【柔性显示器】由薄型轻量到可粘贴
时间：2014-04-06 15:53:00
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[导读]可自由弯曲的树脂基板柔性显示器已经以“薄型、轻量、不易破裂”为目标展开了开发。未来将实现“可粘贴显示器”。首先将从反射型开始实用化，然后通过自发光型有机EL支持彩色视频显示。
在身边的所有物体上粘贴
可自由弯曲的树脂基板柔性显示器已经以“薄型、轻量、不易破裂”为目标展开了开发。未来将实现“可粘贴显示器”。首先将从反射型开始实用化，然后通过自发光型有机EL支持彩色视频显示。
在身边的所有物体上粘贴显示器，在上面显示影像，实现自由更换物体的外观。例如，把家中的墙壁和地板换成森林浴式或海边度假式。不只是墙壁和地板等平面，在家具、窗帘等表面凹凸不平或者柔软物体的表面也可以粘贴显示器。有望实现这种全新用途的显示器技术正在开发之中。
可粘贴显示器技术已经以“薄型轻量、不易破裂”为目标展开了开发。基板由玻璃板换成了合成树脂（塑料）板 注1）。另外，未来通过把塑料板减薄至薄膜状，也就是制成柔性基板，将实现除平面以外还可以自由改变形状的“可粘贴显示器”（图1、表1）。
图1：“可粘贴”的直视型显示器的技术开发
可粘贴的直视型显示器技术以“薄型、轻量、不易破裂”为目标展开了开发。最近，把基板由玻璃换成塑料、TFT背板由硅类换成氧化物类和有机物类的显示器逐渐开始实用化。将通过提高塑料基板、TFT背板、有机EL前板等的性能，实现可粘贴显示器。
表1：2012年6月以后发布的主要开发事例
以“薄型、轻量、不易破裂”为目标的可弯曲显示器开发活跃。表中是2012年6月以后在学会和展会等发布的有源矩阵驱动显示器的代表性开发事例。＊1为美国亚利桑那州立大学。＊2 2013年4月验证了25ppi有源矩阵驱动 的发光，2013年秋预定开发100ppi显示器。
注1）实现显示器的薄型轻量化和曲面形状，还有研磨玻璃基板使之变薄的方法。例如，台湾工业技术研究院（ITRI）与美国康宁公司共同开发了在厚度为100μm的玻璃基板上，以卷对卷方式形成电路的技术。另外，还有像筱田等离子开发的曲面显示器那样，通过并列配置玻璃管构成平面的产品。不过，要想实现能在任何形状的物体上粘贴的薄型显示器，还是塑料基板最合适。本文将对采用塑料基板的显示器进行讨论。采用塑料基板的无源矩阵驱动显示器以前就存在，不过本文将主要聚焦适合高精细、高画质显示的有源矩阵驱动显示器。
改变了形状的显示器方面，2013年韩国厂商接连上市了画面弯曲的有机EL电视，但是弯曲画面的形状还是固定的。而可粘贴显示器则能自由改变形状，可粘贴在各种曲面上。
以反射型和自发光型为中心
可粘贴显示器的前板（显示方式）以反射型电子纸和反射型液晶，以及自发光型有机EL为主。这是因为，这些方式无需像透射型液晶那样使用背照灯，容易实现薄型轻量化和灵活性（图2、图3）。
图2：“可粘贴”显示器的要素技术选项
有多个选项，其中前板采用反射型电子纸和液晶以及自发光型有机EL，背板采用氧化物TFT和有机TFT，基板采用塑料的显示器开发比较活跃。
图3：前板的比较
虽然仅限于单色显示，不过在耗电量优先的用途，反射型电子纸占优势。而在彩色视频显示用途，无需背照灯、容易实现薄型轻量化、形状灵活性也比较高的自发光型有机EL的开发很活跃。（图由《日经电子》根据东芝的资料制作）
可根据用途选择反射型和自发光型。彩色视频显示需求极有可能需要自发光型有机EL。中小型有机EL已经实现实用化，但大型产品方面，很多观点认为可靠性的确保依然存在课题。而只需单色图片的用途则可使用反射型电子纸和液晶。另外，在重视低耗电量的用途中，反射型比自发光型更适合。
氧化物和有机半导体的开发日益活跃
另外，驱动可粘贴显示器的背板（TFT技术）也有多种选择。有非晶硅（a-Si）、低温多晶硅（LTPS）、InGaZnO等氧化物半导体以及有机半导体四种候选。其中，以在塑料基板上直接形成背板为目标，工艺温度在350℃以下的氧化物TFT和有机TFT的开发比较活跃（图4（a））。
图4：背板的比较
工艺温度在350℃以下的氧化物TFT和有机TFT的开发比较活跃（a）。氧化物TFT的载流子迁移率较高，适合驱动自发光型有机EL。今后的课题是确保可靠性（b）。有机TFT的工艺温度较低，在200℃以下。虽然载流子迁移率比无机类低，但驱动反射型电子纸足够了。（图（b）为东芝的数据）
氧化物TFT的特点是，载流子迁移率比较高，还可用于需要电流驱动的有机EL驱动。不过，亮度和色彩均匀性等会对画质造成影响的TFT可靠性还很低，今后需要加以改善（图4（b））。
有机TFT的特点是，不但工艺温度在200℃以下，而且容易实现溶液化，因此适合低价位的涂布印刷工艺。虽然载流子迁移率低于其他无机类，但驱动反射型电子纸的话性能足够了。
另外，柔性基板的候补除了塑料外，还有磨薄的玻璃和金属箔。但要想实现能贴在所有形状的物体上的薄型显示器，需要能够弯曲的可变形塑料柔性基板。
电子纸率先实用化
采用这种柔性基板的显示器率先从反射型电子纸开始实用化 注2）。最近，索尼为2013年度下半年实施验证实验的“Digital Paper”终端，配备了采用柔性基板的13.3英寸电子纸。背板利用a-Si TFT 注3）。索尼采用该技术并不是为了实现弯曲，而是为了实现薄型、轻量和不易破裂。
注2）英国Plastic Logic公司2011年9月在俄罗斯上市的电子书配备了基板采用塑料的电子纸。
注3）该柔性TFT基板由索尼进行技术开发，为实施量产把技术转让给了台湾E Ink Holdings。由E Ink Holdings负责制造。
另外，为降低成本，背板采用适合印刷工艺的有机TFT的柔性基板电子纸也在加紧开发。凸版印刷于2012年夏季，试制出了全部采用印刷工艺的5.35英寸VGA（640×480像素）电子纸（图5（a）），期待通过像纸制印刷物一样制造电子纸来降低成本。此外，为了支持平板终端，现在凸版印刷正在试制10.7英寸的XGA（1024×768像素）电子纸。 [!--empirenews.page--]
图5：有机TFT驱动的电子纸
2012年夏季，凸版印刷试制了5.35英寸的产品（a）。2013年，凸版印刷与Plastic Logic公司共同开发了拼接16张10.7英寸的电子纸的42英寸显示器（b）。（（a）由凸版印刷拍摄）
其特点是，采用了载流子迁移率高的有机低分子材料。载流子迁移率为0.48cm2/Vs，确保了与a-Si相同的性能。低分子材料的溶液一般比高分子材料的溶液粘度低，因此转印图案的膜厚和形状容易不均匀。凸版印刷通过优化转印速度和压力等工艺条件，解决了这个课题。“要素技术已经取得眉目，因此今后将致力于生产技术的确立，计划2015年实现实用化”（该公司）。
另外，该公司与英国Plastic Logic公司针对市场调查用途，共同开发了通过柔性基板实现弯曲、尺寸相当于42英寸的电子纸，并在2013年3月的展会上进行了展示。该产品拼接了16张10.7英寸的电子纸。背板的有机TFT基板在Plastic Logic公司的德累斯顿工厂制造（图5（b））。
柔性基板液晶亮相
通过反射型挑战视频显示的是日本长冈技术科学大学工学部电气系副教授木村宗弘。木村开发出了可用于视频显示的液晶柔性显示器。他利用狭缝涂布机在PET（Polyethylene Terephthalate）基板上制作了IPS液晶单元。
该显示器的特点是，无需使用配向膜即可稳定保持液晶配向。由于无需形成配向膜的部材和装置，不但能压缩制造成本，还可省去配向膜的高温烧结工序，有望降低实现柔性基板显示器的门槛。
一般情况下，如果不使用配向膜，液晶分子的配向就不整齐，导致图像无法显示。木村此次通过使液晶材料具备配向膜功能，只需涂布液晶材料就能自发统一配向 注4）。
注4）从喷嘴向水平移动的基板喷出的液晶会被施加剪切应力，因此液晶分子的配向能统一。不过，很快就会失去配向性。因此，为固定液晶分子的配向，为液晶材料添加了光聚合性液晶单体。通过在液晶涂布过程中发生光聚合反应，使单体实现高分子化，作为固定液晶分子配向的配向膜发挥作用。
木村继IPS液晶单元之后，还试制了柔性液晶单元，采用高速响应备受期待的蓝相液晶*（图6）。（记者：竹居智久、田中直树）
图6：可弯曲的蓝相液晶单元
在PET薄膜基板上试制的、无需配向膜的液晶单元。只需用狭缝涂布机在薄膜基板上涂布液晶材料即可制作。加载电压前，液晶整体为蓝相遮光状态（a）。加载电压的过程中，蓝相构造瓦解透光，看起来发白（b）。（摄影：长冈技术科学大学）
*蓝相液晶＝蓝相是液晶相的一种。利用该液晶相的液晶显示器有望以低成本实现超高速响应和广视角化，因此相关研究开发非常活跃。蓝相液晶在加载电压为零时，液晶分子以向4个方向配向的“双重扭转圆柱构造”存在，因此不具备光学各向异性。无需配向膜和被称为摩擦处理的机械处理，液晶分子就向4个方向配向。通过加载电压使之具备光学各向异性。
在身边的所有物体上粘贴显示器，在上面显示影像，实现自由更换物体的外观。例如，把家中的墙壁和地板换成森林浴式或海边度假式。不只是墙壁和地板等平面，在家具、窗帘等表面凹凸不平或者柔软物体的表面也可以粘贴显示器。有望实现这种全新用途的显示器技术正在开发之中。
可粘贴显示器技术已经以“薄型轻量、不易破裂”为目标展开了开发。基板由玻璃板换成了合成树脂（塑料）板 注1）。另外，未来通过把塑料板减薄至薄膜状，也就是制成柔性基板，将实现除平面以外还可以自由改变形状的“可粘贴显示器”（图1、表1）。
图1：“可粘贴”的直视型显示器的技术开发
可粘贴的直视型显示器技术以“薄型、轻量、不易破裂”为目标展开了开发。最近，把基板由玻璃换成塑料、TFT背板由硅类换成氧化物类和有机物类的显示器逐渐开始实用化。将通过提高塑料基板、TFT背板、有机EL前板等的性能，实现可粘贴显示器。
表1：2012年6月以后发布的主要开发事例
以“薄型、轻量、不易破裂”为目标的可弯曲显示器开发活跃。表中是2012年6月以后在学会和展会等发布的有源矩阵驱动显示器的代表性开发事例。＊1为美国亚利桑那州立大学。＊2 2013年4月验证了25ppi有源矩阵驱动 的发光，2013年秋预定开发100ppi显示器。
注1）实现显示器的薄型轻量化和曲面形状，还有研磨玻璃基板使之变薄的方法。例如，台湾工业技术研究院（ITRI）与美国康宁公司共同开发了在厚度为100μm的玻璃基板上，以卷对卷方式形成电路的技术。另外，还有像筱田等离子开发的曲面显示器那样，通过并列配置玻璃管构成平面的产品。不过，要想实现能在任何形状的物体上粘贴的薄型显示器，还是塑料基板最合适。本文将对采用塑料基板的显示器进行讨论。采用塑料基板的无源矩阵驱动显示器以前就存在，不过本文将主要聚焦适合高精细、高画质显示的有源矩阵驱动显示器。
改变了形状的显示器方面，2013年韩国厂商接连上市了画面弯曲的有机EL电视，但是弯曲画面的形状还是固定的。而可粘贴显示器则能自由改变形状，可粘贴在各种曲面上。
以反射型和自发光型为中心
可粘贴显示器的前板（显示方式）以反射型电子纸和反射型液晶，以及自发光型有机EL为主。这是因为，这些方式无需像透射型液晶那样使用背照灯，容易实现薄型轻量化和灵活性（图2、图3）。
图2：“可粘贴”显示器的要素技术选项
有多个选项，其中前板采用反射型电子纸和液晶以及自发光型有机EL，背板采用氧化物TFT和有机TFT，基板采用塑料的显示器开发比较活跃。
图3：前板的比较
虽然仅限于单色显示，不过在耗电量优先的用途，反射型电子纸占优势。而在彩色视频显示用途，无需背照灯、容易实现薄型轻量化、形状灵活性也比较高的自发光型有机EL的开发很活跃。（图由《日经电子》根据东芝的资料制作）
可根据用途选择反射型和自发光型。彩色视频显示需求极有可能需要自发光型有机EL。中小型有机EL已经实现实用化，但大型产品方面，很多观点认为可靠性的确保依然存在课题。而只需单色图片的用途则可使用反射型电子纸和液晶。另外，在重视低耗电量的用途中，反射型比自发光型更适合。
氧化物和有机半导体的开发日益活跃
另外，驱动可粘贴显示器的背板（TFT技术）也有多种选择。有非晶硅（a-Si）、低温多晶硅（LTPS）、InGaZnO等氧化物半导体以及有机半导体四种候选。其中，以在塑料基板上直接形成背板为目标，工艺温度在350℃以下的氧化物TFT和有机TFT的开发比较活跃（图4（a））。
图4：背板的比较
工艺温度在350℃以下的氧化物TFT和有机TFT的开发比较活跃（a）。氧化物TFT的载流子迁移率较高，适合驱动自发光型有机EL。今后的课题是确保可靠性（b）。有机TFT的工艺温度较低，在200℃以下。虽然载流子迁移率比无机类低，但驱动反射型电子纸足够了。（图（b）为东芝的数据）
氧化物TFT的特点是，载流子迁移率比较高，还可用于需要电流驱动的有机EL驱动。不过，亮度和色彩均匀性等会对画质造成影响的TFT可靠性还很低，今后需要加以改善（图4（b））。
有机TFT的特点是，不但工艺温度在200℃以下，而且容易实现溶液化，因此适合低价位的涂布印刷工艺。虽然载流子迁移率低于其他无机类，但驱动反射型电子纸的话性能足够了。
另外，柔性基板的候补除了塑料外，还有磨薄的玻璃和金属箔。但要想实现能贴在所有形状的物体上的薄型显示器，需要能够弯曲的可变形塑料柔性基板。
电子纸率先实用化
采用这种柔性基板的显示器率先从反射型电子纸开始实用化 注2）。最近，索尼为2013年度下半年实施验证实验的“Digital Paper”终端，配备了采用柔性基板的13.3英寸电子纸。背板利用a-Si TFT 注3）。索尼采用该技术并不是为了实现弯曲，而是为了实现薄型、轻量和不易破裂。
注2）英国Plastic Logic公司2011年9月在俄罗斯上市的电子书配备了基板采用塑料的电子纸。
注3）该柔性TFT基板由索尼进行技术开发，为实施量产把技术转让给了台湾E Ink Holdings。由E Ink Holdings负责制造。
另外，为降低成本，背板采用适合印刷工艺的有机TFT的柔性基板电子纸也在加紧开发。凸版印刷于2012年夏季，试制出了全部采用印刷工艺的5.35英寸VGA（640×480像素）电子纸（图5（a）），期待通过像纸制印刷物一样制造电子纸来降低成本。此外，为了支持平板终端，现在凸版印刷正在试制10.7英寸的XGA（1024×768像素）电子纸。 [!--empirenews.page--]
图5：有机TFT驱动的电子纸
2012年夏季，凸版印刷试制了5.35英寸的产品（a）。2013年，凸版印刷与Plastic Logic公司共同开发了拼接16张10.7英寸的电子纸的42英寸显示器（b）。（（a）由凸版印刷拍摄）
其特点是，采用了载流子迁移率高的有机低分子材料。载流子迁移率为0.48cm2/Vs，确保了与a-Si相同的性能。低分子材料的溶液一般比高分子材料的溶液粘度低，因此转印图案的膜厚和形状容易不均匀。凸版印刷通过优化转印速度和压力等工艺条件，解决了这个课题。“要素技术已经取得眉目，因此今后将致力于生产技术的确立，计划2015年实现实用化”（该公司）。
另外，该公司与英国Plastic Logic公司针对市场调查用途，共同开发了通过柔性基板实现弯曲、尺寸相当于42英寸的电子纸，并在2013年3月的展会上进行了展示。该产品拼接了16张10.7英寸的电子纸。背板的有机TFT基板在Plastic Logic公司的德累斯顿工厂制造（图5（b））。
柔性基板液晶亮相
通过反射型挑战视频显示的是日本长冈技术科学大学工学部电气系副教授木村宗弘。木村开发出了可用于视频显示的液晶柔性显示器。他利用狭缝涂布机在PET（Polyethylene Terephthalate）基板上制作了IPS液晶单元。
该显示器的特点是，无需使用配向膜即可稳定保持液晶配向。由于无需形成配向膜的部材和装置，不但能压缩制造成本，还可省去配向膜的高温烧结工序，有望降低实现柔性基板显示器的门槛。
一般情况下，如果不使用配向膜，液晶分子的配向就不整齐，导致图像无法显示。木村此次通过使液晶材料具备配向膜功能，只需涂布液晶材料就能自发统一配向 注4）。
注4）从喷嘴向水平移动的基板喷出的液晶会被施加剪切应力，因此液晶分子的配向能统一。不过，很快就会失去配向性。因此，为固定液晶分子的配向，为液晶材料添加了光聚合性液晶单体。通过在液晶涂布过程中发生光聚合反应，使单体实现高分子化，作为固定液晶分子配向的配向膜发挥作用。
木村继IPS液晶单元之后，还试制了柔性液晶单元，采用高速响应备受期待的蓝相液晶*（图6）。（记者：竹居智久、田中直树）
图6：可弯曲的蓝相液晶单元
在PET薄膜基板上试制的、无需配向膜的液晶单元。只需用狭缝涂布机在薄膜基板上涂布液晶材料即可制作。加载电压前，液晶整体为蓝相遮光状态（a）。加载电压的过程中，蓝相构造瓦解透光，看起来发白（b）。（摄影：长冈技术科学大学）
*蓝相液晶＝蓝相是液晶相的一种。利用该液晶相的液晶显示器有望以低成本实现超高速响应和广视角化，因此相关研究开发非常活跃。蓝相液晶在加载电压为零时，液晶分子以向4个方向配向的“双重扭转圆柱构造”存在，因此不具备光学各向异性。无需配向膜和被称为摩擦处理的机械处理，液晶分子就向4个方向配向。通过加载电压使之具备光学各向异性。
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