不久前，我們曾針對以折疊屏手機(jī)的脆弱性為切口，對柔性O(shè)LED屏技術(shù)的原理，“脆弱”的原因及技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀做了相關(guān)介紹（折疊屏手機(jī)那么“脆”，憑啥賣那么貴？）。但實(shí)際上，柔性屏除了OLED發(fā)展路線之外，還有一些與眾不同的發(fā)展路線，其中之一是柔性LCD屏——由于LCD面板與OLED面板結(jié)構(gòu)上的差異，兩者的柔性屏線路也是不一樣的。Qx8esmc

OLED屏幕在對比度、色域、刷新率這些顯示參數(shù)上固然不錯(cuò)，做成柔性結(jié)構(gòu)在自由度上也更高，但其生產(chǎn)成本高昂——所以三星Galaxy Fold、華為Mate X這些折疊屏手機(jī)價(jià)格居高不下。柔性O(shè)LED顯示屏成本高的原因主要在于：材料成本高、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、大屏良率低。Qx8esmc

另外，應(yīng)用柔性基板的OLED顯示屏適用于消費(fèi)電子產(chǎn)品問題不大，但對于汽車等類型的產(chǎn)品而言就不一樣了。因?yàn)镺LED亮度與其壽命成反比。而汽車不僅要求部件耐久性，而且要求屏幕亮度足夠，柔性O(shè)LED就較難滿足這樣的需求。Qx8esmc

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所以我們看到，柔性LCD屏——典型如FlexEnable在推的柔性O(shè)LCD（有機(jī)LCD）屏幕不僅成本明顯更低，在類似汽車這樣的應(yīng)用領(lǐng)域，能夠補(bǔ)足柔性顯示技術(shù)應(yīng)用的短板。OLCD也因此成為我們理解柔性LCD屏幕的一個(gè)重要窗口，它本身也為LCD實(shí)現(xiàn)柔性化，同時(shí)兼顧低成本指明了方向。我們?yōu)榇瞬稍L了FlexEnable公司策略總監(jiān)Paul Cain先生。Qx8esmc

“OLCD能夠?qū)⑷嵝燥@示技術(shù)引入了顯示行業(yè)的許多細(xì)分市場，在這些細(xì)分市場中，柔性AMOLED技術(shù)在成本和性能等方面都不適合。例如，當(dāng)今柔性AMOLED可用于智能手機(jī)和智能手表，而需要更大面積、更低成本（OLCD的成本大約比OLED低三倍）或更長使用壽命的應(yīng)用則更適合于OLCD，特別是汽車顯示器和數(shù)字標(biāo)牌等需要高亮度和曲面顯示的應(yīng)用。”Cain先生表示。我們期望通過與Cain的對話，以及OLCD這個(gè)類型的產(chǎn)品，來談?wù)勅嵝訪CD屏幕未來可能的一個(gè)重要發(fā)展方向。Qx8esmc

“掰彎”LCD第一步：TFT層改用有機(jī)材料

當(dāng)代主流的LCD屏幕包含兩部分，一部分是針對每個(gè)像素提供的連接和電極，稱為背板（backplane）；另一部分是前面板（frontplane），主要是液晶單元。其層級結(jié)構(gòu)大致如下圖所示，這里不再詳述LCD顯示屏的具體原理：Qx8esmc

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圖片來源：FlexEnableQx8esmc

前面板部分的液晶單元通過電壓來偏轉(zhuǎn)液晶分子，控制背光的通過與否。液晶單元位于兩片偏振片（polarizer）之間。它們整體上類似于光電開關(guān)，在不同的區(qū)域選擇性地開和關(guān)。這部分在柔性LCD與普通LCD上雖有區(qū)別，但區(qū)別不如背板部分來的大。Qx8esmc

柔性LCD屏幕的核心，主要在背板上。它與普通玻璃基板的LCD屏幕，核心區(qū)別主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一是背板部分的TFT層——至少我們看到FlexEnable的OLCD技術(shù)是這樣。Qx8esmc

主動(dòng)矩陣LCD的背板——即TFT的存在，是因?yàn)榻@示屏的像素變得如此之多，而且每個(gè)像素還有幾百個(gè)灰度級要做調(diào)整——因此就出現(xiàn)了單獨(dú)、精準(zhǔn)控制這些像素的晶體管，每個(gè)像素都有獨(dú)立的晶體管電路去做控制。一般一個(gè)晶體管控制一個(gè)像素，TFT就像像素的明暗調(diào)節(jié)開關(guān)一樣。Qx8esmc

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屏幕TFT層的這些晶體管一直以來也是基于硅制造的，這就決定了工藝流程伴隨著高溫等各種嚴(yán)苛制造條件。這一點(diǎn)在早前介紹柔性O(shè)LED面板的文章中，我們就提到過。也因此，顯示屏也就只能基于玻璃基板材料生產(chǎn)。因?yàn)椴Ａ巧儆械耐瑫r(shí)具備耐高溫和高透光特點(diǎn)的材料。Qx8esmc

絕大部分柔性O(shè)LED面板采用LTPS（低溫多晶硅）的TFT。雖然叫“低溫多晶硅”，也可能需要達(dá)到500℃的高溫。Qx8esmc

OLCD在技術(shù)上，針對這個(gè)問題采用的方案是改用有機(jī)聚合物材料來造TFT層的薄膜晶體管，所需溫度低很多（FlexEnable的數(shù)據(jù)是可以達(dá)到100℃，據(jù)說是“已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的最低溫晶體管工藝”），而且讓TFT層具有柔性屬性。這在整個(gè)生產(chǎn)流程上自然能夠幫助降低工藝難度和成本。其中關(guān)鍵的有機(jī)半導(dǎo)體材料叫做FlexiOM——是去年FlexEnable從默克公司收購的一種OTFT材料。Qx8esmc

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這樣的晶體管可直接構(gòu)建于塑料薄板材料之上（柔性LCD的基板也必然選擇具備柔性的聚合物材料，下文將會(huì)提到）。這就是FlexEnable一直在宣傳的OLCD顯示屏的核心所在，字母O代表的是有機(jī)材料。這種FlexiOM材料相比非晶硅的電子遷移率更有優(yōu)勢（在量級上與多晶硅還是有差距），電流值相比非晶硅和多晶硅更低，偏壓應(yīng)力穩(wěn)定性比較好。Qx8esmc

實(shí)際上OLCD的TFT層還有一些講究，比如說TFT薄膜晶體管陣列需要連接到傳統(tǒng)硅芯片電路。這就要求在bonding流程中，在不破壞塑料基板的前提下，保證與硅芯片的連接足夠可靠。低溫工藝在此就變得很重要，bonding粘合材料以及背板電路設(shè)計(jì)需要配合傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)芯片。此外，傳統(tǒng)硅與氧化物技術(shù)采用真空沉積工藝，而OLCD采用溶液涂膜（solution coating）工藝，如柔性印刷（flexographic printing）或者slot-die coating，用以制造OTFT堆棧，這其中還是需要技術(shù)積累的。Qx8esmc

這種OTFT制造工藝與材料，實(shí)際不僅面向LCD屏幕。Cain先生告訴我們：“除了OLCD之外，F(xiàn)lexEnable的OTFT平臺(tái)和材料還有許多未來應(yīng)用，包括超薄和柔性生物識別傳感器、X射線檢測器以及可穿戴/可嵌入生物傳感器等。”Qx8esmc

基板材料也換掉

上面提到的這種可在低溫下制造的有機(jī)TFT層，作為LCD背板，是柔性LCD屏幕的主要技術(shù)之一。而如前文多次提到的，柔性LCD的另一個(gè)關(guān)鍵還在承載TFT及上層的基板（substrate）材料上。Qx8esmc

如我們在探討柔性O(shè)LED屏幕的文章中所說，柔性O(shè)LED需要將玻璃基板換成具備更大可彎曲性的基板材料。不過在柔性O(shè)LED屏幕制造流程中，由于高溫的關(guān)系，基板材料的選擇限制很大——因?yàn)樵谶@種情況下，既要求材料具備較好的透光性，又要求材料耐高溫（以及經(jīng)受退火、腐蝕等工藝流程），而且還必須具備柔性特質(zhì)。所以柔性O(shè)LED顯示屏，因?yàn)槌杀?、良率各方面的制約，應(yīng)用集中在智能手機(jī)、手表這樣的小屏設(shè)備上。Qx8esmc

前文就提到，OTFT實(shí)際上很大程度解決了高溫的問題（下文將提到的液晶單元某些部分也不再需要高溫），所以基板在材料選擇時(shí)就寬松了不少，可包括生物基（bio-based）材料。OLCD的基板，采用的是一種名為TAC（tri acetyl cellulose，可能也有選擇聚碳酸酯材料）的透明柔性材料。這是一種纖維素材料，可以從木漿這樣的天然原料中制得?？上胍娭圃斐杀臼潜容^低的。實(shí)際上TAC材料存在于顯示屏供應(yīng)鏈也幾十年了，主要應(yīng)用在偏振片上。Qx8esmc

在OLCD的制造過程中，TAC薄板也需要貼在玻璃支撐層上，“采用傳統(tǒng)的膠粘工藝，將低成本的塑料薄板附著在玻璃上，然后使用低溫有機(jī)晶體管工藝來制造相同的電路”。Qx8esmc

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而在整個(gè)制造流程最后，TAC基板還是要從玻璃支撐層剝離下來。聽起來似乎和柔性O(shè)LED制造時(shí)，最終的激光剝離過程類似。不過FlexEnable在技術(shù)介紹中說，對OLCD而言不需要昂貴的資本支出，采用“非常簡單的‘釋放’工藝”就能將TAC從玻璃上取下。“這種簡單的工藝，是OLCD成本低的關(guān)鍵所在，不僅是因?yàn)楫a(chǎn)量高，而且是因?yàn)椴Ａе螌涌梢灾貜?fù)使用。”Qx8esmc

上述TFT及基板，可以看做是OLCD代表柔性LCD顯示屏，與普通LCD顯示屏的主要差異。在整體的面板結(jié)構(gòu)，以及工作方式上，OLCD與傳統(tǒng)玻璃LCD是基本相似的。而且FlexEnable表示，其制造技術(shù)、設(shè)備也一樣。OTFT工藝可以融入到現(xiàn)有的平面面板顯示制造流程中，所以其投入，以及成本是遠(yuǎn)低于柔性O(shè)LED的。應(yīng)用到筆記本、顯示器、電視這樣的大屏設(shè)備上也就壓力不大了。Qx8esmc

“OLCD疊層利用了現(xiàn)有LCD供應(yīng)鏈中的許多材料（起偏器、背光、LC材料和其他材料），因此，柔性顯示器的成本結(jié)構(gòu)類似于玻璃LCD。 OLCD的制造步驟數(shù)量與玻璃LCD相似，并且該工藝過程能夠利用現(xiàn)有的a-Si TFT LCD生產(chǎn)線。這使得OLCD成本比OLED等其他柔性顯示器低得多，因此可以經(jīng)濟(jì)高效地將顯示器尺寸擴(kuò)展到與LCD類似的較大尺寸。”Cain表示。Qx8esmc

OLCD的其他層

除了OTFT背板、柔性基板之外，實(shí)現(xiàn)柔性LCD還有一些層的柔性化是比較關(guān)鍵的，比如柔性背光。所有的透射LCD都需要背光。LCD面板的背光大體上可以分成兩種，一種是側(cè)入式（edge-lit）背光，一種是直下式（direct-lit）背光。側(cè)入式背光的LED光源在整個(gè)面板的側(cè)邊，然后通過導(dǎo)光板提供均勻的背光。Qx8esmc

側(cè)入式背光解決方案本身是可以彎曲、實(shí)現(xiàn)柔性化的——不過采用足夠薄的導(dǎo)光板，才能達(dá)到相應(yīng)的曲面形態(tài)，這又會(huì)影響到背光的亮度。所以直下式的背光，采用LED陣列作為背光是比較合理的方案。直下式背光本身在實(shí)現(xiàn)LCD的分區(qū)背光、HDR方面就有優(yōu)勢，LED陣列又能很容易地通過形成曲面，去匹配顯示屏本身的形狀。Qx8esmc

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在液晶單元（LC cell）方面，傳統(tǒng)工藝基于玻璃是有原因的：這對于在顯示屏生命周期內(nèi)維持一致的單元間距是有價(jià)值的。所以在塑料薄板之上構(gòu)建液晶單元也需要專門的工藝技術(shù)，才能確保單元間距的穩(wěn)定。FlexEnable在這方面也宣稱有專門的專利技術(shù)。Qx8esmc

另外還有色彩filter部分——傳統(tǒng)的玻璃色彩filter在處理流程上，經(jīng)常需要有高于200℃的溫度。針對這部分，F(xiàn)lexEnable也開發(fā)了一套工藝，令最高處理溫度也在100℃，也就能夠適用在前文提到的TAC柔性基板上了。不少材料企業(yè)如今都在生產(chǎn)彩色光刻膠（color photoresist），達(dá)到原本玻璃可達(dá)到的色度和尺寸，同時(shí)又將工藝溫度控制在100℃。Qx8esmc

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在了解FlexEnable這種OLCD的技術(shù)介紹過程里，我們對于這類產(chǎn)品是否對屏幕畫質(zhì)產(chǎn)生影響還是有所懷疑的，畢竟多層薄板材料發(fā)生了變化。不過Cain先生在此前撰寫的文章中有特別提到，傳統(tǒng)玻璃LCD的玻璃背板（包含TFT），以及玻璃前面板（包含色彩filter）在厚度上是比較可觀的，某些高端超薄LCD的玻璃，最終可將厚度控制到200μm。Qx8esmc

而OLCD將OTFT直接構(gòu)建在塑料薄板之上，并且采用TAC作為基板，僅40μm厚度。這對于整體縮減厚度，以及重量是有價(jià)值的。而且在厚度上的縮減，也有利于提升顯示畫質(zhì)——主要表現(xiàn)在更厚的面板，容易產(chǎn)生一些不良的光學(xué)效應(yīng)（如一滴水滴在屏幕上，或者屏幕有劃痕的時(shí)候，能夠從不同角度看到彩色的子像素），更薄的塑料基板能夠減少這樣的問題。Qx8esmc

與此同時(shí)，如前文所述采用直下式背光有助于實(shí)現(xiàn)分區(qū)背光、HDR。與此同時(shí)，現(xiàn)在還有一種dual cell雙單元結(jié)構(gòu)（堆疊兩個(gè)像素單元）在LCD屏上顯示更純凈的黑色，就能增加畫面對比度。如果用玻璃的話，整個(gè)面板就需要4層玻璃結(jié)構(gòu)，讓設(shè)備變得很厚。OLCD則可以解決這方面的問題。Qx8esmc

雖然我們認(rèn)為在色準(zhǔn)、色域、色深之類的問題上，OLCD這類屏幕具體表現(xiàn)如何或許還待觀察，即便FlexEnable的資料反復(fù)強(qiáng)調(diào)它不會(huì)對光學(xué)性能造成影響。Qx8esmc

另外，我們目前并不十分清楚，柔性LCD是否可以實(shí)現(xiàn)柔性O(shè)LED那樣的可折疊設(shè)計(jì)，或是僅固定在某一個(gè)曲率的形態(tài)上——畢竟可由用戶靈活折疊、卷曲的要求，對顯示面板而言仍是十分巨大的挑戰(zhàn)。Cain先生表示“我們在薄板上構(gòu)建的晶體管可以實(shí)現(xiàn)小到0.1mm的彎曲半徑，而不會(huì)影響晶體管的性能。”Qx8esmc

柔性LCD屏，更適合用在哪些場景？

實(shí)際上，OLCD如果不做成柔性形態(tài)，在平面顯示屏領(lǐng)域似乎也有技術(shù)層面的優(yōu)勢，主要是更薄、更輕。但由于其工藝及材料的關(guān)系，將其應(yīng)用到某些固定曲面形狀的產(chǎn)品上，仍是其主要優(yōu)勢所在，而且成本并不會(huì)很高，畢竟FlexEnable始終在強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)向柔性O(shè)LCD生產(chǎn)，并不需要從頭建立新產(chǎn)線。Qx8esmc

在具體的應(yīng)用上，F(xiàn)lexEnable為其OLCD設(shè)定的主要場景包括了智能家居（比如智能音箱、咖啡機(jī)這些可能需要特定形狀屏幕的設(shè)備）、汽車（融入內(nèi)飾設(shè)計(jì)的多個(gè)曲面屏幕）、筆記本/平板（對折邊緣，可以實(shí)現(xiàn)無邊框屏幕）、機(jī)器人、可穿戴設(shè)備（如屏幕環(huán)繞手腕的智能手表）、大屏應(yīng)用（如電視、零售領(lǐng)域推廣用的屏幕等）。Qx8esmc

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Cain說：“我們正在著重推廣一些目前沒有可行柔性顯示解決方案的顯示器市場，它們對于尺寸、成本、亮度和使用壽命具有更高的要求，其中包括筆記本電腦、平板電腦、智能家居、汽車、電視和數(shù)字標(biāo)牌等，這些市場總共具有大約800億美元的潛力。”Qx8esmc

“我們目前與一些顯示器制造商正在進(jìn)行積極的合作計(jì)劃，有望在2021年使他們的OLCD投入生產(chǎn)，之后市場將可以采用包含我們技術(shù)的產(chǎn)品。同時(shí)，我們正在與一些藍(lán)籌OEM和一級廠商合作開發(fā)原型項(xiàng)目，能夠展示我們的技術(shù)實(shí)力，并帶動(dòng)市場對OLCD的需求。”Qx8esmc

責(zé)任編輯：Elaine Lin Qx8esmc

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