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柔性显示器 群雄竞逐的新对象

2008-12-29末日之刃《微型计算机》2008-17

早晨起床,你一边吃着早餐,一边点击桌上的电子纸就能获得想了解的新闻;而你的手机也不再硬邦邦地躺在口袋中,而是折叠卷曲着,放在兜里也没什么感觉;地铁站上的球形显示屏,能让你无论站在哪里也能看到下一班车次的情况……而这些,就是柔性显示设备将在未来带给我们的体验。

不论是濒临消失的CRT,还是现今主流的LCD,本质上都属于传统的刚性显示器。而与之对应的柔性显示器,涉及的应用则主要集中在替代传统纸张的电子纸、移动设备的显示装置、POS机(商场刷卡的设备)、室内外标志牌、智能卡以及零售货架标签等与我们日常生活相关的领域。另外,它在我们熟悉的汽车市场中也有着广阔的发展前景,从挡风玻璃、仪表盘、保险杆标签、车内装饰,到车载GPS和其它信息娱乐功能,市场尤为巨大。据市场研究公司iSuppli预测,柔性显示器的市场销售额将在2013年达到28亿美元,是2007年8000万美元规模的35倍,巨大的商机将诱使厂商争相开发柔性显示器。

柔性显示器:百花齐放

柔性显示器类型众多,但为人所熟知的莫过于电子墨水技术。早在2004年索尼就推出过基于该技术的LIBRIe电子书。电子墨水又分电铬显示器和电泳显示器,前者是依靠电铬材料在电场作用上通过获取或丢失电子来改变颜色,是一种被动型显示器。电泳显示器跟电铬显示器一样,同属被动显示器,但它是通过在电场中移动带电的彩色粒子群来工作的,远比电铬显示器省电。


电铬显示器原理示意图

印在钢性塑料基板上的电泳墨水通常被称为电子纸显示器(EPD),现已取得了不小的商业成功,比如LIBRIe电子书、摩托罗拉的MOTOFONE手机,不过限于产品的设计问题,尚未完全发挥出电子墨水的柔性优势。

而Polymer Vision公司今年推出的卷屏手机Readius则把这一优势发挥得淋漓尽致。这款手机的显示屏采用了E-Ink公司的有源矩阵电泳式可弯曲屏幕。它折起时长10cm、宽5.56cm、厚2.1cm,展开后屏幕对角线长度为12.7cm(5英寸),实现了人们在小手机上使用大屏幕的愿望。


电泳显示器原理示意图

相比电子墨水,PTA-DP(Plasma Tube Array-Display Panel,等离子管阵列显示器)的知名度显然要低很多。简单来说,PTA-DP就是可弯曲的PDP,其主要组件是多条极细的等离子管,而这些等离子管的直径非常接近显示器的厚度。由于厚度很薄且由多条长管阵列而成,犹如竹席一样,故而能够弯曲,所以又被称为“板层状PDP显示器”或“Film型PTA显示器”。

虽然PTA-DP听上去很陌生,但是它的技术已经比较成熟,终端产品也即将上市。篠田Plasma公司(由被称为PDP之父的篠田传专门为开发PTA-DP而建立)计划于今年下半年量产供货PTA-DP。初计划面向整机厂商供应3m×2m(相当于142英寸)尺寸的模块,价格预计在数千万日元。

LCD柔性化:困难不小

现在广泛使用的LCD,其柔性化当然也是倍受关注,许多专家就认为LCD很有可能在具有成本效益的大尺寸柔性显示器市场中取得成功。而相关的研究也不乏新成果问世,如富士通就推出过两款(黑白和彩色)3.8英寸胆固醇LCD柔性面板;三星则已经制造出采用非晶硅TFT技术的5英寸LCD面板原型;而韩国汉阳大学的研究人员也通过PILCD(Pixel-Isolated LCD)来提高柔性LCD的机械稳定性。

能够卷屏的Readius手机,虽然只是单色屏幕,但随着技术的进步,相信升级为彩色屏幕的那一天并不遥远。

虽然取到了许多进展,但LCD的柔性化仍然存在三大难点。其一,玻璃柔韧性并不理想。玻璃板必须尽可能的薄以提高其柔韧性,而如果玻璃基板达不到厚度的要求,改用其它材料代替则需大幅改进工艺,成本压力极大。其二,LCD的图像取决于聚合物之间的单元间隙,面板的弯曲会造成间隙改变,进而影响图像质量。其三,背光模块的设计难度会大幅增加,保证屏幕亮度均匀性就显得尤为困难。

玻璃基板曲面LCD:成本为王

尽管面临着不少技术难点,但仍然阻止不了第一片以玻璃为基板制成的曲面LCD显示屏幕的面世。2008年5月20日,全球主要LCD面板供应商友达光电就在美国国际资讯显示学会(SID)所举办的年度展览中推出了这款产品。早在2004年东芝的研究人员便开发出类似的低温多晶硅TFT LCD面板。该面板是在极薄的玻璃基板上形成晶体管,然后再将其贴到塑料制成的可变形基板上,从而实现了可弯曲的LCD面板。虽然该产品并未全部采用玻璃基板,但同友达的产品在技术上仍有相近之处。那为什么四年后市场上仍难觅相关的产品,反而是友达后来居上抢得先机?


友达的玻璃基板曲面LCD

众所周知,坏点数量直接影响着新的LCD面板能否实现市场化。东芝的这款面板先是在玻璃基板上形成晶体管,再将其贴到塑料基板上,这样极易造成大量的坏点,以致产品报废,成本上升,终当然就是缺乏市场竞争力。或许有人奇怪,为何不干脆用塑料基板代替玻璃基板,这样不就可以避开这一过程了?这个问题得从材料的特性和LCD面板的制作工艺说起。在LCD面板的制作过程中需要真空蒸镀与刻蚀工艺,因此基板除了要耐高温外,还得耐强酸强碱的腐蚀。而塑料只能承受相对较低的生产温度,该温度通常比显示材料工艺中所用的温度低得多,而且塑料在强酸、强碱下老化迅速,因此并不适合作为LCD基板。在没有其它合适材料的替代下,继续采用玻璃作基板成了不二的选择。

正因如此,友达才坚持在TFT-LCD制程技术的基础上,直接于玻璃基板上制造出曲面面板。为解决实现上的难点,友达首先应用了精密的Cell薄化技术来达到曲面的效果,使得面板的曲度达到100mm。而经过特殊设计的曲面背光模块,则保证了面板呈现均匀的亮度与对比度。虽然该款面板的柔性还赶不上电子墨水,但是它在色彩方面的优势则是电子墨水所缺乏的。

当然还有更重要的一点,它是基于玻璃基板制造而成,这意味着只需要在原有生产线上进行小幅度改造,便能够投入曲面面板的生产。这样不但能缩短从实验室到上市的时间,而且更能有效控制产品的成本,因为大幅度改造或新建一条生产线耗资巨大(夏普的第十代LCD产生线耗资5000亿日元)。比如数年前已成熟的SED,为了控制其生产成本,夏普想通过改造LCD生产线来用以生产SED面板,但未能实现,后不得不花巨资建新的生产线,也导致SED迟迟未能上市。而友达这款曲面LCD面板恰好避开了SED的困境,也因此被业界看好。

写在后

虽然柔性显示器种类繁多,但是由于它们的特性差异,短期内并不会形成激烈的竞争。如OLED,现阶段更多的还是停留在实验室,暂不会对柔性LCD产生威胁。而已走进市场和即将走进市场的柔性显示器,则各自占据不同的领域。电子墨水主要代替报纸、书籍和杂志中的纸,基于该类技术的电子纸将成为新一代的阅读设备。PTA-DP显示器优势在于能制作成100英寸以上的大屏幕,但大的缺点是分辨率无法做到高精细化,而且价格不菲,故其用途更多是置于屋顶天花板上、嵌入地板内、贴附在弯曲状的墙壁或圆柱状物体上以及制作成超宽屏幕(例如用在赛马场、足球场)等。而采用玻璃基板的柔性LCD,虽然尚未出现大尺寸规格,但较电子墨水拥有更好的色彩表现能力,预期的成本控制也较为理想,市场潜力不可低估。

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