穿戴式裝置的流行,帶動了曲面與可撓式顯示面板的市場需求,而智能移動裝置所必備的觸控功能,各廠商也使出渾身解數,發表自家的曲面(Curved)、可卷曲式(Rollable)、可彎曲(Bendable)、可摺疊(Foldable)等可撓式(Flexible)面板技術與觸控解決方案,使得曲面觸控功能得以在中小尺寸終端產品中實現。接下來我們來看看這些曲面及可撓式觸控面板的技術與發展趨勢。
曲面顯示技術電子紙開啟先河
曲面顯示技術,可以讓智能移動產品賦予更多想像空間。據調研機構TouchDisplayResearch的研究顯示,平面或曲面的穿戴式裝置將于2023年突破3千萬部,其中曲面觸控顯示市場將于2023年突破270億美元大關。因此曲面觸控顯示技術,近年來又成為各界開始注重的話題。
早在1974年,Xerox(全錄)的PARC研究中心(現為PARC研究中心公司)的研究員NickSheridon,開發了第一代電子紙(ePaper)顯示技術,開創了曲面顯示技術的先河。其原理與特色就是在帶電荷的小球中,一面涂上白色,另一面涂上黑色,透過電場改變來使小球上下轉動,以呈現黑白兩色的畫面。該技術一直到2003年,Xerox才創立Gyricon子公司來將其電子紙技術商業化,亦為后續所知的Gyricon技術;但其商業化腳步太慢,2005年Gyricon公司即結束營運。
而2004年美國陸軍在ASU(亞利桑那州立大學)設置了FDC(柔性顯示器中心),并與HP(惠普)技術合作,在2008年首度發表了柔韌不易碎的電子紙顯示器原型。ASUFDC后來轉向投入OLED顯示,隨后于SID2012發表最大的OLED可撓式全彩顯示面板,尺寸為7.4英寸,由混合氧化物薄膜電晶體(MixedOxideTFT)研發而成。
ASU強調,該面板材料可讓生產廠商能重復使用既有生產線來生產,不需額外投資其他設備,更符合成本效益。其面板的PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)薄膜基材,便是采用日本TeijinDuPontFilm(帝人杜邦薄膜)公司的Teonex產品,具耐熱性和表面平滑性,并快速導入量產。
在2000年成立的英商PlasticLogic,專精于聚合物電晶體與塑膠電子領域,并生產彩色和單色的塑膠可撓式顯示器,采自家專利的有機TFT(OTFT)技術,具摔不破、可扭曲等能力。該公司于2004年推出自己的塑膠屏幕,可應用在報紙、電子書等產品,并在2010年宣布將推出自己的QUE電子書(但后來計劃取消)。
隨著公司策略改變,2013年PlasticLogic開始推出單色電子紙技術(即元太科技的EInk技術)與彩色OLED顯示技術的各種軟式顯示產品,并于東京展示出由16片10.7英寸的單色可撓式顯示器所組出來的42英寸超大軟式屏幕原型產品。
在前面幾家公司研發成果的累積下,2004年加拿大皇后大學HumanMediaLab(人類媒體實驗室)開始進行PaperWindows開發計劃,并于2007年公布有機人類介面(OrganicUI;OUI)新名詞,用以形容操控非平面/非剛性顯示技術的電腦產品,此名詞亦被納入ACM(電腦協會)的期刊內。
該實驗室于2010年與ASUFDC合作,開發出PaperPhone——全球首支電子紙顯示的手機,透過手勢來操控。該實驗室亦與PaperLogic及Intel合作,在CES2013發表可撓式PC與多屏幕電子紙平板電腦原型機PaperTab;隨后4月再加碼發表MorePhone——世界第一支可撓智能原型手機,可透過觸控或彎曲屏幕的方式來操控電腦。
其他可撓電子紙技術研發部份:友達在2009年曾發表其與SiPix(達意科技,2012年已并入元太科技)合作的可撓電子紙技術;LG也在2010年展出其19英寸可撓式E-Paper原型產品;而Sony則是在2014年發表13英寸電子報紙(采EInkMobius技術)。
OLED搭配塑材曲面顯示大進化
在移動裝置大量采用FlexiblePCB(軟式印刷電路板)時,也有廠商嘗試以塑膠代替TFT的玻璃,讓既有的TFTLCD、OLED也具備可撓特性,成為2005年之后各科技大廠競相投資的顯示面板技術,正式產品在2010年之后才陸續上市。
2011年Nokia展示其Kinetic可撓式OLED面板以及概念手機,可透過彎曲的幅度來控制手機,但未正式量產。隨后在SID2014展與SEL(半導體能源研究所)和AFD(AdvancedFilmDevice)公司展示其可雙折、三折的5.9英寸手機OLED顯示面板,解析度達1280x720,249ppi。
該產品采用特殊面板制造技術,在彩色濾光片、OLED和TFT面板層之間夾入密封劑和可彎曲底層基板,使其彎折時最短半徑達2mm、4mm,并可承受10萬次折疊。雖然產品比兩大韓系面板廠還晚到,但據悉蘋果將可能采用其技術,應用在穿戴式產品上(如iWatch)。
Sony早在2005年便與理研(RIKEN)合作,投入可撓式顯示技術的研發。自2007年推出世界首部OLEDTV之后,其在2010年展示其4.1英寸可卷曲式的以OTFT驅動之OLED顯示面板,隨后2012年展示9.9英寸OLED可撓式面板,具960x540,111ppi解析度。曲面顯示技術練兵成熟之后,便在IFA2013展出世界首部65英寸曲面LED電視,搭配自家Triluminos原色顯示技術,呈現出更逼真的畫質。但手機則尚未有曲面屏幕的推出計劃。
三星(Samsung)取得OLED技術后,其ContourDisplay曲面玻璃屏幕于2010年首度出現在與Google合作的NexusS曲面手機上,采4英寸SuperAMOLED平面面板,配置曲面玻璃來達成。隨后三星于CES2011首度發表了真正可撓式AMOLED4.5英寸面板。
三星曾于2010年并購具EWD(ElectrowettingDisplay,電濕潤顯示)技術的Liquavista公司,因遲遲無法將EWD技術商業化,后來于2013年再轉售給Amazon,自己則專注在OLED的研發。其可觸控小尺寸產品命名為SuperAMOLED;至于可撓式觸控面板則命名為Youm,于CES2013首度公開;隨后在8月發表KN55S9C曲面電視(55英寸OLED);10月發表全球第一支GalaxyRound曲面手機(采5.7英寸AMOLED多點觸控面板),并在MWC2014展發表GearFit智能手環(采1.84英寸曲面AMOLED觸控面板)。但其面板雖可彎曲,但機身卻不可彎曲,故不能稱為可撓手機/手環。
近期于2014年7月再發表U7800(78英寸)與U6000(55英寸)系列的曲面電視,具有曲面與平面兩種選擇,采4200R黃金曲率設計。
后發先至的LG,在可撓式面板的研發上主要以POLED(PlasticOLED)為主,具備超輕薄特性,展現其曲面顯示技術的領先地位。在CES2013發表55EA9800曲面電視(55英寸OLED),以僅4.3mm的機身厚度贏得市場驚艷;在10月也發表GFlex可撓式手機(采6英寸POLED多點觸控面板),700R的曲率半徑,其機身具備曲面韌性抗壓且有自愈能力,搭配可彎曲電池設計,故LG稱之為世界首支可撓式手機。
LG近期2014年7月發表105英寸的21:9弧形電視,采高超寬屏幕顯示,以回敬對手。此外,LG在2014年7月更發表18英寸“半透明”OLED可撓式顯示面板,解析度1200x810,具30%透明度,撓曲半徑達3mm,將帶動未來透明可撓顯示面板的新應用。
至于華碩則是在COMPUTEX2014展示世界首部32英寸LED曲面顯示器概念產品,具2560x1440WQHD解析度,跟大廠一同加入曲面顯示的熱潮。
可撓式觸控技術軟板替代性方案
自2013年起,曲面屏幕產品正式開打,各業者便提出不同的觸控解決方案。以三星GalaxyRound為例,其采用On-cell觸控技術,搭配玻璃基板。而LGGFlex則是搭配塑膠基板。蘋果則在2010年申請“曲面觸控感應器”制作工法專利,并在2013年底正式公布。該技術采自家薄膜導體疊層設計,在基板上先覆蓋導體薄膜,然后透過壓印程序,將基板改變成弧形之后,再經高溫加熱固定成曲面形狀,這種工法可確保觸控感應層不易變形,以生產波浪狀的可撓式觸控屏幕,并應用在自家的手機、平板、電腦等產品上。
除了上述大廠的解決方案以外,各業者也提出各種曲面觸控技術,像是采用ITO(氧化銦錫)替代品,來降低材料成本,同時以薄膜軟板來提供可撓式解決方案。例如:宇辰光電(eTurboTouch)和明興光電(UniDisplay)皆發表OFS(OneFilmSolution,單薄膜方案)的可撓式觸控面板,采用Cambrios的奈米銀來取代ITO材料;宸鴻(TPK)則是透過導入可撓式基板,搭配OGS模組技術,以實現在不同曲度下展現高畫質圖像的能力。