全球AMOLED顯示最新進(jìn)展及市場前景分析

目前大多數(shù)的顯示器，都是采用TFT-LCD，若想做到輕薄短小，方便隨身攜帶，屏幕顯示的信息量就不夠；若想一次顯示足夠信息量，體積就太大而不易攜帶，也可能耗電太大。對于未來的顯示器，消費(fèi)者希望能夠顯示信息量夠大，收藏起來方便，并且低耗電、摔不破、可彎曲折疊或收卷容易之產(chǎn)品。

除了優(yōu)異的畫質(zhì)表現(xiàn)，由晶體管驅(qū)動的AMOLED，具備以上特質(zhì)，完全符合未來信息社會對于行動裝置顯示器的需求。若與TFT-LCD技術(shù)比較，AMOLED結(jié)構(gòu)簡單，不須背光、擴(kuò)散板、配向膜、間隙子等繁復(fù)零組件，同時有機(jī)發(fā)光層之機(jī)械特性較接近柔性基板，因此更適合用于制做可彎可卷的柔性顯示器。

　　柔性AMOLED顯示器市場前景廣闊

當(dāng)前，柔性AMOLED顯示器產(chǎn)品的市場占有率接近0，不過從2013年起，接下來的7年內(nèi)它將會獲得巨大的增長，涵蓋手機(jī)到建筑物外墻的大屏幕。至2020年間它的出貨量將會達(dá)到250倍的增長。

柔性AMOLED顯示器有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，能?chuàng)造新產(chǎn)品，帶來新的應(yīng)用。IHS iSuppli的資料指今年柔性AMOLED顯示器產(chǎn)品的出貨量預(yù)計(jì)為320萬臺，而2020年將達(dá)到7.92億臺，另外市場收入也會從現(xiàn)在的10萬美元升至2020年的413億美元。Displaybank也表示，柔性AMOLED顯示器2015年出貨量約2500萬臺，2020年約擴(kuò)大到8億臺的規(guī)模，約占整體顯示器市場的13%。

不過，Displaybank認(rèn)為“柔性顯示”廣義的定義為，使用不易破碎的柔軟材料基板，替代易碎的玻璃基板的顯示產(chǎn)品。狹義的定義柔性顯示器，是一種統(tǒng)稱不同于目前的產(chǎn)品，擁有輕薄、不易破碎、可彎曲或卷曲的顯示產(chǎn)品，設(shè)計(jì)上的自由度高，且可替代紙張的信息顯示產(chǎn)品。

圖：全球柔性顯示器市場出貨量預(yù)測 (單是10億美元及百萬個)

柔性顯示器潛力巨大，將創(chuàng)造出全新的產(chǎn)品，并幫助實(shí)現(xiàn)激動人心的應(yīng)用，而在以前，這些應(yīng)用都是不切實(shí)際或不可能的事情。從顯示器圍繞各面的智能手機(jī)，到采用包裹式顯示屏的智能手表，到顯示屏可以卷曲的平板電腦和PC，以及貼在天建筑物曲面墻壁上面的巨型視頻廣告，柔性顯示器的潛在應(yīng)用將只受限于設(shè)計(jì)者的想像力。

IHS公司把柔性顯示器技術(shù)分成四代。第一代耐用的顯示器面板目前正在進(jìn)入市場。這些面板采用柔性基板，厚度極薄而且不易破損。但是，這些顯示器是平坦的，不能彎曲或卷起來。第二代柔性顯示器可彎曲并可隨形，可以塑造成曲面，可以讓智能手機(jī)等小尺寸產(chǎn)品的顯示面積最大化。第三代是真正的可卷式柔性顯示器，可以由最終用戶隨意彎曲。利用這些顯示器將來能夠打造節(jié)省空間的新一代產(chǎn)品，并且會模糊各類產(chǎn)品之間的傳統(tǒng)界限，比智能手機(jī)與媒體平板。第四代由一次性顯示器構(gòu)成，成本極低，可以用于代替紙張。

由于具有更薄、更輕和不易破損的特點(diǎn)，預(yù)計(jì)柔性顯示器最初將用于比較小的產(chǎn)品之中，比如智能手機(jī)。但是，一旦可以做成大尺寸顯示器，則柔性顯示技術(shù)就會用于尺寸更大的平臺，比如平板電腦、筆記本電腦、顯示器和電視。

未來幾年，柔性顯示器的最大型應(yīng)用將是個人電子產(chǎn)品。這些產(chǎn)品將以智能手機(jī)為主，2020年出貨量將增至3.51億臺，而2013年預(yù)計(jì)還不到200萬臺。IHS公司認(rèn)為，在可預(yù)見的將來，OLED每年都將是領(lǐng)先的柔性顯示技術(shù)，2020年將占出貨量的64%。

　　柔性AMOLED顯示器的關(guān)鍵技術(shù)

柔性AMOLED顯示器的關(guān)鍵開發(fā)技術(shù)包括柔性基板、柔性TFT背板、柔性O(shè)LED發(fā)光層與封裝及保護(hù)層等（如圖），以下即針對這幾個關(guān)鍵技進(jìn)行深入探討。

柔性基板包括金屬箔、薄化玻璃、與塑膠基板，金屬箔因不透光使用上較具限制，薄化玻璃最大的問題在于易碎裂；以柔性的塑膠基板來取代傳統(tǒng)如玻璃與金屬基板，將面臨兩個重大技術(shù)問題。首先是基板本身的耐熱、光學(xué)、機(jī)械以及阻水氧穿透等特性能否滿元件應(yīng)用需求，其次是TFT與OLED制程的兼容性。

塑膠基板的耐熱特性包括熱裂解溫度、玻璃轉(zhuǎn)移溫度、熱膨脹系數(shù)等，在TFT制程中，塑膠基板必須歷經(jīng)多次至少200℃以上的溫度考驗(yàn)以及在真空鍍膜時的電漿轟極，具備耐熱穩(wěn)定與本身化學(xué)性表現(xiàn)是成功的關(guān)鍵；光學(xué)特性則包括光穿透度、光色澤、折射系數(shù)等，作為顯示器的顯示面基板，優(yōu)異的光學(xué)特性是成像質(zhì)量的要件；機(jī)械特性包括表面平坦性與粗糙度、表面硬度，機(jī)械強(qiáng)度等，因?yàn)轱@示器必須能承受人為的使用觸碰，收納攜帶等嚴(yán)苛環(huán)境考驗(yàn)，所以使用過程能夠不受損傷而有良好壽命也是重要的一環(huán)；至于阻水氧穿透特性，則包括水氣穿透率（Water Vapor Transmission Rate；WVTR）及氧氣穿透率OTR（Oxygen Transmission Rate），此兩個參數(shù)最常被用來說明基板與薄膜封裝阻水能力的好與壞，例如文獻(xiàn)即指出OLED壽命要達(dá)到10000小時以上，薄膜封裝的WVTR須小于1×10-6g/m2.day，而OTR則須小于1×10-5g/m2/day。

OLED的亮度對水氣與氧氣極為敏感，傳統(tǒng)AMOLED技術(shù)使用玻璃基板，可以有效阻擋水、氧氣對OLED元件傷害，而現(xiàn)行塑膠基板阻水氧特性皆在1g/m2-day以上，因此柔性AMOLED須再搭配阻隔結(jié)構(gòu)（Barrier）與薄膜封裝（Thin Film Encapsulation）技術(shù)，達(dá)到有效的阻水氧穿透特性。如何在柔性顯示器上制造類玻璃封裝般之高信賴性封裝結(jié)構(gòu)與具備撓曲特性的制程，是提高柔性AMOLED壽命最重要的課題。

采用現(xiàn)有半導(dǎo)體制程技術(shù)，直接將電子元件制作于塑膠基板上仍有相當(dāng)困難。較容易的作法，是將塑膠基板固著于支撐的玻璃載板（carrier glass）上，再進(jìn)行后續(xù)的元件制作，可行的技術(shù)包括貼附法、以及直接涂布法。貼附法是利用貼合膠材或靜電吸附將塑膠基板貼附于玻璃載板，可使用的基板包括PC、PET、PEN、PES、PI等；直接涂布法則使用涂布型的PI塑膠基板，直接涂布于玻璃載板之上，中間夾以離型層以利元件制程完成后塑膠基板之取下。以上技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，差異在于靜電吸附法須全程采印方法制作元件，制程較受限制，貼附法須使用貼合膠材，膠材易受元件制程溫度影響產(chǎn)生形變，導(dǎo)致元件對位誤差而影響電子元件之特性表現(xiàn)。直接涂布法則可透過塑膠基板與玻璃載板間良好的附著特性，故毋須使用膠材。衍生的問題是在離型層的技術(shù)與電子元件制作完成后的面板如何能夠完整取下，目前較為成功的有Philips的接著犧牲層與雷射取下方式之組合和工研院的特殊離型層結(jié)構(gòu)與直接切割快速取下方式之組合兩種技術(shù)。

另外一重要技術(shù)，柔性TFT背板是驅(qū)動柔性AMOLED面板最為關(guān)鍵的技術(shù)，現(xiàn)階段研發(fā)中的技術(shù)包括硅基晶體管（Silicon TFT；Si TFT）、有機(jī)晶體管（Organic TFT；OTFT）、以及最近熱門的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管（Metal-oxide TFT；MOx TFT）。以上三種技術(shù)，可在不同低溫下制作，故可與前述之柔性塑膠基板搭配。

柔性TFT背板的開發(fā)須解決兩大技術(shù)瓶頸，即低溫制程與無應(yīng)力薄膜技術(shù)。為了將TFT制作于柔性基板，制程溫度須符合基板所能承受的耐溫極限，低溫制程TFT將使元件特性面臨極大挑戰(zhàn)。另一方面，低溫成長的薄膜其本質(zhì)應(yīng)力較小，更適合于柔性元件所使用。然而，低溫沉積的薄膜其膜內(nèi)缺陷較高溫沉積的薄膜來的高，而影響元件的電性與可靠度表現(xiàn)，因此制程溫度也須兼顧薄膜的電氣特性而不能無限制的降低。

柔性基板必須考慮到元件各層薄膜的應(yīng)力影響，因此無應(yīng)力（Stress-free）薄膜技術(shù)的開發(fā)成為柔性TFT背板制作必須優(yōu)先考慮的環(huán)節(jié)，減少界面之間的應(yīng)力可以提升TFT特性。是故在柔性TFT背板技術(shù)的開發(fā)上，不僅是基板材料、制程溫度，甚至連基板處理與制程中產(chǎn)生的本質(zhì)應(yīng)力等彼此間都要互相配合，才能制作出適用于柔性顯示器的柔性TFT背板。

由于硅基技術(shù)相較于其他材料較為成熟，目前仍以柔性硅基TFT背板技術(shù)最為普遍，其中a-Si TFT具有制程簡單以及優(yōu)越的元件均勻性的優(yōu)點(diǎn)，但是電流驅(qū)動的可靠度較差。此外開發(fā)高載子遷移率（Carrier C-Si）？Mobility）技術(shù)將有助于AMOLED所需的高穩(wěn)定性電流需求，如微晶硅（Micro-Crystalline Si）、TFT與低溫多晶硅（LTPS）TFT等，就材料而言具有較佳的硅結(jié)晶質(zhì)量，但需克服制程溫度與塑膠基板制程兼容性。

另一研發(fā)重點(diǎn)為撓曲操作下，柔性TFT會出現(xiàn)臨界電壓瓢移（Threshold Voltage Shift）的現(xiàn)象，主要是因?yàn)橥饧討?yīng)力造成閘極絕緣層與主動層內(nèi)產(chǎn)生深層缺陷所致。其次是載子移動率與次臨界斜率等特性則較不為外加應(yīng)力而改變。這些TFT特性的變化對于整合到柔性TFT背板十分重要，如何避免因柔性撓曲而造成TFT背板電性變化，將是柔性AMOLED面板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驅(qū)動電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

　　全球柔性AMOLED研發(fā)新進(jìn)展

全球AMOLED顯示屏制造技術(shù)的競爭并不僅僅存在于傳統(tǒng)的平面超薄產(chǎn)品顯示屏領(lǐng)域，圍繞可靈活彎曲的柔性O(shè)LED顯示屏的實(shí)用化，日韓臺及大陸廠商等展開了激烈的開發(fā)競爭。未來柔性AMOLED顯示屏將成為一個巨大的新市場，對各廠商來說是個大金礦。

無論大尺寸OLED還是柔性顯示，韓國企業(yè)欲憑借自身零組件與品牌的垂直整合優(yōu)勢率先進(jìn)入市場卡位。近年來，韓國三星LG在柔性顯示屏的研發(fā)方面都進(jìn)行了積極布局。據(jù)傳，三星將投資2兆韓元(約18億美元)用于OLED的研發(fā)，其中3000億韓元用于強(qiáng)化柔性面板的生產(chǎn)。而LG除了開發(fā)AMOLED柔性屏之外，還在開發(fā)采用EPD技術(shù)的可繞式電子紙產(chǎn)品，宣布以電子紙技術(shù)為主的6英寸柔性塑膠顯示器將進(jìn)入量產(chǎn)階段。LG Display Mobile/OLED事業(yè)部長呂相德副社長表示：“LG量產(chǎn)全球首款塑料電子紙屏，將極大地推動電子書市場的快速發(fā)展。同時，塑料電子紙屏的量產(chǎn)也必將加速OLED產(chǎn)品與柔性顯示屏的開發(fā)進(jìn)程。”業(yè)內(nèi)人士表示，未來EPD將逐漸退場，難以有所發(fā)展。韓國廠商基本上仍以AMLOED為產(chǎn)品研發(fā)的主軸。

目前全球?qū)崿F(xiàn)真正意義上AMOLED量產(chǎn)的企業(yè)只有韓國三星一家，三星之所以獲得了成功，一定程度上得益于此前該公司在PMOLED和TFT-LCD領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)積累。在柔性面板材料方面的研發(fā)，三星在歷年的顯示器展會上均展出過相關(guān)產(chǎn)品，如三星電子為平板電腦“Galaxy Note 3”采用了在2013年1月舉辦的展會“2013 International CES”上公開的柔性O(shè)LED顯示屏“Youm”。而LG也將在2013年底推出采用柔性O(shè)LED顯示屏的智能手機(jī)。5月于溫哥華舉辦的國際信息顯示協(xié)會(SID)顯示周活動上，三星顯示器總裁兼首席執(zhí)行官Kinam Kim討論了三星的柔性O(shè)LED顯示技術(shù)。LG顯示器在SID活動上展示了一款用塑料制成的5英寸OLED面板。LG還表示將在2017年開發(fā)出“60英寸可彎曲透明顯示屏”，具備超高清(UD)級畫質(zhì)，透光度可達(dá)40%以上。該產(chǎn)品所采用的顯示技術(shù)將以AMLOED為主要研究方向。

無論是積極擴(kuò)張G5.5與G8.5的AMOLED產(chǎn)線建設(shè)，還是柔性技術(shù)的研發(fā)，韓國企業(yè)欲憑借自身零組件與品牌的垂直整合優(yōu)勢率先進(jìn)入市場卡位。

日本在柔性AMOLED顯示技術(shù)研發(fā)方面也積極跟進(jìn)，雖然落后韓國，在研發(fā)實(shí)力很強(qiáng)，未來不免逆襲的可能。如夏普、索尼、東芝、松下等日企都積極在這一領(lǐng)域積極研發(fā)。

在OLED及柔性顯示領(lǐng)域，TrendForce副總張小彪表示：“目前柔性AMOLED面板并不是中國臺灣和大陸面板廠商首先開發(fā)的目標(biāo)，但是在實(shí)驗(yàn)室都有進(jìn)行研發(fā)?，F(xiàn)在大家都在積極拉高平面式AMOLED的良品率。對于柔性顯示而言，柔性技術(shù)與材料端仍存在量產(chǎn)的瓶頸，面板廠的量產(chǎn)能力仍是其發(fā)展的關(guān)鍵。”

實(shí)際上，維信諾幾年前在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了單色和彩色柔性O(shè)LED產(chǎn)品的研發(fā)，其中單色顯示效果已經(jīng)不錯，但目前尚未實(shí)現(xiàn)商品化。對維信諾而言，布局大尺寸AMOLED是現(xiàn)階段發(fā)展的重點(diǎn)；深天馬柔性AMOLED顯示屏生產(chǎn)線試生產(chǎn)，很快將出樣品；廣州新視界和華南理工大學(xué)合作研發(fā)出4.8英寸柔性AMOLED顯示屏；臺灣面板廠商友達(dá)在柔性AMOLED顯示屏的研發(fā)上也進(jìn)展頗多。

美國亞利桑那大學(xué)柔性電子與顯示中心(FEDC)利用混合氧化物薄膜晶體管(TFT)成功制造出了世界上最大尺寸的OLED彩色柔性顯示器樣機(jī)。該顯示器由柔性電子與顯示中心與美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開發(fā)，尺寸為 14.7英寸，達(dá)到了該中心此前創(chuàng)造世界紀(jì)錄型號的兩倍。

這種新型柔性顯示器樣機(jī)采用了新型OLED材料，增強(qiáng)了性能，改進(jìn)了封裝工藝，具有厚度小、重量輕、可任意彎曲、堅(jiān)固耐用的特點(diǎn)，可滿足美國國防部對全彩色動態(tài)視頻柔性OLED顯示器的需求。其中的混合氧化物薄膜晶體管可在現(xiàn)有的非晶硅生產(chǎn)線上制造，無需專用設(shè)備和工藝，與其他同類技術(shù)相比具有顯著的成本優(yōu)勢，為制造多色彩、高響應(yīng)度、低功耗的柔性顯示器提供了一種高效費(fèi)比制造方法，可滿足下一代消費(fèi)級柔性顯示器的需求。

美國康寧今年5月份在溫哥華舉辦的SID上展出了其Willow Glass，它可以與OLED及液晶面板配合，用于智能手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦等產(chǎn)品之中。由于其很薄、強(qiáng)度高而且容易彎曲，Willow Glass可使未來的顯示器能夠包在產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)的周圍。