柔性显示技术

柔性显示技术简介

从传统的CRT显示器、电视机发展到目前主流的液晶产品，傻大笨粗已经成为过时的代名词，现在的显示器、电视机正在变得越来越轻、越来越薄。然而科技是不断进步的，人们的追求永无止境，随着技术的发展，显示屏将变薄变软，不仅能折叠、可卷曲，甚至还能戴在手腕上，穿在身上，这无疑将给人们的生活带来方便。在今年全球最大的显示器技术学会（SID）Display Week 2009上，业界关注的焦点集中在了柔性显示技术，这种被曾经被认为具有科幻色彩的梦想已经变为现实了。

一、柔性显示技术：更轻更薄更柔情
　　
在了解柔性显示技术之前，我们先来看看目前的液晶LCD架构。LCD的构造是在两层平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。传统LCD设备限于结构方面的限制，它的厚度不可能太薄，如果液晶显示屏两层玻璃的厚度都为0.7mm，两层基板的厚度加起来有0.5mm厚，那么LCD显示屏的厚度就不会低于2mm，这样基于液晶面板的设备重量也不可能太轻。同时由于采用了玻璃材质，它比较脆弱，比如一些采用LCD的MP3、MP3、手机或笔记本等便携设备一旦掉在地上，通常首先破碎的就是LCD显示屏。
　　
柔性显示技术与传统的LCD显示方式不同，它最大的特点是无需背光灯，采用非常薄的OLE（有机发光材料）涂层和基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光，从而产生多色的画面。相对而言，柔性显示技术的硬件结构相当简单，它的厚度最小可以做到1mm左右，显示屏厚度还不到LCD的一半。此外，柔性显示技术的基板不仅可以使用玻璃材质，而且还可以采用树脂、塑料等材质，所以它可以卷曲，从而它的适用范围更为广泛，不会像LCD显示屏那样脆弱，这个特点不能不让那些便携设备厂商对它青睐有加。

能弯曲的柔性显示屏

二、柔性显示技术：以柔克刚，随需而变

1.OLE发光涂层
　　
柔性显示技术的优点是多方面的，其中绝大部分在于去掉了LCD结构中背光源而获得的。OLE涂层由夹在两块薄膜导电极之间的有机薄膜组成，它是由一种具有薄而透明特性的半导体铟锡氧化物(ITO)与电源正极相连，再加上另一个金属阴极，整个结构层中包括了：空穴传输层(HTL)、有机发光层(EL)与电子传输层(ETL)。当电源达到适当电压时，电子从电极被注入有机膜，并在电场的作用下穿过显示设备，然后正极空穴与阴极电荷就会在发光层中结合，产生光亮，依其配方不同产生红、绿和蓝RGB三原色，构成基本色彩画面。
　　
有机材料的特性自然直接影响着发光显示效果的表现，在OLE结构中每个层的用料并不完全相同。在阳极选择上，通常选用具有4.5eV-5.3eV的高功函数、性质稳定且透光的ITO透明导电膜。在阴极部分，为了增加元件的发光效率，电子与空穴的注入通常需要低功函数的Ag、Al、Ca、In、Li与Mg等金属或复合金属来制作。但是适合传递电子的有机材料不一定适合空穴传输，目前最常被用来制作电子传输层的材料是荧光染料化合物，如Alq、Znq、Gaq、Bebq等，而空穴传输层的材料属于一种芳香胺荧光化合物，如TPD、TDATA等。另外，发光层使用的材料与电子传输层所采用的相同，例如Alq被广泛用于绿光，Balq和DPVBi则被广泛应用于蓝光。
　　
OLE的特性就是自己发光，不像LCD那样需要背光源，因此具有更大的可视角度和更高的亮度，同时由于电压需求很低，它的功耗非常低，能够显著节省电能。加上反应快、重量轻、厚度薄、构造简单、生产成本低以及可以生产出更大尺寸的屏幕等连带特点，使它成为便携式设备的新宠，特别适用于那些要求在各种光线下都有较好显示效果的应用场合。

2.柔性显示技术：基板，柔性的基本
　　
柔性显示屏幕可以做得更轻更薄不但得益于特殊的OLE结构，而且必须将OLE涂层附在特殊的基板上。各个厂家在基板材料的选择上采用了不同的制作工艺，这也就形成了不同的柔性显示产品。
　　
厂家一直在力图寻找适合制作基板的柔性材料，以便能够发挥出产品柔性的特色来。但是从用于传统刚性基板转向柔性基板并不容易，许多柔性材料无法同时满足基板的光学透射率和电性能的要求，无法在180℃以上高温高温下制作，并且不能受压力的影响。比如塑料本身并不是非常适合柔性显示器，塑料要求相对较低的生产工艺温度，该温度通常比显示材料工艺中所用的温度低得多。在塑料材料的特性和显示器材料的制造工艺要求之间寻求适当的平衡相当困难。此外，还需要粘合剂在制作显示设备时忍受高温以及压力的影响。可以说，这些因素就是阻挡柔性显示设备发展的主要因素。
　　

最终，厂家发现像柔性玻璃和金属箔片这样的方案更具吸引力，开始利用此类此类的阻隔性能来生产薄而清晰的柔性基板。同时，仍然有厂家没有放弃塑料的应用，他们改进了有机塑料的化学成分以及制造工艺，如叠片处理或印制背板等，这些正符合了玻璃化耐高温和低成本塑料基板制作等的要求。同时这个生产过程可以使用现有设备或者类似的设备进行生产，生产工艺的简化意味着成品率的提高和产量的提高，再加上基板厚度减小也使成本大幅降低。

三、柔性显示技术：柔情似“大海”
　　
就如同大海一样，柔性显示技术在惊涛骇浪时面临制造的困难，但在风平浪静时却又有着宽广的应用范围和美好的发展前景，它被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。柔性显示器在外观方面对终端用户和产品设计师是很有吸引力，因为这种显示器轻薄、外形多变且新颖时尚。
　　
在液晶显示屏市场占统治地位的三星、LG和飞利浦等巨头已经推出柔性显示器。在今年的CES展会上就可以看到不少这样的产品，同时它们在制作工艺上还是不断研发新的技术，以适应更广应用范围的需要，从而加快了柔性显示技术发展的步伐。如三星在制造上采用了0.5mm厚的玻璃底板，当全部工序完成后再剥掉玻璃底板，为了防止氧化及水分子通过塑料基板从外部进入，还采用了SiNx/SiO2的多层钝化膜以及8道掩模工序，工艺最高温度在350℃以下。

三星的塑料板多层钝化膜工序
　　
与传统的刚性显示屏相比，这种柔性显示器还可能降低制造商的生产成本，还具有便于运输和安全装卸的优点，如果柔性显示器破碎，不会产生任何可能伤人的尖锐边沿。 柔性显示器已经用于电子阅读器、电子显示卡、电子货架标签、汽车应用、移动存储器件、公共标牌和广告等产品上，而且将在更多领域中得到采用。也许在不久的将来，大型彩电、电脑显示器都可以卷起来塞在房间的某个角落，甚至可以把电脑戴在手腕上。当士兵穿上电脑迷彩服就能像变色龙一样，随着藏身处的不同显示与周围环境相同的图案，就不会让敌人发现了。
  
可以戴在手腕上的电脑
　　
据市场研究公司DisplaySearch预测，柔性显示器的销售额将从2007年的500万美元飞速增长至2010年的7.66亿美元，预计柔性显示器的最大应用将来自于金融支付卡、商店会员卡和礼品证书，这类卡片的显示功能将带来不少用处，比如显示余额或者其他基本信息。到2013年，柔性显示器的另一个大应用是在电子标签和触摸式购买显示领域。

柔性显示技术杂谈
　　
基于柔性显示技术的诸多优点，它的应用范围将非常广泛，但“成也萧何，败也萧何”只有拥有更高的设计水平以及处理好它的制作工艺，才能制造出相关的产品出来，因此它的技术门槛还是比较高的，估计也只有大厂才有实力生产。不过我们也不用担心，由于在新产品刚推出期间，以及它针对的特殊消费人群，其利润较高，因此厂家也有动力提高技术水平，应该说柔性显示技术仍然任重道远。

柔性显示技术：柔性电子书
　　
柔性显示技术很快将用于许多电子媒体产品中，我们现在习惯的报刊、杂志的信息载体将发生根本性变化。如果有一天，基于它的电子报纸和杂志将像普通报纸一样携带能够折叠或卷起来，并且通过无线网络进行更新，那么各位读者将能更及时、更直观地阅读《电脑报》了。我们现在习惯的报刊、杂志的信息载体将发生根本性变化。

柔性显示技术的应用

经过二十多年的深入研究和测试之后，柔性显示器市场即将起飞。研究人员曾力图找到柔性玻璃、聚合物、金属箔基板和薄膜晶体管（TFT）背板的最合适的组合，即能够让柔性显示器走向商用的组合。最终，他们开始利用玻璃的阻隔性能来生产薄而清晰的柔性基板。

预期的大众市场应用包括替代报纸、书籍和杂志中的纸、销售点（POS）终端设备、室内外标志牌、智能卡以及零售货架标签。这种技术在汽车市场中的潜力尤其巨大，涉及挡风玻璃、仪表板、保险杆标签、车内装饰、GPS和其它信息娱乐功能。

据市场研究公司iSuppli公司预计，柔性显示器市场有望从现在的几乎为零发展到2013年大约3.38亿美元。市场分析公司NanoMarkets预计，到2008年纸状显示器市场将达到6.68亿美元，但大多数电子纸显示器是刚性显示器，而非柔性显示器。在通常被称为电子墨水（e-ink）的电子纸技术中，覆盖在柔性基板材料上墨水层具有电性能。
 

如何选择材料

柔性显示器生产商正在研究利用制造刚性显示器（如LCD）的现有工艺来制造低成本柔性显示器。此外，他们还正在研究塑料、柔性玻璃、金属箔和聚合物等柔性基板材料，以及电子墨水（电泳）、LCD、有机LED（OLED），甚至PLED等显示材料。

不过他们却发现，从用于IC和显示材料制造的传统刚性基板转向柔性基板并不容易。许多柔性材料无法耐受制造刚性显示器时的处理高温。没有哪种材料能够在制造过程中同时满足基板和电性能的要求。这种可弯曲的材料无法可靠地工作在高温下并且不受压力的影响。此外，还需要能够在高温下可靠工作，且不受压力影响的薄片粘合剂。

这种技术通常会与电铬显示器（另一种电子墨水）相混淆。E Ink公司市场营销及策划总监Dave Jackson介绍道，电泳显示器是通过在电场中移动带电的彩色粒子群来工作的。与之相反，电络显示器包含通电时会变色的化合物。

以上两种显示器都能够产生反射，并且在保存图像时无需耗费功率。但是电铬显示器通常需要大量功率来驱动变色效应，这使得其能效不及电泳显示器。

迄今为止，印在钢性塑料基板上的电泳墨水已经在通常被称为电子纸显示器（EPD）的设备中取得了巨大的商业成功。作为业内先驱的E Ink公司已经持有许多电子墨水技术的专利。EPD基板是由多个微小的腔袋（pocket）组成，腔袋中包含悬浮在不透明液体中的带电粒子。

电泳显示器是一种通过施加的电场重排列带电颜料粒子来形成可视图像的信息显示器。由于其具有纸状外观和低功耗特性，因此被视为电子纸的经典例子。

在最简单的电泳显示器中，直径约为1mm的二氧化钛粒子被散布在碳氢油中。黑色染料、表面活性剂以及使粒子带电的电荷控制剂也被加到碳氢油中。这种混合物被放置在两块间距为10~100mm的平行导电板之间。

当对两块导电板加电压时，这些粒子会以电泳的方式从所在的薄板迁移到带有相反电荷的薄板上。当粒子位于显示器的正面（显示面）时，显示屏为白色，这是因为光通过二氧化钛粒子散射回阅读者一方。

当粒子位于显示器背面时，显示器为黑色，这是因为彩色染料吸收了入射光。如果将背面的电极分成多个微小的图像元素（像素），通过对显示器的每个区域加上适当的电压来产生反射区和吸收区图案，即可形成图像。

商用电泳显示器的例子包括用于Sony Librie、Sony Reader以及iRex iLiad电子阅读器的高分辨率有源矩阵显示器。这些显示器都是由E Ink生产的电泳影像薄膜制造的。此外，Motorola Motofone也使用这一技术来实现其出色的超薄特性。

Sony Librie是首款采用EPD的商用产品。这个电子阅读器于2004年4月在日本发布，采用了E Ink的影像薄膜EPD。VIT正在利用E Ink的EPD技术制造欧洲的交通标志。Neolux和MidoriMark则在其零售标签应用中采用了这一技术。许多手表和时钟公司也已经采用E Ink的技术开发出新的产品概念。

最近，总部位于荷兰的Polymer Vision公司推出了一款基于E Ink公司技术的电子书阅读器。这款5英寸（13cm）的可卷曲显示器名为librofonino，附带一个蜂窝连接。Telecom Italia将于今年在意大利市场引入这款产品。

Plastic Logic公司正致力于研制采用E Ink影像薄膜和新兴印制背板制造工艺的柔性全塑料显示器。该公司最近与Innos公司联手打造了全球首家基于有机半导体的可卷曲显示屏生产厂。

塑料本身并不是非常适合柔性显示器。塑料要求相对较低的生产工艺温度，该温度通常比显示材料工艺中所用的温度低得多。在塑料材料的特性和显示器材料的制造工艺要求之间寻求适当的平衡相当困难。像柔性玻璃和金属箔片这样的备选方案更具吸引力。

不过，由于塑料应用得十分普遍，许多公司仍在寻求适合制造柔性显示器的塑料材料。Plastic Logic在柔性全塑料显示器中尝试采用E Ink的影像薄膜和独特的印制背板制造工艺。该公司改进了有机TFT背板沉积工艺，这种工艺完全符合极低玻璃化转变温度和低成本塑料基板等要求。

其它成就则在印刷墨水方面。Bridgestone的电子液体粉双稳态图像技术有望媲美柔性显示器中的LCD。该公司的快速液粉显示器（QR-LPD）原型具有0.29mm的厚度和200ms的快速响应时间。

但EPD的刷新速率还有待提高。对于通常需要15ms刷新速率的视频播放而言，100~500ms的刷新速率无法满足要求。有源矩阵LCD的刷新速率在10~50ms，而OLED更快，可达到100us左右。不过研究人员表示，他们正在力图提高EPD的刷新速率，未来有望达到100ms。
   
Imaging Systems Technology则以一种截然不同的方法来实现等离子体。该公司最新的平板显示技术利用气体将微球体（等离子体层）压缩成像元（pixel element）。等离子体层由包含电离气体的压缩玻璃壳组成，可以沉积在几乎任何显示尺寸的刚性和柔性基板上。由于等离子体层本质上是充当电容器，因此它们在刷新时无需任何功率。