柔性LCD利用無基板技術(shù)挑戰(zhàn)OLED

1、【IDWJ柔性液晶，利用無基板”挑戰(zhàn)有機(jī)EL2015/12/2800:00【日經(jīng)BP社報(bào)道】1 .前言本文將介紹在亞洲最大的顯示屏國際會(huì)議"22thInternationalDisplayWorkshops（IDW'15）”上，關(guān)于液晶面板挑戰(zhàn)柔性顯示屏的主流一一有機(jī)EL顯示屏的話題。以日本東北大學(xué)藤掛石鍋研究室的研究成果為中心，連同基礎(chǔ)技術(shù)一起進(jìn)行講解。2 .將液晶屏彎曲也能維持基板間隔在各種平板顯示屏（FPD）中，有機(jī)EL顯示屏因?yàn)槟軌驅(qū)崿F(xiàn)高對(duì)比度、高色彩表現(xiàn)范圍，而且容易實(shí)現(xiàn)超薄化，從而作為柔性顯示屏的主流技術(shù)被關(guān)注，筆者在之前的文章中也曾經(jīng)介紹過這一點(diǎn)（參閱本站報(bào)道）

2、。具有代表性的電子紙一一電泳顯示屏（EPD）早已作為柔性顯示屏投入實(shí)用。而且，這種顯示屏是具有記憶性、無需背照燈的反射型，還不需要偏光板，因此能夠得到明亮、無彩色的顯示。但在彩色顯示和視頻顯示方面存在課題。這一點(diǎn)之前也做過介紹（參閱本站報(bào)道）。而液晶顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)大屏幕、高精細(xì)化，具有可以實(shí)現(xiàn)較大的色彩表現(xiàn)范圍等特點(diǎn)，作為高品質(zhì)顯示屏已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。而且，液晶屏的制造技術(shù)非常成熟，過不了多久，中國的產(chǎn)量就會(huì)成為第一。但液晶終歸是液體，必須有序排列，所以，隨著極薄化和柔性化的發(fā)展，液晶屏在顯示品質(zhì)的穩(wěn)定化方面出現(xiàn)了課題。圖1是柔性液晶顯示屏的基本結(jié)構(gòu)。要想實(shí)現(xiàn)實(shí)用的柔性液晶顯示屏，重點(diǎn)是要利用

3、液晶盒內(nèi)形成的微細(xì)聚合物間隔壁（polymerspacerwall）的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保持一定的液晶盒間隙，并且保持穩(wěn)定的取向。日本東北大學(xué)的藤掛石鍋研究室，通過在液晶中溶解分子取向性的高分子材料（樹脂），進(jìn)行紫外線圖案曝光，開發(fā)出不破壞液晶取向、可以使2枚基板以固定間隔接合的高分子間隔壁，以invitedAdvancedPolymerandLCTechnologiesforHighQualityFlexibleDisplays為題發(fā)表了演講（論文編號(hào)：FLX2/LCT5-1）。圖1的“Bondingpolymerwallspacer就是他們開發(fā)出的高分子間隔壁。BondingpolyrriSr1L

4、ightfor«,TransparentOpticalMicrocoiorfilterBlackmatrixPoi-arizr1Liquid:式排Ali新me/I""I自小*lhlocaldtmmingLiquidcrystalmoleculePlasticfilmsubstrateLeuedge怩Ht自3trod白corperiSHtionfilnn圖1:柔性液晶顯示屏的基本結(jié)構(gòu)（日本東北大學(xué)提供的資料）（點(diǎn)擊放大）而且，柔性液晶顯示屏需要柔性的背照燈。圖2是在能夠?qū)崿F(xiàn)薄型柔性化的背照燈用導(dǎo)光板中采用液晶高分子復(fù)合膜，有助于實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度化、省電力化的局部調(diào)光背照

5、燈系統(tǒng)。復(fù)合膜內(nèi)的液晶和高分子都具有分子取向，通過開關(guān)電壓，可以表現(xiàn)為光散射或透明狀態(tài)。的foliageonLEDFlexiblelightedgelight§山#plateLCDpanelFlexiblesegmenidrivenhghbacattingLGdevice(POLG)usingplastic圖2:柔性薄型局部調(diào)光背照燈系統(tǒng)（東北大學(xué)提供的資料）（點(diǎn)擊放大）另外，局部調(diào)光背照燈會(huì)根據(jù)影像自動(dòng)控制局部的背照燈亮度，具備在降低功耗的同時(shí)，提高影像對(duì)比度的功能。還可以抑制影像的黑色部分泛白”的現(xiàn)象。在圖2中，影像顯示月亮”的區(qū)域的電壓為“0N”，為光散射狀態(tài)”，其他區(qū)域的電壓

6、為“OFF”為透明狀態(tài)”。東北大學(xué)在演講中還介紹了塑料基板和液晶的光學(xué)補(bǔ)償，公布了VA模式及IPS模式的柔性液晶顯示屏的試制情況和顯示品質(zhì)?？v觀2015年IDW的所有論文，東北大學(xué)藤掛石鍋研究室發(fā)表的這篇柔性液晶顯示屏相關(guān)論文鶴立雞群。下面，筆者將介紹一下自己特別感興趣的內(nèi)容。3 .柔性液晶顯示屏的支撐技術(shù)3.1 不銹鋼箔有望成為基板材料日本東北大學(xué)開發(fā)出了使用具有耐熱性的超薄不銹鋼箔（新日鐵住金制造）和聚碳酸酯薄膜（帝人制造）作為基板材料的VA模式反射型柔性液晶顯示屏，以“FlexibleReflectiveLCDsUsingStainlessSteelSubstrateandOptical

7、CompensationTechnology為題發(fā)表了演講（論文編號(hào)：FLXp1-4L）。試制的反射型柔性液晶顯示屏的截面結(jié)構(gòu)如圖3所示。兩片基板的表面涂敷聚酰亞胺膜（日產(chǎn)化學(xué)工業(yè)的“SE4811”）后，在120c的溫度下加熱，作為液晶的取向膜使用。液晶盒的厚度為2pm,真空填充了液晶材料（德國默克公司的“MLC2038”）。為了實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度及廣視角，還使用了雙軸拉伸膜、圓偏光板以及光擴(kuò)散板。圖4是試制的柔性反射型液晶顯示屏的顯示示例（照片是不銹鋼基板彎曲時(shí)拍攝的）。Optical：,rVA'f-mdSpecerS球卒I箏圖3:使用不銹鋼基板的柔性反射型VA模式液晶顯示屏的截面結(jié)構(gòu)（東

8、北大學(xué)提供的資料）圖4:使用不銹鋼基板的柔性反射型VA模式液晶顯示屏的顯示示例（東北大學(xué)提供的資料）試制的液晶顯示屏實(shí)現(xiàn)了20:1以上的良好對(duì)比度。證明了不銹鋼箔是有望實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、低功耗的反射型柔性液晶顯示屏的基板技術(shù)。3.2 利用In-cell偏光板解決柔性液晶的課題對(duì)于使用染料類偏光膜的In-cell型偏光板，及其在TN液晶顯示屏中應(yīng)用的結(jié)果，日本東北大學(xué)發(fā)表了題為aFabricationofThinFlexibleLiquidCrystalDisplayUsingDye-TypeIn-CellPolarizer的“演講（論文編號(hào)：FLXp1-5L）。塑料基板導(dǎo)致顯示品質(zhì)差、視角特性狹窄是

9、柔性液晶顯示屏面臨的一大課題。而且，如圖5所示，偏光板及相位差板的厚度造成了柔性差的問題。作為解決這些課題的方法，東北大學(xué)想出的辦法是采用In-cell偏光板。filmTACFilmDyetyxpolaron。TheR«tardaiioflfilm等ubslrmlE圖5:通常的柔性液晶顯示屏與使用In-cell偏光板的顯示屏的結(jié)構(gòu)比較左邊是通常的柔性液晶顯示屏，右邊是使用In-cell偏光板的柔性液晶顯示屏。（東北大學(xué)提供的資料）（點(diǎn)擊放大）面板的制作步驟如下。首先在染料類偏光板上低溫生成ITO膜（膜電阻為100Q/,使用PVA類粘合劑，與作為底板的TAC（triacetylcell

10、ulose）薄膜和偏光板接合。然后，借助離型膜（日本新田公司制造），使TAC薄膜與玻璃基板接合。再使用250nm的紫外線，照射偏光板表面612分鐘，使表面變性后，利用旋涂方式涂敷光取向膜。使用5pm的間隔壁，使液晶盒厚度保持固定，使用紫外線硬化樹脂制作密封圖案，接著再注入液晶。試制面板的電壓透射特性與外置偏光板基本相等。如圖5的右側(cè)所示，顯示屏的厚度縮小到0.2mm,實(shí)現(xiàn)了薄型化。而且對(duì)比度達(dá)到了260:1。其特性與使用通常的玻璃基板的TN液晶顯示屏相當(dāng)（圖6）。圖6:使用In-cell偏光板的TN液晶顯示屏（a）電壓打開，（b）電壓關(guān)閉。（東北大學(xué)提供的資料）3.3 可以延展的無基板液晶顯示

11、屏未來，市場不僅需要柔性，還需要可以延展的伸縮顯示屏要想實(shí)現(xiàn)這種顯示屏，必須開發(fā)出無需基板、可以實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度顯示的元件結(jié)構(gòu)。為此，研發(fā)人員抱著在具有獨(dú)立性的液晶高分子復(fù)合膜中，自由控制伴隨分子取向的液晶的分散形態(tài)這一目的，對(duì)基于紫外線圖案曝光的液晶高分子相分離展開了研究。日本東北大學(xué)在題為aMorphologicalControloftheLiquidCrystalDropletsinMolecular-AlignedPolymerforSubstrate-FreeLCDs”的演講（論文編號(hào)：LCTp5-9L）中，介紹了通過控制液晶與高分子的分子取向，利用雙折射實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度顯示的無基板液晶顯示

12、屏”具體來說，是在向列液晶（JNC制造的“TD013LA'）中混合50wt%的二官能液晶性單體C型（DIC制），注入了利用摩擦法進(jìn)行了扭曲取向處理的液晶盒（液晶盒厚度為10pm）。使用正交網(wǎng)格狀的光掩模（間隔為120"或60”）,對(duì)液晶盒進(jìn)行了紫外線圖案曝光。紫外線強(qiáng)度為3100mW/cm2,溫度控制在2550C。結(jié)果表明，通過改變相分離的條件，可以控制取向液晶的分散形狀，使高分子包含更多的控制了取向的液晶。圖7是向試制器件（TN液晶液滴）加載電壓時(shí)的偏光顯微鏡照片。圖8是該器件的電壓透射特性與通常的TN液晶顯示屏的特性的比較。試制的TN液晶液滴的特性與通常的TN液晶顯示屏相

13、比，閾值電壓略高，關(guān)閉狀態(tài)的透射率也比較高，還有改善的余地。但通過這次的開發(fā)，獲得了關(guān)于實(shí)現(xiàn)利用高分子取向維持液晶取向的無基板液晶顯示屏的有用的知識(shí)，今后的發(fā)展值得期待。聆聽東北大學(xué)的演講，筆者不禁要想：通過使用必須靠薄膜等多層涂層才能發(fā)揮作用的柔性有機(jī)EL技術(shù)，真能實(shí)現(xiàn)無基板嗎?Voltage0V5V1polarizerLCdroplettncidsnt1ntY的tIrctitlight圖7:TN模式液晶液滴的動(dòng)作（東北大學(xué)提供的資料）3.4 驗(yàn)證附帶平坦薄膜的不銹鋼箔為了研究金屬箔作為柔性基板的可能性，使用的是有平坦層的不銹鋼箔（新日鐵住金制造的“#190SE?）。新日鐵住金以“Plana

14、rizedStainlessSteelFoilforFlexibleSubstrate為題，就不銹鋼箔基板發(fā)表了演講（論文編號(hào)：FMC3-1）?；宓陌搴駷?100pm,表面狀態(tài)為超級(jí)光亮（SB）,熱膨脹系數(shù)CTE為11X10-6/C。分別使用旋涂和卷對(duì)卷（R2R）涂敷兩種方式，在表面上形成了平坦薄膜。通過涂敷平坦薄膜，表面粗糙度Ra從6.2nm降至0.6nm,Rmax從78.2nm降低到了8.9nm。在試制有機(jī)EL屏?xí)r，該公司對(duì)平坦層（3pm）釋放的氣體進(jìn)行了檢測，得到的數(shù)據(jù)小到可以忽略不計(jì)。在兩種基板上制作有機(jī)EL照明器件樣品的結(jié)果表明，二者均可正常工作。另外，使用R2R涂敷方式的不銹鋼箔

15、的厚度為50wm,寬度為300mm。以上結(jié)果表明,不銹鋼箔可以作為柔性基板使用。3.5有機(jī)TFT驅(qū)動(dòng)塑料液晶顯示屏有機(jī)薄膜晶體管（OTFT）的移動(dòng)度為110cm2/Vs,超過了非晶Si（a-Si）TFT的0.5cm2/Vs。在本次的IDW上，英國FlexEnable公司以“InvitedPlasticLiquidCrystalDisplaysEnabledbyOrganicTransistorTechnology為題，介紹了使用TAC薄膜，為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)用途試制使用OTFT的IPS液晶顯示屏的結(jié)果。厚度為40pm的TAC為低雙折射性，Rth<1nm、Ro<1nm,具有與玻璃基板相同的光

16、學(xué)特性，適合作為液晶顯示屏的基板。液晶的取向控制采用光取向，液晶盒厚度的控制使用光刻形成的間隔柱。通過采用新開發(fā)的具備自組織高分子壁的液晶材料，提高了堅(jiān)固性。試制的OTFT驅(qū)動(dòng)IPS液晶顯示屏的畫面尺寸為4.7英寸，畫面寬高比為16:9,厚度為300”,去掉背照燈后的重量為10g。該器件可以彎曲到半徑為50mm的程度。能在低于100c的低溫下制作的OTFT,開拓出了有源矩陣用背板的新應(yīng)用領(lǐng)域。OTFT的彎曲半徑為0.5mm,1萬次測試后的閾值電壓變化很小，非常穩(wěn)定。通態(tài)電流的變化也同樣穩(wěn)定。除此之外，正如之前報(bào)道的那樣，英國PlasticLogic公司已經(jīng)開始量產(chǎn)OTFT驅(qū)動(dòng)的電子紙（參閱本站報(bào)道）。另外，使用OTFT的氣體傳感器、影像傳感器以及X射線檢測器的生產(chǎn)也已實(shí)現(xiàn)。4.結(jié)語這一次，連同基礎(chǔ)技術(shù)在內(nèi)，介紹了很多的內(nèi)容，筆者自認(rèn)為讀起來應(yīng)該非常過癮，不知大家感覺怎樣？這里介紹的局部調(diào)光背照燈、In-cell偏光板（很遺憾不是涂布型）、無基板液晶顯示屏等，都是出色的研究成果。為實(shí)現(xiàn)柔性液晶顯示屏而開展的系統(tǒng)性研發(fā)，是日本今