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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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未來電子書技術檔案

文/陳帝鴻

低耗電、摔不破、可彎曲、可折疊、可收捲,
AMOLED的特質,完全符合未來對於行動裝置顯示器的需求。


有機電激發光二極體(OLED),與我們常見的液晶(TFT LCD)一樣,都是顯示面板的一種。不同的是,TFT LCD無法自己發光,須靠背光才能發揮顯示功能;OLED則是在兩片電極中置入有機發光材料,通電後具備自發光的能力,不但視角更廣,色彩飽和度也優於TFT LCD。

依驅動方式不同,OLED又可分為被動式矩陣(Passive-Matrix Organic Light-Emitting Diode;PMOLED),以及由電晶體驅動的主動矩陣式(AMOLED)。目前PMOLED由於尺寸與耗電問題,大多應用於次面板或低階產品應用;AMOLED則被視為未來取代傳統液晶的最佳顯示面板。

輕薄短小也能資訊量大

國內電子書供應鏈再經過一連串國際購併及入股等方式後,台灣已經成為全球唯一電泳顯示技術面版及電子閱讀器的供應國
國內電子書供應鏈再經過一連串國際購併及入股等方式後,台灣已經成為全球唯一電泳顯示技術面版及電子閱讀器的供應國

工研院顯示中心李正中組長指出:「目前大多數的顯示器,都是採用TFT LCD,若想做到輕薄短小,方便隨身攜帶,螢幕顯示的資訊量就不夠;若想一次顯示足夠資訊量,體積就太大而不易攜帶,也可能耗電太兇。對於未來的顯示器,我們希望能夠做到資訊量夠大,收藏起來又夠小,並且低耗電、摔不破、可彎曲折疊或收捲。由電晶體驅動的AMOLED,具備以上特質,完全符合未來資訊社會對於行動裝置顯示器的需求。」

為了製作出軟性AMOLED,工研院在製程上有了突破性的研發成果,完成自捲軸手機拉出螢幕的夢想第一步。李正中指出,工研院所採用的方法,是在玻璃基板與上方PI塑膠基板間塗布一層離型層,由於還是採用玻璃基板做為載具,所以可使用既有的面板前段製程設備,完成電晶體製作,最後再搭配OLED元件,完成軟性螢幕。最重要的是,最後還能夠在不損害電晶體的前提下,順利將軟性塑膠材質取下。如此一來,面板廠不用加購太多新機台,也不必大幅修改目前製程,就可以製作出柔軟的電晶體陣列。

2008年在製程上耐溫度為攝氏200度,對位精準度可做到2mm以下,2009年不但將耐溫度提高到攝氏250度,更將PI塑膠基板的表現,控制到更好,將微粒(particle)降到更低,製作出成像品質更好的面板。「不但可製作出flexible AMOLED、flexible AMEPD(Active-Matrix Electrophoretic Display),還能製作出非常輕薄的軟性觸控面板,更容易做出大尺寸的電容式多點觸控。」

5,000次彎曲也不損壞

2008年,工研院製作出的4.1吋單色AMOLED,亮度達100nits,解析度為320x240,厚度只有0.2mm,矽基電晶體陣列下板彎曲半徑可達到1.5公分以下,遠超越其他國際大廠的表現。2009年,根據工研院的創新技術,可以直接將AMOLED做在塑膠基板上面,新的4.1吋彩色AMOLED,可以播放彩色影片,彎曲半徑更可達5公分;即使經過5,000次彎曲,亮度衰減小於20%。過去flexible AMOLED只要離開實驗室十分鐘,畫質就會衰退;但透過材料技術上的創新,在顯示器上加上一層阻水氧材料,如今可以拿出實驗室去應用一個月,都不成問題。

李正中表示,2010年工研院還會有更創新的軟性AMOLED概念產品展示,AMOLED應該可以做到6吋,並具備更好的影像品質與可靠性,電容式多點觸控軟性面板可望突破至7吋。

顯示材料大突破 Future of E-book Tech. Fact File 文/陳帝鴻

顯示材料
顯示材料

不論在吸收層材料、多色材料、基板材料或是框膠材料,
工研院在近來都有重大具體進展。


平面顯示器正朝大面積、彩色、可撓、高速應答速率及低成本發展,而材料技術的研發,正是平面顯示器能否達成上述要求的關鍵因素。

在被動式軟性膽固醇液晶(Passive-Matrix Flex-Ch LCD)方面,工研院在吸收層、保護層與電極層上的材料技術,都有重大突破。AMOLED方面,工研院也在基板材料、框膠材料與電子傳輸層材料上,有重大具體進展。

材料精進色彩更鮮明

工研院材料與化工研究所組長李宗銘表示,在被動式軟性膽固醇液晶裡面,吸收層材料扮演著非常重要的角色,對顏色的控制與改變,以及色彩顯現的飽和度上,都有重大影響。「所以在吸收層材料方面,我們首先必須提升色料透光能力,其次有效提高對比度,再者是電場分佈要均勻,最後要採用低離子含量的塗料,否則會影響面板的可靠性。」

於是,在吸收層的材料上,工研院提出非離子性奈米分散配方設計,並摻混導電性材料,使導電性提高,驅動電壓降低;並採雙層塗布的塗料設計,以得到比較好的顏色顯現。

2009年工研院更由單色軟性膽固醇液晶的單色材料與製程,進一步開發出多色材料,包括RGB吸收層材料技術,「材化所預計2010年將配合顯示中心,針對大面積、可撓性及噴墨製程對應的相關材料,進行後續研發。」

在可撓式AMOLED方面,軟性透明基板更是關鍵材料。「我們所開發的以玻璃做為可撓式透明材料載板的設計,可藉由現有TFT LCD面板製程,完成軟性顯示器面板製作,是未來軟性顯示器的關鍵技術。」

李宗銘分析,傳統TFT LCD製程,需要比較高的溫度,但軟性透明基板通常不太能夠承受高溫,「如何在材料上突破,就是關鍵所在。」

耐熱阻氣好效果

目前工研院所使用的材料,以高耐熱又透明的基板材料為主,除具有高耐熱性,又能跟玻璃與傳統TFT LCD製程相匹配。「我們在以真空製程製作的離型層材料上,把PI塗上去,再進行TFT製程,完成後再將軟性面板取下。」李宗銘表示:「這樣的製程已發展得相當成熟,也經完整驗證。」除整面塗布之外,工研院也已完成可圖案化的基板與離型層技術驗證,可在一片玻璃上同時製作多片面板,然後再順利取下。

此外,在OLED框膠技術上也有突破。李宗銘說,可撓式面板框膠材料的關鍵,在於面板彎曲時不能脫出或裂開,所以必須有很好的接著力、很低的out-gasing(製程中不能產生氣體)、很好的阻水阻氣特性、很好的加工性(即使面對後段製程的高溫組裝,也能有很高的可靠度)。「所以我們設計出一個壓克力配方技術,透過UV設計,讓材料本身除了可彎曲,還可快速以紫外光硬化特性,得到很好的硬化效果。」

李宗銘指出,對應製程需求,目前的框膠技術仍以塗布在周邊的框膠為主,「但國際趨勢已慢慢轉移到整面塗布,可以增加面板的穩定性與相容性。」工研院將朝向薄膜封裝發展,持續開發整面性的封膠,甚至連同基板整合的框膠技術開發,也是未來發展重點。

膽固醇液晶榮景可期 Future of E-book Tech. Fact File 文/陳帝鴻

膽固醇液晶
膽固醇液晶

雙穩態、大面積、容易製造、耐衝擊與低成本,
是膽固醇液晶的強項,
市場預估,它將是電子紙技術的明日之星。


膽固醇液晶技術主要有兩個應用,其一是Roll to Roll大面積電子紙,其二是彩色化電子書,兩者在面板材料與結構上有不同設計。工研院顯示中心組長應台發指出,電子紙有幾個特性,第一是反射式,不需背光源,人眼來看不容易疲勞;第二具有雙穩態特性,維持亮態或暗態時不需電力,具環保節能優勢;再者液晶本身就可做彩色化表現,不需彩色濾光片,也沒有其他成本支出。

單層彩色化具競爭優勢

應台發表示,目前膽固醇液晶在彩色電子書上的應用,以富士通FLEPia為代表。「但富士通是以RGB三層堆疊去呈現彩色化;工研院則是利用單層結構完成RGB彩色化。一層設計,力求達到三層表現,是我們在技術上的獨到之處。」

為了使目前的單層結構設計,可以結合TFT LCD現有製程,並在良率上大幅提升,「我們走的製程,全部是現有TFT LCD的製程,業者理論上不需額外添購設備或研究新的製程,就可在既有設備上達成一定良率,生產成本可大幅降低。」

在大面積電子紙方面,結構又與彩色電子書不太一樣,必須先在一層PET基板上做好ITO電極,接著再上一層已經做好微胞化的液晶,後面再做一層能吸收散射光的黑色吸收層,然後再以網印方式做一層下電極,就大功告成。應台發強調:「此製程對台灣許多產業都是熟悉的,如印刷業、紡織業,只是顯示器產品規格不同。在此前提下,國內要實現膽固醇液晶產業化,其實非常有可能。」

在應用方面,雙穩態、大面積、易製造、耐衝擊與低成本,正是膽固醇液晶電子紙的強項。應台發表示,工研院的目標,是透過Roll to Roll製程,完成電子看板與電子海報,並從單色、多色走向彩色化,並在2010年完成初期規劃。

重新鏈結新產業鏈

此外,膽固醇液晶和其他電子紙技術最大不同處,是可以透過注入能量進行轉態。「以目前的技術來說,解析度超過100dpi就算不錯,若採用光能或熱印表機,解析度可以輕鬆做到200至300dpi,甚至500至600dpi。」工研院已完成以熱寫入列印電子紙的研發,以市售的熱印表機,就可在軟性膽固醇液晶面板上寫入任何圖案與文字,就如同現在正在使用的傳統紙張,可以支援各種應用。

在產業布局方面,應台發表示,從現在到2020年間,大面積顯示器將成為下一波顯示器的主要趨勢。「大面積膽固醇液晶電子紙的製程,所需設備遠較現有LCD設備簡化許多,投入的資本也遠低於傳統面板廠,比較容易建立一個全新的產業。我們的目標,也正是重新鏈結出一個新的產業鏈。」

目前已有四家廠商與工研院共同投入液晶等材料的生產,另有五家廠商做設備開發,「面板部分也已與國內某材化大廠進行規劃與合作,希望在2010年第二或第三季,就能有具體成果。」

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