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面板「软」实力掀革命
软性面板成明日之星

【作者: 丁于珊】2013年12月31日 星期二

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近来,高端智慧手机的发展已逐渐开始有了同质化的现象,外型上大抵就是大大的触控萤幕搭配上一块坚固的基板,能够拿来竞争的不外乎是比规格、比价钱,或者比萤幕大小、画质高低、相机画素,可以突显差异化的空间越来越少。


不过随着软性显示技术距离实现已经指日可待,可能在智慧手机设计上掀起一次革命,手机制造商可以为智慧手机创造出创新的形式,工研院产业经济与趋势研究中心产业分析师刘美君指出表示,在第一代软性显示器商品中所传递的讯息是手机型态开始有了变化,例如形状改变、更轻薄或者是摔不破,而后才会有下一阶段可随意弯曲、可折叠的产品问世。



图一 : 软性显示应用范围广泛,可随意弯曲折迭的特性让产品型态有了变化。
图一 : 软性显示应用范围广泛,可随意弯曲折迭的特性让产品型态有了变化。

软性面板商用化指日可待

事实上,软性显示技术已讨论多年也红极一时,早在1970年代,就已有日系厂商如Canon或夏普提出要以软性基板取代玻璃基板的概念。但是直到2000年软性显示才开始受到市场瞩目,而后随着适用于塑胶基板制程的AMOLED及电泳显示面板(EPD)成功量产之后,软性显示器才有了商用化的可能性。


目前软性显示技术可应用于LCD、OLED、EPD等面板当中,然而由于LCD结构设计复杂,要开发出可挠曲式的显示器,在技术上相对困难。因此,虽三星在早期就已经开始布局软性LCD技术专利,但后续开发状况不明朗。目前市场上大多将研发资源放在OLED或EPD的开发上。但EPD因专利问题以及开发厂商较为单一,不若OLED投入开发的厂商较多,资源也相对较丰富,因此在软性显示技术的开发时程上OLED较电子纸快了不少。


在软性OLED中,所使用的基板包括塑胶基板、金属或者软性玻璃,此外也有业者结合塑胶及玻璃基板开发出玻璃纤维强化塑胶(Fiberglass Reinforced Plastics;FRP),而不管是哪一种基板,轻、薄、耐用且不易碎裂都是同样的特点。根据MIC分析指出,塑胶基​​板因可挠性较好,且商品化可能性较高,因此开发集中度也最高,许多面板厂如三星、SONY、友达等都积极投入。


软性显示应用范围广泛,尽管目前在初期的软性显示设备上,仅能保持微弯的弧度,但不可否认的,其市场需求仍然逐渐增温。根据iSuppli预测,软性OLED市场规模将会从2013年的2190万美元快速成长至2014年的9480万美元,年成长率达到334%,未来预计将会持续呈现强劲成长的趋势,这也标示着软性显示技术的时代即将降临。


不过,IDC全球个人电脑与显示研究团队资深研究经理徐美雯指出,就现阶段而言,市场上的软性显示产品展示技术的意味大于实用性。 iSuppli则认为,真正能够折叠的OLED萤幕必须要等到2016年才有可能出货。


软性关键技术待克服

OLED本身虽然具备可挠曲、软性的特点,但是想要开发出真正可弯曲、可折叠的产品,在其他关键零组件或者相关技术上都还有许多挑战必须克服。刘美君指出,产品寿命及信赖度是两大关键问题,而寿命又牵涉到元件、材料及封装制程等各个部分。



图二 : 想要开发出真正可弯曲、可折迭的产品,在其他关键零组件或者相关技术上都还有许多挑战必须克服。
图二 : 想要开发出真正可弯曲、可折迭的产品,在其他关键零组件或者相关技术上都还有许多挑战必须克服。

由于软性显示器在弯折过程中,元件可能因此受到机械性损害;而触控的部分,ITO特性也不足以支持软性显示的应用。要如何避免这样的情形发生,是设计端必须考量的事情,其中​​高强度材料为目前的研发重点。


此外,封装技术上,由于OLED容易受到水或氧气等物质影响而受潮、或氧化,导致良率降低,在封装过程中必须阻绝这些物质的影响,来提高寿命与稳定性。玻璃封装阻隔水氧效果较好,但在软性面板上,若使用薄膜封装技术,由于封装层次复杂,容易在过程中受到影响,如何达到有效率的阻绝水、氧,并且简化制程是提高产品寿命的另一项重点。


驱动背板部分,矽材质TFT(a-Si非晶矽、LTPS低温多晶矽、OTFT、及Oxide TFT)一直是市场主流,如三星在其塑胶基板上就是采用LTPS制程。但是塑胶基板在制造过程中常因高温而产生变形问题,而玻璃基板耐高温性也不佳,降低了软性显示器的使用性能及寿命,也导致OLED良率上始终无法提升。为此,三星、LG等面板厂商始转向采用可低温制程的氧化物薄膜电晶体(Oxide TFT)技术,LG更投入大量资金在此技术开发上。


然而,Oxide TFT虽解决了塑胶基板不利于高温的问题,但目前仍有其他瓶颈须克服。 MIC研究报告指出,塑胶基​​板容易在制程中产生热涨冷缩的现象,或是因层层堆叠造成弯曲,各个层面曲度不同,影响对位精准度,影响良率,因此面板厂也还在寻求解决之道。


软性显示技术虽仍受限于技术瓶颈或者关键零组件上,让开发进度始终停留在试产阶段,但随着智慧手机、平板电脑、笔记型电脑等行动装置不断朝向轻、薄等方向发展时,也带动面板厂对于软性面板技术积极的研发。其中又以韩国两家大厂三星及LG为目前开发软性显示技术的主力,在研发时程上也最为领先。


在可挠式AMOLED显示技术上,三星、LG同时选择手机作为市场切入点,在今年已相继推出弧形OLED智慧手机,但因良率问题,出货可能延迟到2014年。依据两家大厂规划,下一阶段将攻占平板电脑产品,不过也受限于技术及良率问题,2015年才有可能将成本降至市场可接受价格,预计届时将会采用LTPS背板加工技术,而2017年在大面积化效率与低温加工的考量下,Oxide技术将加入量产行列。



图三 : 三星计划未来将软性显示显示应用扩散到五大市场,并依技术发展,分为三阶段。
图三 : 三星计划未来将软性显示显示应用扩散到五大市场,并依技术发展,分为三阶段。

三星展现野心 2015推可折叠萤幕

对于下世代的面板技术,韩国大厂三星处在市场领先地位。近来,三星的显示器部门持续推出创新技术,尤其对于软性显示技术态度更是积极,其CES中展示的名为Youm的可挠式AMOLED显示器标示着三星在软性显示技术上已经有所突破。三星宣称,采用Youm技术的设备能够将行动装置的萤幕做得更大,平常可随意折叠起来、缩小体积,展开来就变成平板电脑。


Youm的优势在于采用薄膜材料取代既有的玻璃基板,如此一来,AMOLED面板将会变得更轻薄、更耐用以及可挠曲。此外,三星也简化OLED的设计架构,将原本的六层结构设计减少为四层,并且选用材料强度高的薄膜材料,以确保面板的强韧性,不怕萤幕受损。不过碍于相关技术应用还未成熟,以及为了确保强度,三星在Galaxy Roun的面板上加上一层保护玻璃,消费者仍不能任意凹折。


图四 : 三星简化OLED的设计架构,将Youm面板由六层结构设计减少为四层。
图四 : 三星简化OLED的设计架构,将Youm面板由六层结构设计减少为四层。

而今年的「三星分析师日(Samsung Analyst Day)」当中,三星也进一步地揭露了未来几年内的显示器市场计画。刘美君指出,三星将软性显示技术发展分为三个阶段,除了在今年发表可弯曲的OLED电视及手机外,2015年将跨大至新的应用范围,如可穿戴式装置或车用面板,而2017年医疗用面板或什至建筑产业也都可望看到软性显示技术的应用。三星副会长权五铉表示,三星期望在2014到2015年之间可以推出真正可弯曲以及可折叠的显示器产品,并在未来将应用扩大到五大新型应用市场。


LG紧追三星之后 弯曲萤幕争霸战浮上台面

相较于三星在市场上的大鸣大放,LG相对地显得较为内敛,不过在软性显示技术上同样不落人后,继三星在十月初推出Galaxy Round之后,LG随后也不甘示弱地宣布将推出其弯曲智慧手机产品G Flex,并在11月于南韩的三大本地运营商开始贩售,12月进入欧洲市场,并选择在法国首卖。


据了解,LG的G Flex搭载6吋的可弯曲显示萤幕,搭配可弯折的塑胶材质机身。 LG宣称这是智慧手机在创新上的一个里程碑,并表示G Flex是第一支能够更贴近人类脸型弯曲弧度的智慧手机,因不同于三星的Galaxy Round示左右两侧弯曲,G Flex是上下两端弯曲。


较为特别的是,为了符合G Flex的弧型设计,其电池同样也采用曲面设计以降低手机内部死角空间。因此,G Flex能够进行一定程度的弯曲,在受到大力按压呈现平面后,也可以在短时间内回复弯曲的外观。 LG表示此电池是专为G Flex所研发,当中运用了LG的堆叠式和折叠技术,此技术能够减少电池弯曲时的物理压力,并提高稳定性和效能,LG也为此申请了相关专利。刘美君形容,LG就像是鸭子划水般,虽然较少传出讯息,但却作了不少努力,因此对于LG不能掉以轻心。


台厂要有危机意识

相较于韩厂脚步领先,台湾面板厂在2005年才开始进入软性显示技术研发,虽也在许多场合中展出软性显示技术,但目前都仍仅于技术展示阶段,距离成功量产仍有距离,其中又以友达及工研院较积极。


友达近日在AMOLED面板研发上终于成功进入量产阶段,同时也在今年光电展中展出4.3吋可挠式AMOLED技术,其采用软性塑胶基板及薄膜封装技术,开发出厚度仅0.2毫米的可弯曲AMOLED面板。尽管如此,友达软性显示技术仍处于实验机阶段,距离要实际导入量产还有一段距离。


而工研院对于OLED技术在专利及制程布局上也大有进展,只是面对如今电子产业不景气的状况下,要将技术导入台湾厂商供应链,进到量产阶段也有一定难度。不过,刘美君认为,目前台湾厂商与韩厂落差还不算太大。


三星、LG对于软性显示技术开发态度虽然都相当积极,但是软性OLED面板要完全取代传统的OLED萤幕仍然言之过早,因塑料基板、薄膜封装等OLED相关技术及应用都还未成熟,且软性OLED的制程也还在测试当中。软性OLED市场是否能够发展成功,最终还是要取决于合理的成本、能被大量制造的生产材料以及技术成熟度。


因此,即便是三星及LG,目前也仅能小批量量产。话虽如此,但刘美君指出,以三星策略来说,就如当初AMOLED一战成名,以小量出货来测试市场是很关键的一步,未来将会逐渐增加出货量,进而攻占大部分市场。台厂现阶段虽落后不多,仍要有警觉性。 「台湾厂商必须有在半年到一年内也要量产的决心,否则最终将会陷入与中国削价竞争的情况,」她说。


而就目前的状况而言,台湾厂商不适合再做大规模建厂,而是改装现有机台与厂房,藉由调降TFT LCD产能,提高新技术研发部分,并透过与日本厂在设备及材料方面的合作,尽快找到市场定位。


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