軟性電子在十年前就已是很流行的話題,但到目前為止,相較於LCD,軟性OLED的發展速度明顯是比較快的。
顯示之窗產業研究顧問工作室研究經理劉大鵬(圖1)表示,傳統的智慧型手機是採用平面螢幕,近期新款手機開始出現越來越多有側邊折角的軟性OLED螢幕,目前量產OLED智慧型手機的廠商包括三星、LG,Vivo、小米、華為、OPPO則預計會在今年下半年推出採用軟性技術的手機,而現已大幅量產的OLED曲面電視,亦是屬於軟性顯示的領域。

以軟性顯示的整體技術發展來看,目前正從玻璃基板朝向塑膠基板前進,電晶體的部分,則從非晶矽(a-Si)到小尺寸為主的低溫多晶矽(LTPS),以及比較新的氧化物半導體(a-IGZO)。
劉大鵬指出,從TFT LCD的背光模組可發現到(圖2),因其結構多,相對每一層加起來後,就會比較厚。而若是轉到玻璃基板的OLED,則就少掉了25%的背光模組,再換到以塑膠基板為基礎的軟性OLED,在厚度上便能再減少40%。這樣的薄度優勢,在強調輕薄的智慧型手機應用中,就會是至關重要的。

資料來源:顯示之窗產業研究顧問
相較於LCD硬性顯示,即便軟性OLED顯示不做任何的凹折,其在薄度上就具有相當大的優勢,在厚度的部分,LCD為1.8~2.0mm,硬性OLED為1.5~1.7mm,而軟性OLED則是最薄的,可達1.1~1.4mm(表1)。且OLED的畫質也比LCD還要更好,無論是顏色飽和度還是視角等部分。再者,在反應速度上,LCD也比軟性/硬性OLED來得慢很多,LCD的反應速度在3~10ms,OLED則為0.1~0.5ms。此外,由於軟性OLED採用的是塑膠基板,因此其在耐摔程度上,也一定會比玻璃基板來得高很多。
這些種種優勢促使軟性OLED近年的採納度不斷攀升。根據IHS預估,軟性OLED顯示的市場產值,將在2017年第三季首度超過硬性OLED顯示。
軟性OLED面板需求增PI基板將成關鍵材料
軟性OLED產值於近期的爆發性成長,與三星S8的大舉採納頗有關聯(圖3)。康寧(Corning)日前指出,在Samsung Galaxy S8與S8+的面板選用了該公司的Lotus NXT Glass,做為PI低溫多晶矽(LTPS)有機發光二極體(OLED)面板產線的載板玻璃。

工研院影像顯示科技中心副組長陳光榮(圖4)表示,OLED面板在未來幾年將受到高階智慧型手機的大幅採用,並逐漸成為市場主流。目前在三星的S8手機中,已全面換成軟式OLED,而即將問世的下一代iPhone所採用的面板,也很可能會採用OLED。

新聚能科技顧問總經理朱新瑞則分析,根據驅動方式,OLED可分為被動驅動的被動式有機電激發光二極體(Passive matrix OLED, PMOLED)和主動驅動的主動式有機電激發光二極體(Active matrix OLED, AMOLED)。PMOLED結構簡單、成本低、相應速度快,在顯示簡單的微型設備方面,具有極大發展潛力;AMOLED則是每個圖元配備皆帶有開關薄膜電晶體(TFT),其驅動方式更易於實現高亮度、高解析度、高色彩表面、低功耗,因而被廣泛用於消費性電子產品。
AMOLED的可撓特性向來是該技術最大的賣點之一,其不僅可能被彎曲成任意形狀,還能多次摺疊進行收納,該特性使其在平板電腦、穿戴性智慧設備領域,都有很大的發展空間,因此是業界促使手機擺脫僵硬外殼的重要方向。相反地,LCD螢幕因受制於液晶層排列和燈光模組的形狀,要實現軟性顯示,顯得較為困難。
此外,在邁向全面軟性手機的OLED技術發展上,業界目前已有共識將採用具有耐高溫特性的Polyimide(PI)軟性塑膠基板。
陳光榮進一步表示,若要實現軟性AMOLED,其下方的基板也必須從玻璃轉到塑膠。在製程上,玻璃AMOLED與塑膠基板的AMOLED,在TFT陣列等前段製程上是相同的,但其他製程便有所不同。軟性顯示須進行軟性封裝,並進行De-Bonding、Protection等製程步驟。過去在軟性TFT處理中,業界有採用過Metal Foil、Ultra-Thin Glass、Plastic等材料的基板,但這些材料的可用性與量產性都不大,目前是由材料特性比較好的PI勝出,因該材料具有最重要的耐高溫特性。
不過陳光榮指出,目前可摺疊(Fodable)面板在摺疊後,還沒有辦法順利攤平因折疊所產生的凹痕,其中的膠材(Adhesive)正是一大問題,除此之外,可摺疊面板也得從Glass Window轉到Plastic Window,這些挑戰的解決方案如今都還在努力的階段。
柔軟度不輸OLED 電泳顯示前景看好
OLED技術的特性,使其在軟性顯示的地位快速崛起,不過除了OLED,同樣能以TFT技術為基礎的電泳顯示技術,也正如火如荼地研發中。雖然在動畫呈現的效果明顯遜於OLED,但其省電性的優勢卻也是OLED所不可及的,因此在節能減碳目標的導引下,電泳技術勢必將牽動未來軟性顯示的市場發展方向。
元太新竹先進開發總處研發中心副總經理張永昇(圖5)表示,就元太的定義看來,電泳顯示可分成玻璃基板與塑膠基板,塑膠基板又可再區分為平面(Flat)、邊緣可彎折(Conformable)、可彎曲(Bendable)、可摺疊(Foldable)、可捲曲(Rollable)。由於TFT目前還沒有辦法充分達到軟性,因此就現行的發展現況來看,可摺疊與可捲曲的軟性TFT電泳顯示還是有其困難度。

即便目前以軟性薄膜電晶體(Thin Film Transistor, TFT)背板為基礎的可摺疊與可捲曲電泳顯示還未正式商用化,但若是將電泳顯示(Electrophoretic Display, EPD)結合TFT,來實現平面與可彎曲的應用,現已廣泛商用於於電子紙手表,如Sony 2016年中旬推出的電子紙手表Fes Watch U(圖6)。

張永昇進一步表示,軟性TFT技術除了可應用在OLED上,應用在電泳顯示也是相同的技術原理。開發者須把軟性的光學薄膜,貼在TFT背板上,該背板可能是硬式玻璃的,也可能是軟式的。
然而,無論是軟式或硬式,相較於OLED、LCD技術,電泳顯示最重要的優勢即是低功耗(Low Power),因其僅有在翻頁的時候,才會耗電。根據思科的預測,到了2020年,每個人所擁有的聯網裝置將會達到6個,也就是總量達500億個裝置。
張永昇分析,若這些物聯網裝置是很耗電的,人們要因應全球暖化的威脅來達成節能減碳的目標,會是相當不容易的,這讓電泳顯示有了很大的發展空間。
張永昇進一步分析,雖然聯網裝置重要的會是運算能力與感測能力,並非所有裝置都有須要進行顯示。但事實上,確實有非常多的裝置,都須要擁有與人溝通的介面,才能顯示立刻讀到的訊息。此時,若還要充分省電,電泳顯示就會是比OLED、LCD更好的選項。
舉例而言,英國的廠商現將電泳顯示運用在電子站牌上,而該電子站牌所需的電力僅須仰賴太陽能發電便能滿足充分需求,不像LCD須克服複雜的拉線、電源等問題,因此這樣的技術不僅設計原理簡單,在電價成本的節省上也有很大的競爭力。
