軟性顯示器技術(shù)及其發(fā)展潛力

邁入二十一世紀后，各國顯示器廠(chǎng)商開(kāi)始思考第三代顯示器的技術(shù)開(kāi)發(fā)，期望著(zhù)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慣，由于其更輕更薄的特性，除了對既有市場(chǎng)產(chǎn)生替代的效應，新的應用領(lǐng)域亦應運而生，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)。邁入二十一世紀后，各國顯示器廠(chǎng)商開(kāi)始思考第三代顯示器的技術(shù)開(kāi)發(fā)，期望著(zhù)各自研發(fā)的相關(guān)產(chǎn)品能夠成為繼TFT LCD（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，陸續有廠(chǎng)商發(fā)表了關(guān)于軟性顯示器的技術(shù)成果，而這些廠(chǎng)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(chǎng)商，如LG、三星、夏普與愛(ài)普生等。為此，DisplaySearch對這項新興技術(shù)進(jìn)行了市場(chǎng)與技術(shù)趨勢的研究與調查。本文將針對軟性顯示器總體市場(chǎng)趨

勢及其中一項關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行探討，介紹軟性顯示器技術(shù)未來(lái)可能的發(fā)展潛力與機會(huì )。

軟性顯示器的構造

軟性顯示器最為吸引人的特點(diǎn)包括：重量輕、厚度超薄、具備如報紙般可以彎曲的特性，消費者隨時(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)可限量的應用機會(huì )。

首先，我們先針對軟性顯示器的構造進(jìn)行了解，從圖1可以看到，軟性顯示器基本構造可以區分為基板（SubSTrate）、中間顯示介質(zhì)與薄膜封裝（Thin Film EncapsulatiON）等三層主要結構?；宸矫婵梢赃x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）的材料都是選擇項目之一。此外，若是采用主動(dòng)驅動(dòng)的電路設計結構，針對軟性顯示器的低溫制程，目前廠(chǎng)商一共開(kāi)發(fā)了a-Si TFT、LTPS TFT與采用有機材料的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分，軟性顯示器可以分為幾種型態(tài)：

1、具備紙張畫(huà)質(zhì)的軟性顯示器（Paper Replacement）

未來(lái)所要取代的應用在于書(shū)本或是賣(mài)場(chǎng)的廣告刊板等應用市場(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（微機電系統）。

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(huà)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(huà)面特性，顯示器本身需要具備可以彎曲，甚至可以卷曲帶著(zhù)走。EPD、OLED與LCD技術(shù)都極為適合發(fā)展。

從應用的角度分析，具備紙張畫(huà)質(zhì)特性的軟性顯示器，本身潛在應用的機會(huì )在于戶(hù)外刊板與賣(mài)場(chǎng)的價(jià)格卷標。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Mobile Device（移動(dòng)裝置）等都有很好的使用機會(huì )。而具備卷曲特性的軟性顯示器則可以用于報紙等相關(guān)產(chǎn)品。

2010年達到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)很有競爭力，例如：手機、PDA、車(chē)用顯示器等。此外，軟性顯示器另一個(gè)切入的應用機會(huì )在于一些新的產(chǎn)品，例如Smart Card（計算機智能卡）、電子標示顯示器或是軟性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)候達到5億美元，估計到了2015年將接近19億美元的關(guān)卡，其中手機、數字看板、e-Book與Smart Card將是最有機會(huì )切入的應用產(chǎn)品。接下來(lái)我們將針對其中幾項產(chǎn)品的應用機會(huì )進(jìn)行細部的探討。

1、Smart Card

Smart Card產(chǎn)品是一種全新革命性的應用產(chǎn)品，可以讓許多數據儲藏在其中，并讓消費者可以應用于不同的地方。依照目前的使用型態(tài)區分，分別可以用于下列不同的地方:銀行提款卡與信用卡、停車(chē)或是票卷使用、身份辨識使用、收費站過(guò)路費使用。

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葦凳畯?。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(chǎng)商正在積極開(kāi)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有哪些數據，而這些數據的情況又是如何。我們預期顯示器本身并不需要具備彩色或是高畫(huà)質(zhì)的要求，反而需要具備省電、可彎曲、成本低等特性需求。

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：傳統的報紙分辨率約在65lpi～100lpi（lpi,每英寸的行數）左右，書(shū)本與雜志則在120lpi～150lpi，若是呈現藝術(shù)相關(guān)的書(shū)籍則要達到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面板規格約在6～10英寸之間最為普遍。

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

（4）面板畫(huà)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(kāi)始使用，然而若是具備彩色功能，必將擴大使用的領(lǐng)域。

3、Digital Signs（數字看板)

根據統計，美國廠(chǎng)商花費在各種型態(tài)的廣告費用高達數千億美元，其中各大賣(mài)場(chǎng)用于制作價(jià)格標簽、促銷(xiāo)產(chǎn)品看板等費用估計高達60億美元。此外，用于戶(hù)外的廣告板制作費用一年則高達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(hù)隨時(shí)調整最新的價(jià)格策略，將可以大大降低客戶(hù)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，我們預期未來(lái)這些新的顯示器產(chǎn)品很有機會(huì )可以取代一部分的廣告市場(chǎng)。

從面板種類(lèi)進(jìn)行分析，EINK技術(shù)的軟性顯示器成長(cháng)速度最為顯著(zhù)。估計2011年將達到3.7億美元，2015年則有機會(huì )達到5.6億美元的規模，市場(chǎng)占有率接近3成。另一個(gè)被看好的技術(shù)是以OLED為基礎的軟性顯示器，估計2010年被動(dòng)OLED顯示器將最先可以達到5700萬(wàn)美元規模，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

從前面的內容我們了解到，軟性顯示器在結構上最大的差異是具備可以彎曲的特性，也因為這項特性要求，過(guò)去所采用的玻璃基板材質(zhì)并不是最佳的選擇方案。為此各國紛紛展開(kāi)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(kāi)發(fā)超薄化玻璃基板、開(kāi)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(chǎng)所提供最薄的玻璃為0.5mm，隨著(zhù)應用的不同，面板廠(chǎng)商逐漸開(kāi)始試著(zhù)將玻璃研磨到0.2mm或是更薄的厚度來(lái)使用。當厚度低于某種程度之后，可以看到玻璃基板開(kāi)始具備可彎曲的特性，因此部份廠(chǎng)商開(kāi)始嘗試開(kāi)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(chǎng)商目前正積極開(kāi)發(fā)超薄化TFT LCD薄型化的技術(shù)包含了超薄背光板開(kāi)發(fā)與超薄玻璃基板開(kāi)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，玻璃厚度估計只有0.2mm，已經(jīng)達到具備彎曲的特性。

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（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層，實(shí)際運用成本會(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據。然而，以金屬基板做為軟性顯示器最大的挑戰，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(cháng)。

3、塑料基板材料進(jìn)展

雖然薄型化玻璃幾乎已經(jīng)達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的制程方式卻是嚴重的致命傷。金屬基板受限于表面處理技術(shù)仍有待開(kāi)發(fā)，塑料基板則成為最多廠(chǎng)商選擇的材料。然而要達到可以商品化的階段，塑料基板須具備下列要求：

光學(xué)透射率須達到90％：須具備高的光學(xué)透射率，至少需要達到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）：通常需要達到6H以上的要求。

ITO阻抗：對于A(yíng)MOLED來(lái)說(shuō)ITO阻抗須低于50歐。

氧阻水氣特性要求：阻氧特性至少須達到標準大氣壓下每天10-5cc/m2，阻水氣要求則是要達到每天1ug/m2。

表面平滑度（Roughness）：須達到2nmRMS之下。

低成本：我們預估最少在2010年須達到每平方米40美元～60美元的程度才具備價(jià)格競爭力。

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TFT LCD制程為例，整個(gè)過(guò)程中基板需要面臨300℃～400℃的高溫制程，每道制程對于塑料基板來(lái)說(shuō)都是一大考驗，解決這個(gè)問(wèn)題除了開(kāi)發(fā)低溫薄膜制程之外，開(kāi)發(fā)能夠耐高溫的塑料基板材料也是選擇方案。傳統TFT LCD在部分制程中會(huì )遇到一系列高溫挑戰，比如:激活過(guò)程(Activation Process)可能會(huì )面臨到高達700℃，或在Gate Insulator D

ensification階段需要長(cháng)時(shí)間將基板放于500℃高溫制程中達到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。然而傳統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(chǎng)商首先從現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(chǎng)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的塑料產(chǎn)業(yè)，成本上具備優(yōu)勢，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(kāi)發(fā)可以耐高溫的PI基板材料，初步測試其玻璃化轉變溫度Tg高達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(kāi)發(fā)的塑料基板材料(FRP)，其Tg可以達到350℃、CTE為14ppm/℃且穿透率也高達90％以上，是目前在各方面的性能表現都有望達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還需要更多資源的投入。