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Plastic AMOLED超薄优势解密
三星面板下一颗震撼弹

【作者: 陳光榮】2012年12月07日 星期五

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回顾过去十年,AMOLED与TFT-LCD一直在规格上竞争,起初TFT-LCD挟持著成本优势将AMOLED远远抛在后面。台湾厂商曾经是比三星更早投入AMOLED研究开发,但是终究无法抵抗现实环境而放弃AMOLED。


然而,三星内部却酝酿着要来一场绝地大反攻。


自2009年开始,三星开始量产AMOLED,推出AMOLED面板手机试探市场反应。 2010年,以Galaxy S智慧型手机全球销售超过500万支,让三星更确定AMOLED面板技术是正确的选择。 2011年,Galaxy S2智慧型手机销售一举超过1000万支,证明AMOLED所带来的薄型化设计(Slim Design),正是行动智慧手持装置的未来趋势。


今年,三星趁胜追击推出Galaxy S3手机,在高阶智慧手机市场又掀起一场规格大战。



图一 : AMOLED与TFT-LCD之竞争,未来将有两项杀手级之应用,一为轻薄设计和耐摔,二为软性(Flexible)。
图一 : AMOLED与TFT-LCD之竞争,未来将有两项杀手级之应用,一为轻薄设计和耐摔,二为软性(Flexible)。

iPhone 5瘦身计画

Apple在这场智慧手持装置大战中,目前为止仍是领先群雄,薄型化设计则是未来智慧手机开发重点。


以iPhone 4S厚度而言,因为触控面板采用外贴方式,因此整体面板模组厚度为2.98mm。市场预测iPhone 5将采用In Cell触控技术,使得原本iPhone 4S之触控玻璃将会消失,并且少一层贴合胶材,而贴合胶材也将从光学胶改为水胶,未增加In Cell TFT-LCD玻璃面板之强度,Window Glass可能会改为0.9mm之厚度,因此iPhone 5所采用之面板模组总厚度预估为2.54mm,此瘦身计画缩减iPhone 4S面板约15%之厚度。



图二 : Apple iPhone5瘦身计划:采用In Cell TFT-LCD。(图片厚度来源:凯基预估)
图二 : Apple iPhone5瘦身计划:采用In Cell TFT-LCD。(图片厚度来源:凯基预估)

三星手机面板再瘦身:Plastic AMOLED

Apple iPhone头号劲敌非三星Galaxy莫属,目前三星在面板产业是稳座龙头宝座。


在智慧手机薄型化的设计上,三星采用AMOLED面板可省去TFT-LCD中之背光模组,与一片偏光片之厚度,一举省下约TFT-LCD 30%之厚度,这正是目前三星Galaxy系列手机所采用之方法。


此一瘦身幅度已是业界之冠,但三星并不满足,正加紧脚步开发下一代瘦身秘密武器:Plastic AMOLED。简单来说,Plastic AMOLED改用Polyimide (PI) 塑胶材料取代玻璃基板,能将厚度由原先的0.3mm再缩减到0.1mm,而且不需封装盖玻璃。


此技术改用薄膜封装(Thin Film Encapsulation ; TFE)方法封装,TFE封装厚度仅有几个微米,几乎可忽略TFE封装厚度。 TFE上层则需要一圆偏光片(Circular Polarizer)让显示画面变为全黑色,最外层仍维持0.7mm厚度之强化玻璃,增加防刮、防撞等特性。


改用Plastic AMOLED面板后,整体模组厚度相较于LCD模组,节省了70%的面板模组厚度。这正是三星手机采用AMOLED面板后,再度大举突破薄型化限制的一项秘密武器。



图三 : 三星AMOLED面板瘦身计划之秘密武器:Plastic AMOLED。(图片厚度来源:SAMSUNG)
图三 : 三星AMOLED面板瘦身计划之秘密武器:Plastic AMOLED。(图片厚度来源:SAMSUNG)

三星Plastic AMOLED准备量产

三星投入薄型化AMOLED开发已有时日,其看好薄型化上AMOLED所需之薄膜封装技术,并购美国Vitex公司,布局下世代AMOLED之关键技术。


2008年采用Vitex薄膜封装技术在玻璃上所制作出来之Flapping AMOLED面板雏型品,厚度仅为0.05mm。 2009年展出之6.5吋Flexible AM​​OLED则改采PI塑胶基板,厚度小于0.1mm。 2010年采用目前玻璃AMOLED上之LTPS TFT量产技术,成功在PI塑胶基板上试制2.8吋Flexible AM​​OLED,厚度也只有0.24mm,此举让Flexible AM​​OLED商品化机会大步迈进,意谓着Flexible AM​​OLED量产时程指日可待。


从公开性资料看来,三星最近一次展出Flexible AM​​OLED面板雏型品是在2011年美国CES消费性电子展,其4.5吋Flexible AM​​OLED之雏型品已是接近商品化规格之Plastic AMOLED,厚度约为0.3mm。 2011年5月,三星与日本生产PI材料大厂宇部兴产宣布共同合作开发,打算进入Flexible AM​​OLED量产阶段。


自三星于2011年宣布采用PI塑胶基板量产Flexible AM​​OLED后,韩国LG在2012年也宣布跟进三星量产方法,放弃原先采用的Stainless Steel方法,改用PI塑胶基板。日本SONY于2012年展出之9.9吋Flexible AM​​OLED雏型品,也改采用PI塑胶基板。


相较之下,台湾工研院早在2008年展出Flexible AM​​OLED雏型品时,就已经采用PI塑胶基板,领先韩国三星与LG,并且已将技术移转给国内友达光电。


很显然地,这场AMOLED战火将从目前玻璃AMOLED上延伸到软性塑胶基板之AMOLED。


工研院绝地大反攻:FlexUP关键技术

工研院开发之Flexible Universal Plane技术,简称FlexUP技术,可利用目前玻璃量产设备,并相容于TFT与OLED制程方法,在玻璃上独创一层De-Bonding Layer(DBL)。它位于PI塑胶基板与玻璃之间,可符合TFT制作中之精密对位与黄光、微影、蚀刻等制程,并可在高真空下完成OLED蒸镀制程。软性封装后之Flexible AM​​OLED面板,可借由简易切割方式将面板取下,有别于三星采用之Laser方式。


此革命性之关键技术除了荣获2010全球百大研发科技奖(R&D 100 Awards)外,更击败Nokia、微软、福特等国际知名企业,荣获2010「华尔街日报科技创新奖」金牌奖(The Gold Award in The Wall Street Journal's 2010 Technology Innovation Awards),这是台湾首度摘下华尔街日报科技创新奖最大桂冠。


在玻璃AMOLED上台湾面板厂商目前落后韩国三星与LG,工研院这项差异化创新技术将全力协助台湾面板产业在未来Flexible AM​​OLED技术上持续突破,甚至影响国内品牌系统厂商在产品上创新革命。这是一项在未来行动智慧装置上重要之关键技术,也是台湾手中握有可与韩国对抗​​之武器。


图四 : 工研院开发之FlexUP技术,采用革命性简易取下Flexible AMOLED的方法,超越韩国三星的Laser取下方法
图四 : 工研院开发之FlexUP技术,采用革命性简易取下Flexible AMOLED的方法,超越韩国三星的Laser取下方法

Plastic AMOLED大解密

未来行动装置Slim Design已成趋势,在电池薄型化进展速度缓慢下,面板薄型化已经是关键零组件中重要缩减厚度来源。然而,薄型化AMOLED面板带来的问题,是面板容易破裂,因此采用塑胶基板的Plastic AMOLED就成为解决问题之关键面板技术。


拆解Plastic AMOLED各层薄膜厚度分析,软性PI基板厚度介于0.01~0.1mm之间,软性基板上之阻水、氧气(Gas Barrier)层厚度约为0.005mm,一般薄膜电晶体(TFT)与Pixel Define Layer(PDL)层,厚度约为0.003mm。 OLED发光层厚度约为0.001mm,薄膜封装(TFE)厚度约为0.005mm,然而厚度最厚的是圆偏光片(Circular Polarizer),约为0.1~0.18mm,总体厚度约为0.124mm~0.294mm之间,相较于目前玻璃薄化后之面板厚度约0.8mm, Plastic AMOLED可说是真的「超薄」!



图五 : Plastic AMOLED面板厚度拆解。(图片来源:工研院)
图五 : Plastic AMOLED面板厚度拆解。(图片来源:工研院)

由玻璃材质转换成塑胶材质,在材料特性上就是一个明显的差异化。再者,由于全固态软性封装结构,相较玻璃AMOLED中空氮气封装结构,在结构上以全固态结构对于外力冲击有较佳之缓冲效果。因此以全塑胶材料打造之Plastic AMOLED面板,有别于玻璃AMOLED面板,造就其耐冲击、不易破之特殊性质。


结论

即将针对智慧行动装置推出的Plastic AMOLED,只是在目前产品架构下维持轻、薄、不易破之产品特性。对三星来说,开发Plastic AMOLED的更大动力是未来产品的「变型」。


随着技术的进步,未来的Plastic AMOLED会朝向可弯曲、可折叠、可卷曲之革命性行动智慧装置产品发展。台湾在经济部支持之下,工研院已掌握关键性创新技术,未来也将协助国内厂商绝地大反攻,在Flexible AM​​OLED技术上与韩国一较高下。


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