折疊顯示器
軟性基板/薄膜漸成熟 折疊顯示器喜迎新商機
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%。
圖1 全世界平面顯示器的產能
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。
圖2 以顯示面板分類的手機出貨
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。
圖3 顯示技術兩大類別
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...