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面板「軟」實力掀革命
軟性面板成明日之星

【作者: 丁于珊】   2013年12月31日 星期二

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近來,高端智慧手機的發展已逐漸開始有了同質化的現象,外型上大抵就是大大的觸控螢幕搭配上一塊堅固的基板,能夠拿來競爭的不外乎是比規格、比價錢,或者比螢幕大小、畫質高低、相機畫素,可以突顯差異化的空間越來越少。


不過隨著軟性顯示技術距離實現已經指日可待,可能在智慧手機設計上掀起一次革命,手機製造商可以為智慧手機創造出創新的形式,工研院產業經濟與趨勢研究中心產業分析師劉美君指出表示,在第一代軟性顯示器商品中所傳遞的訊息是手機型態開始有了變化,例如形狀改變、更輕薄或者是摔不破,而後才會有下一階段可隨意彎曲、可折疊的產品問世。



圖一 : 軟性顯示應用範圍廣泛,可隨意彎曲摺疊的特性讓產品型態有了變化。
圖一 : 軟性顯示應用範圍廣泛,可隨意彎曲摺疊的特性讓產品型態有了變化。

軟性面板商用化指日可待

事實上,軟性顯示技術已討論多年也紅極一時,早在1970年代,就已有日系廠商如Canon或夏普提出要以軟性基板取代玻璃基板的概念。但是直到2000年軟性顯示才開始受到市場矚目,而後隨著適用於塑膠基板製程的AMOLED及電泳顯示面板(EPD)成功量產之後,軟性顯示器才有了商用化的可能性。


目前軟性顯示技術可應用於LCD、OLED、EPD等面板當中,然而由於LCD結構設計複雜,要開發出可撓曲式的顯示器,在技術上相對困難。因此,雖三星在早期就已經開始布局軟性LCD技術專利,但後續開發狀況不明朗。目前市場上大多將研發資源放在OLED或EPD的開發上。但EPD因專利問題以及開發廠商較為單一,不若OLED投入開發的廠商較多,資源也相對較豐富,因此在軟性顯示技術的開發時程上OLED較電子紙快了不少。


在軟性OLED中,所使用的基板包括塑膠基板、金屬或者軟性玻璃,此外也有業者結合塑膠及玻璃基板開發出玻璃纖維強化塑膠(Fiberglass Reinforced Plastics;FRP),而不管是哪一種基板,輕、薄、耐用且不易碎裂都是同樣的特點。根據MIC分析指出,塑膠基板因可撓性較好,且商品化可能性較高,因此開發集中度也最高,許多面板廠如三星、SONY、友達等都積極投入。


軟性顯示應用範圍廣泛,儘管目前在初期的軟性顯示設備上,僅能保持微彎的弧度,但不可否認的,其市場需求仍然逐漸增溫。根據iSuppli預測,軟性OLED市場規模將會從2013年的2190萬美元快速成長至2014年的9480萬美元,年成長率達到334%,未來預計將會持續呈現強勁成長的趨勢,這也標示著軟性顯示技術的時代即將降臨。


不過,IDC全球個人電腦與顯示研究團隊資深研究經理徐美雯指出,就現階段而言,市場上的軟性顯示產品展示技術的意味大於實用性。iSuppli則認為,真正能夠折疊的OLED螢幕必須要等到2016年才有可能出貨。


軟性關鍵技術待克服

OLED本身雖然具備可撓曲、軟性的特點,但是想要開發出真正可彎曲、可折疊的產品,在其他關鍵零組件或者相關技術上都還有許多挑戰必須克服。劉美君指出,產品壽命及信賴度是兩大關鍵問題,而壽命又牽涉到元件、材料及封裝製程等各個部分。



圖二 : 想要開發出真正可彎曲、可折疊的產品,在其他關鍵零組件或者相關技術上都還有許多挑戰必須克服。
圖二 : 想要開發出真正可彎曲、可折疊的產品,在其他關鍵零組件或者相關技術上都還有許多挑戰必須克服。

由於軟性顯示器在彎折過程中,元件可能因此受到機械性損害;而觸控的部分,ITO特性也不足以支持軟性顯示的應用。要如何避免這樣的情形發生,是設計端必須考量的事情,其中高強度材料為目前的研發重點。


此外,封裝技術上,由於OLED容易受到水或氧氣等物質影響而受潮、或氧化,導致良率降低,在封裝過程中必須阻絕這些物質的影響,來提高壽命與穩定性。玻璃封裝阻隔水氧效果較好,但在軟性面板上,若使用薄膜封裝技術,由於封裝層次複雜,容易在過程中受到影響,如何達到有效率的阻絕水、氧,並且簡化製程是提高產品壽命的另一項重點。


驅動背板部分,矽材質TFT(a-Si非晶矽、LTPS低溫多晶矽、OTFT、及Oxide TFT)一直是市場主流,如三星在其塑膠基板上就是採用LTPS製程。但是塑膠基板在製造過程中常因高溫而產生變形問題,而玻璃基板耐高溫性也不佳,降低了軟性顯示器的使用性能及壽命,也導致OLED良率上始終無法提升。為此,三星、LG等面板廠商始轉向採用可低溫製程的氧化物薄膜電晶體(Oxide TFT)技術,LG更投入大量資金在此技術開發上。


然而,Oxide TFT雖解決了塑膠基板不利於高溫的問題,但目前仍有其他瓶頸須克服。MIC研究報告指出,塑膠基板容易在製程中產生熱漲冷縮的現象,或是因層層堆疊造成彎曲,各個層面曲度不同,影響對位精準度,影響良率,因此面板廠也還在尋求解決之道。


軟性顯示技術雖仍受限於技術瓶頸或者關鍵零組件上,讓開發進度始終停留在試產階段,但隨著智慧手機、平板電腦、筆記型電腦等行動裝置不斷朝向輕、薄等方向發展時,也帶動面板廠對於軟性面板技術積極的研發。其中又以韓國兩家大廠三星及LG為目前開發軟性顯示技術的主力,在研發時程上也最為領先。


在可撓式AMOLED顯示技術上,三星、LG同時選擇手機作為市場切入點,在今年已相繼推出弧形OLED智慧手機,但因良率問題,出貨可能延遲到2014年。依據兩家大廠規劃,下一階段將攻佔平板電腦產品,不過也受限於技術及良率問題,2015年才有可能將成本降至市場可接受價格,預計屆時將會採用LTPS背板加工技術,而2017年在大面積化效率與低溫加工的考量下,Oxide技術將加入量產行列。



圖三 : 三星計畫未來將軟性顯示顯示應用擴散到五大市場,並依技術發展,分為三階段。
圖三 : 三星計畫未來將軟性顯示顯示應用擴散到五大市場,並依技術發展,分為三階段。

三星展現野心 2015推可折疊螢幕

對於下世代的面板技術,韓國大廠三星處在市場領先地位。近來,三星的顯示器部門持續推出創新技術,尤其對於軟性顯示技術態度更是積極,其CES中展示的名為Youm的可撓式AMOLED顯示器標示著三星在軟性顯示技術上已經有所突破。三星宣稱,採用Youm技術的設備能夠將行動裝置的螢幕做得更大,平常可隨意折疊起來、縮小體積,展開來就變成平板電腦。


Youm的優勢在於採用薄膜材料取代既有的玻璃基板,如此一來,AMOLED面板將會變得更輕薄、更耐用以及可撓曲。此外,三星也簡化OLED的設計架構,將原本的六層結構設計減少為四層,並且選用材料強度高的薄膜材料,以確保面板的強韌性,不怕螢幕受損。不過礙於相關技術應用還未成熟,以及為了確保強度,三星在Galaxy Roun的面板上加上一層保護玻璃,消費者仍不能任意凹折。


圖四 : 三星簡化OLED的設計架構,將Youm面板由六層結構設計減少為四層。
圖四 : 三星簡化OLED的設計架構,將Youm面板由六層結構設計減少為四層。

而今年的「三星分析師日(Samsung Analyst Day)」當中,三星也進一步地揭露了未來幾年內的顯示器市場計畫。劉美君指出,三星將軟性顯示技術發展分為三個階段,除了在今年發表可彎曲的OLED電視及手機外,2015年將跨大至新的應用範圍,如可穿戴式裝置或車用面板,而2017年醫療用面板或甚至建築產業也都可望看到軟性顯示技術的應用。三星副會長權五鉉表示,三星期望在2014到2015年之間可以推出真正可彎曲以及可折疊的顯示器產品,並在未來將應用擴大到五大新型應用市場。


LG緊追三星之後 彎曲螢幕爭霸戰浮上檯面

相較於三星在市場上的大鳴大放,LG相對地顯得較為內斂,不過在軟性顯示技術上同樣不落人後,繼三星在十月初推出Galaxy Round之後,LG隨後也不甘示弱地宣布將推出其彎曲智慧手機產品G Flex,並在11月於南韓的三大本地運營商開始販售,12月進入歐洲市場,並選擇在法國首賣。


據了解,LG的G Flex搭載6吋的可彎曲顯示螢幕,搭配可彎折的塑膠材質機身。LG宣稱這是智慧手機在創新上的一個里程碑,並表示G Flex是第一支能夠更貼近人類臉型彎曲弧度的智慧手機,因不同於三星的Galaxy Round示左右兩側彎曲,G Flex是上下兩端彎曲。


較為特別的是,為了符合G Flex的弧型設計,其電池同樣也採用曲面設計以降低手機內部死角空間。因此,G Flex能夠進行一定程度的彎曲,在受到大力按壓呈現平面後,也可以在短時間內回復彎曲的外觀。LG表示此電池是專為G Flex所研發,當中運用了LG的堆疊式和折疊技術,此技術能夠減少電池彎曲時的物理壓力,並提高穩定性和效能,LG也為此申請了相關專利。劉美君形容,LG就像是鴨子划水般,雖然較少傳出訊息,但卻作了不少努力,因此對於LG不能掉以輕心。


台廠要有危機意識

相較於韓廠腳步領先,台灣面板廠在2005年才開始進入軟性顯示技術研發,雖也在許多場合中展出軟性顯示技術,但目前都仍僅於技術展示階段,距離成功量產仍有距離,其中又以友達及工研院較積極。


友達近日在AMOLED面板研發上終於成功進入量產階段,同時也在今年光電展中展出4.3吋可撓式AMOLED技術,其採用軟性塑膠基板及薄膜封裝技術,開發出厚度僅0.2毫米的可彎曲AMOLED面板。儘管如此,友達軟性顯示技術仍處於實驗機階段,距離要實際導入量產還有一段距離。


而工研院對於OLED技術在專利及製程佈局上也大有進展,只是面對如今電子產業不景氣的狀況下,要將技術導入台灣廠商供應鏈,進到量產階段也有一定難度。不過,劉美君認為,目前台灣廠商與韓廠落差還不算太大。


三星、LG對於軟性顯示技術開發態度雖然都相當積極,但是軟性OLED面板要完全取代傳統的OLED螢幕仍然言之過早,因塑料基板、薄膜封裝等OLED相關技術及應用都還未成熟,且軟性OLED的製程也還在測試當中。軟性OLED市場是否能夠發展成功,最終還是要取決於合理的成本、能被大量製造的生產材料以及技術成熟度。


因此,即便是三星及LG,目前也僅能小批量量產。話雖如此,但劉美君指出,以三星策略來說,就如當初AMOLED一戰成名,以小量出貨來測試市場是很關鍵的一步,未來將會逐漸增加出貨量,進而攻佔大部分市場。台廠現階段雖落後不多,仍要有警覺性。「台灣廠商必須有在半年到一年內也要量產的決心,否則最終將會陷入與中國削價競爭的情況,」她說。


而就目前的狀況而言,台灣廠商不適合再做大規模建廠,而是改裝現有機台與廠房,藉由調降TFT LCD產能,提高新技術研發部分,並透過與日本廠在設備及材料方面的合作,盡快找到市場定位。


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