李楠楠 曹根千 王文曉 崔衛(wèi)華 黃棟棟

摘 要：本文圍繞柔性顯示設(shè)備的柔性液晶顯示器（FLCD）、柔性電泳顯示器（FEPD）、柔性有機(jī)電致發(fā)光顯示器（FOLED）這三個(gè)主要技術(shù)分支及其運(yùn)作原理，分析了目前發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)難點(diǎn)，最后綜合上述幾個(gè)方面總結(jié)了目前柔性顯示技術(shù)需要解決的問(wèn)題，并從現(xiàn)有專(zhuān)利申請(qǐng)情況的角度分析了未來(lái)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：柔性顯示；FLCD；FEPD；FOLED；專(zhuān)利申請(qǐng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TH165 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）19-0074-02

1 柔性顯示裝置簡(jiǎn)介

柔性顯示器是用柔性材料如超薄玻璃、塑料或者金屬箔片制成可視柔性面板而構(gòu)成的可彎曲變形的顯示裝置。柔性光電子器件以其顯著的特點(diǎn)得到眾多公司、科研院所和高校的廣泛重視和研究，作為光電轉(zhuǎn)換互逆的兩個(gè)過(guò)程的器件，主要包括柔性液晶顯示器（FLCD）、柔性電泳顯示器（FEPD）、柔性有機(jī)電致發(fā)光顯示器（FOLED）。

2 柔性顯示器件主要研究方向

2.1 柔性液晶顯示器（FLCD）

液晶是介于固體和液體狀態(tài)的有機(jī)化合物，具有各向異性的光學(xué)特性，對(duì)外界的電場(chǎng)磁場(chǎng)和溫度感覺(jué)靈敏。筆者使用VEN專(zhuān)利庫(kù)并將檢索時(shí)間截止至2018年8月14日對(duì)專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。如圖1所示，涉及柔性液晶顯示的申請(qǐng)人國(guó)別及地區(qū)分布。

由圖1可以看出，日本、韓國(guó)、中國(guó)、美國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的申請(qǐng)量占據(jù)較大比重，日本在柔性液晶顯示的領(lǐng)域占有一定的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

柔性LCD一直面臨的問(wèn)題是隨著柔性基板的彎曲，單元間隙發(fā)生變化從而影響LCD的顯示效果。直到新的液晶材料如膽甾型的液晶的發(fā)現(xiàn)，使柔性LCD有了較快的發(fā)展[2]。通過(guò)將膽甾液晶形成為聚合物微滴分散體，使材料對(duì)壓力和剪切不敏感，以使得顯示器上的圖像不容易通過(guò)撓曲基底而清除[3]。

美國(guó)肯特顯示器公司于2005年1月24日申請(qǐng)了一種液晶顯示器的發(fā)明專(zhuān)利（公開(kāi)號(hào)：CN1993725A）公開(kāi)了可懸垂織物上的膽甾反射型顯示器，通過(guò)組合電極與平面化層的功能來(lái)有利地減少層的數(shù)目。Aastuen和Wenz的發(fā)明專(zhuān)利（公告號(hào)：US5699139B）提出顯示器具有用來(lái)顯示信息的有源區(qū)和毗鄰有源區(qū)的一個(gè)無(wú)源區(qū)。無(wú)源區(qū)包括用來(lái)減低顯示器內(nèi)因柔性基板的彎曲的壓力的減壓區(qū)，從而消除有源區(qū)內(nèi)的扭曲。但柔性顯示器的凹面彎折會(huì)產(chǎn)生和對(duì)應(yīng)的凸起彎折相同的壓力，還有許多與對(duì)稱(chēng)概念相聯(lián)系的其它類(lèi)似作用，這是簡(jiǎn)單的減壓結(jié)構(gòu)沒(méi)有考慮到的。Greene和Krusius的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng) PCT/US00/05756，“Compensation for edge effects and cell gap variation in tiled flat-panel，liquid crystal displays”公開(kāi)了用來(lái)校正變色和亮度變化的程序，使絕對(duì)亮度和色度值與相應(yīng)的標(biāo)稱(chēng)值匹配，但沒(méi)有考慮到柔性液晶顯示器在正常工作過(guò)程中要承受的溫度或壓力變化也會(huì)改變亮度和色彩等級(jí)這一事實(shí)。

理想狀況下，整個(gè)液晶盒的盒厚d應(yīng)是相同的，這樣才能保證顯示效果的可控性和均勻性。因此，盒厚的控制在液晶顯示中至關(guān)重要。京東方于2014年4月14日提出了一種柔性顯示面板（授權(quán)公告號(hào)CN103969896B），其包括相互對(duì)盒的第一柔性基板和第二柔性基板，以及在兩個(gè)基板之間填充的藍(lán)相液晶。當(dāng)面板發(fā)生彎曲時(shí)，液晶盒的厚度發(fā)生變化也不會(huì)對(duì)顯示效果影響很大，進(jìn)而可以解決液晶盒厚度不均引起顯示效果差的問(wèn)題。廈門(mén)天馬微電子于2017年12月27日提出的發(fā)明專(zhuān)利（公開(kāi)號(hào)CN106842661A）改善了柔性/曲面/可撓曲/可折疊液晶顯示器在彎曲時(shí)其上下基板的錯(cuò)位以及液晶盒厚度的不均勻的問(wèn)題。并于2017.10.24提出的發(fā)明專(zhuān)利（公開(kāi)號(hào)CN107728362A）利用石墨烯膜層的透光率高的特性，將石墨烯膜層設(shè)置在液晶顯示面板及背光模組之間，不僅可以使集成電路產(chǎn)生的熱量均勻化，避免局部高溫而導(dǎo)致的顯示問(wèn)題，由此可見(jiàn)，柔性LCD面臨的主要問(wèn)題體現(xiàn)在柔性襯底的背光設(shè)計(jì)、顯示視角顯示均勻性等方面。

2.2 柔性電泳顯示器（FEPD）

電泳顯示是利用帶荷電的膠體顆?？稍陔妶?chǎng)中移動(dòng)的原理，通過(guò)電極間帶電物質(zhì)在電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)色彩交替顯示，以一個(gè)電泳單元為一個(gè)像素，將電泳單元進(jìn)行二維矩陣式排列構(gòu)成顯示平面，根據(jù)要求像素可顯示不同的顏色，其組合就能得到平面圖像。電泳顯示技術(shù)由于結(jié)合了普通紙張和電子顯示器的優(yōu)點(diǎn)，最有利于實(shí)現(xiàn)電子紙張產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)。掌握電泳顯示技術(shù)的電子紙生產(chǎn)廠商主要包括：E-Ink、美國(guó)SIPIX、日本Bridgestone和廣州奧熠電子。

E-Ink微膠囊電泳技術(shù)的每個(gè)顯示元素的大小不均且排列零散，采用黑白雙粒子，光反射率較佳是其優(yōu)點(diǎn)，閱讀時(shí)更貼近真正的紙張，缺點(diǎn)是不夠堅(jiān)固強(qiáng)韌，無(wú)法承受重壓。SIPIX公司采用的微結(jié)構(gòu)使得顯示元素大小一致并以數(shù)組方式排列整齊，具有較佳的機(jī)械和電氣特性，承受重壓也不會(huì)損壞，缺點(diǎn)是光反射率稍差。

柔性EPD是利用發(fā)光的電子墨水薄層來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示，可通過(guò)微膠囊內(nèi)封裝有可用于顯示紅、綠、藍(lán)色的至少一種量子點(diǎn)實(shí)現(xiàn)彩色顯示。此外，電泳顯示器電泳發(fā)生時(shí)，其電泳速度主要由電泳液黏度、粒子電荷量、電解液介電性質(zhì)、外加電場(chǎng)大小、電極間距離來(lái)決定，并影響響應(yīng)速度。SIPIX公司于2013年提出的發(fā)明專(zhuān)利（公開(kāi)號(hào)US2014078576A）：包含非流動(dòng)相或半流動(dòng)相和帶電顏料顆粒的電泳液，非流動(dòng)相或半流動(dòng)相包含氣泡或固體多孔基質(zhì)，在不影響切換速度的情況下增加對(duì)比度。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的研究情況，電泳顯示裝置的多彩顯示、響應(yīng)速度等是電泳顯示技術(shù)現(xiàn)階段共同的難題，各大公司、科研機(jī)構(gòu)仍在積極研究解決策略。

2.3 柔性有機(jī)電致發(fā)光顯示器（FOLED）

OLED即有機(jī)發(fā)光二極管，采用非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)光，OLED顯示屏幕可視角度大響應(yīng)速度快且能顯著節(jié)省電能。

OLED顯示方式以其畫(huà)面質(zhì)量高、響應(yīng)速度快、加工工藝簡(jiǎn)單、抗撓曲性?xún)?yōu)良等優(yōu)點(diǎn)成為柔性顯示領(lǐng)域主流的發(fā)展趨勢(shì)，LG、三星已初步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，天馬微電子、京東方、維信諾已陸續(xù)推出OLED柔性顯示樣機(jī)。

OLED所涉及的電子元件與空氣和水接觸后容易產(chǎn)生氧化反應(yīng)導(dǎo)致電路短路或者故障，所以封裝至關(guān)重要。對(duì)于剛性O(shè)LED來(lái)說(shuō)，薄膜封裝技術(shù)有著減輕顯示器重量、降低成本的優(yōu)勢(shì)，典型代表是Barix技術(shù)。薄膜封裝材料通常采用對(duì)水氧具有高阻隔性的水汽阻隔膜。當(dāng)顯示器彎曲時(shí)，想要保持濾色器和TFT背板之間所需的單元間隙是非常困難的。對(duì)此，有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極體面板（AMOLED）顯示技術(shù)有望解決這一難題。三星與LG公司分別于2013年推出了全球首款配有柔性屏幕的有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管智能手機(jī)，之后這兩家公司不斷改進(jìn)適用于智能手機(jī)、智能手表、健身追蹤器的柔性屏幕。

從中國(guó)目前的發(fā)展情況來(lái)看，很快將有更多廠家的6代AMOLED生產(chǎn)線落地，從而打破由三星壟斷的現(xiàn)有市場(chǎng)格局。華南理工大學(xué)旗下新視界公司研發(fā)出了全彩色柔性顯示屏，其中涉及包括柔性塑料襯底、利用自主的Ln-IZO氧化物半導(dǎo)體材料開(kāi)發(fā)的柔性氧化物TFT背板、OLED發(fā)光材料和器件，以及薄膜封裝等核心技術(shù)。

京東方于2015年1月15日提出OLED器件及其封裝的申請(qǐng)（CN104538562A），將石墨烯薄膜引入到OLED器件的封裝中，提高了OLED器件的封裝效果。深圳市華星光電技術(shù)有限公司于2017年5月26日提出的專(zhuān)利申請(qǐng)（CN107170902A），在降低器件水氧透過(guò)率的同時(shí)減小封裝薄膜的厚度，并可滿(mǎn)足柔性O(shè)LED面板的封裝要求；另外，有機(jī)緩沖層外圍依次設(shè)有吸水層及阻水層，進(jìn)一步提高了其水氧阻隔能力。如圖2所示，全球涉及柔性O(shè)LED封裝的專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)：

由圖2可以看出，全球各國(guó)家對(duì)柔性O(shè)LED顯示封裝技術(shù)的研究熱度有增無(wú)減，封裝工藝仍然是柔性O(shè)LED顯示領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

從目前三種柔性顯示技術(shù)來(lái)看，柔性LCD面臨的主要問(wèn)題體現(xiàn)在柔性襯底的背光設(shè)計(jì)、顯示視角顯示均勻性等方面。柔性EPD顯示的彩色化顯示是關(guān)注的問(wèn)題之一，另外EPD顯示的相應(yīng)速度較慢，因此在動(dòng)畫(huà)、視頻方面的應(yīng)用具有一定的局限性。柔性O(shè)LED目前面臨的關(guān)鍵問(wèn)題是OLED器件本身對(duì)水氧敏感，有效的封裝是研發(fā)的熱點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)于柔性顯示來(lái)說(shuō)，共性的問(wèn)題是柔性基板上的TFT器件的制備，采用OTFT替代TFT制作柔性電路，這種晶體管有更好的柔性，可采用噴墨打印技術(shù)批量生產(chǎn)，降低了成本，TFT器件的制備也是各大公司一直以來(lái)不斷研發(fā)和改進(jìn)的方向。

參考文獻(xiàn)

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