柔性液晶都有什么絕活？憑啥挑戰(zhàn)有機(jī)EL

1. 前言

本文將介紹在亞洲最大的顯示屏國際會議“22th InternaTIonal Display Workshops（IDW '15）”上，關(guān)于液晶面板挑戰(zhàn)柔性顯示屏的主流——有機(jī)EL顯示屏的話題。以日本東北大學(xué)藤掛石鍋研究室的研究成果為中心，連同基礎(chǔ)技術(shù)一起進(jìn)行講解。

2. 將液晶屏彎曲也能維持基板間隔
在各種平板顯示屏（FPD）中，有機(jī)EL顯示屏因?yàn)槟軌驅(qū)崿F(xiàn)高對比度、高色彩表現(xiàn)范圍，而且容易實(shí)現(xiàn)超薄化，從而作為柔性顯示屏的主流技術(shù)被關(guān)注，筆者在之前的文章中也曾經(jīng)介紹過這一點(diǎn)。

具有代表性的電子紙——電泳顯示屏（EPD）早已作為柔性顯示屏投入實(shí)用。而且，這種顯示屏是具有記憶性、無需背照燈的反射型，還不需要偏光板，因此能夠得到明亮、無彩色的顯示。但在彩色顯示和視頻顯示方面存在課題。這一點(diǎn)之前也做過介紹。

而液晶顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)大屏幕、高精細(xì)化，具有可以實(shí)現(xiàn)較大的色彩表現(xiàn)范圍等特點(diǎn)，作為高品質(zhì)顯示屏已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。而且，液晶屏的制造技術(shù)非常成熟，過不了多久，中國的產(chǎn)量就會成為第一。但液晶終歸是液體，必須有序排列，所以，隨著極薄化和柔性化的發(fā)展，液晶屏在顯示品質(zhì)的穩(wěn)定化方面出現(xiàn)了課題。
 

圖1是柔性液晶顯示屏的基本結(jié)構(gòu)。要想實(shí)現(xiàn)實(shí)用的柔性液晶顯示屏，重點(diǎn)是要利用液晶盒內(nèi)形成的微細(xì)聚合物間隔壁（polymer spacer wall）的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保持一定的液晶盒間隙，并且保持穩(wěn)定的取向。日本東北大學(xué)的藤掛石鍋研究室，通過在液晶中溶解分子取向性的高分子材料（樹脂），進(jìn)行紫外線圖案曝光，開發(fā)出不破壞液晶取向、可以使2枚基板以固定間隔接合的高分子間隔壁，以“Invited Advanced Polymer and LC Technologies for High Quality Flexible Displays”為題發(fā)表了演講（論文編號：FLX2/LCT5-1）。圖1的“Bonding polymer wall spacer”，就是他們開發(fā)出的高分子間隔壁。

圖1：柔性液晶顯示屏的基本結(jié)構(gòu) （日本東北大學(xué)提供的資料）

而且，柔性液晶顯示屏需要柔性的背照燈。圖2是在能夠?qū)崿F(xiàn)薄型柔性化的背照燈用導(dǎo)光板中采用液晶高分子復(fù)合膜，有助于實(shí)現(xiàn)高對比度化、省電力化的局部調(diào)光背照燈系統(tǒng)。復(fù)合膜內(nèi)的液晶和高分子都具有分子取向，通過開關(guān)電壓，可以表現(xiàn)為光散射或透明狀態(tài)。

圖2：柔性薄型局部調(diào)光背照燈系統(tǒng)

另外，局部調(diào)光背照燈會根據(jù)影像自動控制局部的背照燈亮度，具備在降低功耗的同時(shí)，提高影像對比度的功能。還可以抑制影像的黑色部分“泛白”的現(xiàn)象。在圖2中，影像顯示“月亮”的區(qū)域的電壓為“ON”，為“光散射狀態(tài)”，其他區(qū)域的電壓為“OFF”，為“透明狀態(tài)”。

東北大學(xué)在演講中還介紹了塑料基板和液晶的光學(xué)補(bǔ)償，公布了VA模式及IPS模式的柔性液晶顯示屏的試制情況和顯示品質(zhì)?？v觀2015年IDW的所有論文，東北大學(xué)藤掛石鍋研究室發(fā)表的這篇柔性液晶顯示屏相關(guān)論文鶴立雞群。下面，筆者將介紹一下自己特別感興趣的內(nèi)容。

3. 柔性液晶顯示屏的支撐技術(shù)
3.1 不銹鋼箔有望成為基板材料
日本東北大學(xué)開發(fā)出了使用具有耐熱性的超薄不銹鋼箔（新日鐵住金制造)和聚碳酸酯薄膜（帝人制造）作為基板材料的VA模式反射型柔性液晶顯示屏，以“Flexible ReflecTIve LCDs Using Stainless Steel Substrate and OpTIcal CompensaTIon Technology”為題發(fā)表了演講（論文編號：FLXp1-4L）。

試制的反射型柔性液晶顯示屏的截面結(jié)構(gòu)如圖3所示。兩片基板的表面涂敷聚酰亞胺膜（日產(chǎn)化學(xué)工業(yè)的“SE-4811”）后，在120℃的溫度下加熱，作為液晶的取向膜使用。液晶盒的厚度為2μm，真空填充了液晶材料（德國默克公司的“MLC-2038”）。為了實(shí)現(xiàn)高對比度及廣視角，還使用了雙軸拉伸膜、圓偏光板以及光擴(kuò)散板。圖4是試制的柔性反射型液晶顯示屏的顯示示例（照片是不銹鋼基板彎曲時(shí)拍攝的）。

圖3：使用不銹鋼基板的柔性反射型VA模式液晶顯示屏的截面結(jié)構(gòu)

圖4：使用不銹鋼基板的柔性反射型VA模式液晶顯示屏的顯示示例

試制的液晶顯示屏實(shí)現(xiàn)了20:1以上的良好對比度。證明了不銹鋼箔是有望實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、低功耗的反射型柔性液晶顯示屏的基板技術(shù)。