影像顯示是台灣「兩兆雙星」產業主軸之一，根據工研院產經中心統計，2007年台灣平面顯示器面板總產值達403億美元，已超越韓國的345億美元以及日本的225億美元，成為名符其實的平面顯示器第一大國。同時，2007年台灣平面顯示器產業總產值達1.78兆元新台幣，年成長率達39.8%。足見顯示產業之重要性。然而在高產值光環背後，卻隱藏著低獲利之隱憂。究其原因，上游關鍵材料、設備自主性不足，以及缺乏終端品牌的支持，均影響本土廠商之獲利能力。預期未來國內廠商將積極進行產業鏈垂直整合以擴大產業競爭力。另一方面，以新興顯示技術開創新的藍海市場，則是擴大平面顯示器市場需求之前瞻作法。在各種新興顯示技術中，軟性顯示器（flexible display）可說是最受注目的一支，因其在產品應用上可與現行支配平面顯示器市場的TFT LCD技術作一明顯區隔。本文將針對軟性顯示器之技術發展趨勢與產品應用作一簡單介紹。

軟性顯示器技術簡介

軟性顯示器之類型

軟性顯示器係指以柔軟的塑膠、玻璃薄板或金屬薄片等軟性基板取代玻璃基板來製作的平面顯示器。由於軟性基板具有輕薄柔軟、耐衝擊、可彎折等機械特性，故可提供現有平面顯示器所不能達到的使用型態。如圖一，軟性顯示器的使用形態依其彎曲之曲率半徑大小，可進一步區分為平面型（flat）、一次彎曲型（conformable）、多次彎折型（bendable）、以及捲軸型（rollable）等型式。依據不同之應用，選擇適合之使用型態，而有不同之技術組合。

《圖一　軟性顯示器之使用形態》

軟性顯示器的結構包括上下基板、顯示介質以及驅動顯示介質的背板電路。同時，在顯示系統上亦須將結構簡化或搭配特殊結構，例如微杯（microcup）或微胞化膠囊（microencapsulation），並減少零組件之使用，以符合軟性顯示器在機械特性上可撓曲、可彎折之需求。圖二顯示各種可能之基板、顯示介質與背板電路之技術組合。

《圖二 　軟性顯示器之可能技術組合》

軟性顯示介質技術

軟性顯示介質可依光作動方式區分為穿透式（transmissive）的液晶顯示器（Liquid Crystal Display, LCD），及自發光式（emissive）的有機發光二極體顯示器（Organic Light Emitting Display, OLED），此二種技術均已於玻璃基板上獲得實用。此外，反射式（reflective）顯示技術則包括電泳顯示（Electrophoretic Display, EPD）、電子粉流體顯示（Quick Response- Liquid Powder Display, QR-LPD）、膽固醇液晶（Cholesteric Liquid Crystal Display, Ch-LCD）、雙穩態向列顯示（BiNem Display）和電致濕潤顯示（Electrowetting Display, EWD）等。除電致濕潤顯示以外，其它反射式顯示介質皆具備記憶特性，也就是只有在改變畫面時才需要電力，此一特性稱之為『雙穩態』（bistable），可實現低耗電之省能特性。表一顯示上述各種軟性顯示介質技術之特性與性能比較，以下分別介紹LCD、OLED外之各種新型軟性顯示介質技術：

電泳顯示 (Electrophoretic Display, EPD)

電泳顯示器係將黑、白兩色的帶電顆粒封裝於微胞化液滴結構中，藉由外加電場控制不同電荷黑白顆粒之升降移動，以呈現黑白單色之顯示效果，代表廠商是美國E-Ink與Sipix。由於EPD技術可呈現出高反射率、高對比的黑白顯示效果，因此十分適合應用於電子書、電子紙等取代紙張之應用。目前包括韓國Samsung、LG、日本Seiko Epson、凸版印刷以及台灣元太科技等均與E-INK合作投入EPD顯示器之開發。

電子粉流體顯示 (QR-LPD)

電子粉流體顯示技術為日本Bridgestone所發表，顯示介質為樹脂經過奈米級粉碎處理，產生黑色與白色不同電荷粉體，將粉體填充於空氣介質之微杯結構中，利用上下電極電場使黑白粉體在空氣中發生電泳動現象，其中控制粉體的操作電壓為實際應用時重要的議題。由於使用空氣作為電泳粉體之介質，所以QR-LPD具有高反應速度，最快可達到0.2 ms。但需要高電壓來驅動電子粉流體為其缺點，使得在耐高電壓的TFT元件尚未開發成功之下，電子粉流體目前只能以被動式(PM)的方式來驅動電子粉流體。

膽固醇液晶 (Ch-LCD)

膽固醇液晶技術之研發機構包括美國Kent Display Inc.、日本Fujitsu、Fuji Xerox及台灣的工研院，膽固醇液晶為一種呈螺旋狀排列之特殊液晶模式，藉由在向列型液晶中加入旋光劑（chiral dopant）來達成此一特殊排列結構，並利用膽固醇液晶分子在不同電位下呈現planar（反射）與focalconic（透過）兩種不同偏極光旋轉狀態來達成顯示效果。膽固醇液晶屬於反射式顯示器，利用外界環境光源來顯示影像，不需背光源，同時具有雙穩態特性，所以膽固醇液晶亦同樣非常省電。另一方面，膽固醇液晶可藉由添加不同旋轉螺距（pitch）的旋光劑，調配出紅、綠、藍等顏色，達到彩色化顯示的需求。

雙穩態向列顯示 (BiNem Display)

雙穩態向列液晶顯示技術由法國Nemoptic所開發，該技術使用向列型（Nematic）液晶，顯示面板是採用兩種底板，其液晶分子保持力不一致，當長時間施加某一額定電壓時，液晶分子會相對於底板呈垂直豎立狀態，此時，若將電壓值急速降至零，強保持力底板周圍的液晶分子便會拉向倒下的方向，而弱保持力底板周圍的液晶分子則呈反方向倒下，而處於底板中間位置上的液晶分子則會產生扭曲角度。如果分兩步進行緩慢解除加電狀態操作，液晶分子便會因彈性能力減弱而倒向同一個方向，不會產生扭曲角度。在這兩種狀態下，一種顯示為黑，另一種則顯示為白，基本上形成了雙穩態顯示。通過在第二步改變解除電壓時的電壓幅度，黑色區域和白色區域的比率就會發生變化，即可調製出中間色調。

電致濕潤顯示 (EWD)

電致濕潤顯示技術之主要投入廠商為由荷蘭Philips所衍生成立的Liquavista。面板結構由透明電極、絕緣膜、著色油滴和水所組成，在不加電壓狀態下，著色油滴覆蓋絕緣膜整體，面板呈現油滴的顏色；載入電壓後，絕緣膜從疏水性轉變為親水性，使油膜縮聚而脫離絕緣膜表面，藉由改變油膜脫離量來控制灰階。若在面板下配置白色反射板，可作為反射型顯示器使用，與其他反射式雙穩態技術相較，低電壓是優勢，且反應速度快、高反射率及高色彩轉換率，但EWD不具雙穩態特性，應用上有所受限。

軟性背板技術

軟性背板驅動技術可分為被動式與主動式技術兩種，背動式陣列（Passive Matrix, PM）係以上下基板互相垂直排列的導線之導通來點亮畫素，其結構較為簡單且製作成本低廉；相對的主動式陣列（Active Matrix, AM）則需在每一個畫素電極上配置薄膜電晶體（Thin Film Transistor, TFT）主動元件，來決定畫素的點亮。相較於QR-LPD、Ch-LCD等以PM驅動之軟性顯示介質，以AM背板驅動具有低驅動電壓、高解析度、可顯示動畫的高反應速度（video response time）以及高可靠度等優點，因此更適合應用於高附加價值、高階電子裝置之應用。一般而言，LCD、OLED、EPD、EWD等顯示介質技術皆適合以AM背板驅動，而可用於軟性顯示器之AM背板技術包括使用無機半導體材料的非晶矽薄膜電晶體（a-Si TFT）、微晶矽薄膜電晶體（C-Si TFT）、低溫多晶矽薄膜電晶體（LTPS）、金屬氧化物薄膜電晶體（MOx TFT）；以及有機半導體薄膜電晶體（OTFT）。表二所列為上述各種軟性AM背板驅動技術之比較。關於各式AM背板技術介紹則分述如下：

無機AM背板技術

由於在玻璃基板上製作a-Si TFT來驅動LCD的技術取得了很大的成功，因此，對於具有TFT量產經驗的面板廠商而言，將無機TFT製作技術轉移至軟性基板上以切入軟性顯示器研發是十分合理之嚐試。考慮到塑膠基板具有較低的玻璃轉移溫度（glass transition temperature, Tg），因此，需以較低溫之電漿輔助化學氣相沉積（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD）或濺鍍（sputter）等方法沉積矽基或其它半導體薄膜，再以黃光微影（photolithography）、蝕刻（etching）等半導體製程製作成TFT陣列。直接低溫製程之技術挑戰，在於以200℃左右的製程，控制塑膠基板變形量所造成的圖形偏移，製作出符合AM背板驅動特性需求的TFT陣列。以直接TFT製程技術進行開發的廠商或機構包括韓國Samsung、LG Philips、日本Sharp、美國FDC(Flexible Display Center)、HP、以及台灣元太科技與工研院等。

如表二所示，以不同半導體材料作為主動層之TFT元件具有不同特性表現，例如a-Si TFT製程簡單、成本低廉且元件均勻性較佳，可用於驅動LCD或EPD等顯示介質，但載子遷移率（carrier mobility）較低，同時可靠度較差，較不適合用於驅動OLED；而低溫多晶矽（Low Temperature Poly Silicon, LTPS），雖具有較高的遷移率與可靠度，但仍有元件均勻性不佳與製程成本較高之問題，用於驅動OLED之技術亦有待開發中。近期較受矚目的技術則包括微晶矽（Micro-Crystal Silicon, C-Si）與金屬氧化物（Metal Oxide , MOx）TFT技術，以近似於a-Si TFT之低溫製程與成本，得到兼具a-Si TFT之均勻性與LTPS TFT之高遷移率與可靠度，極有潛力應用於驅動OLED顯示介質。

除了直接製程技術之外，另有將玻璃基板或矽基板上之TFT元件轉貼到塑膠基板的轉貼技術（transfer process）。如日本SONY嚐試將TFT貼附於暫時的載板，以蝕刻法移除玻璃基板後，再將TFT陣列轉貼至塑膠基板；日本Seiko Epson則以雷射剝離法開發SUFTLA（Surface Free Technology by Laser Ablation）技術。使用轉貼技術雖可得到元件特性優於直接低溫製程的TFT陣列，卻有製程繁瑣、低良率與成本過高等缺點。其它技術嚐試尚包括以超薄玻璃製作軟性TFT陣列，如日本Seiko Epson與Sharp均嘗試使用厚度50m的超薄玻璃製作軟性TFT，完成之LCD可略為彎折，達到一次彎曲之顯示器型態。另一方面，韓國LG Philips則持續開發在不銹鋼金屬基板上製作a-Si TFT技術，並用以驅動軟性OLED顯示器。

有機AM背板技術

近年來有機薄膜電晶體(Organic Thin Film Transistor, OTFT)在電性的提昇已有顯著進步，不論是在載子遷移率與開關電流比（On/Off current ratio）上均可達到近似於a-Si TFT之效能表現。OTFT係以小分子（如pentacene）或共軛高分子（如Poly-3-hexylthiopene, P3HT）等有機材料作為元件主動層，可以低於200℃以下之溫度製作，同時與塑膠基板有類似的機械性質，故而更有機會朝向彎曲型與捲軸型的軟性顯示器開發。

目前使用真空蒸鍍或溶液製程之小分子材料製作OTFT之廠商或機構包括韓國Samsung與ETRI、日本SONY與NHK、美國3M、荷蘭Polymer Vision以及台灣工研院；另一方面，使用溶液製程之高分子材料製作OTFT之廠商或機構則包括美國PARC、英國Plastic Logic以及台灣工研院。以溶液塗佈成膜技術製作OTFT元件，易於與噴印（Ink Jet Printing, IJP）或其它印製技術搭配，減少光罩數目與真空蒸鍍設備之使用，未來更可近一步搭配卷對卷（roll to roll）製程，對降低軟性AM背板之製造成本有很大的效益，如美國PARC便預測製造成本可藉此降低至傳統半導體製程的十分之一，將會對電子產業產生革命性的影響。

技術發展趨勢與挑戰

軟性顯示介質技術

由歷年各家技術原型展示發表趨勢，可發現AM驅動之軟性顯介質技術由LCD逐漸演變為往EPD技術開發。推測係由於LCD之結構較為複雜，需同時整合軟性上下板、背光、光學膜等零組件，故仍存在相當之困難度，最大顯示尺寸也只停留在韓國Samsung於2006年所發表的7吋。而自2005年起，開始出現以AM背板搭配結構簡單的EPD，目前顯示面積可達到A4（約14吋），解析度為符合電子書顯示文字需求，約為120~180 dpi。另一方面，隨著OLED技術發展的逐漸成熟，也開始出現部份軟性AMOLED技術之開發，顯示面積約在2.5~4吋。

在PM驅動之軟性顯示介質技術方面，包括BiNem、Ch-LCD、QR-LPD等技術均持續發展並逐步改善其顯示特性，顯示面積普遍可達到A4，日本Bridgestone甚至於2007年底發表A3尺吋（約21吋）的QR-LPD面板。

對反射型軟性顯示介質而言，開發彩色化之反射型面板亦是重要之課題，目前EPD、BiNem、QR-LPD技術均以外貼彩色濾光片（color filter）方式達成彩色化，普遍存在反射率過低之問題，且黑色顆粒亦會導致色純度之降低。可行之解決方法是開發彩色顆粒直接填入微胞或微杯結構中，但其良率仍有待克服。另一方面，Ch-LC技術雖不需外貼彩色濾光片即可達成彩色化，仍因反射率過低而使亮度、對比無法提升，可行之解決手段包括以R、G、B三層膽固醇液晶層堆疊，或同時添加左旋、右旋之旋光劑來提高反射率。

對新型反射顯示介質而言，開發卷對卷製程（roll to roll）生產顯示介質也是另一主要趨勢，有別於現行平面顯示器採批式生產，卷對卷製程亦於與軟性基板搭配，並有助於以低廉成本進行大面積生產，由目前開發廠商之規劃，包括EPD、Ch-LCD、QR-LPD均有朝向卷對卷連續式生產之規劃。

軟性背板技術

目前AM軟性背板之技術開發仍以直接低溫TFT製程為主流，薄化玻璃TFT技術需克服玻璃易碎裂問題，而使其撓曲程度與應用性受限；至於轉貼技術則有製程複雜與成本較高之缺點，因此這兩項技術開發已逐漸淡出。對直接低溫軟性TFT製程而言，除了將基板由玻璃置換為軟性的塑膠或金屬基板外，基本上玻璃基板TFT之製作流程、生產設備與材料均可沿用，研發問題則鎖定於基板傳送、低溫製程、基板變形控制與元件特性提昇等。

表三顯示各種軟性基板貼附（lamination）技術比較，由於目前仍以批式製程製作TFT元件，因此仍須將機械性質柔軟的軟性基板貼附於玻璃載板上，再進行後續之薄膜、黃光微影、蝕刻等製程。基板貼附所用膠材可說十分關鍵，既需維持一定的附著力與抗化學性，可以承受上述製程並維持軟性基板之平整，同時又可以在製程完成後輕易取下而不致破壞TFT元件結構。另一種嘗試則如荷蘭Philips所採用的EPLaR（Electronics on Plastic by Laser Release）技術，以旋轉塗佈法在玻璃載板上形成PI薄膜，於PI薄膜上完成TFT製程後，再從玻璃載板背面以雷射照射方法使PI薄膜分離。EPLaR技術不需使用貼附膠材，可避免因貼附所產生之氣泡或其它缺陷，同時具有PI基板取下方法簡單之優點，目前國內已有元太科技向Philips技轉此技術，並應用於軟性AM EPD顯示器之製作。

除了沿用傳統的批式TFT製程外，也出現以卷對卷方式製作TFT之嘗試，例如美國HP便提出可與卷對卷連續製程搭配之SAIL （Self Assembly Imprint Lithography）技術，係以壓印(imprint)技術取代傳統的多道黃光微影製程，搭配適當的多道蝕刻控制，可有效解決傳統卷對卷製程黃光製程對位不易之問題，同時具備低成本優勢。

在OTFT技術開發方面，以軟性OTFT驅動單色EPD之技術組合已邁向產品實用化之階段。如英國Plastic Logic於2007年初宣布募得1億美元資金，將在德國德勒斯登興建一條OTFT生產線，預計於2008年開始量產用於電子書之AM OTFT EPD顯示器。荷蘭Polymer Vision則是利用英國Innos生產線進行AM OTFT EPD顯示器之量產，並於2007年底推出可彎折之顯示器產品”Readius”。

目前OTFT開發之主要技術挑戰，包括藉由有機材料與元件結構之最佳化來提升OTFT元件之載子遷移率與可靠度，以提升開口率並符合驅動OLED之需求；藉由降低絕緣層厚度與提高介電常數來降低元件的起始電壓(threshold voltage)；開發性質穩定的N-type材料，以符合CMOS電路之需求；此外，除了有機主動層材料外，開發有機電極層與有機絕緣層，以朝向全有機化元件製作技術之開發，以期發展真正可彎曲、可捲曲的軟性顯示背板。

《表三 各種軟性基板貼附技術比較 (資料來源:工研院顯示中心綜合整理)》

產品應用趨勢

圖三為市調機構DisplaySearch於2008年所公布之最新軟性顯示器市場預測，根據DisplaySearch的預估數字，軟性顯示器在技術發展初期將以e-Reader電子書閱讀器、POP廣告（包含Digital Signage電子看板）、及可攜式顯示產品三大應用領域進入市場，直到2015年，這三項產品仍占市場產值之大部分，伴隨著少部分包括玩具、Shelf Label貨架標籤、以及Smart Card智慧卡等產品應用。由於在2007年，包括電子書閱讀器、POP廣告及手機等軟性顯示器應用產品紛紛進入市場並貢獻2.38億美元的產值，故軟性顯示器之市場預估數字亦出現相當幅度之成長，以2015年預估產值為例，2008年之預估數字為40億美元，較2007預估值的24億美元成長將近一倍，可見市調機構對於軟性顯示器的市場看法已更為趨於樂觀，預估在未來七年內均可維持20%以上的高年成長率。需注意即使在2015年可達40億美元產值，此一數字仍僅占FPD年總產值的3%左右，表示軟性顯示器仍有相當漫長的路要走。

《圖三 軟性顯示器之市場預測(資料來源：DisplaySearch 2008)》

工研院軟性顯示技術發展概況

目前台灣軟性顯市技術研發仍以工研院為最主要之投入機構，圖四為近期工研院顯示中心所發表之軟性雙穩態膽固醇液晶顯示器原型，包括採用新型單層彩色化結構設計的10.4吋QVGA彩色膽固醇液晶顯示器，以及可用卷對卷技術製作生產的3.5吋×13.5吋單色顯示器。利用膽固醇液晶顯示器不需背光、省能、低成本、可大面積生產等優點，未來將朝向大面積電子標牌、電子情境牆等廣告用途開發。另一方面，顯示中心亦持續投入高階主動型軟性顯示器之研發，圖五所示為近期所發表之7吋VGA軟性a-Si TFT LCD顯示器原型。

《圖四 工研院顯示中心所發表之單色與彩色軟性膽固醇液晶顯示器原型》

《圖五 工研院顯示中心所發表之軟性a-Si TFT LCD顯示器原型》

結論

目前軟性顯示器的技術發展仍呈現百家爭鳴之態勢。包括AM、PM等背板驅動技術，以及各種穿透型、自發光型、反射型顯示介質技術，均仍持續進行研發。對於仍處於盟芽期的軟性顯示器技術而言，在技術突破與開發同時，找到對應的產品應用，投入於LCD技術所無法替代的市場，可說是技術存活的根本關鍵。軟性顯示技術優勢之一在於輕薄、省電、耐衝擊，在技術發展過程中，應發揮這些特性，往超越LCD、PDP之更大尺寸發展，避免在顯示畫質上與既有技術競爭。在顯示畫質取得進步後，可以開始著重軟性面板可彎折、易收納之優勢，進一步與各種可攜式產品結合，創造全新的使用形態，以豐富未來行動生活與數位生活的內涵。

（本文由工研院顯示中心提供）