介绍

人类追求文明的进步，对于讯息传递技术的开发一向不遗余力。竹简、纸张可以说是人类最早期的显示器。冷阴极射线管CRT的发展，开启了第一波显示器的革命浪潮，近10年来平面显示器（Flat Panel Display；FPD）的蓬勃发展，更带动第二波显示器的革命，且正在持续影响人们的生活。在经过电子化、平面化之后，全球的研究机构更积极发展软性显示器，为人类开启下一波显示器的新趋势。

软性显示器因为具有轻薄短小软及可挠曲等特性，除了将带来更人性化、行动化与个人化的便利之外，同时也会大幅改变21世纪人类的生活型态。类纸式（Paper-Like）的软性显示器可取代纸张印刷工作，提高便利性并节省印刷成本；举凡书籍、标签、海报、布告栏等，都可应用类纸式的软性显示器。高阶动态软性显示器则尝试取代现有硬式资讯与消费性显示器，提供更具行动携带性与收藏方便性的软性显示器。

软性显示器的型态分析

在软性显示器分类中，一般依显示画面的复杂度可约略分为单色和彩色的静态、动态与高阶动态等类别。静态式显示器主要是以类纸式的显示器， 可在外部电压驱动下改变显示内容；而当无电压驱动时，也能够保有原来的画面内容，也就是具备双稳态的功能，这类显示器被归类为被动显示器（Passive Matrix；PM）。另一方面动态显示器主要强调显现及时性的动态内容，需要薄膜电晶体的驱动来搭配，被归类为主动式（Active Matrix；AM）显示器，将取代目前如PDA、手机、电视等现有主流的平面显示器。

若依应用环境挠曲的程度来分​​，则可将软性显示应用产品分为平坦式（flat）、服贴式（conformable）、弯曲式（bendable）与可卷式（rollable）等类别。平坦式软性显示器可应用于识别卡、桌牌标签、壁挂等环境中。服贴式软性显示器的功能与平坦式显示器相同，可运用在曲面广告看板、杯子等固定曲面环境的产品项目。弯曲式软性显示器应用在如电子书、穿戴饰品等在一定曲面范围中、需重复挠曲的产品类别，让软性显示器能更贴近个人应用领域。可卷式显示器应用在对软性环境要求极高的作业与收藏环境，如电子地图或个人可携式资讯装置等。

《图一 软性显示器应用范例》

软性显示器之市场趋向

若以市场区隔来看，IT Strategies则将软性显示器的方向应用分为「个体应用导向」及「大众应用导向」两种。前者显示器较偏向消费性电子产品如电视、电子书与手机等，而后者则偏向是大众商业产品如告示板、公众显示板与广告用途看板等。 IT Strategies 在2006年预估，软性显示器在「个体应用导向」的市场规模可达3702 亿美元，而「大众应用导向」的软性显示器规模则达1211亿美元。若依显示器功能与使用者型态，可将软性显示器区分为四大类应用区块，如(图二)所示。

《图二 软性显示器功能与消费者属性分析图 》 数据源：IT Strategies

在众多产品区隔中，如何选定有利的产品来发展，需多元考量技术配适性、技术竞争性与市场机会等因素。 IT Strategies 认为大众应用导向的产品较适合作为初期发展软性显示器的应用市场，因为市场性质属于分裂式（fragment）结构，产品具有省去印刷成本的效益，不仅能带动附加价值、且较无价格与竞争压力。虽然个体应用导向或消费性电子产品领域市场潜力高，但市场价格敏感度过高、且竞争者众多，须有相当程度的经济规模方方容易成功。

整体而言，要能形成软性显示器产业，必须兼顾市场需求、产品竞争性与产品成本效益。从技术研发单位立场来看，资源投入必须花费在有高附加价值的产品上。目前建构软性显示器的技术层面相当广泛，种类众多，如何在价值创造与成本节约之间取得平衡，成为研发单位在资源投入前必须审慎评估的工作。

软性显示器技术类别

要形成完整成熟的软性显示器技术，需要许多不同层面搭配，如显示介质技术、显示器基板、驱动背板技术、与软性显示器系统技术。软性显示器系统技术是在软性显示器开发后期、进入发展商业应用产品阶段所需要考量的技术，包含如彩色影像品质标准、构装整合、整合式软性显示系统等等。

从软性显示介质技术来看，应用在主动式显示器上主要为AM LCD、AM OLED等等，近来AM EPD也成为技术研究单位主要研发课题之一。被动式显示器主要有EPD、QR-LPD、ChLC、EWD等。而在显示器基板方面，可因材质不同分为薄玻璃（thin glass substrate）、金属箔片（metal foil）与塑胶基板（plastic substrate），其中以金属箔片与塑胶基板较能被使用于软性显示器，薄玻璃则大多被应用在间接式软性薄膜电晶体制程中，成为薄膜电晶体阵列（TFT Array）制作的临时载具。

若要完成制作主动式软性显示器，还必须考量驱动背板技术，产生薄膜电晶体，以搭配显示介质。驱动背板技术可分为无机材料与有机材料两大类，无机材料电晶体又可分为非晶矽（amorphous silicon；a-Si）、低温多晶矽（Low Temperature poly-silicon；LTPS）与微晶矽薄膜（Microcrystalline Si；uC-Si）电晶体等几类。有机材料电晶体则被称为OTFT（Organic TFT）。

显示器介质（Display Media）

液晶（LC）与有机发光二极体（OLED）是一般熟知的显示介质。由于OLED属于自发光，具备快速反应、彩色化及无视角的问题，广泛地受到软性显示器研发机构与业界期待。虽然也有些单位持续研究以LCD为介质的软性显示技术，不过LCD的挠曲可靠度不佳，制程问题也相当复杂。

应用在类纸式显示器上的显示介质选择相当多，大致上有电泳显示器（Electrophoresis Display；EPD）、电致色变显示器（Electro Chromic Displays；ECD）、扭转球显示器（Twisting Ball Display；TBD）、胆固醇液晶显示器（Cholesteric liquid crystal displays；ChLC）、高速响应液态显示器（Quick-Response Liquid Power Display；QR-LPD）、电致湿润技术（Electro-wetting Display；EWD）等等。要达到类纸式显示器的品质要求，显示机制必须具备画面的记忆特性，况且只有在改变画面时才需要电力，以实现低消耗电力和卷曲依然维持一定程度的显示品质等特性。

电泳显示器（EPD）是类纸式显示器较早发展的显示技术，是利用有颜色的带电球，藉由外加电场，在液态环境中移动，呈现不同颜色的显示效果，其代表厂商包括E-Ink与Sipix。日本Bridgestone所推出的高速响应液态显示器（QR-LPD），其工作原理与EPD相似，只是其成像的物质不是使用带电球，而是由黑白2色的粉末在电场之间移动产生显示效果。另外发展较早的胆固醇液晶（ChLC），是一种结构相似于胆固醇分子的液晶。胆固醇反射式显示器在不加电压时，可存在两种稳定的状态，利用两个状态之间的转换，呈现亮暗态的显示效果。其他还有强诱电性液晶（Ferroelectric Liquid Crystal；FLC）等。

电致湿润技术（EWD）也是近2年来颇受瞩目的新式电子纸技术，特点在于反应速度快、高反射率及高色彩转换率，且制造过程与液晶相容，耗电量低。与其他反射式双稳态技术相较，低电压虽是其优势，但EWD却不具双稳态特性，应用上受到局限。目前EWD还是以单色产品较为成熟，全彩或多彩产品的技术仍在研发当中，虽然EWD动画效果明显比EPD、ChLC及QR-LPD等反射式显示技术更为出色，但还无法脱离反射式显示器搭配彩色滤光片时、亮度及色彩饱和度下降等问题。

显示器基板（Substrate）

软性显示技术中，基板扮演相当重要的角色。不同应用环境的挠曲程度要求，对于软性显示器基板的挑战也不尽相同。平坦式的应用环境可使用传统的薄玻璃基板（thin glass substrate），其他则可考量金属箔片或塑胶基板等等。不同基板的材料特性会影响制程技术的困难度，薄玻璃基板最接近目前已经量产的LCD显示器玻璃基板，生产制程较易掌握，不过有搬运易碎的风险，在产品使用上也有安全性的考量。

金属箔片则具备不易碎、耐高温、耐化学药品腐蚀性、阻水阻养特性佳等优点。缺点是在重复挠曲的产品应用上表现不佳，加上金属箔片本身非透明的属性，使用广度受到局限，仅能搭配反射式的显示介质如EPD或是自发光的显示介质如OLED等。

塑胶基板的应用潜力则较受期待，其透明性、安全性高、适合应用于所有的显示介质，并且适合发展成为Roll to Roll制程。不过塑胶基板难以承受高温制程、热膨胀系数大、阻水阻氧效果较差、且较不耐化学药品侵蚀风险。目前研发机构有投入塑胶基板材料发展项目的包括PEN、PET、PES等等，均以朝向制造高耐热、高阻水阻氧、高耐化性、与低膨胀系数的材质目标迈进。

驱动背板(Backplane)

一般主动式的软性显示器需要有电晶体（TFT）的配合，因此也需要驱动背板（back plane）。电晶体技术中以无机薄膜电晶体发展较早，其中非晶矽（a-Si）与低温多晶矽（LTPS）电晶体技术发展也较成熟，近来工研院与三星电子也发展出微晶矽薄膜电晶体（Microcrystalline Si；uC-Si）技术，可减低光罩制程的成本，也是一种受到瞩目的无机薄膜电晶体技术。

有机薄膜电晶体（OTFT）是以有机半导体材料取代传统如矽、锗等无机材料的技术。有机半导体材料一般可分成三类：小分子（Small Molecular）、高分子（Polymer）与有机金属错合物（Complex）。过去10年来，薄膜电晶体的材料都以无机材料为主，就是因为相对而言，有机半导体材质的载子移动率（Mobility）太低，因此OTFT的性能，无法达到像无机电晶体一般的表现；两者的载子移动率差距大，故OTFT被认为不适合应用于需要高切换速率的装置上。目前OTFT作业频率仅能应用于电子纸固定画面的静态显示用途，若要应用在动态画面显示，则必须将电晶体的作业频率提高到1kHz。

OTFT的优点在于可弯曲的材质与制程特性，由于有机材料的结合比矽更具有延展弹性，因此可被制作于软性基板上，成为可挠曲的显示器。不过最重要的是，以往T​​FT-LCD所采用的是类似半导体的制程，制程温度高达摄氏200～400度，但OTFT则是采用印刷制程（Printing Process），包括网印（Screen Printing）、喷墨印（Inkjet Printing）及接触印（Contact Printing）等方法来制作有机薄膜电晶体，制程温度则不到摄氏100度，适合被发展应用在塑胶基板上。此外,OTFT制程技术也能与现行的有机发光显示介质技术(OLED/PLED)制程相容,大大提升其应用优势。

塑胶基板上之阵列制程技术

就无机薄膜电晶体制程方法来说，目前其技术可分为两种方式，一为直接在塑胶基板上制作薄膜电晶体的技术（Direct Technology），另一为转贴技术（Transfer Technology）。就OTFT制程方法而言，则以喷墨技术为主流，主要采用的是印刷制程，包括网印、喷墨印及接触印等方法来制作。

无机薄膜电晶体制程的直接技术，因受限于塑胶基板的耐热性，故整个制程必需以低温进行。目前美国的FlexICs已有在塑胶基板上成功制作出低温多晶矽的薄膜电晶体阵列，制程温度低于115℃。此外，转贴技术是制作薄膜电晶体时，避免塑胶基板尺寸变异的另一种方法，其作法是先在玻​​璃基板上制作薄膜电晶体，再转贴到塑胶基板。转贴技术以Seiko-Epson的SUFTLA （Surface Free Technology by Laser Annealing）与Sony的Etching Stopper为代表。

近期AM Flexible Display的发展

Flexible AM LCD

举例来说，三星电子所推出的穿透式7 吋VGA显示器，采用a-Si TFT LCD显示介质与背板技术，制作于塑胶基板，强调所有制程温度均已降至130℃以下。

《图三 Samsung所展出的7英吋Plastic TFT LCD》

另外，日本NHK则展示OTFT的驱动技术加上强诱电性液晶FLC（Ferroelectric LC）的软性显示器，使用Field-Sequential技术，搭配具有fast response的FLC，因此反应速度可小于1ms，是目前首个使用此技术实现彩色化的OTFT-LCD软性显示器。

《图四 NHK展示的OTFT + FLC》

Flexible AM OLED

软性OLED的backplane技术，仍朝向a-Si及LTPS发展，美国及南韩是主要研发国家，OTFT主要发展国家以日韩为主。南韩庆熙大学便曾展示以a-Si TFT为驱动技术、以OLED为显示介质，制作于PES塑胶基板的软性显示器。

《图五 南韩庆熙大学展示的flexible a-Si TFT OLED 》

在Flexible LTPS OLED方面，三星电子和Universal Display Corporation （UDC）在研发进程上领先一步。三星SAIT推出2.2吋qqVGA，强调其低于200度的超低温制程Ultra Low Temperature Poly Silicon（ULTPS）、可直接制作于PES塑胶基板上的软性显示器。三星SDI则是可以低于200度LTPS制程，将OLED制作在软性不绣钢箔片Stainless Foil基板上。

《图六 SAIT的LTPS OLED 点亮照片示意图》

《图七 Samsung SDI的LTPS OLED 点亮照片示意图》

在Flexible OTFT OLED方面，是由美国的宾州大学与日韩主导此相关技术研究。南韩ETRI（Electronics and Telecommunications Research Institute）最近研发OTFT OLED技术，解析度可达113 ppi。

《图八 ETRI的成果照片示意图》

Flexible AM EPD

Seiko Epson展示自立研发的转贴技术Surface Free Technology by Laser Ablation／Annealing（SUFTLA），可把LTPS TFT驱动背板加上EPD显示介质的技术，制作于塑胶基板上。 Seiko Epson并将原本2.2吋制程技术，提升为7.1吋的电子纸平面技术。此外，LG. Philips LCD则是展出10吋a-Si TFT驱动技术配合EPD显示介质、制作于金属箔片基板的软性显示器。

《图九 Seiko Epson所展出的7.1英吋 LTPS AM-EPD显示器》

《图十 LG. Philips LCD展出的10吋Prototype a-Si AM EPD》

小结

目前有许多研究单位积极参与软性主动式LCD、OLED、EPD显示器的发展。虽然OLED显示介质拥有自发光的材质优势，不过阻水阻氧的技术问题，却是其能否广泛应用在软性显示器的重要瓶颈。在软性基板方面，塑胶基板理论上较具优势，不过物理特性的局限成为能否继续发展的关键。当下金属箔片虽然不具透明特性，但对于过渡时期的利基产品却仍具优势，可望率先出现于中高阶的产品应用上。另外从驱动方式来看，OTFT具有低温制程的优势，理论上较有机会被广泛应用于塑胶基板上，但若未能解决OTFT技术与其他介质的搭​​配效果，距离实用化阶段仍有一段长路要走。

后话

根据工研院IEK预估，全球软性电子产品将从2008年开始陆续成熟，而整体市场将从2010年开始成长，产值约20亿美元，到2015年将达到160亿美元，其中软性逻辑、记忆体元件以及软性显示器将是其中主要的应用产品。台湾已宣示要成为发展软性显示器的重镇，政府也已决定由2007年开始至2015年止，每年将投入至少新台币5亿元，辅导软性电子产业。预估到2015年时，台湾将会有超过15家软性电子厂商，产值将达32亿美元，超过全球产值的20％，进入全球排行前10大软性电子产业。

近年来，各国正积极整合产官学研的资源，并规划施行跨国性联盟合作计画，研发适当的软性显示器技术及其应用产品。但以产品开发的角度看来，在短期内以目前的软性显示器技术而言，仍无法撼动既有显示器市场的规模，杀手级应用尚未出现。当前具应用潜力的软性显示器技术种类众多，如何因应市场需求、导入商业化动力、找出利基型应用产品标的，选定可量产化的技术项目，发展具备成本效益的高性能软性显示器，便成为相关技术发展阶段，各研发单位急待思考解决的课题。 （作者为工研院影像显示中心企划与研发策略组产业推进部经理）