隨著顯示器分辨率的快速提升、半導(dǎo)體制造技術(shù)在顯示屏幕生產(chǎn)中的大量采用、顯示屏從透射顯示到主動發(fā)射顯示轉(zhuǎn)變、以及顯示屏幕從剛性屏幕向柔性顯示和可折疊顯示器發(fā)展,F(xiàn)PD產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷前所未有的變革。而對各原本獨立的顯示元器件進行深度集成的技術(shù)是實現(xiàn)上述眾多生產(chǎn)技術(shù)革新的基礎(chǔ)。
在高度柔性和可折疊的顯示屏的生產(chǎn)中,顯示屏的集成技術(shù)顯得尤其重要。
雖然對顯示屏元器件的集成伴隨著各種潛在的技術(shù)風(fēng)險和挑戰(zhàn),但同時該技術(shù)也為面板制造商及其供應(yīng)商提供增加產(chǎn)品競爭力和實現(xiàn)產(chǎn)品差異化的機會。
顯示器產(chǎn)業(yè)的制造和顯示技術(shù)正在經(jīng)歷著自1990年代平板顯示器(FPD)生產(chǎn)開始普及以來最重要的變革。在FPD歷史中的大部分時期,平板顯示行業(yè)都是使用先通過3.5μm Line-and-Space(L/S)光刻制成如背光、驅(qū)動IC、電路板、連接器和偏光器等基于a-Si的LCD單元組件、其后將各個組件組裝成完整的顯示模組、再最終出售給整機制造商的商業(yè)模式進行運營。但是在智能手機市場的快速增長、有源有機發(fā)光二極管(AMOLED)顯示器的商業(yè)化、消費者對圖像質(zhì)量要求的提高以及面板制造商競爭的加劇等影響下,這種制造與商業(yè)模式在2010年前后發(fā)生了快速轉(zhuǎn)變。這種制造和商業(yè)模式的轉(zhuǎn)變先從手機面板制造市場開始興起,然后進一步的擴展到了IT和電視等應(yīng)用領(lǐng)域。
每個行業(yè)市場的變革都和其對應(yīng)制造與生產(chǎn)技術(shù)的進步息息相關(guān),而FPD平板顯示市場的發(fā)展也毫不例外的遵循著這一個規(guī)律。在過去幾年,隨著光刻的解像能力從3.5μm (L/S) 向1.5μm (L/S)提高、高功效/長壽命AMOLED材料的發(fā)展、對生產(chǎn)設(shè)備和工藝創(chuàng)新、高遷移率氧化物和LTPS半導(dǎo)體的研發(fā)、以及量子點(QD)和高溫聚酰亞胺新材料的開發(fā)等生產(chǎn)技術(shù)的飛躍,輕薄無邊框全屏顯示屏與剛性和柔性AMOLED顯示屏在以往令人難以置信的速度進行普及。于此同時這些技術(shù)的革新還極大地提高了屏幕對比度、把500-600ppi分辨率的顯示屏進行市場推廣、且制定了新的DCI-P3寬色域行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。除此了以上提及的技術(shù)革新以外,其他技術(shù)突破,如折疊顯示器、主動發(fā)射式AMOLED和量子點QD技術(shù)等新的生產(chǎn)技術(shù)也在處于開發(fā)之中。隨著技術(shù)在未來的進一步發(fā)展,顯示屏的外形規(guī)格、性能和效能會達到更高的水平。
顯示行業(yè)中很多的技術(shù)革新都依賴于生產(chǎn)中對電子元器件的集成。在過去幾年中,為了得到更輕薄的顯示屏和進一步降低生產(chǎn)成本,屏幕生產(chǎn)廠越來越多的對顯示屏中的元器件進行深度的集成,比如逐漸的利用CF on Array (COA)取代獨立CF板、用Gate on Array (GOA)技術(shù)取代獨立Gate IC和用TDDI技術(shù)集成顯示用驅(qū)動IC和觸摸屏用IC等。作為和顯示屏生產(chǎn)制造密切相關(guān)的一種制造技術(shù),電子器件集成在顯示面板生產(chǎn)中的大規(guī)模運用不僅提高了在大面積光刻中的分辨率,它還進一步推進了像LTPS和Oxide TFT等半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。
雖然元器件集成化在顯示屏幕生產(chǎn)中越來越普及,但是受制于現(xiàn)有技術(shù)和器件結(jié)構(gòu)等因素,分立組件并不會很快消失,反而很可能會或多或少的永遠存在于顯示模組之中。
高度的元器件集成給顯示屏生產(chǎn)和運用所帶來的優(yōu)點可以大致分為兩個方面:
首先是對顯示器件外形和規(guī)格的改進,如實現(xiàn)窄邊框、降低厚度和減少重量等。
其次是對器件光學(xué)性能的改善,如實現(xiàn)更寬的色域和亮度、提升對比度、加快響應(yīng)時間以及提供更寬的視角等。
下表不僅列出了當(dāng)前顯示面板生產(chǎn)中對元器件集成技術(shù)發(fā)展的趨勢、優(yōu)點和發(fā)展?fàn)顩r,還包含了在移動、IT和電視等應(yīng)用領(lǐng)域里被集成到LCD和AMOLED面板中的組件示例。
系統(tǒng)集成對LCD和AMOLED的影響
雖然將觸控傳感器和偏光器進行集成可以提高顯示器件的透光性和亮度,但是采取用AMOLED或AM QD量子點來取代LCD顯示以提高顯示器件光學(xué)性能的方法則更為常見。因為自發(fā)光顯示技術(shù)在畫面呈現(xiàn)和器件功耗上存在先天的優(yōu)勢,AMOLED總需求量在2017年至2024年之間的復(fù)合年增長率將會達到24%,而同時期的LCD的需求預(yù)計在同一時期平均每年增長僅有4%。
即便AMOLED等主動發(fā)光顯示技術(shù)在一些市場上已經(jīng)開始取代LCD技術(shù),但是LCD在過去的20年內(nèi)也取得了長足的發(fā)展。雖然與OLED相比,LCD光學(xué)特性存在一定的劣勢,但是因為成熟的產(chǎn)業(yè)給予了LCD具有相當(dāng)大的成本優(yōu)勢,LCD技術(shù)不太可能在短時間內(nèi)完全被AMOLED等主動發(fā)光技術(shù)所取代。
驅(qū)動的集成對可折疊顯示的影響
雖然在驅(qū)動集成以及許多其他的設(shè)計和組件創(chuàng)新的幫助下,LCD顯示器件的邊框越來越窄、器件更纖薄且形貌更多樣,但是AMOLED顯示則是這些技術(shù)的革新的最大獲益者。受益于這些技術(shù)的創(chuàng)新,AMOLED的圖像質(zhì)量、外形規(guī)格與產(chǎn)品形貌都得到了巨大的提升。其中輕薄且可以彎曲的AMOLED設(shè)備已經(jīng)實現(xiàn)的商業(yè)市場化普及,且因為顯示器件內(nèi)堆棧層數(shù)的減少以及無需背光的優(yōu)點,柔性可折疊AMOLED屏幕的生產(chǎn)和發(fā)展也取得了長足的進步。根據(jù)IHS Markit預(yù)測,現(xiàn)在可折疊顯示器的研發(fā)比較順利,而第一款攜帶可折疊顯示屏的產(chǎn)品預(yù)計將在2018年進入市場。
對于可折疊顯示器,通過組件集成來減少面板厚度和顯示器件內(nèi)堆棧層數(shù)的方法至關(guān)重要。若顯示器件越厚,其彎曲半徑則越大,而在屏幕彎折時因為屏幕內(nèi)瑕疵、內(nèi)應(yīng)力集中和脫層產(chǎn)生顯示缺陷的風(fēng)險也就越大。隨著顯示屏厚度的減少,其折疊性和信賴性都會得到較為明顯的提高。出于此方面考量,為了實現(xiàn)真正可折疊顯示器的目標(biāo),在未來幾年內(nèi),面板制造商會以生產(chǎn)彎曲半徑小于1毫米、厚度小于0.5毫米的顯示面板為目標(biāo),持續(xù)推動組件集成在顯示屏生產(chǎn)中的運用。
全柔性顯示器在可折疊、可穿戴、先進汽車以及壁紙型FPD等新興運用場景中有無限的潛力。這些新型顯示運用在通過增添新的信息交互方式給消費者提供便利的同時,這些技術(shù)的革新還可以進一步促進顯示行業(yè)和消費者市場的多樣化發(fā)展。
總結(jié)
整個FPD行業(yè)正在經(jīng)歷前所未有的變化。隨著顯示分辨率的快速增加、半導(dǎo)體技術(shù)的擴散、從透射到發(fā)射顯示器的轉(zhuǎn)變以及從固定形式、剛性顯示器到柔性和可折疊顯示器等市場和技術(shù)的變革,集成技術(shù)在FPD行業(yè)的地位顯得越發(fā)重要。與此同時,憑借著在終端應(yīng)用場景的可拓展性、可以增加移動應(yīng)用顯示器的平均尺寸以及創(chuàng)造新的信息交互途徑等優(yōu)點, 柔性可折疊顯示技術(shù)也已經(jīng)成為近年來顯示行業(yè)中最重要的發(fā)展熱點之一。
在這種市場浪潮下,顯示面板生產(chǎn)廠商處于成本、增加利潤空間和增強產(chǎn)品競爭力的考慮,已經(jīng)開始大量采用集成技術(shù)對顯示面板進行生產(chǎn)。
雖然隨著集成度的越來越高,獨立元件數(shù)量的減少卻可以降低整體顯示屏的生產(chǎn)成本,但是由于集成技術(shù)是將第三方組件的生產(chǎn)轉(zhuǎn)移給面板制造工廠,因此隨著集成技術(shù)的采用,顯示器面板生產(chǎn)和制造工藝也日趨復(fù)雜復(fù)雜。這種現(xiàn)象導(dǎo)致了增加了生產(chǎn)線資本成本,并使新建的FPD工廠的投資更加高昂。為了保證集成技術(shù)在顯示器生產(chǎn)上的成本優(yōu)勢,顯示屏生產(chǎn)商必須保證其產(chǎn)品擁有足夠高的良率。
除去成本上的考量外,集成度的增加還會給面板廠商提供額外的利潤空間。通過高度的系統(tǒng)整合和依托著強大的制造工藝,面板廠商可以將有更多附加價值的獨立組件轉(zhuǎn)移到面板之中,從而在實現(xiàn)產(chǎn)品差異化的同時提高自身盈利能力。比如通過In Cell、On Cell和Y-Octa 技術(shù)將觸摸屏功能直接整合進顯示屏生產(chǎn)中,從而將觸摸屏生產(chǎn)商的利潤轉(zhuǎn)到的顯示屏生產(chǎn)廠商中。
對于顯示面板生產(chǎn)商而言,集成技術(shù)既是一個機遇,也是一個挑戰(zhàn)。一方面因為許多集成技術(shù)的排他性和實現(xiàn)集成技術(shù)帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)和生產(chǎn)風(fēng)險,使得該技術(shù)的實現(xiàn)并不容易;而另一方面通過提高顯示屏生產(chǎn)中的元器件的集成度又可以為面板制造商及其供應(yīng)商提供增加競爭力的機會和提高產(chǎn)品利潤的空間。