柔性顯示裝置技術分支及專利分析

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備的柔性液晶顯示器（FLCD）、柔性電泳顯示器（FEPD）、柔性有機電致發(fā)光顯示器（FOLED）這三個主要技術分支及其運作原理，分析了目前發(fā)展趨勢和技術難點，最后綜合上述幾個方面總結(jié)了目前柔性顯示技術需要解決的問題，并從現(xiàn)有專利申請情況的角度分析了未來發(fā)展方向。

關鍵詞：柔性顯示；FLCD；FEPD；FOLED；專利申請

中圖分類號：TH165 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）19-0074-02

1 柔性顯示裝置簡介

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)換互逆的兩個過程的器件，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)的有機化合物，具有各向異性的光學特性，對外界的電場磁場和溫度感覺靈敏。筆者使用VEN專利庫并將檢索時間截止至2018年8月14日對專利申請數(shù)據(jù)進行分析。如圖1所示，涉及柔性液晶顯示的申請人國別及地區(qū)分布。

由圖1可以看出，日本、韓國、中國、美國、中國臺灣地區(qū)的申請量占據(jù)較大比重，日本在柔性液晶顯示的領域占有一定的領先優(yōu)勢。

柔性LCD一直面臨的問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]。通過將膽甾液晶形成為聚合物微滴分散體，使材料對壓力和剪切不敏感，以使得顯示器上的圖像不容易通過撓曲基底而清除[3]。

美國肯特顯示器公司于2005年1月24日申請了一種液晶顯示器的發(fā)明專利（公開號：CN1993725A）公開了可懸垂織物上的膽甾反射型顯示器，通過組合電極與平面化層的功能來有利地減少層的數(shù)目。Aastuen和Wenz的發(fā)明專利（公告號：US5699139B）提出顯示器具有用來顯示信息的有源區(qū)和毗鄰有源區(qū)的一個無源區(qū)。無源區(qū)包括用來減低顯示器內(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產(chǎn)生和對應的凸起彎折相同的壓力，還有許多與對稱概念相聯(lián)系的其它類似作用，這是簡單的減壓結(jié)構(gòu)沒有考慮到的。Greene和Krusius的國際專利申請 PCT/US00/05756，“Compensation for edge effects and cell gap variation in tiled flat-panel，liquid crystal displays”公開了用來校正變色和亮度變化的程序，使絕對亮度和色度值與相應的標稱值匹配，但沒有考慮到柔性液晶顯示器在正常工作過程中要承受的溫度或壓力變化也會改變亮度和色彩等級這一事實。

理想狀況下，整個液晶盒的盒厚d應是相同的，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CN103969896B），其包括相互對盒的第一柔性基板和第二柔性基板，以及在兩個基板之間填充的藍相液晶。當面板發(fā)生彎曲時，液晶盒的厚度發(fā)生變化也不會對顯示效果影響很大，進而可以解決液晶盒厚度不均引起顯示效果差的問題。廈門天馬微電子于2017年12月27日提出的發(fā)明專利（公開號CN106842661A）改善了柔性/曲面/可撓曲/可折疊液晶顯示器在彎曲時其上下基板的錯位以及液晶盒厚度的不均勻的問題。并于2017.10.24提出的發(fā)明專利（公開號CN107728362A）利用石墨烯膜層的透光率高的特性，將石墨烯膜層設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，避免局部高溫而導致的顯示問題，由此可見，柔性LCD面臨的主要問題體現(xiàn)在柔性襯底的背光設計、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?？稍陔妶鲋幸苿拥脑恚ㄟ^電極間帶電物質(zhì)在電場作用下的運動實現(xiàn)色彩交替顯示，以一個電泳單元為一個像素，將電泳單元進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。電泳顯示技術由于結(jié)合了普通紙張和電子顯示器的優(yōu)點，最有利于實現(xiàn)電子紙張產(chǎn)業(yè)化的技術。掌握電泳顯示技術的電子紙生產(chǎn)廠商主要包括：E-Ink、美國SIPIX、日本Bridgestone和廣州奧熠電子。

E-Ink微膠囊電泳技術的每個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，閱讀時更貼近真正的紙張，缺點是不夠堅固強韌，無法承受重壓。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，具有較佳的機械和電氣特性，承受重壓也不會損壞，缺點是光反射率稍差。

柔性EPD是利用發(fā)光的電子墨水薄層來實現(xiàn)顯示，可通過微膠囊內(nèi)封裝有可用于顯示紅、綠、藍色的至少一種量子點實現(xiàn)彩色顯示。此外，電泳顯示器電泳發(fā)生時，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)、外加電場大小、電極間距離來決定，并影響響應速度。SIPIX公司于2013年提出的發(fā)明專利（公開號US2014078576A）：包含非流動相或半流動相和帶電顏料顆粒的電泳液，非流動相或半流動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比度。

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

2.3 柔性有機電致發(fā)光顯示器（FOLED）

OLED即有機發(fā)光二極管，采用非常薄的有機材料涂層和玻璃基板，當有電流通過時，這些有機材料就會發(fā)光，OLED顯示屏幕可視角度大響應速度快且能顯著節(jié)省電能。

OLED顯示方式以其畫面質(zhì)量高、響應速度快、加工工藝簡單、抗撓曲性優(yōu)良等優(yōu)點成為柔性顯示領域主流的發(fā)展趨勢，LG、三星已初步實現(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。

OLED所涉及的電子元件與空氣和水接觸后容易產(chǎn)生氧化反應導致電路短路或者故障，所以封裝至關重要。對于剛性OLED來說，薄膜封裝技術有著減輕顯示器重量、降低成本的優(yōu)勢，典型代表是Barix技術。薄膜封裝材料通常采用對水氧具有高阻隔性的水汽阻隔膜。當顯示器彎曲時，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。對此，有源矩陣有機發(fā)光二極體面板（AMOLED）顯示技術有望解決這一難題。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發(fā)光二極管智能手機，之后這兩家公司不斷改進適用于智能手機、智能手表、健身追蹤器的柔性屏幕。

從中國目前的發(fā)展情況來看，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)有市場格局。華南理工大學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氧化物半導體材料開發(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。

京東方于2015年1月15日提出OLED器件及其封裝的申請（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有限公司于2017年5月26日提出的專利申請（CN107170902A），在降低器件水氧透過率的同時減小封裝薄膜的厚度，并可滿足柔性OLED面板的封裝要求；另外，有機緩沖層外圍依次設有吸水層及阻水層，進一步提高了其水氧阻隔能力。如圖2所示，全球涉及柔性OLED封裝的專利申請趨勢：

由圖2可以看出，全球各國家對柔性OLED顯示封裝技術的研究熱度有增無減，封裝工藝仍然是柔性OLED顯示領域的研究熱點。

3 結(jié)語

從目前三種柔性顯示技術來看，柔性LCD面臨的主要問題體現(xiàn)在柔性襯底的背光設計、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注的問題之一，另外EPD顯示的相應速度較慢，因此在動畫、視頻方面的應用具有一定的局限性。柔性OLED目前面臨的關鍵問題是OLED器件本身對水氧敏感，有效的封裝是研發(fā)的熱點。同時，對于柔性顯示來說，共性的問題是柔性基板上的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不斷研發(fā)和改進的方向。

參考文獻

[1]曾文波等.PET基超薄柔性LCD的研制[J].科技創(chuàng)新與應用，2016，（29）：80-80.

[2]張?zhí)煲?膽甾型液晶顯示技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展[J].液晶與顯示，2011，26（6）：741-745.

[3]顧俊.柔性液晶顯示器件的制備及盒厚控制研究[D].復旦大學，2012，（09）：33-34.