LCD其实也能做成曲面屏，和手机折叠屏很不一样

来源：面包板社区；作者：黄烨锋

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另外，应用柔性基板的OLED显示屏适用于消费电子产品问题不大，但对于汽车等类型的产品而言就不一样了。因为OLED亮度与其寿命成反比。而汽车不仅要求部件耐久性，而且要求屏幕亮度足够，柔性OLED就较难满足这样的需求。

所以我们看到，柔性LCD屏——典型如FlexEnable在推的柔性OLCD（有机LCD）屏幕不仅成本明显更低，在类似汽车这样的应用领域，能够补足柔性显示技术应用的短板。

 

OLCD也因此成为我们理解柔性LCD屏幕的一个重要窗口，它本身也为LCD实现柔性化，同时兼顾低成本指明了方向。

 

FlexEnable公司策略总监Paul Cain先生表示：“OLCD能够将柔性显示技术引入了显示行业的许多细分市场，在这些细分市场中，柔性AMOLED技术在成本和性能等方面都不适合。例如，当今柔性AMOLED可用于智能手机和智能手表，而需要更大面积、更低成本（OLCD的成本大约比OLED低三倍）或更长使用寿命的应用则更适合于OLCD，特别是汽车显示器和数字标牌等需要高亮度和曲面显示的应用。” 

 

 

◤ TFT层改用有机材料

 

当代主流的LCD屏幕包含两部分，一部分是针对每个像素提供的连接和电极，称为背板（backplane）；另一部分是前面板（frontplane），主要是液晶单元。其层级结构大致如下图所示，这里不再详述LCD显示屏的具体原理：

前面板部分的液晶单元通过电压来偏转液晶分子，控制背光的通过与否。液晶单元位于两片偏振片（polarizer）之间。它们整体上类似于光电开关，在不同的区域选择性地开和关。这部分在柔性LCD与普通LCD上虽有区别，但区别不如背板部分来的大。

 

柔性LCD屏幕的核心，主要在背板上。它与普通玻璃基板的LCD屏幕，核心区别主要体现在两个方面：第一是背板部分的TFT层——至少我们看到FlexEnable的OLCD技术是这样。

 

主动矩阵LCD的背板——即TFT的存在，是因为近代显示屏的像素变得如此之多，而且每个像素还有几百个灰度级要做调整——因此就出现了单独、精准控制这些像素的晶体管，每个像素都有独立的晶体管电路去做控制。一般一个晶体管控制一个像素，TFT就像像素的明暗调节开关一样。

屏幕TFT层的这些晶体管一直以来也是基于硅制造的，这就决定了工艺流程伴随着高温等各种严苛制造条件。也因此，显示屏也就只能基于玻璃基板材料生产。因为玻璃是少有的同时具备耐高温和高透光特点的材料。

 

绝大部分柔性OLED面板采用LTPS（低温多晶硅）的TFT。虽然叫“低温多晶硅”，也可能需要达到500℃的高温。

 

OLCD在技术上，针对这个问题采用的方案是改用有机聚合物材料来造TFT层的薄膜晶体管，所需温度低很多（FlexEnable的数据是可以达到100℃，据说是“已经实现工业化生产的最低温晶体管工艺”），而且让TFT层具有柔性属性。这在整个生产流程上自然能够帮助降低工艺难度和成本。其中关键的有机半导体材料叫做FlexiOM——是去年FlexEnable从默克公司收购的一种OTFT材料。

这样的晶体管可直接构建于塑料薄板材料之上（柔性LCD的基板也必然选择具备柔性的聚合物材料，下文将会提到）。这就是FlexEnable一直在宣传的OLCD显示屏的核心所在，字母O代表的是有机材料。这种FlexiOM材料相比非晶硅的电子迁移率更有优势（在量级上与多晶硅还是有差距），电流值相比非晶硅和多晶硅更低，偏压应力稳定性比较好。

 

实际上OLCD的TFT层还有一些讲究，比如说TFT薄膜晶体管阵列需要连接到传统硅芯片电路。这就要求在bonding流程中，在不破坏塑料基板的前提下，保证与硅芯片的连接足够可靠。低温工艺在此就变得很重要，bonding粘合材料以及背板电路设计需要配合传统驱动芯片。此外，传统硅与氧化物技术采用真空沉积工艺，而OLCD采用溶液涂膜（solution coating）工艺，如柔性印刷（flexographic printing）或者slot-die coating，用以制造OTFT堆栈，这其中还是需要技术积累的。

 

这种OTFT制造工艺与材料，实际不仅面向LCD屏幕。Cain先生表示：“除了OLCD之外，FlexEnable的OTFT平台和材料还有许多未来应用，包括超薄和柔性生物识别传感器、X射线检测器以及可穿戴/可嵌入生物传感器等。”

 

 

◤ 基板材料也换了

 

上面提到的这种可在低温下制造的有机TFT层，作为LCD背板，是柔性LCD屏幕的主要技术之一。而如前文多次提到的，柔性LCD的另一个关键还在承载TFT及上层的基板（substrate）材料上。

 

柔性OLED需要将玻璃基板换成具备更大可弯曲性的基板材料，不过在柔性OLED屏幕制造流程中，由于高温的关系，基板材料的选择限制很大——因为在这种情况下，既要求材料具备较好的透光性，又要求材料耐高温（以及经受退火、腐蚀等工艺流程），而且还必须具备柔性特质。所以柔性OLED显示屏，因为成本、良率各方面的制约，应用集中在智能手机、手表这样的小屏设备上。

 

前文就提到，OTFT实际上很大程度解决了高温的问题（下文将提到的液晶单元某些部分也不再需要高温），所以基板在材料选择时就宽松了不少，可包括生物基（bio-based）材料。

 

OLCD的基板，采用的是一种名为TAC（tri acetyl cellulose，可能也有选择聚碳酸酯材料）的透明柔性材料。这是一种纤维素材料，可以从木浆这样的天然原料中制得。可想见制造成本是比较低的。实际上TAC材料存在于显示屏供应链也几十年了，主要应用在偏振片上。

 

在OLCD的制造过程中，TAC薄板也需要贴在玻璃支撑层上，“采用传统的胶粘工艺，将低成本的塑料薄板附着在玻璃上，然后使用低温有机晶体管工艺来制造相同的电路”。

而在整个制造流程最后，TAC基板还是要从玻璃支撑层剥离下来。听起来似乎和柔性OLED制造时，最终的激光剥离过程类似。不过FlexEnable在技术介绍中说，对OLCD而言不需要昂贵的资本支出，采用“非常简单的‘释放’工艺”就能将TAC从玻璃上取下。“这种简单的工艺，是OLCD成本低的关键所在，不仅是因为产量高，而且是因为玻璃支撑层可以重复使用。”

 

上述TFT及基板，可以看做是OLCD代表柔性LCD显示屏，与普通LCD显示屏的主要差异。在整体的面板结构，以及工作方式上，OLCD与传统玻璃LCD是基本相似的。而且FlexEnable表示，其制造技术、设备也一样。OTFT工艺可以融入到现有的平面面板显示制造流程中，所以其投入，以及成本是远低于柔性OLED的。应用到笔记本、显示器、电视这样的大屏设备上也就压力不大了。

 

“OLCD叠层利用了现有LCD供应链中的许多材料（起偏器、背光、LC材料和其他材料），因此，柔性显示器的成本结构类似于玻璃LCD。OLCD的制造步骤数量与玻璃LCD相似，并且该工艺过程能够利用现有的a-Si TFT LCD生产线。这使得OLCD成本比OLED等其他柔性显示器低得多，因此可以经济高效地将显示器尺寸扩展到与LCD类似的较大尺寸。”Cain表示。

 

 

◤ OLCD的其他层

 

除了OTFT背板、柔性基板之外，实现柔性LCD还有一些层的柔性化是比较关键的，比如柔性背光。所有的透射LCD都需要背光。LCD面板的背光大体上可以分成两种，一种是侧入式（edge-lit）背光，一种是直下式（direct-lit）背光。侧入式背光的LED光源在整个面板的侧边，然后通过导光板提供均匀的背光。

 

侧入式背光解决方案本身是可以弯曲、实现柔性化的——不过采用足够薄的导光板，才能达到相应的曲面形态，这又会影响到背光的亮度。所以直下式的背光，采用LED阵列作为背光是比较合理的方案。直下式背光本身在实现LCD的分区背光、HDR方面就有优势，LED阵列又能很容易地通过形成曲面，去匹配显示屏本身的形状。