TFT

電子紙顯示器以雙穩態與反射式的技術特性，讓顯示螢幕具有類紙質感的閱讀體驗、無背光源，對雙眼友善、陽光下可視、超低耗電與持續顯示零耗電等特性。基於與一般紙質紙張相似的顯示特性，與自發光型的顯示技術相比，長時間使用電子紙閱讀雙眼相對不會感到痠澀，故成為適合數位閱讀的顯示螢幕，眾多廠商推出採用電子紙的電子書閱讀器，也讓大眾留下電子紙等於電子書閱讀器的深刻印象。 然而隨著物聯網與智慧城市等趨勢發展，在教育、交通、物流、零售、工廠、醫療照護、商務與生活等場景均加速落實數位轉型，各個場域將裝載數以億計的聯網裝置。面對低碳時代來臨，對於裝置的電源使用效率要求更為嚴苛，人類不再只追求科技智慧與聯網發展，而是避免高耗能、高排碳持續造成更嚴重的溫室效應，因此，能減少耗電降低碳排，有助環境永續發展的技術將是未來科技關鍵發展趨勢。而電子紙發揮超低耗電與持續顯示不耗電的特性，成為適用於物聯網與智慧城市的顯示介面，同時可取代一次性用紙的技術與產品定位，有助於降低自然資源的消耗。 基於電子紙的顯示特性，電子紙應用領域已從既有的電子書閱讀器印象，延伸至零售、交通與物流等多元場域。例如零售場域的電子貨架標籤，取代傳統紙張標籤；電子紙廣告看板取代傳統印刷海報；智慧交通領域的智慧電子紙公車站牌，因電子紙強光下可視的特性，是絕佳的戶外顯示器，同時基於電子紙低耗電的特性，結合太陽能供電與蓄電系統即可運作，無需額外接配市電，實現電子紙具備的永續發展價值。 雖然電子紙應用領域持續拓展，但電子紙在顯示色彩的表現，自第一台採用電子紙顯示器的電子書閱讀器於2004年問市後的十數年間，電子紙色彩顯示仍以黑色與白色為主流。2013年，廠商如元太科技推出E Ink Spectra三色電子紙，運用三種顏色的電子墨水粒子，讓電子紙可顯示黑、白、紅，或是黑、白、黃等三色，藉此開拓電子紙於零售場域使用的電子貨架標籤應用。 電子紙從黑/白發展至三個顏色，廠商仍持續投入彩色電子紙之開發，2016年首款全彩電子紙顯示技術(Advanced Color ePaper, ACeP)問世，運用青色、洋紅、黃色、白色等四種色粒子，透過電壓控制、動態地進行顆粒組合和混色，實現全色域的彩色電子紙技術。E Ink Gallery具有全彩顯示效果、以及雙穩態與反射式的技術特性，可讓電子紙應用開拓更廣泛的市場，例如全彩電子看板。 不僅如此，著眼於電子紙的電子貨架標籤與電子廣告看板於零售領域需求持續成長，2021年4月推出的E Ink Spectra 3100四色電子紙，運用黑/白/紅/黃等四種鮮豔與飽和的色彩，滿足零售業者色彩行銷之需求。而在此產品上市後，廠商仍協同晶片設計的生態圈夥伴共同研發適合四色，乃至八色的電子紙顯示器使用的驅動晶片，藉此協助零售系統商可更快的開發出採用四色電子紙的電子貨架標籤與電子紙廣告看板。 四色電子墨水系統 電子墨水薄膜(Film)透過電場來控制微膠囊或微杯內帶色粒子的跑動，呈現出雙眼看到的各種圖面、文字或顏色(圖1)。電子紙的驅動相同與LCD液晶螢幕的部分是，電子紙一樣需要薄膜電晶體(TFT)來驅動每個畫素，在電子紙顯示器中，一面的電極是由薄膜電晶體所控制，稱為畫素電極，連接到TFT的源極(Source)，另一面則是所有畫素共用的共電極，利用兩端的電壓差異來控制電場，使每個畫素可以獨立的顯示不同顏色/灰階。電子紙需要時序控制晶片、TFT驅動晶片，及提供TFT驅動電壓的電源整合型晶片(圖2)。 電子紙的驅動與LCD液晶螢幕的差異則是，由於電子墨水薄膜的反應速度不及液晶螢幕，所以需要提高驅動電壓，以及需要使用電壓寛度調變。要驅動帶色粒子到固定的位置，顯示特定的顏色，這需要設計特定的電壓寛度的組合，也就是要達成一次顯示畫面的電壓組合為電子紙的驅動波型。 另一不同於LCD液晶螢幕的是電子紙的雙穩態性，由於驅動一次之後，若顯示畫面不需要改變，這時搭配電子紙的雙穩態性，薄膜電晶體不需要再次掃描及驅動，所以在電子紙的使用的輸入介面上，顯示是以單張圖像(Image)資料格式為基礎，而不是液晶螢幕的影像(Video)。基於這些不同之處，所以在電子紙的驅動晶片和時序控制晶片都需要特別的設計(圖3)。 兼顧清晰/省電的應用需求 不同的電子紙應用，依照顯示器使用的場域不同，而產生不同的需求。電子書筆記本需要的是高對比/多灰階顯示，快速的手寫反應速度；在電子標籤則是需要多色，省電及低成本的設計。中小型電子標籤所使用的電子紙顯示器，目前絕大多數使用低成本的整合型晶片。整合型晶片指的是將時序控制及產生高壓電源的功能都整合進TFT驅動晶片裡。開發電子標籤系統，僅需前端使用低成本的微控制器(MCU)，經由標準的串行外設介面(SPI)來控制電子紙整合型晶片的顯示資料及指令即可達成。 在電子標籤的應用下，新的材料及晶片的開發收集了使用者的各項反應，以下為市場需求的整理。 1.需要更多色彩、顯示更多內容、解析度提高。這也是四色電子紙具有巿場潛力的原因。 2.更省電、環境友善、符合ESG(Environment, Social, Governance)永續性的要求。在巿場上目標標籤壽命由5年提升到10年。 3.畫面顯示過程優化，由於電子紙顯示器材料的特性，在一張畫面更新的過程中需要數秒的時間，客戶希望在視覺上可以縮短更新的時間，並且利用畫面更新的過程成為電子標籤吸睛的優勢。 4.增強資料存取安全性，防止標籤的顏色及內容被竄改。 為滿足上述的使用情境與使用者需求，產品如Spectra 3100整合型晶片(圖4)在設計上開發了相對應的功能。 優化顏色及清晰度 新的材料使用了更多顏色的粒子，對應到驅動晶片上則需要更多的驅動電壓位準，提供TFT的源極端產生不同的電壓，形成不同電場使電子紙顯示畫面。而由於顯示的每英寸像素提高，造成TFT中鄰近像素間平行電場產生，帶動了彩色粒子水平的位移現象，進而產生電場干擾。這個問題可於晶片設計中加入配合電子紙特性的影像演算法得以改善，無論是細小的字體或貨架標籤的條碼都可以清晰的顯示。 新功能搭配省電設計 若在四色的電子紙顯示技術平台中搭配空間混色的影像處理，該顯示器雖然有能力顯示部分的色彩，但也因空間混色機制會讓畫面中相對純色的畫面資料複雜度提高，造成相對較高的功耗。在Spectra 3100整合型晶片中導入了特殊抖色的影像演算法來降低TFT源極的變化次數，並搭配電子紙驅動波形動態控制幀率的功能，在保留原本的光學效果下仍得到省電的效果(圖5)。 特殊的顯示模式增進吸睛效果 此整合型晶片將原本換圖顯示過程較長的特性，轉化為類動畫的互動效果，成為吸睛的廣告，突破單向溝通的價格標籤應用。這項功能的實現，是結合了影像處理及驅動波型的客製化處理，兩者搭配起來使更新過程更加流暢，在電子標籤的應用中達到加強互動，吸引消費者目光，傳遞更多促銷資訊，促使消費者提升消費意願(Willingness To Pay, WTP)，同時增加了標籤的終端應用價值。 強化傳輸安全 最後，是資料傳輸安全性的提升，此整合型晶片系列中加入了自定義的特殊資料編碼格式，顯示任何圖片需搭配轉圖中介軟體(Middleware)，再配合驅動波型加密功能，可防止顯示資料被竄改，確保使用電子紙貨架標籤上的價格顯示之安全性(圖6)。 拓展零售顯示商機 全球零售商近年來加速數位轉型的趨勢，電子紙標籤能為零售業者提升營運效率、減少錯誤與降低成本，2020年更因COVID-19疫情加速線上線下全通路(Omni Channel)零售整合，電子貨架標籤自動價格更新系統能協助解決店內人力短缺、客戶要求提升、貨架缺貨與線上訂單增加等問題，加上疫情影響零售商的現金流量，也讓商家更重視商品促銷廣告投放的精準度，使用彩色電子紙貨架標籤提供多元、即時的產品資訊與廣告效益愈來愈受到實體零售商的青睞。在強勁需求推動之下，全球市場使用電子貨架標籤的店舖更加普遍、新興市場亦加快導入電子紙貨架標籤解決方案，全球市場供需狀況可望持續成長。 電子紙標籤除了為零售業者提升營運效率、減少錯誤與降低成本外，在降低環境資源消耗方面亦有貢獻。智慧零售商業模式中常因時間、庫存變化、消費者族群不同、與線上行銷搭配等等的不同因素產生促銷策略與活動，而傳統紙質標籤因應各式促銷活動頻繁更新商品價格，造成一次性使用紙張的大量消耗而造成資源浪費。以電子紙大量取代傳統紙質貨架標籤，成為電子貨架標籤的顯示螢幕，使零售業者的數位轉型成為環保低耗能、無紙化、美觀且有助於營運效率提升。加上電子紙具有斷電後可長時間顯示的特性，在無電力時仍可維持畫面顯示，所以非常省電，廣泛並長期使用有助達成「減碳增綠」及循環利用的目的，可減緩溫室氣體所帶來的全球氣候變異衝擊。 而根據統計，電子紙貨架標籤於全球貨架標籤市場滲透率不及5%，未來市場成長性仍大，預期未來幾年都將保持20~30%的成長幅度，以更多的電子紙貨架標籤取代傳統紙標，可減少紙張使用，有助環境永續發展。基於電子紙的省電、持續顯示不耗電等特性，有機會成為適用於物聯網的顯示器選擇。

19世紀末Karl Ferdinand Braun用陰極射線讓真空管上的螢光粉發光，直到1940年代，CRT映像管電視才開始流行；1888年，奧地利化學家Friedrich Reinitzer發現了液晶，1960年代第一台液晶顯示器(LCD)誕生，2006年液晶電視才開始普及，成為現在顯示器的主要技術來源。每個技術的開發到其應用，其實都受到當時的環境、相關配套技術的發展成熟度、人們的生活方式等因素的影響。1962年有了第一個發光二極體(紅光)，1980年代實用型OLED開始開發。而下一世代的主流顯示技術會是什麼，成為最近人們熱烈討論的話題，Micro LED會取代現有的顯示技術嗎？ 應用場景決定顯示技術發展 從1980年代起，IT資訊產業，無論是軟體或硬體皆快速發展，個人電腦普及率大幅提升，LCD也讓筆記型電腦走進實用化(最早的筆電其實是PDP)這時CRT與LCD還沒有替代關係。直到顯示器從CRT過渡到LCD時，桌上型電腦用的顯示器是最先開始更換的。隨著網路的進步、人們工作形態的轉變，筆記型電腦、手機使用率與普及率大幅上升，LCD的確是一個不錯的技術應用。隨著LCD的製程技術越來越成熟，電視也就開始大量地從CRT移轉到LCD了。但在2000年代，電視市場上還有PDP電漿電視的競爭。 2000年代初期，因LCD工廠的玻璃世代線不大(5世代線，Gen 5)，能做的電視尺寸也不大，影像品質不如電漿電視。但隨著全球LCD面板廠的大量投資，玻璃世代線越蓋越大(到2020年量產生產線的主流世代線為Gen 8，另外還有5條Gen 10+)，上下游供應鏈亦趨成熟完整，最終電漿電視不敵LCD，在2014年全面退出市場。當時LCD與PDP對技術的競爭與進步都是持續在進行的。但若從應用面來看，LCD在個人電腦的顯示器、筆記型電腦、手機都已有很高的滲透率，且出貨量還不斷成長。對於面板廠來說，產品彼此之間的技術與製程基本上差異不大，所以LCD在各產品領域的應用及布局，對比PDP來說是要完整許多。就可攜式移動產品來說，功耗是很關鍵的指標，而以PDP的驅動顯示原理來看，應該很難應用在手機、筆電等產品。 OLED目前在手機與電視都有產品量產，這幾年也開始應用在AR/VR的產品上。但不論是手機、電視或是未來的AR/VR，都是屬於高階的產品。而除了手機外，其他的市場占有率都不高。價格高是主要的因素。但高價格的背後是在於OLED能提供給消費者超過LCD的價值有多少？如果差距不大，那價格還是普及的一個關鍵要素，因此若OLED想成為顯示主流技術，整個OLED產業鏈是否能提供足夠成本競爭力是最大關鍵。 目前全球有將近30座OLED工廠，其中只有2座Gen 8有實際在生產運作，其餘的都是Gen 6以下的世代線，生產以手機面板為主。OLED的生產線投資較高，大尺寸的OLED生產線投資更高。從機台設備、材料、相關零組件都比LCD廠高，所以OLED的產品成本自然也就不低。價格降不下來，市場上較難成為主流產品，目前使用OLED面板的智慧型手機約只占全部手機市場的35%。未來OLED的生產線要擴展也主要在Gen 6以下的投資來提高OLED手機的滲透率。 而大世代線的工廠只有韓國LGD的2座Gen 8生產大尺寸電視。OLED TV從2014年量產發展到現今的市占率不到2%，再加上LGD近期對於Gen 8+OLED產線的擴產投資暫緩及延後，可以看出對於大尺寸OLED的策略還在觀察，這樣一來設備、材料的成本難以降低，OLED的生產線的投資也就還是一直居高不下。這讓OLED產品在市場上局限於智慧手機的應用，無法擴大OLED的應用領域，將難以形成主流技術。 手機、筆記型電腦、Pad等可攜式的產品需求在於輕、薄、省電，因此OLED自發光的特性，相較於LCD只需一片玻璃，是不錯的選擇；而在大尺寸顯示器，像是在電視的應用上，除了輕薄外，暗態更暗，可視對比更高，動態影像的畫質表現都比LCD要好。但OLED在大尺寸顯示器及電視的占有率卻沒有手機市場來得高。成本、價格高固然是一個因素，但從市場消費行為的角度來看，消費者對於一個產品是屬於個人專屬的要比起多人共同使用的，更願意付出較高的價格換來更高階的產品。所以在大尺寸的應用上，OLED的滲透率就不高。Micro LED與OLED一樣，屬於自發光型態的顯示器，擁有極黑的暗態畫面、可視對比高、動態影像畫質優異等優點，在顯示器的應用上是相當不錯的技術，應用領域上從穿戴式的手表、AR/VR、手機到大尺寸的電視，以及戶外看板等，理論上應用領域比OLED更廣。但Micro LED的發展要比OLED來得晚，整體產業鏈還不夠成熟完整，與OLED產品一樣初期面臨著成本過高的問題使得市場難以打開。雖然現在Micro LED的樣品展示從小尺寸的車用螢幕、可攜式產品的應用到大尺寸的電視都有，但目前還沒真正看到商業化成為消費等級的產品出現，消費者對Micro LED的產品還不熟悉，尚未感受到Micro LED帶來的優勢與好處。第一個應用Micro LED的商業化產品就相當關鍵了。Micro LED的晶粒尺寸小，對於畫素極小、極高Pixel Per Inch(PPI)的AR/VR顯示器應用來說相當適合。然而AR/VR屬於高階且是特殊領域的應用場景，而LCD的技術成熟、產業鏈完整、價格極具優勢，Micro LED要從目前的大眾產品出發，推廣普及也會面臨挑戰。 Micro...

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)。 圖1　彎曲半徑為10mm的有機LCD 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)。 圖2　顯示使用FlexiOM材料的OTFT背板橫切面 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)。 圖3　Novares於2019年將彎曲的OLCD整合到其Nova Car＃2中 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)

早期的採用者樂於接受市場推出的這類令人振奮的新技術(圖1)。但從業界廣泛觀點來看，哪一種手機設計才會嬴得消費者的歡心，又必須克服哪些科技和技術性障礙才可實現量產？ 圖1　折疊裝置類型 資料來源：Technobezz/itechfuture/mspoweruser/Forbes 折疊手機挑戰眾多 在開發折疊手機或其他裝置時，有很多問題需要解決，包括電池壽命、外形因素、製造成本和價格。當然，最明顯和最困難的問題是開發出可支援經常彎折的顯示螢幕，因為使用者將在好幾年的時間內經常開合他們的裝置，以下內文將深入探討。 電池壽命 折疊式設計可能是減少電池壽命的一個主要原因，因為這類手機要為兩個顯示螢幕提供電池電力。 智慧型手機的電池容量通常是4,380mAh，視使用頻率而定可能可以待機兩天，但支援大於7吋的迷你平板螢幕運作需要更多的電力，同時折疊螢幕的開合以及螢幕之間的切換，也會消耗電力。因此，留給消費者的是更短的電池壽命，或更厚重的手機。 外型因素 智慧型手機的趨勢是螢幕越來越大，手機整體越來越薄，並且隨著採用OLED和電池技術的進步而具備愈來愈好的性能。但當口袋中的手機厚度變為原來習慣的兩倍，消費者是否會感到滿意是未來業者重要的設計考量。 成本和價格 根據OLED顯示器成本模型來看，標準的7.3 QHD OLED顯示螢幕的成本是50~35美元，觸控組件的成本是15美元。相較之下，折疊式7.3 WQHD OLED折疊顯示螢幕的成本是100~70美元，觸控模組的成本是25美元，觸控層和封裝的特殊材料占增加成本中的大部分。 另外，製程不成熟造成生產良率低，也是使成本增加的原因。標準智慧型手機 OLED顯示螢幕的良率是60~70%，而折疊螢幕的良率卻低於30%；此外，現在仍難以衡量消費者對折疊式行動裝置的接受度以及普及的程度。雖然初步預測顯示消費者有很強烈的興趣(圖2)，但初期銷售量卻很低，這顯示消費者對這類技術有高度的興趣，但從零售層面來看則抱持觀望態度。 圖2　折疊OLED出貨預測 資料來源：IHS Market 挑戰彎曲極限 在彎曲問題上，目前還未開發出明確解決方案，但半導體產業正針對該問題進行大規模的研究。可彎曲折疊裝置必須採用柔性OLED技術，因為現行的LCD薄膜電晶體(TFT)無法適用在重複彎曲的裝置，基於相同原因，基板必須是聚醯亞胺，而不是玻璃。 另外，組成顯示螢幕的整體層堆疊必須超薄和非常堅固，整體厚度(包括OLED裝置)要小於1.0mm。需要的膜層包括：折疊基板上的TFT、覆蓋TFT的隔離層、隔離層上的OLED、基板上的封裝層、與封裝層結合的柔性觸控式螢幕面板，以及一層保持顯示膜的光學性質的硬塗層窗膜，(可能)使顯示螢幕表層可以抗刮、耐磨損和撞擊，手機彎曲時，所有這些膜層必須保持正常功能。 彎曲這種堆疊的多層膜時，堆疊中有個位置稱為中性軸或(中性彎曲面)，該處的應變力為零，找出中性面內的顯示模組位置可將應變和應力降到最小。這之所以這麼重要是因為在向內彎曲上的太多壓縮應力會導致屈曲和剝離，而過大的拉伸應力可能會導致破裂和剝離(圖3)。 圖3　彎曲測試失敗模式 資料來源：Yves Leterrier, in Handbook of Flexible Organic Electronics:Materials,  Manufacturing and Applications, Woodhead, 2015 雖然作為獨立的薄膜，顯示螢幕堆疊中的每個元件可以彎曲到相對較小的半徑(小於5mm)，但當元件黏合後彎曲時，機械應力在結合層之間傳遞，在堆疊的多層膜中出現拉伸和壓縮力，導致結合層的剝離和屈曲。 因此，工程師對黏合的方式進行改善，使堆疊膜層作為單獨的元件起作用，而不受相鄰膜層的約束。這是為了在顯示螢幕堆疊彎曲(特別是彎曲半徑小於5mm)時，可以防止機層的剝離和屈曲。 彎曲測試 彎曲測試也是實現折疊螢幕的重要步驟。對此，半導體設備業者如應用材料公司顯示及柔性技術事業群(DFT)的研發部門，便測試了聚二甲酸乙二醇酯(PEN)膜的薄膜封裝，以評估薄膜的可靠度，以及是否能夠保留原有特性來作為防止空氣和水氣侵入OLED材料的屏障。 低於1%的整體臨界應變目標是楊氏模數的一個函數，或定義材料中的應力和應變之間的關係，以及基板整體厚度(圖4)的機械特性。DFT事業群測試了堆疊在 50μm PEN基板上的多層薄膜封裝膜，這項測試包括在專門的彎曲測試機器(圖5)上，將基板以半徑2.5mm彎曲200,000 次。 圖4　折疊基板的臨界應變公式 資料來源：Yves Leterrier, in Handbook...

隨著顯示器產業不斷向8K電視、高效能筆記型電腦，還有平板電腦等中大型尺寸沉浸式顯示技術發展靠攏，氧化物半導體(Oxide)市場也成為生產新一代高效能顯示器的重大機會。因應此需求，康寧推出新款玻璃基板Corning Astra Glass，以滿足消費者對畫面更明亮、更新頻率更高、影像更逼真的需求。 台灣康寧顯示玻璃股份有限公司總經理曾崇凱表示，康寧非常看好8K電視的成長力道，隨著8K電視需求成長，也推動了高效能顯示器的發展。目前全世界前五大的面板客戶均已投入高效能顯示器的市場，而舞台就在2020年冬季奧運，各大廠商摩拳擦掌，可以期待在冬奧看到高效能顯示器大幅度的成長以及更多元的應用。 康寧玻璃科技集團資深專案經理蘇柏樺更進一步說明，Corning Astra Glass是基於Oxide薄膜電晶體(TFT)技術的玻璃基板。由於高效能筆記型電腦、平板電腦以及8K電視要求玻璃基板需要兼具熱穩定與尺寸穩定特性以提高產量，同時達到所要求的解析度。所以康寧選擇使用Oxide TFT技術，低漏電流屬性能在低更新頻率的情況，讓靜態影像不會出現閃爍畫面；尺寸變異(TPV指標)小且厚度變異(TTV)低，加上玻璃下垂量少，使螢幕效能再提升生產更順利。 另外值得一提的是，針對目前不斷成長的可撓式OLED面板，康寧也有Lotus NXT Glass，可用於生產OLED面板。由於生產OLED面板需要能夠耐高溫不變型的玻璃，康寧對此也不斷地對產品進行優化。蘇柏樺透露，因為需要禁得起彎折，目前可撓式面板材料皆是塑膠為主，玻璃僅是輔助生產的工具。但是用於手持式裝置耐刮也是重要的特性之一，玻璃具有耐刮的特性，但是要能夠彎折須要將厚度縮減得更薄，而康寧現在也已經投入開發相關技術。