柔性顯示器前景幾何？

近年來，業(yè)界在柔性顯示器方面的研發(fā)從未停止，但對消費(fèi)者而言使用這項(xiàng)技術(shù)似乎仍然遙遙無期。相關(guān)制造廠商在這幾年的展會上展示過各種柔性顯示器原型，但為什么我們還在用著剛性的平板顯示器？曾經(jīng)離我們最近的宣稱采用柔性顯示器技術(shù)的iPhone5也是不斷遭遇跳票。出于對應(yīng)用進(jìn)展的失望，一些媒體甚至已將柔性顯示器比作是技術(shù)的“紅鯡魚”（即某種宣傳噱頭）。

柔性顯示器之所以千呼萬喚難出來，是因?yàn)槠溟_發(fā)面臨諸多難題，例如含硅電子元器件彎曲有難度，另外制造工藝的成本和消耗的時間也是一個難以逾越的障礙。這些年來，很多公司都指望這項(xiàng)技術(shù)成為鏖戰(zhàn)未來的必殺技，三星、LG、索尼、惠普、E—Ink、Plastic Logic、康寧、杜邦等公司，以及亞利桑那大學(xué)柔性顯示器中心（FDC）、弗勞恩霍夫研究所等研究機(jī)構(gòu)都在致力于這一領(lǐng)域的研究，目前來說，柔性顯示器的制造已不是問題。新興制造工藝和材料，使量產(chǎn)所涉及的很多難題有望被攻破，而且三星等公司的柔性產(chǎn)品已經(jīng)計劃在年內(nèi)量產(chǎn)。當(dāng)柔性顯示器真正實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，那肯定不會只是噱頭那么簡單，它必將帶來新一輪的顯示革命。

解決制造的難題

事實(shí)上，導(dǎo)致遲遲不能量產(chǎn)的首要原因來自廠商，他們需要解決如何將薄膜晶體管陣列附著到柔性基板上面，并以最大的成本效益進(jìn)行生產(chǎn)的問題。剩下就是其余電子設(shè)備的問題，例如當(dāng)柔性顯示屏嵌入到智能手機(jī)中，如果其他的電子元件如電池、外框等不能彎曲，那么柔性也就失去了意義。

解決問題的第一步是為柔性顯示器打造更好的背板技術(shù)。當(dāng)前用于個人電腦和通訊產(chǎn)品的高性能顯示媒介，無論是液晶、OLED或電子紙技術(shù)，都要求有源矩陣薄膜晶體管陣列來驅(qū)動。傳統(tǒng)的方式是將一個薄膜晶體管層（TFT）裝在玻璃面板上，形成基礎(chǔ)或基板，在其上構(gòu)造顯示器的其余部分。然而柔性背板并不能和LCD很好地兼容，當(dāng)屏幕彎曲的時候有可能會造成圖像扭曲，其困難在于如何將薄膜晶體陣列附著在可以彎曲的表面，但是OLED和電子紙顯示器則不然。

現(xiàn)在有兩種方式來實(shí)現(xiàn)柔性顯示。其中一種方式，由三星、LG顯示器和其他一些制造商支持，利用LCD工廠使用的現(xiàn)有的silicon-on-glass蝕刻工藝，將其應(yīng)用到柔性顯示器基板上。但是基于硅和其他非碳元素的傳統(tǒng)無機(jī)半導(dǎo)體，必須以高溫放置在基板上，這一工藝在玻璃上可以運(yùn)行正常但是會融化掉普通的塑料。針對這一問題，一些制造商開始致力于耐熱材料的開發(fā)，如不銹鋼制成的紙一樣薄的錫箔。

臺灣研究機(jī)構(gòu)工業(yè)技術(shù)研究中心（ITRI）開發(fā)了一種能夠承受高溫的塑料，不會在加工過程中融化。在加工過程中，將這個塑料層附著在玻璃襯底上，當(dāng)TFT陣列裝配好后，它就會自然脫落。據(jù)說這種方式的好處是適合于現(xiàn)有的LCD生產(chǎn)線。

另一種方式是由柔性顯示器基板開發(fā)公司Plastic Logic提出的，將晶體管附著在柔性塑料薄膜上。該公司使用冷沉積工藝，并用有機(jī)半導(dǎo)體替代硅半導(dǎo)體，解決了耐熱的問題。他們開發(fā)的半導(dǎo)體，使用的有機(jī)材料包括：碳基分子或聚合物鏈。他們采用溶劑將有機(jī)材料變成溶液，然后用溶液制成的有機(jī)半導(dǎo)體可以在室溫狀態(tài)下沉積到基板上。

在目前發(fā)布的柔性電子紙中，索尼開發(fā)的13.3英寸有機(jī)TFT驅(qū)動產(chǎn)品也受到關(guān)注。該產(chǎn)品為單色顯示，采用了臺灣E—Ink Holdings的電子紙，像素為2.130×1.596，其中的有機(jī)TFT是利用印刷技術(shù)制作的。對每層有機(jī)TFT，分別使用了平板膠印、旋涂及狹縫涂布三種印刷技術(shù)。僅用平板膠印法形成的是表面保護(hù)膜。像素電極在以濺射法成膜后，又用平面膠印形成了感光性樹脂。有機(jī)半導(dǎo)體層使用狹縫涂布法、柵極絕緣膜和層間絕緣膜用旋涂法成膜后，再利用普通光刻法形成圖案。

在制造工藝方面，柔性顯示器制造商同樣面臨兩難的選擇：堅持傳統(tǒng)的、多用于制造今日LCD的離散式加工技術(shù)，或者使用新興的印刷、連續(xù)卷繞工藝。

第一種方式，由ITRI和FDC推行，使用這種方式，制造商可以在他們已經(jīng)使用的制造傳統(tǒng)平板LCD的工藝基礎(chǔ)上修改，他們在LCD平板生產(chǎn)設(shè)備上的投資可以最大程度得以保留，并能夠更快進(jìn)入市場。但是這種方式很難擴(kuò)展至更大的基板，例如用于電視機(jī)的，其制造成本要比傳統(tǒng)基于玻璃的顯示器更高。

作為一種替代的方式，惠普的self-aligned imprint lithography（自動對齊印刷技術(shù)SAIL），這種工藝將組成顯示器TFT層的晶體管陣列印刷在連續(xù)張塑料薄膜上，采用在工業(yè)領(lǐng)域被稱為“卷繞式工藝Roll-to-Roll”的技術(shù)。據(jù)稱SAIL技術(shù)與現(xiàn)在的離散式制造工藝比，能夠大大降低成本，并且可以擴(kuò)展到更大的規(guī)模。在今天，要建立一個有源矩陣顯示器工廠投資極大，如果能夠使用類似印刷的技術(shù)，固定設(shè)備的成本將顯著下降，產(chǎn)能將更高，原料成本則會更低。雖然成本優(yōu)勢令人心動，但也有人對這項(xiàng)技術(shù)的可行性表示憂慮。對于SAIL來說，最大的挑戰(zhàn)是作為一個全新的技術(shù)，并不能利用現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)施。這就像是平板工業(yè)在20年前所處的狀況一樣，一切都要從頭開始。

如果卷繞式制造方式被接受，惠普的技術(shù)將會處于領(lǐng)導(dǎo)地位。為了實(shí)現(xiàn)更低的制造成本，需要像惠普實(shí)驗(yàn)室無需蝕刻制造晶體管陣列的拆箱即用解決方案。而像SAIL這樣的技術(shù)，所面臨的挑戰(zhàn)是，需要在壓低成本曲線的同時，提供足夠的利益以說服制造商讓他們投資全新的生產(chǎn)設(shè)備而不是改造現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施。

但作為一種新的工藝，“卷繞式”正日漸受到重視。在今年的SID展會上，有多家公司展示了卷繞式生產(chǎn)的基板技術(shù)，包括支持卷繞式加工的“玻璃”基板。大日本印刷發(fā)布了在柔性玻璃上以卷繞方式形成彩色濾光片的技術(shù)，將玻璃的厚度減至50-70μm，便可在一定程度上彎曲，并在其上利用以往的光刻技術(shù)形成圖案。

康寧的Willow Glass厚度僅100μm。用于彩色濾光片時，無需追加刻蝕及研磨工序，即可在保持精細(xì)度及品質(zhì)的同時實(shí)現(xiàn)薄型輕量化。另外，由于可彎曲，因此還可利用卷繞方式制造?？祵幈硎荆瑥?012年下半年起便可提供該玻璃產(chǎn)品的試用樣品。另外，將該玻璃用于觸摸面板時，則可將現(xiàn)為0.4-0.7mm厚的傳感器基板減薄至0.05-0.1mm。而且，通過導(dǎo)入彩色濾光片及TFT陣列的基板，還可將帶觸摸屏的液晶面板的整體厚度減小30-70%。

旭硝子介紹的層疊技術(shù)無需改造現(xiàn)有顯示器生產(chǎn)線即可處理超薄型玻璃基板。為了能夠利用現(xiàn)有的運(yùn)送一塊玻璃基板的卷繞方式，使用吸附層將厚度為0.1mm的超薄型玻璃基板與厚度為0.5mm的運(yùn)送用載體玻璃基板貼合到一起。在制造顯示器時，具備與普通玻璃基板相同的對熱處理及化學(xué)處理的耐久性。

即使制造方法和基板材料的問題得以解決，制造商仍然需要面對讓現(xiàn)實(shí)媒體適應(yīng)柔性媒介的挑戰(zhàn)。例如E—Ink電泳顯示器的E-paper電子紙技術(shù)，就可以輕松適應(yīng)。但是作為市場上首個柔性類型的顯示技術(shù)，OLED對于氧氣和水分比較敏感，必須將柔性O(shè)LED顯示器與環(huán)境隔離，然而這就意味著保持柔性成為了一個復(fù)雜的命題。OLED顯示屏的媒介要發(fā)光，同樣需要比液晶媒介更多的電流，這會給驅(qū)動顯示媒介的TFT線路帶來更大的負(fù)擔(dān)。

這可能需要非晶硅晶體管技術(shù)做出改變。這是一筆投資，但是在電視市場，對更大、更高性能、更高清晰度的需求同樣要讓行業(yè)尋求更高性能的晶體管作為替代方案。因此，這也是TV行業(yè)需求和OLED需求的契合。

等待終極應(yīng)用

在批量生產(chǎn)柔性顯示器的路上還有最后一道障礙：沒有人能夠搞清楚到底什么才是柔性顯示器殺手級的應(yīng)用。這最初是設(shè)計師對于未來概念的美好設(shè)想，例如希望將報紙變成可折疊的柔性電子報紙，將動態(tài)圖像顯示能力與報紙物理屬性相結(jié)合。但是在今時今日，報紙是否還是分享或消費(fèi)信息的最便捷和經(jīng)濟(jì)的方式，這有待思考。

柔性顯示器存在的意義是什么？即便廠商可以克服技術(shù)上的障礙，讓顯示器隨意彎曲、折疊或者卷起來，對于投資者來說進(jìn)行設(shè)備的投資首先必須有一個龐大的市場可以發(fā)展。這同樣也是個雞與蛋的問題，沒有規(guī)模經(jīng)濟(jì)就沒有可以制造和使用的價格點(diǎn)。

在為彎曲或者柔性的顯示器設(shè)計找到流行的應(yīng)用之前，它們可能仍然僅僅是展會上曇花一現(xiàn)的展示。但是改變隨時都會發(fā)生。

除了動態(tài)的電子報紙之外，人們對柔性顯示器的用途其實(shí)還可以有更多的期待與想象。因?yàn)楫?dāng)顯示屏可以任意改變形狀，將會釋放更多的創(chuàng)意空間。當(dāng)這一天終于實(shí)現(xiàn)的時候，我們或許將會迎來又一次的顯示技術(shù)革命?？蓮澢郫B的顯示器將會無所不在，有研究人員表示，柔性顯示器有著廣泛的應(yīng)用前景，未來五年內(nèi)，任何一個表面都可能變成顯示屏。它會改變傳統(tǒng)個人電子設(shè)備的形態(tài)，例如把個人電腦變成腕表，還會裝飾你的咖啡杯、報紙、汽車儀表盤和天窗，甚至用在白板、背包、冰箱、家具、墻紙上面。但目前最有可能率先采用柔性顯示技術(shù)的是廣受歡迎的移動平板設(shè)備。據(jù)咨詢公司分析師預(yù)測，盡管過程跌宕起伏，但柔性顯示器的銷售規(guī)模預(yù)計有望從2008年的8.500萬增長到2018年的82億美元。

柔性顯示器可能會先從一些小的可視化產(chǎn)品開始，例如智能防偽標(biāo)簽、貨架和食品標(biāo)簽，帶記憶功能的會員卡等。腕帶也是柔性顯示器的一種主要應(yīng)用形式?；萜諡槊绹姺介_發(fā)了專門針對步兵的腕帶原型，靈感源于Dick Tracy四格漫畫。惠普還與全美橄欖球聯(lián)盟探討過為四分衛(wèi)設(shè)計腕帶用于觀察和調(diào)動比賽的可能性。對于士兵來說，這種腕帶還可以被統(tǒng)一縫在他們的制服袖口，結(jié)合全球定位系統(tǒng)、短波收音機(jī)和野外汽車修理手冊等功能。而這樣一個設(shè)備能夠顯著降低士兵背負(fù)的設(shè)備重量。還有一種用途是作為醫(yī)院病人的數(shù)字手鐲，記錄病人的相關(guān)信息。

電子設(shè)備的界限也將有望打破?！拔覀儜?yīng)該突破觸摸設(shè)備的局限，為什么非得用手拿著平板電腦？為什么非得用那么多屏幕？我們應(yīng)該思考穿戴式電腦?！睒I(yè)界已經(jīng)發(fā)出這樣的呼聲。三星在一段概念視頻中，展示了一種可以彎折的3D設(shè)備，混合了智能手機(jī)和平板電腦的功能，還可以為用戶充當(dāng)實(shí)時翻譯。Innovation+Bermer Labs設(shè)計的Newsslate概念機(jī)，是一款可以閱讀新聞、觀看視頻的折疊式平板電腦。

柔性顯示器還可以讓顯示屏更容易成為裝飾材料。豐田在最近的東京車展上展示的概念模型車，內(nèi)外都由屏幕構(gòu)成，它更是被描述成為“帶四個輪子的智能手機(jī)”，通過嵌裝在車體內(nèi)外的柔性屏幕，這款Fun-Vii概念車可以變幻顯示任何圖案、色彩和信息。

量產(chǎn)進(jìn)行時

技術(shù)在不斷革新，市場呼聲越來越高，柔性顯示器的量產(chǎn)步伐也在加快。柔性顯示技術(shù)已經(jīng)被談?wù)撌炅?，現(xiàn)在它終于開始產(chǎn)品化了。

由FDC與美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家共同開發(fā)一款據(jù)稱是全球最大尺寸的柔性彩色有機(jī)發(fā)光顯示屏（OLED）原型，該顯示屏對角線尺寸為7.4英寸，背板采用名為“mixed oxide”的氧化物半導(dǎo)體TFT，可以利用已有的非晶硅TFT生產(chǎn)線，因此預(yù)計能大幅降低制造成本。FDC總監(jiān)NickColaneri稱，此次開發(fā)出的原型，意味著高性能、柔性、全彩OLED顯示屏幕正在加快其商業(yè)化進(jìn)程。

來自英國劍橋大學(xué)的研究人員研發(fā)出了一款擁有50萬組電晶體，使用塑料材質(zhì)的超薄電子紙，這款超薄電子紙具有輕便、可彎曲、高效節(jié)能的特性，使用電子墨水顯示技術(shù)，可以彩色呈現(xiàn)文字、圖像及影片形式的內(nèi)容。除了上述特性外，研究人員更賦予超薄電子紙無線網(wǎng)絡(luò)及觸控功能，這款超薄電子紙將在明年投入商業(yè)化生產(chǎn)，相信此產(chǎn)品技術(shù)未來將對移動設(shè)備帶來莫大的革新。

三星公司近期宣布，市場已經(jīng)對于柔性O(shè)LED顯示器有了大量的需求。據(jù)稱三星已經(jīng)接到來自電子制造商的大訂單，并將會從今年下半年起量產(chǎn)柔性O(shè)LED顯示器。三星并沒有透露具體采購的公司，但是有傳言說，蘋果有可能是對新技術(shù)感興趣的客戶之一。不過即便剛剛推出的iPhone5沒有使用柔性屏幕，但是也很難去預(yù)測未來的“i設(shè)備”到底是怎樣的。其他一些傳言已經(jīng)提到了三星今年年底生產(chǎn)的柔性O(shè)LED面板數(shù)量大概會達(dá)到96萬片，這也意味著有公司將會趕在蘋果之前，推出使用這種顯示器的產(chǎn)品。

LG宣布開始量產(chǎn)其電子紙顯示器產(chǎn)品，計劃不久在歐洲推出。同時據(jù)Korea Herald的報導(dǎo)，LG剛剛被韓國政府的知識經(jīng)濟(jì)部任命為開發(fā)60英寸極高清柔性O(shè)LED顯示器的領(lǐng)頭公司，要在2017年之前聯(lián)同包括Avaco在內(nèi)的財團(tuán)完成開發(fā)上述的屏幕。這些產(chǎn)品將被用于廣泛的領(lǐng)域，除了家庭消費(fèi)外，例如可作為巴士站或零售店的資訊顯示器，在店鋪內(nèi)，柔性顯示器可以發(fā)揮裝飾效果，從天花上懸吊下來或者把立柱包裹起來。據(jù)報道，這項(xiàng)工程是韓國“FutureFlagship Program”的一部分，目的是要通過推廣新一代科技去每年產(chǎn)生價值560億美金的出口量和創(chuàng)造84萬個就業(yè)職位，并與迅速發(fā)展的中國屏幕制造技術(shù)拉開差距。