柔性显示技术
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1.4.1 柔性显示核心技术的挑战

柔性显示目前的主流技术是柔性 OLED 技术,柔性电子纸技术与柔性LCD技术是为满足特定场景应用的一种补充。柔性QLED技术与柔性Micro-LED技术作为新的技术趋势正在迅速发展。

1.柔性OLED技术

中小屏柔性OLED的发展以5G通信应用为牵引,朝着高分辨率、高刷新率、低功耗、可弯折、可卷绕的方向发展。为实现高分辨率,目前主流的精细金属掩模(FMM)蒸镀工艺技术需要提升到500PPI级别,或者开发有机发光材料光刻技术来达到更高的分辨率。为满足移动应用低功耗的要求,OLED材料与器件光电性能,特别是蓝色显示材料与器件的效率与寿命,需要进一步提升。为实现极致的弯折和卷绕,OLED屏面临极致的薄型化挑战,需要在柔性衬底技术、OLED器件技术、薄膜封装技术、内置彩色滤光膜减反射技术等方面共同攻克难题。此外,柔性 OLED 产品形态的多功能集成创新,如内置触摸技术、屏下摄像头技术、屏下指纹技术、折叠显示机构与模组技术等,也是产业必须面对的课题。

在大尺寸柔性OLED方面,大面积/低成本喷墨印刷、柔性/可卷绕等技术的发展已成为其产业化的重要驱动力,同时面临诸多挑战,其一是驱动大尺寸OLED的G8.5以上高世代顶栅顶接触式氧化物TFT技术,以满足高迁移率、高稳定性的应用需求。其二是在可溶性红绿蓝有机发光材料体系、配套功能材料体系及其墨水配方等性能方面的持续改进,并通过器件结构的优化设计实现光电性能的突破。其三是喷墨印刷工艺的引入,对装备行业提出了大面积、高精度、高产能喷墨打印机及真空干燥设备的全新需求。其四是构建一套完整的大尺寸柔性OLED显示工程化技术,包括TFT阵列、喷墨打印与干燥、柔性薄膜封装、器件驱动与补偿、柔性模组等技术,并且实现稳定可控的规模量产。

2.柔性LCD技术

TFT-LCD 具备大屏幕、精细化等优点,作为高品质显示屏已经得到广泛应用。但是,液晶是介于液态和固态之间的液晶态物质,必须有序排列,因此柔性 LCD 首先需要在柔性液晶盒技术方面取得突破。这可借鉴 LCD 在刚性衬底上的成熟量产技术,着重攻克柔性状态下液晶盒厚度的均一可控和液晶分子的排列取向可控,以及视角、色彩等LCD显示品质在稳定性方面的挑战。其次柔性LCD通常采用塑料基板替代玻璃基板。塑料基板面临的重大挑战在于制程工艺中的热稳定性问题,这就需要开发出一种低温控制技术用以制作柔性液晶屏的TFT阵列。最后柔性LCD需要在柔性背光技术方面取得突破,着重于背光模组的薄型化,以适应柔性显示的机械性能要求。

3.柔性电子纸

以 Kindle 为代表的电泳反射显示产品在过去几十年中取得了巨大发展,电泳反射显示非常适用于柔性显示,但其进一步的发展仍面临一些问题,其一是彩色化,电泳反射显示通常基于黑白两色,对彩色内容的显示局限较大;其二是刷新速度,刷新速度慢会造成频闪,不仅影响阅读效果,还制约着视频、动画等的播放。电润湿反射显示面临的挑战主要有以下几方面:第一是提高封装效率,目前电润湿反射显示产品的封装主要是在两相的环境下进行的,需要两次固化操作,不利于封装生产效率的提升;第二是多色电润湿反射显示面板的厚度控制,随着反射层数的增加,如何控制显示器的厚度以保持工作效率仍有待进一步的研究;第三是整体工艺的优化,需要提高电润湿器件在弯曲过程中响应的均一性,防止油墨的剪切流动、翻墙串色,以及控制工艺温度以适配于大规模生产。

4.柔性TFT技术

作为显示体系的共性基础技术,TFT技术的柔性化应用的挑战目标是,基于 LTPS 技术和氧化物 TFT 技术,以及结合两者优点的低温多晶硅氧化物技术(LTPO技术),实现大面积、高迁移率、高像素分辨率的TFT阵列,同时克服制造过程中的热应力的影响,获得具有类似于刚性衬底器件的性能,满足显示驱动应用的需求,并在长期使用的过程中,能够承受反复弯曲产生的机械应力,而不会出现明显的器件性能退化。长远来看,TFT阵列可否不通过光刻工艺,而通过溶液加工工艺技术来实现,需要在有机半导体材料、无机半导体材料、导体材料、电极材料、介质材料等方面取得创新性突破,构建印刷TFT阵列的技术体系,并在此基础上,最终向卷对卷生产的制造工艺方向探索。

5.其他柔性显示技术与材料

柔性QLED 技术与柔性OLED技术相似性非常高,可以大比例地继承柔性 OLED 显示的既有器件技术基础与量产工艺及产业链,其面临的挑战主要是量子点材料本身的性能与对应的器件结构,特别是蓝色量子点材料与器件目前还远远不能满足量产的要求,迫切需要从材料合成、器件结构、打印工艺、老化衰变机理等方面进行全面突破。

柔性Micro-LED显示是Micro-LED技术的一个应用特例。Micro-LED本身没有柔性性能,但基于柔性衬底、Micro-LED较小的尺寸和“岛桥式”的排布结构,可以实现柔性甚至可拉伸的Micro-LED显示。因此柔性Micro-LED面临与Micro-LED一样的挑战:Micro-LED 芯片技术、巨量转移、邦定、彩色化、检测、修复等关键技术难题。

展望更远的未来,柔性显示一定会发展到可拉伸显示和卷对卷工艺制程。可拉伸显示是柔性显示的高阶形式,它对构成柔性显示的材料体系包括电极等提出了“全柔”的挑战,要求在刚性发光原件尺寸较小时,采用“岛桥式”的排布结构来满足三维结构上的柔性需求。卷对卷工艺制程需要构建一套有别于目前片式工艺制程的包含新材料、新装备和新工艺技术的全新工艺体系。