柔性顯示器概念性樣機(jī)及專利最新進(jìn)展

徐　亨，陳妤紅，高陽光，何　丹，于　潔，申　超，劉繼延，尤慶亮*

（1.江漢大學(xué)　a.柔性顯示材料與技術(shù)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心；b.光電化學(xué)材料與器件教育部省部共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；c.化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院；d.交叉學(xué)科研究院，湖北武漢430056；2.華爍科技股份有限公司，湖北武漢430074；3.武漢天馬微電子有限公司，湖北武漢430079）

柔性顯示器概念性樣機(jī)及專利最新進(jìn)展

徐亨1a，b，c，陳妤紅1a，2，高陽光1d，何丹1a，b，c，于潔1a，b，2，申超1a，3，劉繼延1a，b，c，尤慶亮*1a，b，c

（1.江漢大學(xué)a.柔性顯示材料與技術(shù)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心；b.光電化學(xué)材料與器件教育部省部共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；c.化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院；d.交叉學(xué)科研究院，湖北武漢430056；2.華爍科技股份有限公司，湖北武漢430074；3.武漢天馬微電子有限公司，湖北武漢430079）

摘要：柔性顯示器又稱為可卷曲顯示器，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。近年來，柔性顯示器以其薄、輕、柔的特點(diǎn)受到越來越多的關(guān)注和青睞，柔性顯示技術(shù)已成為顯示行業(yè)最具競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)展趨勢(shì)之一。從產(chǎn)品和專利兩個(gè)方面介紹了柔性顯示技術(shù)領(lǐng)域幾種最新的應(yīng)用與突破性設(shè)計(jì)，并結(jié)合本中心目前的研究工作介紹了柔性顯示器的關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，最后對(duì)柔性顯示技術(shù)未來的發(fā)展作了展望。

關(guān)鍵詞：柔性顯示技術(shù)；概念樣機(jī)；專利

柔性顯示器又稱為可卷曲顯示器，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。柔性顯示器近年來發(fā)展迅速，已是顯示技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，三星、蘋果、LG等大型公司均在研究柔性顯示技術(shù)的商業(yè)化和量產(chǎn)，其中LG已經(jīng)率先實(shí)現(xiàn)了柔性顯示屏的量產(chǎn)。

柔性顯示技術(shù)具有輕、薄、柔軟的特點(diǎn)，在某些已有的產(chǎn)品市場(chǎng)具有潛在的替代優(yōu)勢(shì)，如手機(jī)、車載顯示、眼鏡、手表等應(yīng)用市場(chǎng)；還有許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，如電子紙、電子顯示卡、電子貨架標(biāo)簽、可穿戴顯示器等。就目前的情況看，可以實(shí)現(xiàn)商品化的柔性顯示領(lǐng)域主要集中在手機(jī)、電視和電子紙等方面?？偠灾?，隨著柔性顯示技術(shù)成熟，柔性屏實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和應(yīng)用將會(huì)出現(xiàn)翻天覆地的變化。

筆者從研究成果和專利兩方面介紹了國(guó)內(nèi)外一些最新的柔性顯示技術(shù)的應(yīng)用，并對(duì)柔性顯示技術(shù)未來的發(fā)展作了展望。

1　柔性顯示器的最新研究成果

2012年4月，韓國(guó)LG宣布開始量產(chǎn)世界上首款柔性e-ink顯示屏，此顯示屏為6英寸屏，分辨率為1 024×768，重量為14 g，僅為同尺寸的玻璃顯示屏的一半，厚度為0.7 mm，比玻璃顯示屏薄30％，據(jù)稱該屏幕使用的是傳統(tǒng)的薄膜晶體管加工工藝。

2013年10月，三星推出了全球首款曲面屏手機(jī)Galaxy Round，其最大的特色是配有5.7英寸FHD（全高清）曲面屏，具備左右對(duì)稱彎曲的弧度，用戶在接聽電話時(shí)更貼臉型、更舒適。同年11月份，LG也發(fā)布了柔性手機(jī)G Flex，G Flex采用了LG自家的6英寸柔性O(shè)LED（有機(jī)電激光顯示）面板，配合曲面電池，該手機(jī)可上下彎曲成一個(gè)弧形。Galaxy Round與G Flex（見圖1）兩款產(chǎn)品最大的差別還是在柔性屏幕的彎曲方向，整體上來說，兩款產(chǎn)品不同的彎曲曲線都是為了使消費(fèi)者在操作手機(jī)時(shí)更加便捷和舒適［1］。

圖1　三星Galaxy Round和LG G Flex曲面屏手機(jī)Fig.1 Flexible screens mobile phone of Samsung Galaxy Round and LG G Flex

2013年6月，LG在全球率先發(fā)售55寸OLED電視，型號(hào)為55EA9800，成為OLED電視市場(chǎng)化的先驅(qū)，這款柔性曲面OLED電視已經(jīng)在韓國(guó)本土及美國(guó)等地區(qū)上市，這款產(chǎn)品厚度只有4.3 mm，重量則為17 kg，具有IMAX（最大影像）的包圍感顯示。2014年1月7日LG在國(guó)際消費(fèi)電子產(chǎn)品展（CES 2014）上發(fā)布了77英寸柔性有機(jī)EL電視［2］。這款電視具有可以調(diào)整曲率的特點(diǎn)，以達(dá)到最佳的觀看效果。三星也在CES上展示了一款85英寸的OLED柔性電視，通過遙控器控制變換模式后，電視的內(nèi)邊便會(huì)進(jìn)行曲面調(diào)整，與外部的金屬邊框分離形成一定的角度，從而達(dá)到曲面的狀態(tài)［3］。

諾基亞和半導(dǎo)體能源研究所的全資子公司Advanced Film Device于2014年6月，展示了全新OLED柔性屏，此柔性顯示屏竟能夠經(jīng)得住10萬次折疊（見圖2）［4］。

圖2　諾基亞和Advanced Film Device展示的OLED柔性屏Fig.2 OLED flexible screens of Nokia and Advanced Film Device

國(guó)外各大IT巨頭在柔性顯示領(lǐng)域都取得一些重要的研究成果，我國(guó)也取得了一些突破性的研究進(jìn)展。2013年12月，京東方研發(fā)出了9.55英寸基于Oxide TFT背板技術(shù)的AMOLED柔性顯示屏，屏厚度小于200 μm，可彎曲曲率半徑小于20 μm［5］。2014年1月，維信諾推出了3.5英寸的低溫多晶硅（LTPS）柔性AMOLED全彩顯示屏，厚度為22 μm，彎曲半徑小于5 mm，重量不足2.2g。京東方和維信諾的技術(shù)水平在一定程度上打破韓國(guó)在柔性顯示領(lǐng)域的技術(shù)壟斷［6］，但與三星、LG等國(guó)際領(lǐng)先顯示面板廠家相比，在產(chǎn)品尺寸和生產(chǎn)技術(shù)方面存在一定差距。

2　從專利申請(qǐng)看最新概念性柔性顯示器的新進(jìn)展

2011年，京東方科技集團(tuán)有限公司申請(qǐng)了“一種筆式移動(dòng)終端”的專利［7］，如圖3所示，筆殼（100）中有一卷軸，柔性顯示屏（400）卷曲在筆殼中的卷軸（300）上。該筆式移動(dòng)終端攜帶方便，不僅可以作為通訊工具，還可以作為書寫工具。

圖3　專利“一種筆式移動(dòng)終端”示意圖Fig.3 Patent of a pen-style mobile terminal

2012年6月，LG申請(qǐng)的“移動(dòng)終端及其3D圖像顯示方法”專利［8］介紹了一種能對(duì)3D圖像實(shí)現(xiàn)隱私保護(hù)和共享的移動(dòng)終端。如圖4所示，當(dāng)設(shè)置隱私模式時(shí)，顯示器的邊緣部分會(huì)根據(jù)側(cè)面用戶的位置以特定角度折疊或卷起，折疊角度或卷起長(zhǎng)度可根據(jù)用戶輸入來調(diào)整。

圖4　專利“移動(dòng)終端及其3D圖像顯示方法”的示意圖Fig.4 Patent of mobile terminal and its 3D display

2012年11月，維信諾申請(qǐng)了題為“一種具有柔性顯示畫面的容器”的專利［9］，該專利設(shè)計(jì)了一種容器，容器本體上設(shè)置有柔性顯示屏及控制顯示屏顯示的控制電路板。顯示屏可對(duì)外顯示不同的圖像，使容器的趣味性更強(qiáng)。此外，容器中還設(shè)有溫度傳感器，不同的溫度可顯示不同的圖像，這使得使用者可以直觀判斷水的溫度，以方便飲用。

2012年12月，王良波申請(qǐng)了“一種柔性顯示系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法”的專利［10］。該發(fā)明提供了一種既能進(jìn)行通信又能辦公的便攜式電子產(chǎn)品，此柔性顯示屏上設(shè)置有高清晰度多媒體（HDMI）接口，通過HDMI接口實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端和柔性顯示器間的信息交互。此柔性顯示器使用了磷光性O(shè)LED技術(shù)，具有低功耗，直接可視柔性面板的優(yōu)點(diǎn)，便于攜帶（見圖5）。

圖5　專利“一種柔性顯示系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法”的示意圖Fig.5 Patent of a flexible display system and its realization

2013年4月，三星申請(qǐng)了“柔性顯示裝置及其控制方法”的專利［11］。在所述柔性裝置中新增了存儲(chǔ)設(shè)備，可以將柔性顯示屏的形變信息先存儲(chǔ)起來，當(dāng)檢測(cè)到信息后相應(yīng)的變形姿勢(shì)就會(huì)被執(zhí)行（見圖6）。

圖6　專利“柔性顯示裝置及其控制方法”的示意圖Fig.6 Patent of flexible display device and its control method

近日，與此專利相類似的研究成果已經(jīng)被報(bào)道，來自Queens大學(xué)人類媒體實(shí)驗(yàn)室的研究者成功研發(fā)了一款名為“More Phone”的柔性顯示屏原型［12］。這款柔性顯示屏原型機(jī)很獨(dú)特，它可以通過彎曲程度來提醒用戶電話、短信等不同的通知。

2013年4月LG申請(qǐng)了“移動(dòng)終端及其控制方法”的專利［13］。當(dāng)移動(dòng)終端打開一個(gè)應(yīng)用時(shí)，柔性顯示裝置會(huì)響應(yīng)于應(yīng)用中發(fā)生的事件，給出至少一種彎曲形變指南，傳感器感測(cè)到柔性顯示單元的彎曲后，由控制器來控制顯示單元，根據(jù)感測(cè)到的結(jié)果在柔性顯示單元上輸出與事件相對(duì)應(yīng)的信息（見圖7）。

圖7　專利“移動(dòng)終端及其控制方法”示意圖Fig.7 Patent of mobile terminal and its control method

三星于2013年5月申請(qǐng)了“顯示設(shè)備”的專利［14］。專利中所述的柔性顯示屏主要用于大尺寸平板顯示，很好地解決了觀看者很少注意到屏幕邊緣的問題。如圖8所示，觀看者V位于柔性顯示屏的正中間，在平直模式FM下觀看者V與顯示屏邊緣110 c或110 d的距離r大于在彎曲模式CM下觀看者V與顯示屏邊緣110 c的距離R，該顯示設(shè)備通過將平直模式FM切換到彎曲模式CM可以縮短觀看者V與顯示屏邊緣間的距離，因此可提高觀看者V的注意力。

圖8　專利“顯示設(shè)備”的示意圖Fig.8 Patent of display device

2013年7月，LG在其申請(qǐng)的“終端及其控制方法”專利中介紹了一種便攜式柔性穿戴設(shè)備及其控制方法［15］。柔性設(shè)備通過感測(cè)器感測(cè)到手腕和穿過手腕的肌腱中的運(yùn)動(dòng)特征來執(zhí)行與之匹配的功能的控制信號(hào)（見圖9）。

圖9　專利“終端及其控制方法”的示意圖Fig.9 Patent of terminal and its control method

2014年初，美國(guó)專利和商標(biāo)局通過了一項(xiàng)蘋果公司在2013年7月申請(qǐng)的“柔性顯示屏”專利［16］，這份專利中蘋果描述了采用柔性O(shè)LED顯示屏打造包裹式設(shè)備，在不犧牲強(qiáng)度的情況下增加功能。專利中描述的技術(shù)是通過彎曲顯示屏側(cè)面來實(shí)現(xiàn)消除邊框的目標(biāo)，iPhone、iPad和MacBook產(chǎn)品線都可能使用這種技術(shù)。

3　總結(jié)及展望

近年來，在柔性顯示領(lǐng)域，研究成果與產(chǎn)業(yè)化方面都取得飛速的進(jìn)展。無疑，三星、LG、蘋果、上海天馬、京東方、維信諾等行業(yè)巨頭對(duì)柔性顯示技術(shù)的研究主要集中在手機(jī)、PAD、電視和可穿戴設(shè)備等移動(dòng)終端。而柔性化顯示前景最被看好的技術(shù)方案是采用OLED顯示，OLED方式以其畫面質(zhì)量高、響應(yīng)速度快、加工工藝簡(jiǎn)單、抗撓曲性優(yōu)良、驅(qū)動(dòng)電壓低等優(yōu)點(diǎn)成為了柔性顯示領(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，上海天馬、京東方、維信諾已陸續(xù)推出柔性顯示樣機(jī)，柔性顯示作為下一代主流顯示技術(shù)煥發(fā)出勃勃生機(jī)。但是，我們也應(yīng)該看到，柔性顯示領(lǐng)域目前還存在一些問題。

1）材料與工藝。彩色高分辨率的柔性顯示主要實(shí)現(xiàn)模式是OLED技術(shù)，柔性O(shè)LED顯示有底發(fā)射與頂發(fā)射兩種模式：底發(fā)射采用的是透明的聚酰亞胺（polyimide，PI）塑料基底，目前從事這方面專門研究的有江漢大學(xué)柔性顯示材料與技術(shù)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心與中科院北京化學(xué)研究所，這兩家單位制備的高透明性PI小試樣品已基本符合要求；頂發(fā)射的塑料也采用PI，但是對(duì)透明性要求不高，主要對(duì)耐熱性和穩(wěn)定性有嚴(yán)格要求。漢江大學(xué)柔性顯示材料與技術(shù)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心已經(jīng)取得了良好進(jìn)展，且工作得到863項(xiàng)目的支持，但是PI漿料的工藝適用性如何仍需要相關(guān)顯示面板企業(yè)的進(jìn)一步驗(yàn)證。另一方面大部分塑料襯底與無機(jī)材料（如玻璃）相比不夠致密，阻水、阻氧特性比較差都沒有足夠能力充分阻擋水蒸氣和氧氣的滲透，當(dāng)水和氧氣滲透進(jìn)來后，OLED器件的光電特性就會(huì)急劇衰退，這是制約顯示器使用壽命和顯示效果的重要因素，因此在柔性顯示器件封裝工藝方面仍需要通過CVD的工藝在PI基底上加一層更為致密的無機(jī)涂層以提高器件的阻水、阻氧特性，從而提高器件壽命。目前柔性顯示屏雖已實(shí)現(xiàn)低曲率的卷曲，但還不能折疊，未來的顯示面板的需求希望實(shí)現(xiàn)任意折疊，外形會(huì)更多變，這對(duì)基板及顯示技術(shù)的要求也進(jìn)一步提升。

2）柔性顯示屏的成本及產(chǎn)業(yè)化。受限于材料、技術(shù)、設(shè)備及廠商集中度高等原因，目前用于手機(jī)的OLED面板成本高出同尺寸LCD（液晶顯示）面板70％，大尺寸OLED面板成本與LCD相比差距更大；而基于OLED技術(shù)的柔性顯示面板目前價(jià)格則更高。雖然世界各大IT巨頭紛紛都在布局柔性顯示屏的量產(chǎn)，但考慮到技術(shù)尚不成熟、良品率低、產(chǎn)業(yè)配套不完善等問題，使得廠商推出的采用柔性顯示屏的終端產(chǎn)品價(jià)格居高不下，蘋果最新推出的i-WATCH只采用了一小塊微彎曲的柔性屏，預(yù)售價(jià)格高達(dá)4 188～6 450元，除了i-WATCH新穎設(shè)計(jì)帶來的高價(jià)格，柔性屏的高價(jià)格也是重要因素；過高的生產(chǎn)成本和終端價(jià)格將在一定程度上影響市場(chǎng)需求的大規(guī)模爆發(fā)式增長(zhǎng)。相信隨著柔性顯示屏出貨量的不斷提高，廠商會(huì)在3～5年大大降低其生產(chǎn)成本。

3）包裝設(shè)計(jì)。當(dāng)柔性顯示產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化后，如何使其快速被消費(fèi)者接受也是一個(gè)很重要的問題。隨著柔性顯示技術(shù)的日益成熟，柔性顯示行業(yè)不應(yīng)僅僅停留在概念上，而是去開發(fā)真正能夠給消費(fèi)者帶來方便的應(yīng)用領(lǐng)域，如電子顯示卡、電子貨架標(biāo)簽、可穿戴電子產(chǎn)品等；去設(shè)計(jì)真正能迎合消費(fèi)者個(gè)性化、功能化需求的柔性顯示產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)（References）

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［13］LG.移動(dòng)終端及其控制方法：中國(guó)，201310121550［P］.2013-04-09.

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［16］Apple Inc.Flexible Displays.US：2014042406［P］.2014-02-13.

（責(zé)任編輯：葉冰）

Progress of Patents and Conceptual Prototype of Flexible Displayer

XU Heng1a，b，c，，CHEN Yuhong1a，2，GAO Yangguang1d，HE DAN1a，b，c，YU Jie1a，b，2，SHEN Chao1a，3，LIU Jiyan1a，b，c，YOU Qingliang*1a，b，c
（1.Jianghan University a.Flexible Display Mater & Tech Co-Innovation Center of Hubei；b.Key Laboratory of Optoelectronic Chemical Materials and Devices of Ministry of Education；c.School of Chemistry and Enviromental Enginering；d.Institute of Interdisciplinary Research，Wuhan 430056，Hubei，China；2.Haiso Technology Co.，Ltd.，Wuhan 430074，Hubei，China；3.Wuhan Tianma Microelectronics Co.，Ltd.，Wuhan 430079，Hubei，China）

Abstract：Flexible displayer is also named curlable displayer，which is produced by flexible materials such as ultra-thin glass，plastics and metal foils to form the visual flexible panel.In recent years，flexible displayers attacted more and more attention and focus due to their features such as thin，light and flexible.The flexible display technology has become one of the most competitive trend for display industry.The latest applications and the breakthrough designs on flexible display technology are briefly introduced from both patents and products，the key technology and the industrial progress of flexible displayer are introduced combined with the research in our center，and a development prospect is given out.

Keywords：flexible display technology；conceptual prototype；patent

*通訊作者：尤慶亮（1976—），男，副研究員，博士，研究方向：光電化學(xué)材料。E-mail：qingliang.you@jhun.edu.cn

作者簡(jiǎn)介：徐亨（1991—），男，碩士生，研究方向：UV光固化材料、柔性基板材料及柔性顯示關(guān)鍵技術(shù)。

基金項(xiàng)目：國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）（2015AA033406）

收稿日期：2014 - 11 - 04

DOI：10.16389/j.cnki.cn42-1737/n.2015.03.004

中圖分類號(hào)：TH165

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-0143（2015）03-0215-06