經(jīng)過(guò)二十多年的深入研究和測(cè)試之后，柔性顯示器市場(chǎng)即將起飛。研究人員曾力圖找到柔性玻璃、聚合物、金屬箔基板和薄膜晶體管（TFT）背板的最合適的組合，即能夠讓柔性顯示器走向商用的組合。最終，他們開(kāi)始利用玻璃的阻隔性能來(lái)生產(chǎn)薄而清晰的柔性基板。

預(yù)期的大眾市場(chǎng)應(yīng)用包括替代報(bào)紙、書籍和雜志中的紙、銷售點(diǎn)（POS）終端設(shè)備、室內(nèi)外標(biāo)志牌、智能卡以及零售貨架標(biāo)簽。這種技術(shù)在汽車市場(chǎng)中的潛力尤其巨大，涉及擋風(fēng)玻璃、儀表板、保險(xiǎn)桿標(biāo)簽、車內(nèi)裝飾、GPS和其它信息娛樂(lè)功能。

據(jù)市場(chǎng)研究公司iSuppli公司預(yù)計(jì)，柔性顯示器市場(chǎng)有望從現(xiàn)在的幾乎為零發(fā)展到2013年大約3.38億美元。市場(chǎng)分析公司NanoMarkets預(yù)計(jì)，到2008年紙狀顯示器市場(chǎng)將達(dá)到6.68億美元，但大多數(shù)電子紙顯示器是剛性顯示器，而非柔性顯示器。在通常被稱為電子墨水（e-ink）的電子紙技術(shù)中，覆蓋在柔性基板材料上墨水層具有電性能。

如何選擇材料

柔性顯示器生產(chǎn)商正在研究利用制造剛性顯示器（如LCD）的現(xiàn)有工藝來(lái)制造低成本柔性顯示器。此外，他們還正在研究塑料、柔性玻璃、金屬箔和聚合物等柔性基板材料，以及電子墨水（電泳）、LCD、有機(jī)LED（OLED），甚至PLED等顯示材料。

不過(guò)他們卻發(fā)現(xiàn)，從用于IC和顯示材料制造的傳統(tǒng)剛性基板轉(zhuǎn)向柔性基板并不容易。許多柔性材料無(wú)法耐受制造剛性顯示器時(shí)的處理高溫。沒(méi)有哪種材料能夠在制造過(guò)程中同時(shí)滿足基板和電性能的要求。這種可彎曲的材料無(wú)法可靠地工作在高溫下并且不受壓力的影響。此外，還需要能夠在高溫下可靠工作，且不受壓力影響的薄片粘合劑。

這種技術(shù)通常會(huì)與電鉻顯示器（另一種電子墨水）相混淆。E Ink公司市場(chǎng)營(yíng)銷及策劃總監(jiān)Dave Jackson介紹道，電泳顯示器是通過(guò)在電場(chǎng)中移動(dòng)帶電的彩色粒子群來(lái)工作的。與之相反，電絡(luò)顯示器包含通電時(shí)會(huì)變色的化合物。

以上兩種顯示器都能夠產(chǎn)生反射，并且在保存圖像時(shí)無(wú)需耗費(fèi)功率。但是電鉻顯示器通常需要大量功率來(lái)驅(qū)動(dòng)變色效應(yīng)，這使得其能效不及電泳顯示器。

迄今為止，印在鋼性塑料基板上的電泳墨水已經(jīng)在通常被稱為電子紙顯示器（EPD）的設(shè)備中取得了巨大的商業(yè)成功。作為業(yè)內(nèi)先驅(qū)的E Ink公司已經(jīng)持有許多電子墨水技術(shù)的專利。EPD基板是由多個(gè)微小的腔袋（pocket）組成，腔袋中包含懸浮在不透明液體中的帶電粒子。

電泳顯示器是一種通過(guò)施加的電場(chǎng)重排列帶電顏料粒子來(lái)形成可視圖像的信息顯示器（圖1）。由于其具有紙狀外觀和低功耗特性，因此被視為電子紙的經(jīng)典例子。



在最簡(jiǎn)單的電泳顯示器中，直徑約為1mm的二氧化鈦粒子被散布在碳?xì)溆椭?。黑色染料、表面活性劑以及使粒子帶電的電荷控制劑也被加到碳?xì)溆椭?。這種混合物被放置在兩塊間距為10~100mm的平行導(dǎo)電板之間。

當(dāng)對(duì)兩塊導(dǎo)電板加電壓時(shí)，這些粒子會(huì)以電泳的方式從所在的薄板遷移到帶有相反電荷的薄板上。當(dāng)粒子位于顯示器的正面（顯示面）時(shí)，顯示屏為白色，這是因?yàn)楣馔ㄟ^(guò)二氧化鈦粒子散射回閱讀者一方。

當(dāng)粒子位于顯示器背面時(shí)，顯示器為黑色，這是因?yàn)椴噬玖衔樟巳肷涔?。如果將背面的電極分成多個(gè)微小的圖像元素（像素），通過(guò)對(duì)顯示器的每個(gè)區(qū)域加上適當(dāng)?shù)碾妷簛?lái)產(chǎn)生反射區(qū)和吸收區(qū)圖案，即可形成圖像。

商用電泳顯示器的例子包括用于Sony Librie、Sony Reader以及iRex iLiad電子閱讀器的高分辨率有源矩陣顯示器。這些顯示器都是由E Ink生產(chǎn)的電泳影像薄膜制造的。此外，Motorola Motofone也使用這一技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)其出色的超薄特性。

Sony Librie是首款采用EPD的商用產(chǎn)品。這個(gè)電子閱讀器于2004年4月在日本發(fā)布，采用了E Ink的影像薄膜EPD。VIT正在利用E Ink的EPD技術(shù)制造歐洲的交通標(biāo)志。Neolux和Midori Mark則在其零售標(biāo)簽應(yīng)用中采用了這一技術(shù)。許多手表和時(shí)鐘公司也已經(jīng)采用E Ink的技術(shù)開(kāi)發(fā)出新的產(chǎn)品概念。

最近，總部位于荷蘭的Polymer Vision公司推出了一款基于E Ink公司技術(shù)的電子書閱讀器。這款5英寸（13cm）的可卷曲顯示器名為librofonino，附帶一個(gè)蜂窩連接。Telecom Italia將于今年在意大利市場(chǎng)引入這款產(chǎn)品。

Plastic Logic公司正致力于研制采用E Ink影像薄膜和新興印制背板制造工藝的柔性全塑料顯示器。該公司最近與Innos公司聯(lián)手打造了全球首家基于有機(jī)半導(dǎo)體的可卷曲顯示屏生產(chǎn)廠。

塑料本身并不是非常適合柔性顯示器。塑料要求相對(duì)較低的生產(chǎn)工藝溫度，該溫度通常比顯示材料工藝中所用的溫度低得多。在塑料材料的特性和顯示器材料的制造工藝要求之間尋求適當(dāng)?shù)钠胶庀喈?dāng)困難。像柔性玻璃和金屬箔片這樣的備選方案更具吸引力。

不過(guò)，由于塑料應(yīng)用得十分普遍，許多公司仍在尋求適合制造柔性顯示器的塑料材料。Plastic Logic在柔性全塑料顯示器中嘗試采用E Ink的影像薄膜和獨(dú)特的印制背板制造工藝。該公司改進(jìn)了有機(jī)TFT背板沉積工藝，這種工藝完全符合極低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和低成本塑料基板等要求。

其它成就則在印刷墨水方面。Bridgestone的電子液體粉雙穩(wěn)態(tài)圖像技術(shù)有望媲美柔性顯示器中的LCD。該公司的快速液粉顯示器（QR-LPD）原型具有0.29mm的厚度和200ms的快速響應(yīng)時(shí)間。

但EPD的刷新速率還有待提高。對(duì)于通常需要15ms刷新速率的視頻播放而言，100~500ms的刷新速率無(wú)法滿足要求。有源矩陣LCD的刷新速率在10~50ms，而OLED更快，可達(dá)到100us左右。不過(guò)研究人員表示，他們正在力圖提高EPD的刷新速率，未來(lái)有望達(dá)到100ms。



Imaging Systems Technology則以一種截然不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)等離子體。該公司最新的平板顯示技術(shù)利用氣體將微球體（等離子體層）壓縮成像元（pixel element）。等離子體層由包含電離氣體的壓縮玻璃殼組成，可以沉積在幾乎任何顯示尺寸的剛性和柔性基板上（圖3和表1）。由于等離子體層本質(zhì)上是充當(dāng)電容器，因此它們?cè)谒⑿聲r(shí)無(wú)需任何功率。



大尺寸LCD的最新進(jìn)展[!--empirenews.page--]

許多顯示器專家都認(rèn)為L(zhǎng)CD很有可能在具成本效益的大尺寸柔性顯示器中取得成功（圖4）。目前所取得的許多進(jìn)展鞏固了這一觀點(diǎn)。例如，韓國(guó)三星公司（Samsung）已經(jīng)制造出采用非晶硅TFT技術(shù)的5英寸LCD面板原型。此外，日本富士通公司（Fujitsu）也推出了兩款（黑白和彩色）3.8英寸膽固醇LCD柔性面板。



另一方面，惠普實(shí)驗(yàn)室（HP Laboratories）已經(jīng)設(shè)計(jì)出一款EPCN（electrophoretically controlled nematic）柔性LCD原型。該器件采用塑料基板上的雙穩(wěn)態(tài)無(wú)源矩陣彩色LCD。與在每個(gè)液晶像素中嵌入TFT的有源矩陣顯示器不同，這款原型不需要進(jìn)行刷新。因此一旦需要它便可記住其開(kāi)和關(guān)狀態(tài)。

韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)（Hangyang University）的研究人員正在提議采用PILCD（pixel-isolated LCD）來(lái)提高柔性LCD的機(jī)械穩(wěn)定性（圖5和表2）。研究人員表示，3英寸PILCD是有可能實(shí)現(xiàn)的。由于液晶分子通過(guò)圖紋或相分離的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行像素分隔，因此LC排列是穩(wěn)定的，更加適合針對(duì)連續(xù)卷曲處理的設(shè)計(jì)。



但是，LCD無(wú)法在彎曲的基板上正常工作。在傳統(tǒng)LCD中，由兩個(gè)玻璃板夾住嵌入在非晶硅中的TFT層。采用柔性聚合物薄膜取代玻璃會(huì)影響LCD的圖像質(zhì)量。LCD圖像質(zhì)量取決于聚合物之間的單元間隙，這種影響會(huì)導(dǎo)致圖像變形，并出現(xiàn)由于角度不同而使得觀看效果差的問(wèn)題。

OLED是另一種競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)（圖6）。OLED基于有機(jī)化合物的電致發(fā)光，它比LCD還要亮。OLED還可以提供更寬的可視角度和更快的響應(yīng)時(shí)間。與LCD不同的是，OLED不需要背光源，因此OLED比LCD更薄更亮。這些特征在眾多軍事應(yīng)用中至關(guān)重要，否則，士兵們就要背負(fù)沉重的電子設(shè)備了。



圖6：OLED由夾在兩塊薄膜導(dǎo)電極之間的有機(jī)薄膜組成。當(dāng)對(duì)該結(jié)構(gòu)施加電壓時(shí)，電荷載體從電極被注入有機(jī)膜，并在電場(chǎng)的作用下穿過(guò)顯示設(shè)備。然后電荷載體重組以形成空穴對(duì)，空穴對(duì)通過(guò)電磷光材料發(fā)光。

OLED最大的特點(diǎn)之一是低功耗。雙穩(wěn)態(tài)OLED僅在處于開(kāi)狀態(tài)時(shí)才消耗功率，這意味著它擁有更低的功耗和更長(zhǎng)的電池使用壽命，顯然，對(duì)于便攜式電子設(shè)備而言，這些都是極具吸引力的特征。此外，OLED也比LCD更加耐用。OLED的抗沖擊能力比塑料基板LCD強(qiáng)10倍左右，比玻璃LCD強(qiáng)100倍左右。

但OLED也有一些致命的缺點(diǎn)。它們需要可靠的防潮隔離層，因?yàn)閷LED放置在塑料基板上濕氣很容易透過(guò)。雖然最近OLED的使用壽命被提高了，但還是很有限（特別是藍(lán)光OLED）。并且，與LCD相比，OLED只有20,000小時(shí)左右（相當(dāng)于連續(xù)使用兩年）的有限使用壽命。



不過(guò)，成千上百家公司和大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室都在致力于開(kāi)發(fā)基板材料和電子器件最合適的組合，從而實(shí)現(xiàn)柔性顯示器的大規(guī)模生產(chǎn)。例如，DuPont正在研究聚酯薄膜的使用。該公司在英國(guó)的Teijin工廠正在將針對(duì)柔性顯示器設(shè)計(jì)的基板系列與其相應(yīng)的電子器件整合在一起。