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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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聚焦軟性AMOLED 創新應用路更廣

撰文/李幸宜 攝影/黃鼎翔

以「Innovating A Better Future」為主題,工研院展示23項創新顯示及觸控科技成果,完全自有的研發技術和縝密的專利布局,將成為臺灣產業最堅實的後盾。

工研院產業經濟與趨勢研究中心(IEK)指出,日、韓對下世代顯示器投資都以AMOLED(主動式有機發光二極體)技術為顯學,預計2015年以後,AMOLED的競爭將以軟性化技術為投資重心,就連中國大陸新三年計畫也宣示加入Flexible AMOLED(軟性主動式有機發光二極體)戰局。

在經濟部技術處的大力支持下,工研院發表了可捲曲AMOLED、三摺式AMOLED、可摺疊On-Cell Touch AMOLED、可摺疊Out-Cell Touch AMOLED等科技成果,以及涵蓋從材料、設備、製程、模組到應用的完整布局,以創新的「軟」實力,協助臺灣產業搶先掌握未來的應用商機。
 

FlexUPTM軟性基板催生多元應用

無論是可捲曲AMOLED、三摺式AMOLED、可摺疊On-Cell Touch AMOLED、可摺疊Out-Cell Touch AMOLED,都使用了工研院自主研發並取得專利的FlexUPTM軟性基板技術,它將功能性樹脂層固定在玻璃載板,在其上製作電子元件,再以機械式的切割離型,就能將功能性樹脂層連同電子元件從玻璃載板分離,完成軟性電子元件的製作。

在可摺疊On-Cell Touch AMOLED部分,它在整片面板呈現的是一幅連續的圖像,而不是由兩片螢幕拼湊成一幅圖像,因此中間不會留下明顯的縫隙。可摺疊On-Cell Touch AMOLED預料會是市場最主力的型態,現場展出的是七吋雛型機也宛如一個縮小版的平板電腦。

至於三摺式AMOLED,解析度可達全高清FHD(310 ppi),具有可同時向內及向外彎摺,撓曲半徑僅5mm的特點,適用於手機和平板電腦的結合應用,也就是說,摺起來是手機,打開變平板。三摺比對摺更能縮小產品體積,而且最符合手機的比例,以手機和平板的結合應用來看,三摺是最合適的形式。

可捲曲AMOLED則大幅降低顯示模組厚度與重量,面板厚度僅0.06mm,比一根頭髮還薄,全部捲曲起來直徑只有一公分,約等同於一支筆,便於手握攜帶,即使尺寸加大,也能完全收納在筒子裡攜帶移動,適用於可捲曲的筆電、放大尺寸的可捲曲電視等新型裝置。
 

克服摺痕和磨損的高難度技術

目前穿戴式裝置多半採用塑膠材質的曲面螢幕,韓國品牌的新款手機同樣也採用了這種螢幕,從側面可以看到螢幕的弧度,技術難度其實不高。但若要做到摺疊和捲曲,技術難度就非常高,必須克服的是摺痕和磨損的問題。

現實生活裡許多材質只要一摺疊就有摺痕,但這是軟性AMOLED的產品應用所不容許的狀況,摺疊的部位絕不能有任何可靠度的問題,例如:在多次摺疊以後,摺疊位置的螢幕可能會變暗。因應摺痕的問題,必須進行全面的重新設計,而不是只針對特定部位強化。

可摺疊On-Cell Touch AMOLE只需內摺,但三摺式AMOLED必須兼顧內摺和外摺,也就是外摺時,螢幕是裸露在外而沒有被保護的,外摺的保護程度會比內摺嚴苛許多,所以這個部位的保護處理必須做得更好。工研院也以測試機來確保摺疊性,設定數值為10萬次,如果以一天摺100次計算,產品可確保以最佳品質使用長達三年。

可捲曲AMOLED則分為內捲和外捲兩種,螢幕的捲動會產生磨擦,塑膠材質的表面又容易刮傷,必須特別進行防刮處理。要做到這一點就在於關鍵技術的突破,舉例來說,電子元件最怕水,原本顯示器都使用玻璃材質,阻水和阻氧效果都很好,但塑膠不同,所以在商品化的過程,軟性封裝非常重要,工研院也已克服技術挑戰,讓廠商能直接進入量產階段。
 

看好2017年產品化熱潮

今年八月,工研院與華映已就可摺疊AMOLED關鍵技術,進行技術授權暨服務合作簽約。工研院技術移轉軟性顯示器中極為關鍵的「多用途軟性電子基板與氣體阻隔技術」(FlexUPTM and Gas Barrier)、「軟性觸控感測技術」(Flexible Touch Sensor on FlexUPTM)、「軟性顯示器觸控面板整合技術」(Flexible AMOLED and Touch Panel Integration)等三項成果。

相對地,華映則是以自有的氧化物薄膜電晶體(Oxide TFT)技術為基礎,結合工研院的2.5代線,研發可摺疊AMOLED面板整合量產製程技術;待技術成熟後,華映將再逐步導入於自身4.5代產線。值得一提的是,在工研院先進技術的挹注之下,以一條舊產線就能做出不同規格的新產品,用於各種不同應用情境,更見其效益。

在華映拔得頭籌之後,工研院和國內其他廠商的技轉授權也在緊鑼密鼓洽談之中。Flexible AMOLED技術可針對不同應用做出不同摺疊,以及不同的產品,例如:單純的平板電腦是對摺,手機變平板則是三摺,這也讓原本涇渭分明的手機和平板的距離愈來愈拉近。來自市場和消費者的回饋,是決定產品形式的關鍵,工研院也根據對趨勢的預想,設計出一系列的應用雛型機,預期2017年會是真正商品化的轉捩點,相關產品將會在市場蜂擁而出。
 

新創公司加速產業化進程

工研院的展示攤位上,發表了可摺疊、可捲曲等新研發的AMOLED科技成果。
工研院的展示攤位上,發表了可摺疊、可捲曲等新研發的AMOLED科技成果。

為了和主要的競爭對手韓國廠商對抗,工研院在Flexible AMOLED的技術全是自主研發,除了取得多項專利,甚至還成立衍生公司宇威材料科技,以FlexUPTM技術為核心,進行軟性基材技術的應用及推廣,協助廠商利用既有的設備及製程,製造出各式的軟性電子元件及模組。

目前絕大多數的顯示器產品仍採用玻璃材質,它會造成很多限制,例如:太厚、不能彎曲、容易破,隨著愈來愈多的電池、電路板和元件都已軟性化,市場趨勢也期望顯示器產品能從玻璃變成軟的塑膠,材質輕薄、可彎曲或變形,也不易破損。

韓國廠商雖然已有這樣的技術,但它們都是專門供給自己公司的產品使用,並沒有開放給全世界。另一方面,臺灣廠商現有的環境都是玻璃生產線,如何利用既有的玻璃生產線去做出塑膠元件,就是宇威材料科技公司所提供的解決方案,包括提供材料給技轉廠商,加上高精密塗佈技術的配合,讓廠商可以自主生產,成品可涵蓋軟性的塑膠顯示元件、觸控元件、太陽能元件等,這種沿用既有生產設備的作法也是一種衍生加值。
不過,也有廠商希望直接向宇威材料科技公司採購基板,取代自行生產,這正是該公司的另一個獨特價值,成為全世界第一家供應軟性基板的公司,銷售給全世界所有的面板、觸控、AMOLED和PMOLED(被動式有機發光二極體)的廠商,也破除韓國廠商自產自用的桎梏。

宇威材料科技公司展出客戶端製作的雛形品,包括FlexUPTM應用於超薄軟性觸控模組和軟性PMOLED顯示模組。例如:科技廠商從原先製造玻璃的PMOLED,到現在已可製造塑膠可彎曲的PMOLED,實際展出的樣品是大小如同手錶的顯示器,像紙張一樣的輕薄軟且彎曲性佳,有很大的空間可以增添設計,體積也比現行的穿戴式裝置小很多。

另外,FlexUPTM基板應用於超薄軟性觸控模組,則可製作成照明用途。宇威材料科技展出客戶製作的雛型品都即將進入量產階段,只要完成自動化設備的最後一哩路,今年很有機會就能在市場上看到真正商品化的成果。
 

軟性電子的衍生化技術和應用

TAD可重覆使用熱寫電子紙技術,具有環保節能及可多次重覆使用的優點,適合應用於票卡市場。
TAD可重覆使用熱寫電子紙技術,具有環保節能及可多次重覆使用的優點,適合應用於票卡市場。

工研院在材料和觸控技術的發展,是讓Flexible AMOLED的成本持續降低的助力,整合塗佈型阻氣層之軟性觸控面板技術則是其中關鍵之一,它採用自有FlexUPTM軟性基板開發出具阻氣性之超薄軟性觸控面板,在阻氣層解決方案中採用獨特之塗佈型阻氣層技術,阻氣層的製程加工現多以真空鍍膜的方式進行,做出來的阻氣效果好,成本也比較高。工研院則和廠商合作發展整合塗佈型阻氣層,使用塗佈型技術,效果和真空鍍膜一樣,不僅設備投資更便宜,製程速度也會更快,預估至少可節省一半的費用。

此外,和軟性AMOLED的結構系出同源的可撓曲式光源,也是採用FlexUPTM軟性基板並結合昱鐳光電的材料,開發出厚度小於0.1mm,而且具有輕薄及可撓曲特性的軟性OLED光源,未來可應用在腕戴行動裝置的資訊顯示、車用或航太指示顯示、新型室內照明樣態等。

值得一提的是,繼FlexUPTM軟性電子基板技術催生出宇威材料科技,工研院另一項多次獲獎的TAD (Thermal Addressable Display)可重覆使用熱寫電子紙技術,也即將成立衍生公司。TAD可重覆使用熱寫電子紙技術的研發,是以綠色節能顯示為應用導向,實驗室測試可重覆使用達300次之多。

它利用膽固醇液晶(Cholesteric Liquid Crystal)技術可反射周遭自然光及記憶的功能,讓顯示畫面無須耗電仍可維持內容清晰。更換顯示內容時,僅需放入專用的熱寫機中,透過「熱」與「電」,便能將儲存或傳輸的影像寫在軟性膽固醇液晶面板卡片上。

這項技術不需在票卡植入任何驅動電路,就可以顯現資訊影像,同時還能結合RFID的讀寫機制和應用,例如:工研院的來賓證就使用了TAD可重覆使用熱寫電子紙技術,顯示來賓姓名和公司名稱,達到安全控管的需求。

TAD可重覆使用熱寫電子紙技術,具有環保節能及可多次重覆使用的優點,再加上可客製化的影像顯示功能,非常適合應用於目前消耗大量紙張的票卡市場,可在票卡上提供、更新及改變資訊,更勝於傳統紙張票卡的多重效益。

工研院經過熱寫入設備開發及卡片試產量階段後,目前與廠商合作用在劇院票卡、醫美VIP等實際場域進行市場應用驗證,為量產及建置產業鏈進行最終商品化準備,不僅為臺灣廠商創造出嶄新的產品線,也帶動了可觀的商品應用商機,開闢新的藍海市場。
 

工研院發表多項創新技術,以創新的軟實力協助臺灣產業搶先掌握未來的應用商機。
工研院發表多項創新技術,以創新的軟實力協助臺灣產業搶先掌握未來的應用商機。

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