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塑料助推显示器走向“柔软时代”

时间: 2011-06-26 21:17 来源: 作者: 点击:
柔性显示器是显示技术领域的最热趋势之一,将给人们带来全新的体验,而塑料是其背後重要的推手。众多电子和塑料行业企业的积极参与,有望促进“柔软时代”的早日到来。

柔性显示器前景诱人

采用塑料、超薄化玻璃或者金属片等柔软基板代替硬梆梆的玻璃基板,使得柔性显示器拥有区别於传统显示器的最大特性:可以弯曲。而其中塑料由於具有良好的加工性和延展性,成为最主要的基材。

与传统的硬屏显示器相比,柔性显示器具有诸多优点:耐冲击,抗震能力更强;重量轻、体积小,携带更加方便;依靠先进的制程以及精密卷绕对位技术 (roll to roll processing),制造成本更加低廉。此外,当柔性显示器破裂时,不会产生可能导致人员受伤的锋利边缘。

柔性显示器的应用层面十分广泛,包括电子阅读器/电子纸、电子显示卡、电子货架标签、服装/可穿戴显示器、汽车应用、移动存储器件与广告等。

据美国市场研究机构iSuppli 预测,到2013年,全球柔性显示器市场将达到 280亿美元的规模,比2007年的8000万增长约35倍。数家批量制程(batch)和卷式(roll-to-roll)技术工厂的建立,将支持柔性显示器的出货量大增。嗅到了巨大的商机,大批电子企业跃跃欲试,例如飞利浦电子公司宣布,显示器研发重点“不再集聚於基於玻璃的显示器”,因为这类显示器易於破碎,制造费用高昂,取而代之的是,将研究“基於塑料的低成本制造技术”。

柔性显示器开发现状

在柔性基底材料和显示技术不断进步的推动下,一大批柔性显示器新品陆续走进人们的视线。

电子书制造商Polymer Vision公司即将上市的Readius,最近倍受瞩目。该产品具有可折的5英寸单色电泳显示器,显示的黑白文字和图像与纸张上印刷的品质相当。它的屏幕采用塑料材质,在电晶体外包裹了一层耐用的聚合物材料,连接的排线是用金线做的,能经受得起上万次的卷曲。该公司计划在2009年为屏幕添加红绿蓝三色,使之成为彩屏。电子纸制造公司EInk公司开发了多款柔性电泳显示双稳态显示器,从面向手表的简单的直接驱动屏幕到设计精美的手机外壳显示器,到用於电子书/手机的有源矩阵高分辨率显示器。


全球柔性显示器销售额:(百万美元)预测
(来源:iSuppli Corporation)

英国柔性电子大厂Plastic Logic的主要产品为A4尺寸的电子纸,目的在於取代大众所习惯阅读信息的纸张。这种电子纸的材料是PET。Plastic Logic计划在德国的德勒斯登(Dresden)建立年产量超过百万个显示器模组的工厂,估计在2008年开始量产,并预计到2010年产量将达4,160万个。

美国《时代》杂志在2007年11月评出的本年度最佳发明中,LG.Philips公司开发的柔性显示屏获得了电脑类最佳发明。该柔性显示屏,使得手机可以像一张纸一样卷起来,或者让电脑屏幕可以卷到一根柱子上。这种应用有机发光二极管制造而成的超薄显示屏,可显示16.7百万色。目前,该柔性显示器只有原型,上市时间还未确定。该公司研发的一种工艺流程专利技术,能在高温加工过程中,阻止电路结构的变化,并把底板变形降低到最小。如下图所示,基板粘结工序S1为用於将柔性基板45粘结到刚性基板47的工序,其中该柔性基板45向显示器件提供柔韧性而刚性基板47提供支撑从而准确执行电极形成过程。该刚性基板47由玻璃基板形成,柔性基板45由具有高耐热特性的塑料基板形成。

LCD 生产商Prime View International的产品Flexi-e,是一种有源矩阵电泳显示器,采用了聚亚胺基板。此外,惠普、大日本印刷、新日本制铁、霍尼韦尔、SiPix、Kent Displays和Bridgestone等公司也涉足柔性显示器开发领域。

在柔性显示器开发大军中,中国的台湾企业是一支不可小觑的力量。中小尺寸面板厂元太科技研制了电子纸显示器,利用元太MagicMirror反射式技术,以及a- Si TFT设计经验,同时开发可挠性技术,并运用覆晶技术与塑料材料应力关系,研发出轻薄、耐摔且容易携带的全塑料显示器。元太的电子纸显示器(EPD)技术在去年已成功量产,包括Amazon(亚马逊)、SONY等国际大厂所推出的电子书产品,其所使用的面板皆由元太提供。

台湾工研院显示中心於去年宣布研发成功7寸低应力、低温制程的柔性高阶彩色显示器。其运用200℃低温及低应力制程,解决在加温时因不同材质造成基板伸缩拉扯及上下层对准不易的问题,成功使柔性面板画素达现今玻璃制程水平,未来具有可与玻璃制程应用产品相互替换的优势。

此外,台湾大厂友达光电继5月在信息显示学会公开展示首款凹曲面显示技术後,最近又发布了全球首款凸曲面 TFT-LCD显示技术,这项技术的特点在於:它发挥了 TFT-LCD 全彩画面的优势,突破一般柔性材质电子纸在显色上的瓶颈,可说是柔性显示技术的一项创举。


LG.Philips柔性显示器制造方法示意图

对塑料基板的要求与技术难点

用作柔性显示器基板的塑料原料,在耐高温、光学透射率和硬度等方面都有较高的要求。聚醚醚酮(PEEK)、PET、PI与PC等是常见的选择材料。

柔性显示器的塑料基板须达到下列要求:具备抗高温与较高的抗UV老化性能;须具备高的光学透射率,至少需要达到90%以上,在进行ITO层等镀膜之後,透射率也还能够达到80%以上;硬度达到6H以上;阻氧特性至少须达到标准大气压下每天10-5cc/m2,阻水气要求则是要达到每天1μg/m2;表面平滑度须达到2nmRMS之下。

在以上特性要求中,其中最需要解决的问题在於提升塑料基板的耐热性,以TFT LCD制程为例,整个过程中基板需要面临300℃到400℃的高温制程,每道制程对於塑料基板来说都是一大考验,解决这个问题除了开发低温薄膜制程之外,开发能够耐高温的塑料基板材料也是选择方案。

塑料基板的尺寸常容易受到热度和湿度的变化而影响,这是因为基膜的热收缩率、线膨胀系数、吸湿膨胀系数都比玻璃材质要大得多。假设以特殊PC膜来制作塑料基板的面板时,当塑料基板完成洁净的制程後,在180℃下烘乾2小时後的尺寸假设为其初始值,可以发现在冷却期间会出现相当的变化,其中一项就是从烤箱里的乾燥状态转变为常湿状态,相对吸湿膨胀系数的膨胀变化变得相飨浴>笛椋枰滴略30分钟後,才能让塑料基板恢复到常温常湿的初始值。

除了热膨胀系数之外,采用塑料基板还需要考虑的问题是与氧气的反应性,因为这关系到组件的耐久性。解决方法是镀上隔绝膜,否则就达不到要求值。目前用於水蒸气隔绝膜的材料包括有机材料和无机材料,不过由於无机材料对温度、湿度等变化相对稳定,所以使用的机率较大。

为了抢占先机,众多研究机构在塑料基板研究领域积极布局。例如,台湾工研院利用高耐热、低收缩透明基板材料,设计与合成制程开发,目前以高耐热PI材料有机无机混成技术,可以作到Tg>350℃且CTE<30ppm/℃,透光>90%的基板。为克服塑料基板材料长期在耐热度与尺寸安定性上的不足(Tg<220℃,CTE>60ppm/℃),开发高耐热柔性PI-silica Hybrid透明基板,配合高含量(>60%)无机纳米二氧化矽混成技术来解。目前除提高耐热性和尺寸稳定性外,也保持了透光性,可承受大於300℃的温度,在未来发展TFT低温制程技术,及基板上端多层材料结构方面应力设计是未来的重点。

目前,柔性显示器的制造方法和设备还未成熟,对於材料、工艺、设计等还处在研究和探索的阶段。鉴於其满足现代电子产品轻薄、便携、易於设计的需求以及业界的积极投入,柔性显示器的未来值得期待。 (end)

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