可撓式OLCD蔚為顯示市場超新星
雖然可撓式OLED現已廣泛地應用在智慧手機和手表等產品中的旗艦級款式，但直到最近，還沒有一種低成本的替代產品可以為需要大面積顯示器的其他主流應用(例如智慧家庭設備、車載顯示器和數位電子看板)提供曲面顯示器。然而，可撓式有機LCD(OLCD)技術的最新發展為更廣闊的顯示器市場開啟了一全新的設計自由度。與使用玻璃基板的LCD不同，OLCD使用有機材料而不是非晶矽(Amorphous Silicon, a-Si)電晶體。生產這些有機電晶體所需的溫度要低得多，因此可以使用薄至40微米的可撓式生物基材，例如三醋酸纖維素(Triacetyl Cellulose, TAC)。貼合且可塑的輕薄OLCD就是採用這種做法的成果，它不僅無損其光學性能，並且具有與玻璃LCD相同的延展性。
OLCD不僅提供了更好的美觀性，其可撓性可藉由向下折疊顯示器後面的邊框而實現超窄邊框的設計。對筆記型電腦和平板電腦等應用而言，這種特性很有價值，因為在這些應用中，無邊框意謂著相同尺寸的設備可具有更大的顯示螢幕。OLCD技術還能夠製造具有真正畫素級調光功能的超高對比雙單元顯示器(Dual Cell Display)，進而以低於OLED的成本提供類似OLED的性能。與玻璃顯示器相比，極薄的OLCD基板在成本、視角和模組厚度方面均具有優勢，同時還保留了表面整合式(Surface-integrated)汽車顯示螢幕等應用所需的螢幕靈活性。
這項新技術代表了顯示器產業的一大進展，OLCD在亞洲地區走向大規模生產，並且首次可在可撓式基板上生產大型和小型的顯示器(圖1)。
低溫製造漸為基板生產趨勢
從玻璃基板走向可撓式基板的轉變，將會帶來難以估量的巨大效益。從過去的資料來看，使用玻璃的原因有很多，包括其化學惰性、光學透明性和能夠承受建構矽基薄膜電晶體(TFT)所需的300~500℃溫度。由於矽TFT生產過程中牽涉到的許多加工步驟如退火、濺射、反應式離子蝕刻、離子注入和化學氣相沉積(CVD)等都需要大量能源，因此對於高溫製程的需求更加複雜。出於經濟和環境方面的原因，業界需要更節能的生產方法，而OLCD正是一種真正具有吸引力的替代產品，這可歸功於前所未有的低溫製程(整個OTFT製程都可以保持在100℃以下)，而採用溶液製程的有機TFT讓低溫得以實現。除了降低處理溫度之外，OTFT的製造過程還繞過了與矽相關的能源密集的步驟。例如，可以使用簡單的溶液塗布(Solution-coating)處理方式代替CVD。某些研究指出，從矽TFT轉移到蒸鍍式OTFT可以將製程能量降低10倍，而使用溶液製程的OTFT可以將能耗再進一步降低。
生物基基板節省資源/成本
實際上，OLCD製程的溫度是如此之低，以至於可以選擇採用各種薄膜來作為可撓式基板，包括生物基如非油基(Oil-based)和可生物降解的(Biodegradable)薄膜。OLCD製程使用一種稱為TAC的透明可撓式薄膜：三醋酸纖維素。顧名思義，這實際上是一種纖維素，通常是由木漿製成的，換句話說，TAC是由與紙張相同的天然原料製成的。實際上，纖維素膜可作為食品包裝中塑膠的可持續性替代品，所以它的使用已經越來越普遍。
顯示器供應鏈中使用TAC的時間已經有數十年，通常是在玻璃閱讀器兩側的偏光片中使用，如讀者正在看著的螢幕，可能就用到了TAC。人們之所以使用TAC，是因為它具有優異的光學性能，而且製造成本低，因此每年所製造的TAC薄膜可達到數億平方公尺。
在製造過程中，TAC膜會黏貼到平板顯示器的玻璃上。在這個製程結束時，可以憑藉非常簡單的「釋放」處理方式將TAC從玻璃上卸下，而毋需使用昂貴的設備。這個簡單的製程是OLCD具有低成本的關鍵部分—不僅因為良率高，而且因為平板玻璃載體可以在下一個顯示器重複使用。可撓式顯示螢幕廠商如FlexEnable所開發的TFT製程是工業化溫度較低的電晶體製程。低溫不僅意謂著節省能源，還意謂著基板選擇得以較廣泛，包括更具可持續性的基板，進而降低可撓式顯示器的成本。這項技術已經可以符合電子紙顯示器的生產要求，對於尋求以低廉成本生產大型可撓式顯示器的製造商，或者希望利用這項技術的許多其他效益的製造商而言，採用OLCD是一個很好的選擇。
高性能OTFT為技術研發關鍵
到目前為止，LCD一直僅在玻璃上使用以硬質陶瓷基材料製成的主動矩陣背板作為電晶體技術的主要基礎。而低溫製造方法則可以用柔軟的可撓式有機材料代替硬質陶瓷材料。
採用高性能、高品質的有機材料，一直是開發OTFT設備的重點。像是FlexEnable於2019年收購默克公司(Merck)，進而配製並供應用於製造OLCD的OTFT材料FlexiOM。
用於OLCD的主動矩陣背板至少使用三個FlexiOM層。第一個是FE-S500，這是一種接近非晶質的半導體聚合物，其能量失調(Energetic Disorder)的程度低；其上一層是FE-D320，這是一種低k介電材料，經過工程設計以確保與半導體介接的原始介面。最後的有機層是可交連的(Crosslinkable)介電材料FE-D048X，可用於提高電氣強度。一起進行處理時，它們已證明可以實現較先進的設備性能，包括接近0V的臨界值和大於106的開/關比。場效應移動率大於1.5cm2/Vs，這個數字高於大多數TFT-LCD玻璃顯示器中普遍使用的非晶矽TFT技術(圖2)。
可撓式OLCD提供多種設計可能性
自從顯示器首次整合到設備中以來，LCD顯示器的普遍使用及其僅限於(幾乎)平面螢幕的特性就限制了設計人員的設計空間。產品通常是圍繞著顯示器來設計，而不是採用相反的理念來設計。由於可撓式基板容易切割，因此使用這些這些基板來取代玻璃便可消除這一設計上的限制，並提供創造具有獨特顯示形狀和曲面顯示螢幕的機會。
智慧家庭設備
不含玻璃的OLCD可以輕易加工成型為凸形螢幕或凹形螢幕，具有向下彎曲至10mm半徑的緊湊的曲線，且不會影響顯示器的穩健性。例如，高階的智慧揚聲器產品現在會配有主動顯示器，但是這些平板玻璃螢幕其實是整合顯示器和使其融入整體產品設計之間的一種折衷方案。OLCD不僅能夠實現與揚聲器形狀貼合的「環繞式」(Wrap-around)顯示螢幕，而且可以創建新的視聽使用案例。
汽車顯示器
汽車應用為可撓式OLCD提供了絕佳的機會。現代汽車的內部呈彎曲的曲線，只是因顯示表面平坦而受到影響。實際上，顯示器通常是汽車內部唯一平坦的部分。這一類的應用對曲面顯示器的需求很高，但是目前沒有可用的顯示技術可完全符合要求。
LCD在汽車應用中已成功使用了很多年。儘管有著嚴格的要求(這已使得LCD業界訂製適用於汽車的顯示器部件品質要求)，但LCD產業已可克服這項挑戰，並已成為汽車內部顯示螢幕應用的預設選擇。可撓式OLCD的任何實施方案都可以建立在此一供應鏈上，進而使用現有部件來簡化在汽車市場上使用新型顯示器的開發工作(圖3)。
筆記型電腦/平板電腦
可撓式OLCD的成本結構類似於玻璃LCD，除了玻璃以外，它在結構上使用了許多相同的低成本元件，進而使得筆記型電腦大小的顯示器的重量可減輕100g，厚度則少了0.5mm。此外，OLCD還可以實現無邊框顯示螢幕的設計，進而使得筆記型電腦和平板電腦具有更大的顯示螢幕，而不會增加重量。
電視/監視器
液晶電視的成本較低，在電視市場上獨領風騷，但無法實現OLED電視所具有的超高對比性能。玻璃LCD技術的最新發展是將兩個LCD顯示螢幕彼此堆疊：形成雙單元LCD來提高LCD對比度。儘管這種方法可顯著提高顯示螢幕的對比度，但由於需要四塊玻璃板，顯示器變得厚多了，這也增加了模組的成本，並且需要更亮的背光照明，同時也無法提供真正的畫素級調光功能。
使用雙單元OLCD技術可以克服厚度增加和缺乏真正畫素級局部調光的問題。建構OLCD的TAC膜比玻璃薄了十倍，意謂著這兩個顯示單元的聚集間距能夠比電視的畫素間距小得多。另外，顯示螢幕架構變得更薄，並且能夠以更簡便的方式(與雙單元玻璃LCD或OLED相比)和較低的成本製造，並且具有更高的光學性能。
數位電子看板
當顯示器由玻璃製成時，重量就成為大型顯示器的重要考慮因素，使得大型顯示器通常需要堅固的支撐架或框架，這將會限制在建築物和物體內部和頂部安裝玻璃顯示器的位置和方式。OLCD技術在亮度、色彩性能、視訊傳輸率的能力和成本方面具備了廣告用LCD技術的效益，而其顯著的優勢則是毋需玻璃、輕薄且貼合；而該技術可以擴展到大尺寸顯示螢幕，甚至可以使大型數位電子看板顯示器與支柱、街道擺設、車輛外部和零售店內部融為一體。
OLCD與OLED互補特性分頭開拓不同市場
過去幾年，特別是在亞洲地區，業界已經對可撓式OLED技術投入了大量的資金，這引起了業界是否需要OLCD和OLED並存來滿足可撓式顯示應用需求的問題。仔細研究每種技術的製造和性能屬性，便可以發現實際上它們針對的市場領域不同。
可撓式OLED顯示器在對比度、顏色和反應速度方面提供了出色的螢幕性能，但在使用壽命、成本和尺寸可擴展性方面則有所限制；OLED螢幕的壽命與亮度成反比，因此不太適合同時需要高亮度和長壽命的應用。OLED還具有複雜的生產製程，進而導致較高的資本支出需求和材料成本，而讓整體的製造成本變得很高。最重要的是，其中數個處理步驟使得可撓式OLED難以擴展到大尺寸，因此它們的應用目前幾乎完全聚焦在智慧手機和智慧手表的旗艦型機種。
另一方面，OLCD的生產過程較簡單，其複雜性與非晶矽LCD相似，並且可以擴展到相同的大型尺寸。因此可以使用現有的TFT/LCD生產線來製造OLCD，進而生產出畫素密度、對比度、顏色和反應速度均與同類玻璃產品相同的塑膠LCD。OLCD的製造成本也接近玻璃LCD，因為OLCD可以使用現有供應鏈中的許多元件，例如偏光片和背光模組。最後，與其他LCD一樣，OLCD可以做得非常亮，但卻不會影響使用壽命。
綜合起來，這些特性使得合格的OLCD非常適合需要較大面積或較長使用壽命的應用，例如智慧家電和消費電子產品、汽車、筆記型電腦和平板電腦，甚至電視和數位電子看板。因此，OLCD和可撓式OLED是互補的技術，兩者相輔相成，可以為顯示市場的所有主要與次要市場帶來靈活性。
利用現有的LCD製造技術，讓現有的工廠能夠迅速地導入OLCD的生產。更好的美學效果一直是早期採用者的主要驅動力，許多設計人員正在充分把握從平面螢幕轉向新顯示器的大好機會，以實現新穎的形狀和設計。
從顯示器製造商的角度來看，隨著越來越多的10.5代生產線投入使用，關閉或重新調整老舊小型LCD生產設備用途的壓力將會越來越大。OLCD經過專門設計，可以利用舊有的顯示螢幕生產線，以便可以快速轉向製造可撓式OLCD，同時保留大部分成本已最佳化的現有供應鏈。
(本文作者為FlexEnable策略總監)
