有機EL面板架構

產業科技

【日經BP社報導】

1. 前言

本文將介紹在亞洲最大的螢幕國際會議“22th International Display Workshops(IDW ’15)”上,關於液晶面板挑戰柔性螢幕的主流——有機EL螢幕的話題。以日本東北大學藤挂石鍋研究室的研究成果為中心,連同基礎技術一起進行講解。

2. 將液晶螢幕彎曲也能維持基板間隔

在各種平板螢幕(FPD)中,有機EL螢幕因為能夠實現高對比度、高色彩表現範圍,而且容易實現超薄化,從而作為柔性螢幕的主流技術被關注,筆者在之前的文章中也曾經介紹過這一點(參閱本站報導)。

具有代表性的電子紙——電泳螢幕(EPD)早已作為柔性螢幕投入實用。而且,這種螢幕是具有記憶性、無需背照燈的反射型,還不需要偏光板,因此能夠得到明亮、無彩色的顯示。但在彩色顯示和視訊顯示方面存在課題。這一點之前也做過介紹(參閱本站報導)。

而液晶螢幕能夠實現大螢幕、高精細化,具有可以實現較大的色彩表現範圍等特點,作為高品質螢幕已經得到廣泛應用。而且,液晶螢幕的製造技術非常成熟,過不了多久,中國的產量就會成為第一。但液晶終歸是液體,必須有序排列,所以,隨著極薄化和柔性化的發展,液晶螢幕在顯示品質的穩定化方面出現了課題。

圖1是柔性液晶螢幕的基本結構。要想實現實用的柔性液晶螢幕,重點是要利用液晶盒內形成的微細聚合物間隔壁(polymer spacer wall)的網路結構,保持一定的液晶盒間隙,並且保持穩定的取向。日本東北大學的藤挂石鍋研究室,通過在液晶中溶解分子取向性的高分子材料(樹脂),進行紫外線圖案曝光,開發出不破壞液晶取向、可以使2枚基板以固定間隔接合的高分子間隔壁,以“Invited Advanced Polymer and LC Technologies for High Quality Flexible Displays”為題發表了演講(論文編號:FLX2/LCT5-1)。圖1的“Bonding polymer wall spacer”,就是他們開發出的高分子間隔壁。

 

圖1:柔性液晶螢幕的基本結構 (日本東北大學提供的資料) (點擊放大)

 

而且,柔性液晶螢幕需要柔性的背照燈。圖2是在能夠實現薄型柔性化的背照燈用導光板中採用液晶高分子複合膜,有助於實現高對比度化、省電力化的局部調光背照燈系統。複合膜內的液晶和高分子都具有分子取向,通過開關電壓,可以表現為光散射或透明狀態。

 

圖2:柔性薄型局部調光背照燈系統 (東北大學提供的資料) 

 

另外,局部調光背照燈會根據影像自動控制局部的背照燈亮度,具備在降低功耗的同時,提高影像對比度的功能。還可以抑制影像的黑色部分“泛白”的現象。在圖2中,影像顯示“月亮”的區域的電壓為“ON”,為“光散射狀態”,其他區域的電壓為“OFF”,為“透明狀態”。

東北大學在演講中還介紹了塑膠基板和液晶的光學補償,公佈了VA模式及IPS模式的柔性液晶螢幕的試製情況和顯示品質。縱觀2015年IDW的所有論文,東北大學藤挂石鍋研究室發表的這篇柔性液晶螢幕相關論文鶴立雞群。下面,筆者將介紹一下自己特別感興趣的內容。

 

3. 柔性液晶螢幕的支撐技術

3.1 不銹鋼箔有望成為基板材料

日本東北大學開發出了使用具有耐熱性的超薄不銹鋼箔(新日鐵住金製造)和聚碳酸酯薄膜(帝人製造)作為基板材料的VA模式反射型柔性液晶螢幕,以“Flexible Reflective LCDs Using Stainless Steel Substrate and Optical Compensation Technology”為題發表了演講(論文編號:FLXp1-4L)。

試製的反射型柔性液晶螢幕的截面結構如圖3所示。兩片基板的表面塗敷聚醯亞胺膜(日產化學工業的“SE-4811”)後,在120℃的溫度下加熱,作為液晶的取向膜使用。液晶盒的厚度為2μm,真空填充了液晶材料(德國默克公司的“MLC-2038”)。為了實現高對比度及廣視角,還使用了雙軸拉伸膜、圓偏光板以及光擴散板。圖4是試製的柔性反射型液晶螢幕的顯示示例(照片是不銹鋼基板彎曲時拍攝的)。

 

圖3:使用不銹鋼基板的柔性反射型VA模式液晶螢幕的截面結構
圖4:使用不銹鋼基板的柔性反射型VA模式液晶螢幕的顯示示例 (東北大學提供的資料)

 

試製的液晶螢幕實現了20:1以上的良好對比度。證明了不銹鋼箔是有望實現高品質、低功耗的反射型柔性液晶螢幕的基板技術。

3.2 利用In-cell偏光板解決柔性液晶的課題

對於使用染料類偏光膜的In-cell型偏光板,及其在TN液晶螢幕中應用的結果,日本東北大學發表了題為“Fabrication of Thin Flexible Liquid Crystal Display Using Dye-Type In-Cell Polarizer”的演講(論文編號:FLXp1-5L)。塑膠基板導致顯示品質差、視角特性狹窄是柔性液晶螢幕面臨的一大課題。而且,如圖5所示,偏光板及相位差板的厚度造成了柔性差的問題。作為解決這些課題的方法,東北大學想出的辦法是採用In-cell偏光板。

 

圖5:通常的柔性液晶螢幕與使用In-cell偏光板的螢幕的結構比較左邊是通常的柔性液晶螢幕,右邊是使用In-cell偏光板的柔性液晶螢幕。(東北大學提供的資料)

 

面板的製作步驟如下。首先在染料類偏光板上低溫生成ITO膜(膜電阻為100Ω/□),使用PVA類黏合劑,與作為底板的TAC(triacetylcellulose)薄膜和偏光板接合。然後,借助離型膜(日本新田公司製造),使TAC薄膜與玻璃基板接合。再使用250nm的紫外線,照射偏光板表面6~12分鐘,使表面變性後,利用旋塗方式塗敷光取向膜。使用5μm的間隔壁,使液晶盒厚度保持固定,使用紫外線硬化樹脂製作密封圖案,接著再注入液晶。

試製面板的電壓透射特性與外置偏光板基本相等。如圖5的右側所示,螢幕的厚度縮小到0.2mm,實現了薄型化。而且對比度達到了260:1。其特性與使用通常的玻璃基板的TN液晶螢幕相當(圖6)。

 

圖6:使用In-cell偏光板的TN液晶螢幕
(a)電壓打開,(b)電壓關閉。(東北大學提供的資料)

3.3 可以延展的無基板液晶螢幕

Leave a Reply