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JDI计划于2018年开始量产柔性LCD面板

日期:2017-03-12

在2017年年初,日本显示器(JDI)宣布开发被称之为Full Active Flex的技术。该技术在液晶面板中采用塑料基板,因此达成柔性TFT LCD设计。它将首先应用于智能手机的5.5’’ Full HD LCD面板。JDI已经在其技术展会上展示了样品。JDI计划在2018年开始量产Full Active Flex的柔性LCD面板。

JDI挑战Full Active Flex的柔性AMOLED面板

目前,AMOLED利用其先进的柔性显示设计引领着智能手机面板市场,如三星Galaxy Edge系列的弧形边缘显示面板。Apple也即将在其2017新iPhone中采用AMOLED。在行动装置市场, AMOLED持续挑战着TFT LCD技术,三星显示(SDC)已经在AMOLED市场占据了十年的主导地位。2016年三星显示AMOLED面板产能及出货达到了近4亿片,并在2017年挑战5亿片以上。

为了赶上三星显示以及OLED的热潮,许多面板厂商, 尤其是中国大陆的面板厂如京东方、天马、华星,国显、以及和辉等等正在投资柔性的AMOLED面板工厂,目标在2018以后陆续投入量产。然而,由于使用精细金属掩模的蒸镀工艺,实现AMOLED量产颇有难度。为了避免与三星显示直接竞争,JDI采取不一样的战略,在开发柔性OLED的同时也使用TFT LCD开发Full Active Flex面板,而非单纯锁定柔性屏在AMOLED。

下面图片显示Full Active Flex TFT LCD 和AMOLED显示面板一样柔性及可弯曲,因此也能被用于类似三星Galaxy Edge系列的手机曲面屏中。

 

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Full Active Flex面临的技术挑战

由于自主发光技术,OLED可被用于具有柔性(聚酰亚胺, 也就是Polyimide)基板的显示器中。但是,TFT LCD不能轻易实现这一点,因为它是高温工序且需要LED背光。为了开发Full Active Flex,JDI改进了LCD面板和LCD模组组装过程的每个阶段,包括使用新材料和新技术。IHS Markit针对JDI的新技术进行了极其详尽的分析。

首先, JDI为Full Active Flex改进了多种新TFT面板技术如下。

 

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新的柔性薄膜基板的开发

AMOLED由于自发光结构,并不需要具有高透光度的薄膜基板。然而TFT LCD需要背光。TFT电池的薄膜基板要求高穿透率,但不能有颜色,否则影响背光效率。同时一般用于柔性AMOLED基板的的聚酰亚胺(Polyimide) 薄膜基板为橘色且穿透率较低;因此,柔性LCD面板不能使用常规的柔性聚酰亚胺(Polyimide)薄膜。

作为替代品,JDI为柔性LCD面板开发了新的薄膜基板。这种新薄膜基板不但可以抵挡高温的TFT嚗光工艺,而且穿透度高。同时JDI改进了薄膜基板处理工艺,因此这种新基板也不会有影响LCD面板的双折射效应。

JDI并未对这种新的薄膜基板材料揭露供应来源。IHS Markit推测是由日本的许多不同的薄膜和化学材料制造商共同开发的透明和无色聚酰亚胺(Polyimide)薄膜。

应用新的LTOS (低温金属氧化)TFT技术

即使使用了可抵抗高温的基板,TFT阵列工艺中的退火工序也可能损坏薄膜基板。换言之, TFT的阵列工序温度高于OLED的状况之下, 柔性基板无法抵抗如此高温。因此,JDI开发了最新的低温氧化物半导体(Low Temperature Oxide Semiconductor LTOS)工艺。

目前液晶面板主流技术分为非晶硅(a-Si), 低温多晶硅(LTPS)以及金属氧化物(Oxide) 等, 而JDI的LTOS则是将低温多晶硅以及金属氧化物进行结合。

虽然被称为“低温”,但是目前主流的低温多晶硅(LTPS)TFT工艺在退火工艺中需要大约500度以使多晶硅结晶。 LTOS使用了可以在不退火的情况下达到高电子迁移率的氧化物半导体。 这确保了结晶工序不会损坏薄膜基材。

2016年5月,JDI宣布与日本的半导体能源实验室(SEL)签署联合技术协议,该公司以前与Sharp共同开发了IGZO(铟镓锌氧化物)TFT技术。有了SEL的加入,JDI将开发用于在较低温度工艺中沉积的LTOS TFT阵列。

改进LCD成盒(Cell)工艺技术以达到曲面

通常,LCD成盒(Cell)工艺技术会阻碍制造曲面和柔性显示器。成盒工艺技术乃是将液晶封闭在Cell 内,然而当面板弯曲时液晶分子会变得扭曲不均匀。 因此,JDI改进了LCD Cell结构及其材料,以便即使在弯曲时也保持液晶的均匀性。IHS Markit认为这是一个液晶上的重大突破。 在技术上, JDI应用了IPS-NEO液晶技术,以提高弯曲时面板内液晶分子的均匀性。

JDI不仅将Full Active TFT LCD技术应用于柔性LCD显示器,而且也应用于刚性玻璃基板。 为了生产Full Active TFT LCD面板,JDI使用了以下技术在LCD模组组装工艺中:

 

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改进LED背光导光板

LCD需要背光, 而OLED则不用。LED背光灯条则需要离显示区域有一定距离,才能统一光源均匀度。 而该距离可影响LCD面板的边框宽度。 JDI改进了LED背光结构,优化了照明设计,以尽量减少该空间,以便TFT面板边框更窄。

IHS Markit推测这种可达到超窄边框甚至边缘曲面的柔性背光板是与日本的Minebea Mitsumi的联合开发,Minebea Mitsumi是智能手机TFT LCD的LED背光板主要供应商。

改进了面板驱动芯片封装

LCD的驱动IC通常使用Chip On Glass (COG) 技术,直接连接许多LCD面板的源极驱动端。 因此边框宽度也受驱动IC芯片中的空间影响。 因此,JDI将驱动IC组装结构从COG改变为COF(Chip On Flexible circuit),它弯曲到驱动IC的背面,使TFT面板窄边框内的接触最小化。

COF需要驱动IC和LCD面板源极电极之间的细间距接触,牵涉到相当精细的工艺,但是面板和驱动IC制造商正在全力开发COF封装方式,使其成为无边框显示器的标准,包括使用AMOLED面板也是如此。因此不管是柔性OLED亦或柔性LCD,COF将变为主流。

柔性LCD最大优点: 不需盖新厂, 只需改造既有LCD工序

随着Full Active Flex在2018年进入量产,JDI希望能与柔性AMOLED竞争。并期望得到手机大厂如Apple, 华为等等的支持,JDI也正在为下一代iPhone显示器开发柔性AMOLED。从TFT LCD到AMOLED的完全切换生产需要对OLED蒸发后端工艺进行大量投资。然而,柔性TFT LCD可以使用既有的LCD面板工艺,不需要任何额外投资。 因此,JDI决定通过向智能手机手持机厂商提供柔性TFT LCD面板,以备与柔性AMOLED竞争。

IHS Markit 在深入研究JDI的柔性LCD技术后发现,由于柔性OLED的面板生产投资金额巨大,且工序上许多良品率以及质量等问题必须克服,如JDI真如其计划般在2018年量产柔性LCD,将会引起其他在OLED上并无重大投资的液晶面板厂商如Sharp、友达、群创等面板厂的效尤;而柔性LCD最大优点: 不需盖新厂, 只需改造既有LCD工序即可,在成本效益及面板良品率上将较柔性OLED具有优势。

此外,JDI还希望将Full Active Flex扩展到其它应用中。 例如,柔性TFT LCD可以渗透到汽车显示器市场,特别是因为曲面显示器可以改善汽车仪表板显示设计。AMOLED仍然难以承受汽车显示器的宽温度和长寿命操作要求,但液晶则无此顾虑,柔性LCD的出现可能会对车载面板造成影响。(IHS 科技 )

 

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