從技術角度來看，以塑膠為基礎的軟性顯示技術將會改變傳統玻璃基材的面板結構與材料系統，進而影響到目前的產業供應鏈，玻璃相關供應鏈在軟性顯示器的空間會被新的軟性膜材取代，這種由新材料、新結構帶動新製程對顯示器技術發展來說，無疑是一個革命性的里程碑。
本文從顯示器產品發展軌跡探索折疊顯示器與可撓性顯示器市場發展趨勢，進而確定未來OLED在顯示器技術勝出的機會，並從材料的觀點找出軟性基板與薄膜封裝技術應用於軟性顯示器的解決方案：以中性應力層結構來克服OLED脆性膜層避免應力破壞的特殊設計。另外，軟性OLED模組的圓偏光片、觸控模組與蓋板模組都因為可撓的需求而有重大的改變，本文也從這些改變分析探討未來諸多功能膜材發展的商機。
折疊手機成OLED顯示技術發展轉捩點
顯示器是人機介面，顯示器技術演進與應用產品對顯示需求有極密切的關係，陰極映像管(Cathode Ray Tube, CRT)時代，影像傳播剛起步，顯示技術發展以影像品質為優先，厚、重的特性雖然厭惡，但是別無選擇的接受，到了筆記型電腦時代，CRT的厚、重與耗電已經無法滿足產品需求，這提供了液晶顯示器(Liquid Crystal Display, LCD)技術發展的市場隙縫，使LCD能夠在這隙縫中逐漸成熟，最後取代CRT成為技術主流。
而有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode, OLED)正循著LCD取代CRT市場的模式，在可折疊的市場隙縫中找到取代LCD的絕對優勢，未來幾年，OLED技術將擴大折疊面板、捲曲面板的優勢，進而蠶食目前LCD的產品應用，2019年無疑是OLED顯示技術發展的轉捩點。
盱衡顯示器LCD與OLED兩大陣營對產能的布局不難看出市場未來的走向。在LCD方面，從1988年Sharp開發全世界第一個14吋TFT LCD起已經30年，生產製造的技術已經來到面板長寬3米以上的10.5/11世代廠，生產技術成熟，近來擴廠雖然緩下來，但是往後幾年累積的產能高達每年2億平方米以上。
在OLED方面，雖然從2001年新力(Sony)推出全彩13.3吋主動式大尺寸OLED面板，韓國大廠三星(Samsung)展出15吋全彩主動式OLED面板以來也近20年，在此期間，剛萌芽的OLED在市場上挑戰已經成熟的LCD，由於找不到獨特的產品定位，自然推廣極其辛苦，許多早期投入OLED的廠商包括:三洋電機、日本精機(Nippon Seiki)、東芝(Toshiba)、Seiko Epson、先鋒(Pioneer)等廠商紛紛退出，而友達、奇美等台廠則在以LCD為主軸的方向下，維持一定的研發與少量生產的能量。
韓廠三星在2010以自家手機為市場，讓OLED技術能夠正式大規模的推向產品；LG則以大型電視產品為市場，用高端市場的高價產品來取得新技術存活的空間。大陸面板產業雖然起步較晚，但是大陸廠商挾其市場與資金的優勢，在OLED領域急起直追。從2010年京東方在鄂爾多斯建立5.5代OLED生產線起，包括京東方、華星光電、天馬、維信諾、信利、和輝等均規劃投資OLED的生產線，且多數的產線具有柔性OLED產品的生產能力。
就目前既有與未來規畫的產能分析，可以看出未來產品市場的發展趨勢。圖1是平面顯示器的產能，由圖可以發現，未來幾年平面顯示器的年產能將高達3億平米以上，其中OLED占不到15%。
LCD由於技術成熟，生產成本低，因此產品價格低廉，在大尺寸的電視、中尺寸的監視器、筆電到小尺寸的手機面板、穿戴裝置等產品在價格上都有難以取代的競爭性；反觀OLED方面，生產技術仍然發展中，相對產能不到LCD的15%，產業鏈正在建立、設備建置昂貴、良率還爬升中，因此，生產成本高昂，價格競爭力有限。
在這種產業環境下，OLED只有找到一個LCD無法進入的產品市場，方得以生存下來，OLED可藉由這個獨有的市場空間使技術、產業鏈能有健全的發展機會，最後反過來競爭LCD的產品市場。折疊面板便是這個專屬OLED的市場區塊，因此，未來幾年，OLED將全力推展折疊面板的應用，藉由折疊面板甚至卷曲面板的產品來將LCD擠出市場，這種發展軌跡與LCD取代CRT相似。
行動裝置是折疊面板最適用的產品，手機市場成長已經趨緩，急需有新功能來刺激換機需求。訊息傳輸量大的5G在2019年開始上路，6~10吋平板大小的螢幕方能發揮大資訊量顯示的功能，在攜帶便利與大螢幕雙重功能需求下，折疊面板無疑是最理想的解決方案，況且折疊面板還有不易摔破的絕對優勢，OLED在可折疊面板的技術突破後，將致力推進「可撓」這個LCD無法染指的應用。
折疊手機無疑是當下最有機會發揮折疊面板特色的產品。圖2是市調機構DSCC在2018年發表不同面板的手機數量預測，圖中即預測可折疊手機從2019年開始上市，並且以每年近1倍的數量成長，而LCD則逐年下降。折疊手機從2013年三星推出概念機開始，都未見產品真正的商品化銷售，直到去年底大陸柔宇發布推出全球首台「可摺疊手機」上市消息，一時間，三星、小米、華為、蘋果等手機大廠都傳出折疊手機於2019年上市的新聞。
從面板技術的演進來看，折疊手機的實現是OLED技術從玻璃基板突破到塑膠基板的結果，面板曲面(Curved)、可彎曲(Bendable)、可摺疊(Foldable)、可捲曲(Rollable)的發展趨勢已經確立，未來OLED將以LCD無法折疊彎曲的特性勝出，並逐漸滲透取代LCD市場。
折疊面板技術突破 OLED成長逐漸上揚
顯示技術基本上分為自發光與不自發光兩大類如圖3所示。其中，LCD屬於不自發光顯示技術，其影像是靠液晶轉動來控制背光源的光線通過與否，而達到成像的目的。
當LCD折疊時，液晶受力扭曲，光的路徑受到影響而扭曲，因此當LCD折疊扭曲時，影像扭曲或是漏光等缺陷無法避免，雖然在小區域做些隔離可改善扭曲漏光，但是經過幾年的研發仍無可靠的產品上市。OLED是自發光的顯示技術，靠的是載子(電子與電洞)在發光層複合產生光線而成像，因此扭曲、彎折對發光影響極微，這些LCD與OLED在先天上成像機制的差異，就決定LCD在折疊或捲曲面板應用出局的命運。
OLED是以低溫多晶矽(Low Temperature Poly Silicon, LTPS)的薄膜電晶體(Thin Film Transistor, TFT)來驅動，LTPS在玻璃基板的製程技術已經非常成熟，因此，柔性OLED工程問題的關鍵在如何突破於軟性基板上製作LTPS的薄膜電晶體。
玻璃長久以來就是顯示器的關鍵性基材，LCD用玻璃的應變點(Strain Point)高達600℃以上，熱膨脹係數低，具有極佳的水氧阻絕性，是面板製程非常理想的基材，惟玻璃是剛性材料，楊式係數(Young's Modulus)高達80GPa，些微的應變即產生極大的應力，因此彎曲不易。
雖然降低玻璃材料厚度能使玻璃有一定程度的彎曲，但是即使薄到50um以下，仍然無法彎曲到折疊面板需求的曲率半徑，因此，對於折疊面板來說，薄玻璃無法滿足低曲率彎折的功能需求。
撇開玻璃材料，柔軟的塑膠材料是軟性顯示基板材料的希望，惟其基本的要求是塑膠基材必須在LTPS高溫製程有一定的安定性。玻璃轉化溫度(Glass Transition Temperature)是評量塑膠材料高溫安定性的一個指標，下圖4是常用塑膠材料的玻璃轉化溫度比較圖。
由圖可知，聚醯亞胺(Polyimide, PI)的玻璃轉化溫度高達400℃以上，可以滿足LTPS製程需求。PI是目前應用到高溫膠帶的材料，只是PI許多苯環的分子結構難以形成透明清澈的薄膜，透過分子的修飾，能夠改變PI的光學特性，透明清澈的PI(clear PI, cPI)材料開發成功是突破軟性顯示器的瓶頸，目前包括日本住友、韓國科隆、SKC等都有商品化的cPI材料。
以玻璃OLED製程為基礎，將玻璃當作cPI載體便可以應用目前已經成熟的OLED製程設備，最後再加上將cPI從玻璃取下的剝離製程(lift-off)就可以完成以cPI為基材的軟性OLED面板，其製程如圖5所示。三星於2013年底開始應用這個製程到Galaxy Round(2013/10)產品上。
剝離與取下是因應軟性基板所開發的製程與設備，利用UV雷射進行剝離的技術經過三星幾年來的驗證，已證實是軟性OLED可量產的技術。封裝製程(Encapsulation Process)是OLED的關鍵製程之一，OLED對於水、氧極其敏感，因此必須具有水氧阻隔達10-6(g/m2/day)以下的封裝技術，過去玻璃基板的OLED使用玻璃粉(Frit)來封裝，玻璃水氧阻隔性能遠低於10-6(g/m2/day)，但是改成cPI基板後，cPI的水穿透率只有100左右，因此必須有可靠的水氧阻隔層。
三星以過去Vitex的有機薄膜/無機薄膜多層交疊的薄膜封裝為基礎，開發獨特有效的薄膜封裝技術，來滿足水氧阻隔的需求。只是無機薄膜仍為易脆的陶瓷材料，因此開發具有可撓性的封裝材料有極大的商機，是目前軟性OLED材料開發的重要項目之一。
將容易受應力破壞的疊層置於彎曲應力中性層，是解決脆性材料彎曲破壞的另一個方案。當材料受彎曲應力時，外層的材料受的是拉伸應變(Tensile Strain)，而內層材料受的是壓縮應變(Compressive Strain)，如圖6所示。
應變的大小與位置有關，在表面的位置，拉伸應變最大，隨著距離往內，拉伸應變逐漸變小；而在最內層表面，壓縮應變最大，往內則逐漸變小，因此當材料彎曲變形時，中間會有一個位置應變為零，稱為機械中性面(或軸)(Mechanical Neutral Plan, NP)，將OLED封裝結構置於NP處可把脆性材料的應力破壞降到最低，NP的位置與多層結構中的各材料機械特性有關，這提供了一個在多層結構中開發緩衝層的材料商機。
透明cPI基板與薄膜封裝在材料、製程與相關設備上突破軟性面板製作瓶頸，使可折疊面板得以商品化；再加上手機市場競爭求變的市場契機，造就一個軟性OLED可以獨有的折疊手機市場，折疊面板會搭著這個折疊手機產品平台，使技術逐漸成熟，並在此建立具有經濟競爭力的產業鏈，將產品從小尺寸的手機、擴展到中大尺寸的筆電、電視，進而逐步滲透侵蝕LCD的市場空間。
軟性透明導電膜扮要角
具導電與光穿透的透明導電膜是光電產品的重要基礎材料，氧化銦錫(Indium Tin Oxide, ITO)是目前應用於顯示器的透明導電膜，但ITO是具脆性的氧化物，無法承受面板彎曲所產的應力，因此軟性透明導電膜是近年來軟性光電產品亟欲突破的瓶頸。從材料的物理特性來看，能具有軟性透明導電膜的材料有金屬薄膜、導電高分子、導電碳材、與金屬網等如圖7所示。
針對OLED面板模組而言，應用透明導電膜有觸控與OLED的陽極兩個部分(圖8)，在OLED陽極部分，ITO特性對OLED的發光效率與壽命有極大的關聯性，因此以軟性透明導電膜取代ITO仍在研發中，短期內不易被取代。但是在觸控面板部分，OLED的膜層只有百奈米等級，寄生電容與訊號干擾問題嚴重，符合柔性、高導電度的金屬網格或是奈米銀線透明導電膜無疑是折疊面板觸控模組理想的解決方案。
三星是將金屬網格製作於薄膜封裝之上，而維信諾與京東方都發表以奈米銀線為導體的OLED觸控模組，奈米銀線觸控面板成功的解決了折疊手機的可撓性觸控問題(圖9)。
軟性觸控是折疊手機必備的輸入裝置，不管是外掛(Out Cell)或是內嵌式都必須具可撓特性，在技術上已證實金屬網格與奈米銀線都可以符合需求，但是這兩個方案取決於軟性OLED廠生產邏輯規畫，若OLED廠生產技術成熟，希望以內嵌方式降低模組厚度，則會選擇以金屬網格製作於薄膜封裝或其他膜層之上，若OLED廠生產良率仍在調整中，則比較傾向選擇外掛式奈米銀線觸控模組。
改變供應鏈的整合性功能膜
為了符合折疊的功能需求，以塑膠材料取代玻璃，並且儘量將模組薄化是折疊面板帶來的新商機。圖10是三星以軟性OLED面板為基礎，固定曲面的手機結構圖，此結構從2013年起商品化，但是應用到折疊面板，許多功能膜就需改變，也帶來許多商機。
首先，最外面的蓋板玻璃(Cover Glass)必然要以可撓曲的塑膠基材取代，蓋板玻璃承載著耐磨、耐刮、抗汙、抗反射、抗眩光等功能，因此，取代蓋板的塑膠基材，除了在可見光範圍內具有高光穿透性是基本需求外，仍需以加工的方式來達到上述的功能。
高光穿透度的cPI是理想的蓋板材料之一，但是塑膠材料質軟不耐刮磨，因此具可撓性，並且表面硬度達9H的塗布材料是一個重要的關鍵材料，高硬度與可撓性是兩個相悖的物理參數，所以開發具有可撓性，高硬度的塗佈材料有一定的困難度，目前這些材料大都掌握在日本、韓國公司。
圓偏光片(Circular Polarizer)是折疊OLED面板模組薄化的瓶頸，由於OLED的陰極為金屬，會反射外界光源造成對比度下降，圓偏光片即利用光線通過90度(Linear polarizer, LP)與45度的偏極化(Quarter Wave Film, QWF)來消弭外界光反射作用(圖11)。
傳統的圓偏光片是兩片三醋酸纖維素(Triacetate Cellulose, TAC)光學膜中夾入具有90度光偏極化作用的聚乙烯醇(Polyvinyl Acetate, PVA)膜層，再貼上具有45度偏極化的膜層，加上感壓黏著層(Pressure Sensitive Adhesive, PSA)，總厚度達100um，因此要薄化首先可以將45度偏極化材料QWF直接塗布到LP上，這樣至少可以降30~40um。更薄的圓偏光片有Light Polymers 2017年發表厚度僅45µm；工研院也開發塗布型的圓偏光片，厚度僅達30µm。
蓋板膜、圓偏光片、觸控等功能膜是以光學膠(Optical Clear Adhesive, OCA)來貼合，每一層OCA厚度20~50µm，因此，為了降低模組的厚度，將功能膜整合而減少OCA的層數是未來發展的方向，前述BOE即將奈米銀線觸控整合到圓偏光片上，友達與SEL將觸控整合到彩色濾光片上(圖12、13)這可以減少OCA的貼合來達到降低厚度的目的。
這些整合性的功能膜會改變過去玻璃OLED面板的產業鏈關係，過去三星玻璃基板的OLED製程是以玻璃蓋板作為封裝，因此觸控面板就作在玻璃面板，其製程如圖14所示，其中上板封裝玻璃的觸控層委由觸控廠加工，屬於外購零件，作為OLED製程材料的一部份，但這個供應鏈到軟性OLED就因為觸控功能整合到薄膜封裝而改變。
對於軟性OLED，三星採用On-cell的方式，將觸控置於薄膜封裝之上，稱為Y-OCTA結構(YOUM On-cell Touch AMOLED, Y-OCTA)，其製程如圖15所示，對於元件結構來說，因少了一個觸控貼合流程，進而降低模組厚度，但如此一來，外包的觸控供應鏈即隨之改變。
功能整合膜造成產業鏈變化會在折疊面板技術成熟，開始計較成本下降時逐漸發酵，另一方面當OLED走向折疊面板，因模組材料的改變，也會衍生許多新的商機。
首先，蓋板玻璃改成塑膠基材，就衍生出必要的可撓硬化塗層加工，其次，圓偏光片、觸控的整合甚至圓偏光片、觸控、蓋板的整合都有助於強化折疊面板的折疊功能，這些整合都剛起步，以塗布技術為核心的光學膜廠有機會結合相關技術將來提供整合性超薄的功能膜(All-in-one Ultra-thin Functional Film)。這些整合除了可以因薄化而強化折疊功能外，也藉由材料系統的簡化而能大幅降低製造成本，增加折疊面板市場競爭力。
OLED技術漸成熟 柔性面板商機起
在手機市場趨於飽和，手機廠商亟欲以新功能驅動市場的機緣，加上5G通訊的崛起，致使OLED技術找到一個可以「折疊面板」來擺脫LCD競爭的市場空間。
以cPI為基板的OLED面板以累積近5年的產品經驗，在軟性基板、軟性薄膜封裝技術逐漸成熟，對應於折疊面板的模組包括軟性觸控、超薄圓偏光片、可撓蓋板等材料解決方案逐漸成型，並開始進行優化之際，折疊面板無疑可以帶來許多新商機，期盼產業界能在LCD面板產業的基礎上掌握材料、設備在折疊面板崛起的新契機，開拓柔性顯示面板的新商機。
