介紹

人類追求文明的進步，對於訊息傳遞技術的開發一向不遺餘力。竹簡、紙張可以說是人類最早期的顯示器。冷陰極射線管CRT的發展，開啟了第一波顯示器的革命浪潮，近10年來平面顯示器（Flat Panel Display；FPD）的蓬勃發展，更帶動第二波顯示器的革命，且正在持續影響人們的生活。在經過電子化、平面化之後，全球的研究機構更積極發展軟性顯示器，為人類開啟下一波顯示器的新趨勢。

軟性顯示器因為具有輕薄短小軟及可撓曲等特性，除了將帶來更人性化、行動化與個人化的便利之外，同時也會大幅改變21世紀人類的生活型態。類紙式（Paper-Like）的軟性顯示器可取代紙張印刷工作，提高便利性並節省印刷成本；舉凡書籍、標籤、海報、佈告欄等，都可應用類紙式的軟性顯示器。高階動態軟性顯示器則嘗試取代現有硬式資訊與消費性顯示器，提供更具行動攜帶性與收藏方便性的軟性顯示器。

軟性顯示器的型態分析

在軟性顯示器分類中，一般依顯示畫面的複雜度可約略分為單色和彩色的靜態、動態與高階動態等類別。靜態式顯示器主要是以類紙式的顯示器， 可在外部電壓驅動下改變顯示內容；而當無電壓驅動時，也能夠保有原來的畫面內容，也就是具備雙穩態的功能，這類顯示器被歸類為被動顯示器（Passive Matrix；PM）。另一方面動態顯示器主要強調顯現及時性的動態內容，需要薄膜電晶體的驅動來搭配，被歸類為主動式（Active Matrix；AM）顯示器，將取代目前如PDA、手機、電視等現有主流的平面顯示器。

若依應用環境撓曲的程度來分，則可將軟性顯示應用產品分為平坦式（flat）、服貼式（conformable）、彎曲式（bendable）與可捲式（rollable）等類別。平坦式軟性顯示器可應用於識別卡、桌牌標籤、壁掛等環境中。服貼式軟性顯示器的功能與平坦式顯示器相同，可運用在曲面廣告看板、杯子等固定曲面環境的產品項目。彎曲式軟性顯示器應用在如電子書、穿戴飾品等在一定曲面範圍中、需重複撓曲的產品類別，讓軟性顯示器能更貼近個人應用領域。可捲式顯示器應用在對軟性環境要求極高的作業與收藏環境，如電子地圖或個人可攜式資訊裝置等。

《圖一　軟性顯示器應用範例》

軟性顯示器之市場趨向

若以市場區隔來看，IT Strategies則將軟性顯示器的方向應用分為「個體應用導向」及「大眾應用導向」兩種。前者顯示器較偏向消費性電子產品如電視、電子書與手機等，而後者則偏向是大眾商業產品如告示板、公眾顯示板與廣告用途看板等。IT Strategies 在2006年預估，軟性顯示器在「個體應用導向」的市場規模可達3702 億美元，而「大眾應用導向」的軟性顯示器規模則達1211億美元。若依顯示器功能與使用者型態，可將軟性顯示器區分為四大類應用區塊，如(圖二)所示。

《圖二　軟性顯示器功能與消費者屬性分析圖 》 資料來源：IT Strategies

在眾多產品區隔中，如何選定有利的產品來發展，需多元考量技術配適性、技術競爭性與市場機會等因素。IT Strategies 認為大眾應用導向的產品較適合作為初期發展軟性顯示器的應用市場，因為市場性質屬於分裂式（fragment）結構，產品具有省去印刷成本的效益，不僅能帶動附加價值、且較無價格與競爭壓力。雖然個體應用導向或消費性電子產品領域市場潛力高，但市場價格敏感度過高、且競爭者眾多，須有相當程度的經濟規模方方容易成功。

整體而言，要能形成軟性顯示器產業，必須兼顧市場需求、產品競爭性與產品成本效益。從技術研發單位立場來看，資源投入必須花費在有高附加價值的產品上。目前建構軟性顯示器的技術層面相當廣泛，種類眾多，如何在價值創造與成本節約之間取得平衡，成為研發單位在資源投入前必須審慎評估的工作。

軟性顯示器技術類別

要形成完整成熟的軟性顯示器技術，需要許多不同層面搭配，如顯示介質技術、顯示器基板、驅動背板技術、與軟性顯示器系統技術。軟性顯示器系統技術是在軟性顯示器開發後期、進入發展商業應用產品階段所需要考量的技術，包含如彩色影像品質標準、構裝整合、整合式軟性顯示系統等等。

從軟性顯示介質技術來看，應用在主動式顯示器上主要為AM LCD、AM OLED等等，近來AM EPD也成為技術研究單位主要研發課題之一。被動式顯示器主要有EPD、QR-LPD、ChLC、EWD等。而在顯示器基板方面，可因材質不同分為薄玻璃（thin glass substrate）、金屬箔片（metal foil）與塑膠基板（plastic substrate），其中以金屬箔片與塑膠基板較能被使用於軟性顯示器，薄玻璃則大多被應用在間接式軟性薄膜電晶體製程中，成為薄膜電晶體陣列（TFT Array）製作的臨時載具。

若要完成製作主動式軟性顯示器，還必須考量驅動背板技術，產生薄膜電晶體，以搭配顯示介質。驅動背板技術可分為無機材料與有機材料兩大類，無機材料電晶體又可分為非晶矽（amorphous silicon；a-Si）、低溫多晶矽（Low Temperature poly-silicon；LTPS）與微晶矽薄膜（Microcrystalline Si；uC-Si）電晶體等幾類。有機材料電晶體則被稱為OTFT（Organic TFT）。

顯示器介質（Display Media）

液晶（LC）與有機發光二極體（OLED）是一般熟知的顯示介質。由於OLED屬於自發光，具備快速反應、彩色化及無視角的問題，廣泛地受到軟性顯示器研發機構與業界期待。雖然也有些單位持續研究以LCD為介質的軟性顯示技術，不過LCD的撓曲可靠度不佳，製程問題也相當複雜。

應用在類紙式顯示器上的顯示介質選擇相當多，大致上有電泳顯示器（Electrophoresis Display；EPD）、電致色變顯示器（Electro Chromic Displays；ECD）、扭轉球顯示器（Twisting Ball Display；TBD）、膽固醇液晶顯示器（Cholesteric liquid crystal displays；ChLC）、高速響應液態顯示器（Quick-Response Liquid Power Display；QR-LPD）、電致濕潤技術（Electro-wetting Display；EWD）等等。要達到類紙式顯示器的品質要求，顯示機制必須具備畫面的記憶特性，況且只有在改變畫面時才需要電力，以實現低消耗電力和捲曲依然維持一定程度的顯示品質等特性。

電泳顯示器（EPD）是類紙式顯示器較早發展的顯示技術，是利用有顏色的帶電球，藉由外加電場，在液態環境中移動，呈現不同顏色的顯示效果，其代表廠商包括E-Ink與Sipix。日本Bridgestone所推出的高速響應液態顯示器（QR-LPD），其工作原理與EPD相似，只是其成像的物質不是使用帶電球，而是由黑白2色的粉末在電場之間移動產生顯示效果。另外發展較早的膽固醇液晶（ChLC），是一種結構相似於膽固醇分子的液晶。膽固醇反射式顯示器在不加電壓時，可存在兩種穩定的狀態，利用兩個狀態之間的轉換，呈現亮暗態的顯示效果。其他還有強誘電性液晶（Ferroelectric Liquid Crystal；FLC）等。

電致濕潤技術（EWD）也是近2年來頗受矚目的新式電子紙技術，特點在於反應速度快、高反射率及高色彩轉換率，且製造過程與液晶相容，耗電量低。與其他反射式雙穩態技術相較，低電壓雖是其優勢，但EWD卻不具雙穩態特性，應用上受到侷限。目前EWD還是以單色產品較為成熟，全彩或多彩產品的技術仍在研發當中，雖然EWD動畫效果明顯比EPD、ChLC及QR-LPD等反射式顯示技術更為出色，但還無法脫離反射式顯示器搭配彩色濾光片時、亮度及色彩飽和度下降等問題。

顯示器基板（Substrate）

軟性顯示技術中，基板扮演相當重要的角色。不同應用環境的撓曲程度要求，對於軟性顯示器基板的挑戰也不盡相同。平坦式的應用環境可使用傳統的薄玻璃基板（thin glass substrate），其他則可考量金屬箔片或塑膠基板等等。不同基板的材料特性會影響製程技術的困難度，薄玻璃基板最接近目前已經量產的LCD顯示器玻璃基板，生產製程較易掌握，不過有搬運易碎的風險，在產品使用上也有安全性的考量。

金屬箔片則具備不易碎、耐高溫、耐化學藥品腐蝕性、阻水阻養特性佳等優點。缺點是在重複撓曲的產品應用上表現不佳，加上金屬箔片本身非透明的屬性，使用廣度受到侷限，僅能搭配反射式的顯示介質如EPD或是自發光的顯示介質如OLED等。

塑膠基板的應用潛力則較受期待，其透明性、安全性高、適合應用於所有的顯示介質，並且適合發展成為Roll to Roll製程。不過塑膠基板難以承受高溫製程、熱膨脹係數大、阻水阻氧效果較差、且較不耐化學藥品侵蝕風險。目前研發機構有投入塑膠基板材料發展項目的包括PEN、PET、PES等等，均以朝向製造高耐熱、高阻水阻氧、高耐化性、與低膨脹係數的材質目標邁進。

驅動背板（Back Plane）

一般主動式的軟性顯示器需要有電晶體（TFT）的配合，因此也需要驅動背板（back plane）。電晶體技術中以無機薄膜電晶體發展較早，其中非晶矽（a-Si）與低溫多晶矽（LTPS）電晶體技術發展也較成熟，近來工研院與三星電子也發展出微晶矽薄膜電晶體（Microcrystalline Si；uC-Si）技術，可減低光罩製程的成本，也是一種受到矚目的無機薄膜電晶體技術。

有機薄膜電晶體（OTFT）是以有機半導體材料取代傳統如矽、鍺等無機材料的技術。有機半導體材料一般可分成三類：小分子（Small Molecular）、高分子（Polymer）與有機金屬錯合物（Complex）。過去10年來，薄膜電晶體的材料都以無機材料為主，就是因為相對而言，有機半導體材質的載子移動率（Mobility）太低，因此OTFT的性能，無法達到像無機電晶體一般的表現；兩者的載子移動率差距大，故OTFT被認為不適合應用於需要高切換速率的裝置上。目前OTFT作業頻率僅能應用於電子紙固定畫面的靜態顯示用途，若要應用在動態畫面顯示，則必須將電晶體的作業頻率提高到1kHz。

OTFT的優點在於可彎曲的材質與製程特性，由於有機材料的結合比矽更具有延展彈性，因此可被製作於軟性基板上，成為可撓曲的顯示器。不過最重要的是，以往TFT-LCD所採用的是類似半導體的製程，製程溫度高達攝氏200～400度，但OTFT則是採用印刷製程（Printing Process），包括網印（Screen Printing）、噴墨印（Inkjet Printing）及接觸印（Contact Printing）等方法來製作有機薄膜電晶體，製程溫度則不到攝氏100度，適合被發展應用在塑膠基板上。此外，OTFT製程技術也能與現行的有激發光顯示介質技術（OLED／PLED）製程相容，大大提升其應用優勢。

塑膠基板上之陣列製程技術

就無機薄膜電晶體製程方法來說，目前其技術可分為兩種方式，一為直接在塑膠基板上製作薄膜電晶體的技術（Direct Technology），另一為轉貼技術（Transfer Technology）。就OTFT製程方法而言，則以噴墨技術為主流，主要採用的是印刷製程，包括網印、噴墨印及接觸印等方法來製作。

無機薄膜電晶體製程的直接技術，因受限於塑膠基板的耐熱性，故整個製程必需以低溫進行。目前美國的FlexICs已有在塑膠基板上成功製作出低溫多晶矽的薄膜電晶體陣列，製程溫度低於115℃。此外，轉貼技術是製作薄膜電晶體時，避免塑膠基板尺寸變異的另一種方法，其作法是先在玻璃基板上製作薄膜電晶體，再轉貼到塑膠基板。轉貼技術以Seiko-Epson的SUFTLA （Surface Free Technology by Laser Annealing）與Sony的Etching Stopper為代表。

近期AM Flexible Display的發展

Flexible AM LCD

舉例來說，三星電子所推出的穿透式7 吋VGA顯示器，採用a-Si TFT LCD顯示介質與背板技術，製作於塑膠基板，強調所有製程溫度均已降至130℃以下。

《圖三　Samsung所展出的7英吋Plastic TFT LCD》

另外，日本NHK則展示OTFT的驅動技術加上強誘電性液晶FLC（Ferroelectric LC）的軟性顯示器，使用Field-Sequential技術，搭配具有fast response的FLC，因此反應速度可小於1ms，是目前首個使用此技術實現彩色化的OTFT-LCD軟性顯示器。

《圖四　NHK展示的OTFT + FLC》

Flexible AM OLED

軟性OLED的backplane技術，仍朝向a-Si及LTPS發展，美國及南韓是主要研發國家，OTFT主要發展國家以日韓為主。南韓慶熙大學便曾展示以a-Si TFT為驅動技術、以OLED為顯示介質，製作於PES塑膠基板的軟性顯示器。

《圖五　南韓慶熙大學展示的flexible a-Si TFT OLED 》

在Flexible LTPS OLED方面，三星電子和Universal Display Corporation （UDC）在研發進程上領先一步。三星SAIT推出2.2吋qqVGA，強調其低於200度的超低溫製程Ultra Low Temperature Poly Silicon（ULTPS）、可直接製作於PES塑膠基板上的軟性顯示器。三星SDI則是可以低於200度LTPS製程，將OLED製作在軟性不繡鋼箔片Stainless Foil基板上。

《圖六　SAIT的LTPS OLED 點亮照片示意圖》

《圖七　Samsung SDI的LTPS OLED 點亮照片示意圖》

在Flexible OTFT OLED方面，是由美國的賓州大學與日韓主導此相關技術研究。南韓ETRI（Electronics and Telecommunications Research Institute）最近研發OTFT OLED技術，解析度可達113 ppi。

《圖八　ETRI的成果照片示意圖》

Flexible AM EPD

Seiko Epson展示自立研發的轉貼技術Surface Free Technology by Laser Ablation／Annealing（SUFTLA），可把LTPS TFT驅動背板加上EPD顯示介質的技術，製作於塑膠基板上。Seiko Epson並將原本2.2吋製程技術，提昇為7.1吋的電子紙平面技術。此外，LG. Philips LCD則是展出10吋a-Si TFT驅動技術配合EPD顯示介質、製作於金屬箔片基板的軟性顯示器。

《圖九　Seiko Epson所展出的7.1英吋 LTPS AM-EPD顯示器》

《圖十　LG. Philips LCD展出的10吋Prototype a-Si AM EPD》

小結

目前有許多研究單位積極參與軟性主動式LCD、OLED、EPD顯示器的發展。雖然OLED顯示介質擁有自發光的材質優勢，不過阻水阻氧的技術問題，卻是其能否廣泛應用在軟性顯示器的重要瓶頸。在軟性基板方面，塑膠基板理論上較具優勢，不過物理特性的侷限成為能否繼續發展的關鍵。當下金屬箔片雖然不具透明特性，但對於過渡時期的利基產品卻仍具優勢，可望率先出現於中高階的產品應用上。另外從驅動方式來看，OTFT具有低溫製程的優勢，理論上較有機會被廣泛應用於塑膠基板上，但若未能解決OTFT技術與其他介質的搭配效果，距離實用化階段仍有一段長路要走。

後話

根據工研院IEK預估，全球軟性電子產品將從2008年開始陸續成熟，而整體市場將從2010年開始成長，產值約20億美元，到2015年將達到160億美元，其中軟性邏輯、記憶體元件以及軟性顯示器將是其中主要的應用產品。台灣已宣示要成為發展軟性顯示器的重鎮，政府也已決定由2007年開始至2015年止，每年將投入至少新台幣5億元，輔導軟性電子產業。預估到2015年時，台灣將會有超過15家軟性電子廠商，產值將達32億美元，超過全球產值的20％，進入全球排行前10大軟性電子產業。

近年來，各國正積極整合產官學研的資源，並規劃施行跨國性聯盟合作計畫，研發適當的軟性顯示器技術及其應用產品。但以產品開發的角度看來，在短期內以目前的軟性顯示器技術而言，仍無法撼動既有顯示器市場的規模，殺手級應用尚未出現。當前具應用潛力的軟性顯示器技術種類眾多，如何因應市場需求、導入商業化動力、找出利基型應用產品標的，選定可量產化的技術項目，發展具備成本效益的高性能軟性顯示器，便成為相關技術發展階段，各研發單位急待思考解決的課題。（作者為工研院影像顯示中心企劃與研發策略組產業推進部經理）