。同時(shí)，LCD的顯示性能也在不斷提高，包括分辨率、顏色、對(duì)比度、亮度和刷新率等。LCD演進(jìn)的下一篇章將是柔性顯示，它能為各種應(yīng)用和產(chǎn)品帶來(lái)前所未有的益處和靈活性。
柔性O(shè)LCD
雖然柔性O(shè)LED現(xiàn)在已廣泛用于旗艦型手機(jī)和手表等產(chǎn)品，但到目前為止還沒(méi)有一種低成本的替代顯示技術(shù)，可以為需要大尺寸顯示屏幕的主流應(yīng)用(例如智能家居設(shè)備、車載顯示器和數(shù)字廣告牌)提供曲面顯示屏。然而，柔性有機(jī)LCD(OLCD)技術(shù)的最新發(fā)展為更廣闊的顯示市場(chǎng)開(kāi)辟了一個(gè)新的設(shè)計(jì)維度。與玻璃基底的LCD不同，OLCD使用有機(jī)材料作為基底，而不是非晶硅(amorphous silicon)晶體管。生產(chǎn)這些有機(jī)晶體管所需的溫度要低得多，因此可以使用薄至40微米的柔性生物基底(例如三乙酰纖維素(triacetyl cellulose, TAC))。這樣就可以獲得貼合、可塑的輕薄OLCD，不僅無(wú)損其光學(xué)顯示性能，并且具有與玻璃LCD一樣的規(guī)模化擴(kuò)展性。
OLCD不僅可實(shí)現(xiàn)更具美感的產(chǎn)品外觀，其柔軟性還可以將邊沿折疊到顯示屏后面，以實(shí)現(xiàn)超窄邊框。這給筆記本電腦和平板電腦等應(yīng)用帶來(lái)了巨大的好處，無(wú)邊框意味著相同尺寸的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)更大的顯示尺寸。OLCD技術(shù)還能夠制造出具有真正像素級(jí)調(diào)光功能的超高對(duì)比度雙單元顯示(dual cell display)，從而以極低的成本提供類似OLED的性能。與玻璃顯示屏相比，極薄的OLCD襯底在成本、視角和模塊厚度方面均具有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還保留了各種應(yīng)用所需的靈活性，比如表面集成式汽車顯示屏。
這項(xiàng)新技術(shù)代表了顯示行業(yè)的一大進(jìn)步，OLCD在亞洲地區(qū)已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)，并且首次在柔性襯底上同時(shí)制造出大屏幕和小屏幕。
圖1：彎曲半徑為10mm的有機(jī)LCD。（圖片由FlexEnable提供）
低溫制造
從玻璃向柔性基底的轉(zhuǎn)變，將會(huì)帶來(lái)難以估量的巨大收益。從歷史發(fā)展來(lái)看，使用玻璃的原因有很多，包括其化學(xué)惰性、光學(xué)透明度，以及能夠承受300-500°C的耐高溫特性，這些都是構(gòu)建硅基薄膜晶體管(TFT)所必需的。由于硅TFT生產(chǎn)中涉及的許多過(guò)程(退火、濺射、反應(yīng)性離子蝕刻、離子注入和化學(xué)氣相沉積(CVD))都需要大量能源，使得高溫制造流程變得十分復(fù)雜。出于經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面的考慮，業(yè)界需要更節(jié)能的生產(chǎn)方法，而OLCD正好提供了一種很有吸引力的替代方案，這要?dú)w功于其前所未有的低溫制造流程(整個(gè)OTFT流程可以保持在100°C以下)，因?yàn)樗捎萌芤禾幚砉に嚨挠袡C(jī)TFT。除了降低了處理溫度之外，OTFT的制造過(guò)程還繞過(guò)了與硅相關(guān)的高能耗工藝流程。例如，可以使用簡(jiǎn)單的溶液涂覆工藝來(lái)代替CVD。一下業(yè)界專家估計(jì)，從硅TFT轉(zhuǎn)移到蒸鍍OTFT可以將工藝流程的能耗降低數(shù)十倍，而使用溶液處理工藝的OTFT可以進(jìn)一步降低能耗。
低成本生物基底
實(shí)際上，OLCD工藝的溫度非常之低，以至于可以選擇多種薄膜來(lái)作柔性襯底，包括生物基(非油基)和可生物降解(biodegradable)的薄膜。OLCD工藝使用一種透明的柔性薄膜，稱為 “TAC”—— 三乙酰纖維素(tri acetyl cellulose)。顧名思義，這實(shí)際上是一種纖維素，通常是由木漿制成 —— 換句話來(lái)說(shuō)，TAC是由與紙張相同的天然原料制成的。實(shí)際上，作為食品包裝中塑料的可持續(xù)性替代品，纖維素膜的使用已經(jīng)越來(lái)越普遍。
TAC已在顯示屏產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈中使用了數(shù)十年，通常是在玻璃顯示屏兩側(cè)的偏光片中使用，你正在閱讀本文的顯示屏可能就采用了TAC。之所以使用TAC，是因?yàn)樗哂袃?yōu)異的光學(xué)性能，而且制造成本低，現(xiàn)今每年制造的TAC薄膜高達(dá)數(shù)億平方米。
在制造過(guò)程中，TAC膜會(huì)粘貼到平板顯示玻璃上。在這一工藝流程的最后，TAC可通過(guò)非常簡(jiǎn)單的“釋放”過(guò)程從玻璃上撕下來(lái)，而無(wú)需使用昂貴的設(shè)備。這個(gè)簡(jiǎn)單的流程是OLCD具有低成本的關(guān)鍵因素——不僅良率高，而且平板玻璃載體可以重復(fù)使用。由專業(yè)柔性顯示廠商FlexEnable開(kāi)發(fā)的這種TFT工藝是迄今已經(jīng)工業(yè)化量產(chǎn)的最低溫度晶體管工藝。低溫度不但可以節(jié)能，而且可以選擇多種基底材料。包括那些可持續(xù)的環(huán)保材料，從而可以降低柔性顯示屏幕的成本。
高性能OTFT
到目前為止，LCD一直在玻璃上使用以硬質(zhì)陶瓷基材料制成的有源矩陣背板，這構(gòu)成了晶體管技術(shù)的基礎(chǔ)。而低溫制造方法可以使用柔軟、靈活的有機(jī)材料來(lái)代替硬質(zhì)陶瓷材料。
使用高性能、高質(zhì)量的有機(jī)材料一直是開(kāi)發(fā)OTFT顯示設(shè)備的重點(diǎn)。用于制造OLCD的OTFT材料被稱為FlexiOM，這種材料最初由默克公司研制出來(lái)，后被FlexEnable公司收購(gòu)。
用于OLCD的有源矩陣背板至少使用三層FlexiOM。第一層是FE-S500，這是一種近乎無(wú)定形的半導(dǎo)體聚合物，能量紊亂程度比較低；其上一層是FE-D320，這是一種低k介電材料，可作為半導(dǎo)體的原始界面。最后的有機(jī)層是可交聯(lián)的介電材料（FE-D048X），可提高電氣魯棒性。當(dāng)把它們放在一起進(jìn)行處理時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)最先進(jìn)的性能，包括接近0V的閾值和大于106的開(kāi)/關(guān)比。其場(chǎng)效應(yīng)遷移率大于1.5 cm2/Vs，這個(gè)數(shù)值高于大多數(shù)TFT-LCD玻璃顯示中普遍使用的非晶硅TFT技術(shù)。
圖2：使用FlexiOM材料的OTFT背板橫截面。（圖片由FlexEnable提供）
多種設(shè)計(jì)可能性
LCD顯示屏廣泛采用，但其純平面的局限性使得設(shè)計(jì)人員從一開(kāi)始設(shè)計(jì)產(chǎn)品就受到顯示屏幕的限制。電子產(chǎn)品通常要屈就顯示屏幕的平面特性來(lái)設(shè)計(jì)，這有點(diǎn)本末倒置。由于柔性襯底易于切割，因此使用這些襯底來(lái)取代玻璃便可消除這一設(shè)計(jì)約束，并提供了創(chuàng)建具有獨(dú)特顯示形狀和曲面顯示屏的諸多機(jī)會(huì)。
智能家居設(shè)備
不含玻璃的OLCD很容易加工為凸屏或凹屏，其向下彎曲的半徑可達(dá)10 mm，
而不會(huì)影響顯示屏幕的韌性。例如，高端智能音箱型號(hào)現(xiàn)在帶有顯示屏，但是這些平板玻璃屏幕是集成顯示屏幕并使其融入整體產(chǎn)品設(shè)計(jì)之間的折衷方案。使用OLCD能夠使顯示屏設(shè)計(jì)成“環(huán)繞”音箱的形狀，從而創(chuàng)建全新的視聽(tīng)用例效果。
汽車顯示屏
汽車應(yīng)用為柔性O(shè)LCD提供了巨大的機(jī)會(huì)。現(xiàn)代汽車內(nèi)飾設(shè)計(jì)往往以彎曲流線型為主格調(diào)，而一塊平坦的顯示屏卻影響了整體美觀。實(shí)際上，顯示屏幕通常是汽車內(nèi)部唯一的平坦部份。這類應(yīng)用對(duì)于曲面顯示的需求很大，但是目前還沒(méi)有可行的顯示技術(shù)完全符合要求。
LCD已經(jīng)在汽車應(yīng)用中成功使用了很多年。盡管有著嚴(yán)格的要求(LCD業(yè)界為了滿足這些要求而定制出適用于汽車顯示部件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn))，但LCD行業(yè)已克服挑戰(zhàn)，并已成為汽車內(nèi)飾顯示應(yīng)用的默認(rèn)選擇。任何柔性O(shè)LCD實(shí)施方案都可以建立在這個(gè)供應(yīng)鏈基礎(chǔ)之上，通過(guò)使用現(xiàn)有部件使得為汽車市場(chǎng)引入新型顯示部件的工作不再困難。
圖3. Novares于2019年將彎曲的OLCD屏集成到Nova Car＃2中。（圖片由Novares提供）
筆記本和平板電腦
柔性O(shè)LCD的成本結(jié)構(gòu)類似于玻璃LCD——除了玻璃外，它使用了許多相同的低成本組件，使得筆記本顯示屏的重量減輕了100g，厚度則減小了0.5mm。此外，OLCD還可以實(shí)現(xiàn)無(wú)邊框顯示屏，讓筆記本電腦和平板電腦具有更大的顯示屏，而不會(huì)增加重量。
電視機(jī)和監(jiān)視器
液晶電視的成本較低，在電視市場(chǎng)上獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)OLED電視的超高對(duì)比度性能。玻璃LCD技術(shù)的最新發(fā)展是通過(guò)將兩個(gè)LCD顯示屏彼此堆疊：形成雙單元LCD來(lái)提高LCD對(duì)比度。盡管這種方法顯著提高了顯示屏的對(duì)比度，但由于需要四塊玻璃板，使得顯示器變得厚多了，這也增加了模塊的成本，并且需要更亮的背光照明，亦無(wú)法提供真正的像素級(jí)調(diào)光功能。
使用雙顯示單元OLCD技術(shù)可以克服厚度增加和缺乏真正像素級(jí)局部調(diào)光的問(wèn)題。構(gòu)建OLCD的TAC膜比玻璃薄了十倍，意味著這兩個(gè)顯示單元能夠以比電視的像素間距小得多的間距聚集在一起。另外，顯示屏架構(gòu)變得更薄，并且能夠以更簡(jiǎn)便的方式(與雙單元玻璃LCD或OLED相比)和較低的成本進(jìn)行制造，并且具有更高的光學(xué)性能。
數(shù)字廣告牌
當(dāng)顯示屏幕由玻璃制成時(shí)，重量就成為大型顯示設(shè)備的重要考慮因素，因?yàn)榇笮?a href=http://www.ds-360.com/company/14.htm target=_blank>顯示器通常需要堅(jiān)固的支撐架或框架，這限制了在建筑物內(nèi)和物體頂部安裝玻璃顯示屏的位置和方式。OLCD技術(shù)在亮度、色彩性能、視頻傳輸速率和成本方面具備了LCD技術(shù)作為廣告賣點(diǎn)的全部好處，而其顯著優(yōu)勢(shì)則是無(wú)需玻璃、輕薄且貼合。OLCD技術(shù)可以擴(kuò)展到大尺寸顯示屏，甚至可以使大型數(shù)字廣告牌顯示屏與支柱、街道擺設(shè)、車輛外飾和零售店內(nèi)飾融為一體。
與OLED的比較
過(guò)去幾年，業(yè)界已經(jīng)向柔性O(shè)LED技術(shù)投入了大量的資金，特別是在亞洲地區(qū)，這讓業(yè)界考慮是否需要OLCD和OLED并存來(lái)解決柔性顯示應(yīng)用需求的問(wèn)題。通過(guò)仔細(xì)研究每種技術(shù)的制造和性能屬性，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)際上它們針對(duì)的市場(chǎng)領(lǐng)域不同。柔性O(shè)LED顯示器在對(duì)比度、顏色和反應(yīng)速度方面提供了出色的屏幕性能，但在使用壽命、成本和尺寸可擴(kuò)展性方面存在限制。OLED屏幕的壽命與亮度成反比，因此它們不太適合同時(shí)需要高亮度和長(zhǎng)壽命的應(yīng)用。OLED還具有復(fù)雜的制造過(guò)程，從而導(dǎo)致較高的資產(chǎn)支出和材料成本，并帶來(lái)了很高的總體制造成本。最重要的是，其中數(shù)個(gè)工藝步驟使得柔性O(shè)LED難以擴(kuò)展到大尺寸，因此它們的應(yīng)用目前幾乎完全集中在旗艦智能手機(jī)和智能手表上。
另一方面，OLCD的生產(chǎn)過(guò)程更簡(jiǎn)單，其復(fù)雜性與非晶硅LCD相似，并且可以擴(kuò)展到相同的大尺寸。所以可以使用現(xiàn)有的TFT / LCD生產(chǎn)線來(lái)制造OLCD，從而生產(chǎn)出像素密度、對(duì)比度、顏色和反應(yīng)速度均與同類玻璃產(chǎn)品相同的塑料LCD。OLCD的制造成本也接近玻璃LCD，因?yàn)镺LCD可以使用現(xiàn)有供應(yīng)鏈中的許多組件，比如偏光片和背光模塊。最后，與任何LCD一樣，OLCD縱使亮度調(diào)得非常高也不會(huì)影響其使用壽命。綜合起來(lái)，這些特性使得合格的OLCD非常適合需要較大尺寸和/或較長(zhǎng)使用壽命的應(yīng)用，比如智能家電和消費(fèi)電子產(chǎn)品、汽車、筆記本電腦和平板電腦，甚至電視和數(shù)字廣告牌。因此，OLCD和柔性O(shè)LED是相互補(bǔ)充的技術(shù)，兩者相輔相成，可以為顯示市場(chǎng)的所有主要細(xì)分市場(chǎng)帶來(lái)靈活性。
顯示的未來(lái)是“柔性的”
通過(guò)利用現(xiàn)有的LCD制造技術(shù)，現(xiàn)有的顯示制造工廠能夠迅速進(jìn)行OLCD生產(chǎn)。更好的美學(xué)效果一直是電子產(chǎn)品早期接受者的主要購(gòu)買動(dòng)機(jī)，這驅(qū)使很多設(shè)計(jì)人員從平面屏轉(zhuǎn)向可彎曲的新型顯示技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)新穎的顯示形狀和設(shè)計(jì)。
從顯示制造商的角度來(lái)看，隨著越來(lái)越多的10.5代生產(chǎn)線投入使用，關(guān)閉或重新調(diào)整老式小型LCD生產(chǎn)設(shè)備用途的壓力將會(huì)越來(lái)越大。OLCD經(jīng)過(guò)專門設(shè)計(jì)，可以利用舊的顯示屏生產(chǎn)線，以便可以快速轉(zhuǎn)向柔性O(shè)LCD制造，同時(shí)保留現(xiàn)有供應(yīng)鏈中成本經(jīng)過(guò)優(yōu)化的環(huán)節(jié)。
