柔性显示装置技术分支及专利分析

李楠楠 曹根千 王文晓 崔卫华 黄栋栋

摘 要：本文围绕柔性显示设备的柔性液晶显示器（FLCD）、柔性电泳显示器（FEPD）、柔性有机电致发光显示器（FOLED）这三个主要技术分支及其运作原理，分析了目前发展趋势和技术难点，最后综合上述几个方面总结了目前柔性显示技术需要解决的问题，并从现有专利申请情况的角度分析了未来发展方向。

关键词：柔性显示；FLCD；FEPD；FOLED；专利申请

中图分类号：TH165 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）19-0074-02

1 柔性显示装置简介

柔性显示器是用柔性材料如超薄玻璃、塑料或者金属箔片制成可视柔性面板而构成的可弯曲变形的显示装置。柔性光电子器件以其显著的特点得到众多公司、科研院所和高校的广泛重视和研究，作为光电转换互逆的两个过程的器件，主要包括柔性液晶显示器（FLCD）、柔性电泳显示器（FEPD）、柔性有机电致发光显示器（FOLED）。

2 柔性显示器件主要研究方向

2.1 柔性液晶显示器（FLCD）

液晶是介于固体和液体状态的有机化合物，具有各向异性的光学特性，對外界的电场磁场和温度感觉灵敏。笔者使用VEN专利库并将检索时间截止至2018年8月14日对专利申请数据进行分析。如图1所示，涉及柔性液晶显示的申请人国别及地区分布。

由图1可以看出，日本、韩国、中国、美国、中国台湾地区的申请量占据较大比重，日本在柔性液晶显示的领域占有一定的领先优势。

柔性LCD一直面临的问题是随着柔性基板的弯曲，单元间隙发生变化从而影响LCD的显示效果。直到新的液晶材料如胆甾型的液晶的发现，使柔性LCD有了较快的发展[2]。通过将胆甾液晶形成为聚合物微滴分散体，使材料对压力和剪切不敏感，以使得显示器上的图像不容易通过挠曲基底而清除[3]。

美国肯特显示器公司于2005年1月24日申请了一种液晶显示器的发明专利（公开号：CN1993725A）公开了可悬垂织物上的胆甾反射型显示器，通过组合电极与平面化层的功能来有利地减少层的数目。Aastuen和Wenz的发明专利（公告号：US5699139B）提出显示器具有用来显示信息的有源区和毗邻有源区的一个无源区。无源区包括用来减低显示器内因柔性基板的弯曲的压力的减压区，从而消除有源区内的扭曲。但柔性显示器的凹面弯折会产生和对应的凸起弯折相同的压力，还有许多与对称概念相联系的其它类似作用，这是简单的减压结构没有考虑到的。Greene和Krusius的国际专利申请 PCT/US00/05756，“Compensation for edge effects and cell gap variation in tiled flat-panel，liquid crystal displays”公开了用来校正变色和亮度变化的程序，使绝对亮度和色度值与相应的标称值匹配，但没有考虑到柔性液晶显示器在正常工作过程中要承受的温度或压力变化也会改变亮度和色彩等级这一事实。

理想状况下，整个液晶盒的盒厚d应是相同的，这样才能保证显示效果的可控性和均匀性。因此，盒厚的控制在液晶显示中至关重要。京东方于2014年4月14日提出了一种柔性显示面板（授权公告号CN103969896B），其包括相互对盒的第一柔性基板和第二柔性基板，以及在两个基板之间填充的蓝相液晶。当面板发生弯曲时，液晶盒的厚度发生变化也不会对显示效果影响很大，进而可以解决液晶盒厚度不均引起显示效果差的问题。厦门天马微电子于2017年12月27日提出的发明专利（公开号CN106842661A）改善了柔性/曲面/可挠曲/可折叠液晶显示器在弯曲时其上下基板的错位以及液晶盒厚度的不均匀的问题。并于2017.10.24提出的发明专利（公开号CN107728362A）利用石墨烯膜层的透光率高的特性，将石墨烯膜层设置在液晶显示面板及背光模组之间，不仅可以使集成电路产生的热量均匀化，避免局部高温而导致的显示问题，由此可见，柔性LCD面临的主要问题体现在柔性衬底的背光设计、显示视角显示均匀性等方面。

2.2 柔性电泳显示器（FEPD）

电泳显示是利用带荷电的胶体颗粒可在电场中移动的原理，通过电极间带电物质在电场作用下的运动实现色彩交替显示，以一个电泳单元为一个像素，将电泳单元进行二维矩阵式排列构成显示平面，根据要求像素可显示不同的颜色，其组合就能得到平面图像。电泳显示技术由于结合了普通纸张和电子显示器的优点，最有利于实现电子纸张产业化的技术。掌握电泳显示技术的电子纸生产厂商主要包括：E-Ink、美国SIPIX、日本Bridgestone和广州奥熠电子。

E-Ink微胶囊电泳技术的每个显示元素的大小不均且排列零散，采用黑白双粒子，光反射率较佳是其优点，阅读时更贴近真正的纸张，缺点是不够坚固强韧，无法承受重压。SIPIX公司采用的微结构使得显示元素大小一致并以数组方式排列整齐，具有较佳的机械和电气特性，承受重压也不会损坏，缺点是光反射率稍差。

柔性EPD是利用发光的电子墨水薄层来实现显示，可通过微胶囊内封装有可用于显示红、绿、蓝色的至少一种量子点实现彩色显示。此外，电泳显示器电泳发生时，其电泳速度主要由电泳液黏度、粒子电荷量、电解液介电性质、外加电场大小、电极间距离来决定，并影响响应速度。SIPIX公司于2013年提出的发明专利（公开号US2014078576A）：包含非流动相或半流动相和带电颜料颗粒的电泳液，非流动相或半流动相包含气泡或固体多孔基质，在不影响切换速度的情况下增加对比度。

根据现有技术的研究情况，电泳显示装置的多彩显示、响应速度等是电泳显示技术现阶段共同的难题，各大公司、科研机构仍在积极研究解决策略。

2.3 柔性有机电致发光显示器（FOLED）

OLED即有机发光二极管，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光，OLED显示屏幕可視角度大响应速度快且能显著节省电能。

OLED显示方式以其画面质量高、响应速度快、加工工艺简单、抗挠曲性优良等优点成为柔性显示领域主流的发展趋势，LG、三星已初步实现了产业化，天马微电子、京东方、维信诺已陆续推出OLED柔性显示样机。

OLED所涉及的电子元件与空气和水接触后容易产生氧化反应导致电路短路或者故障，所以封装至关重要。对于刚性OLED来说，薄膜封装技术有着减轻显示器重量、降低成本的优势，典型代表是Barix技术。薄膜封装材料通常采用对水氧具有高阻隔性的水汽阻隔膜。当显示器弯曲时，想要保持滤色器和TFT背板之间所需的单元间隙是非常困难的。对此，有源矩阵有机发光二极体面板（AMOLED）显示技术有望解决这一难题。三星与LG公司分别于2013年推出了全球首款配有柔性屏幕的有源矩阵有机发光二极管智能手机，之后这两家公司不断改进适用于智能手机、智能手表、健身追踪器的柔性屏幕。

从中国目前的发展情况来看，很快将有更多厂家的6代AMOLED生产线落地，从而打破由三星垄断的现有市场格局。华南理工大学旗下新视界公司研发出了全彩色柔性显示屏，其中涉及包括柔性塑料衬底、利用自主的Ln-IZO氧化物半导体材料开发的柔性氧化物TFT背板、OLED发光材料和器件，以及薄膜封装等核心技术。

京东方于2015年1月15日提出OLED器件及其封装的申请（CN104538562A），将石墨烯薄膜引入到OLED器件的封装中，提高了OLED器件的封装效果。深圳市华星光电技术有限公司于2017年5月26日提出的专利申请（CN107170902A），在降低器件水氧透过率的同时减小封装薄膜的厚度，并可满足柔性OLED面板的封装要求；另外，有机缓冲层外围依次设有吸水层及阻水层，进一步提高了其水氧阻隔能力。如图2所示，全球涉及柔性OLED封装的专利申请趋势：

由图2可以看出，全球各国家对柔性OLED显示封装技术的研究热度有增无减，封装工艺仍然是柔性OLED显示领域的研究热点。

3 结语

从目前三种柔性显示技术来看，柔性LCD面临的主要问题体现在柔性衬底的背光设计、显示视角显示均匀性等方面。柔性EPD显示的彩色化显示是关注的问题之一，另外EPD显示的相应速度较慢，因此在动画、视频方面的应用具有一定的局限性。柔性OLED目前面临的关键问题是OLED器件本身对水氧敏感，有效的封装是研发的热点。同时，对于柔性显示来说，共性的问题是柔性基板上的TFT器件的制备，采用OTFT替代TFT制作柔性电路，这种晶体管有更好的柔性，可采用喷墨打印技术批量生产，降低了成本，TFT器件的制备也是各大公司一直以来不断研发和改进的方向。

参考文献

[1]曾文波等.PET基超薄柔性LCD的研制[J].科技创新与应用，2016，（29）：80-80.

[2]张天翼.胆甾型液晶显示技术和产业发展[J].液晶与显示，2011，26（6）：741-745.

[3]顾俊.柔性液晶显示器件的制备及盒厚控制研究[D].复旦大学，2012，（09）：33-34.