今年的世界行動通訊大會(MWC)原本預計聚焦於5G的崛起,然而,隨著三星(Samsung) Galaxy Fold和華為(Huawei) Mate X等智慧型手機發佈,一種全然不同的技術——摺疊螢幕手機——似乎搶了風頭。搭載軟性/可摺疊螢幕技術的裝置也在隨後成為2019年國際消費電子展(CES 2019)的媒體報導重點,展會第一天就搏得所有媒體版面的5%以上(資料來源:Meltwater News)。

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三星Galaxy Fold摺疊螢幕手機

無論你認為摺疊和曲面螢幕只是一種噱頭或是大勢所趨,這樣的大膽設計總是令人嚮往。在去年的MWC上,Creative Strategies消費技術分析師Carolina Milanesi表示,「如果一個產品看起來跟去年差不多,即使這個產品真的有一些新東西,也很難吸引顧客上門購買。但是如果你的產品一看就與眾不同,那肯定會引起消費者的注意。」

軟性顯示器促成產品差異化

軟性顯示器已經以各種不同形式存在多年了,例如蘋果(Apple Watch)和Samsung Edge等一些螢幕較小的消費電子產品中就採用了軟性顯示器。然而,直到這項技術發展到突破傳統玻璃顯示器的局限時,我們才開始探索軟性顯示器如何改變產品設計並帶來新的應用。

值得注意的是,軟性螢幕顯示技術不僅僅適用於手機。顯示器實際上是大多數電子裝置上最外層的平面,最初主要應用於智慧型手機,而今,低成本、長壽命的新興軟性塑料顯示器已經可以讓螢幕無縫整合於設計中,從而催生了新的裝置類型。

以下我們總結和比較了目前最主要的兩種軟性塑料顯示器類型。

軟性是由什麼決定的?

首先,重要的是瞭解軟性的定義。在本文中,它用於描述製造過程中在軟性塑料基板上製造的顯示器。這些顯示器可以被層壓到剛性保護玻璃中,然後整合至固定的產品外殼。對於可延展裝置所使用的顯示器,則稱為「可摺疊」(foldable)顯示器。

OLED還是OLCD?

目前兩種主要的有機顯示技術包括:軟性有機發光二極體(OLED),2012年開始投入生產,MWC 2019上發佈的三星和華為手機就是採用這種技術;軟性有機液晶顯示器(OLCD),自2014年以來一直在開發中,預計將於明年量產。

儘管兩種技術分別適於不同的應用,但相較於當前的玻璃技術,二者均具有以下優勢:

  1. 顯示器厚度可縮減至< 100μm(相形之下,玻璃顯示器厚度約為400~800μm);
  2. 無論採用OLED或OLCD,都可以將顯示器的重量減少至原來的十分之一;
  3. 以更耐用且防碎的塑料取代玻璃材料;
  4. 採用彎曲邊緣或摺疊邊框,可移除或縮減顯示器邊框;
  5. 顯示器四周均可彎曲,實現全新的設計自由度。

但是,這兩種技術也有明顯的不同,因而可以應用於不同的領域,特別是從成本、解析度、壽命和可摺疊性等方面來看。接下來看看二者的關鍵特性分別適用於哪些特定應用。

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OTFT背板(來源:FlexEnable)

成本

OLED

售價2,000美元的摺疊螢幕手機(採用軟性顯示器)的成本之高讓人乍舌,但並非所有的軟性顯示技術都如此昂貴。三星Galaxy Fold的零售價為1,980美元;華為將其Mate X定價在2,600美元,是iPhone XS Max (Apple最昂貴的手機,起價為1,099美元)和三星Galaxy S10+ (起價為999美元)的兩倍價格。

但差異並非全在螢幕上,要實現可摺疊性還必須考慮其它設計因素,包括硬體和軟體——但軟性OLED螢幕確實明顯更具有優勢。Apple推出iPhone X時,其顯示器模組的成本為110美元,而同級的OLED可摺疊螢幕成本大約是它的兩倍價格。

雖然OLED技術使得製造更大的螢幕成為可能,但除了一些利基市場,如此高昂的成本還是令人望而卻步。例如,CES上展出的LG 65英吋螢幕可捲曲電視(roll-up TV),據推測其上市價格可能高達60,000美元。不過,根據消費電子產品發展的歷史經驗,這個價格將在未來幾年開始降低。

OLCD

OLCD顯示器製造採用有機材料,取代了矽基薄膜電晶體(TFT)。有機TFT不需要像矽基TFT那樣高的處理溫度,使其製造成本顯著降低。

矽基TFT需要高達350℃甚至更高的溫度,這必須採用特殊的處理過程以及基板材料,如聚醯亞胺(PI)薄膜,從而限制了成本和產量。相反地,針對OLCD的製造,最高的製造處理溫度還不到100°C,因此可以不用PI膜,而且可以採用低成本的三乙醯纖維素(TAC)薄膜作為基板。比較起來,軟性OLCD顯示器的製造成本僅為軟性主動矩陣有機OLED (AMOLED)顯示器的三分之一,這將有助於擴展軟性顯示器的應用。

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彎曲半徑達到10mm的有機LCD(來源:FlexEnable)

解析度

顯示器所需的畫素密度隨應用和螢幕尺寸的不同而變化。6英吋的手機螢幕需要490ppi的畫素密度來提供2K (2,556×1,440)的解析度,以及368ppi的畫素密度以提供高解析度(HD)顯示。至於15.6吋的筆記型電腦,則分別需要188ppi (2K)和141ppi (HD),而55吋電視則需要53ppi (2K)和40ppi的畫素密度。

OLED

三星Galaxy Fold顯示器的畫素密度為350ppi (2,152×1,536),而軟性OLED能夠提供更高的畫素密度,例如iPhone X的450ppi。因此,OLED非常適合智慧型手機以及類似的小型裝置,這些裝置需要很高的畫素密度來播放超高解析度視訊。然而,正如前面提到的,軟性OLED顯示器目前的成本仍然很高,這將限制其應用於可承受較高成本的旗艦級裝置。

OLCD

軟性OLCD顯示器可以實現與非晶矽玻璃LCD顯示器(350ppi)相同的解析度和畫素密度,提供2K或更高解析度。例如,2K解析度可以滿足車載顯示器的需求,4K則適用於15.6吋筆記型電腦、監視器、電視和數位看板等應用需求。至於其它許多應用,例如智慧家庭裝置,解析度稍低些也足夠了。

亮度與顯示器壽命

OLED顯示器的壽命與亮度密切相關,亮度每增加一倍,顯示器的壽命就會縮短四分之一,並加劇「燒屏」(burn-in)等問題。

OLED顯示技術是手機以及其他亮度更低的應用之理想選擇,全球更換手機的平均時間約為28個月(IDC),但美國僅為22.5個月(Canalys)。然而,針對車用顯示器等應用,OLED就不太合適了,因為這類顯示器平均使用超過11年,要求的亮度卻是手機的2.5倍。

OLCD技術採用獨立的背光系統,具有較高的發光度卻不至於影響顯示器的壽命,而且,相對於OLED,OLCD並不會那樣容易燒屏。

軟性顯示器可以做到多軟?

你是不是真的需要可摺疊顯示器?還是只要產品設計成你喜歡的曲線和形狀就行了?無論是在汽車中控台還是家用電器,顯示器都是系統最外層的平面,採用軟性OLED和OLCD技術的顯示器均可完美地融合於設計中,而非僅僅是設計的一個組成部分。

軟性OLED是目前唯一可實現摺疊螢幕的技術。三星的摺疊螢幕手機採用其Infinity Flex OLED顯示器,其曲率半徑(ROC)僅為1mm3。面板部份採用的是一種聚合物,三星稱此聚合物可在摺疊「千萬次」後仍保持其強度。相形之下,TAC面板的OLCD曲率半徑為10mm。

相對地, OLCD面板目前只在製造過程中具備軟性,因此可以將顯示器融入系統設計中:顯示器可在生產過程中被切割成非正方形的形狀,還可以在上面開孔,以滿足系統的功能設計要求——例如,車輛的開關旋鈕或排檔桿。

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車輛中控台的概念設計:在彎曲的OLCD顯示器中間開孔,讓汽車排檔桿和控制旋鈕從孔中穿過。(來源:FlexEnable)

應用

軟性塑料顯示器預計將成為市場主流,無論OLED還是OLCD均明顯優於玻璃材料。但每一種技術都應該針對特定的大眾市場應用,其中主要可細分成以下四種市場應用。

電話/智慧手錶

軟性OLED面板已經被應用於高階智慧型手機(如Samsung Edge)和智慧手錶(如Apple Watch)。這種技術可提供高解析度以及更小的曲率半徑,但成本卻高於玻璃LCD和塑料OLCD,而且應用中要求更高的亮度也會縮短壽命。因此,OLED面板更適用於智慧型手機、智慧手錶以及類似的小型(8英吋以下)消費類產品,因為這些產品的生命週期更短,價位卻較高。不過,正如我們一開始時所說的,軟性顯示器並不僅僅適用於手機。

筆記型電腦和平板電腦

無疑地,消費者更喜歡輕薄且防碎的塑料螢幕筆記型電腦和平板電腦。在這些應用中,軟性OLED和軟性OLCD都能提供既輕且薄的螢幕,但目前軟性OLED用於筆記型電腦尺寸的顯示器成本還非常高(不過未來幾年成本將會下降)。軟性OLCD的成本結構類似於玻璃LCD——除了玻璃,在其整個結構中還使用了許多同樣低成本的元件,這使得筆記型電腦尺寸的顯示器重量至少減輕100克,厚度也變薄了0.5mm。另外,OLCD由於可摺疊邊框,提供了一條實現無邊框顯示器的設計路徑,從而使筆記型電腦和平板電腦可在不增加重量的情況下提高顯示器尺寸。

智慧家庭裝置

除了取代玻璃並縮減筆記型電腦和其它現有應用的邊框,低成本的軟性顯示器還可以用來打造新型智慧家庭裝置類型。例如,當今的許多智慧音箱都設計為圓形或圓柱形,但玻璃顯示器是平面的,這無疑限制了它們在非矩形裝置中的使用。採用OLCD則可實現環繞式螢幕,從而開啟了一種全新的視聽使用模式,在確保產品設計與美學的同時,也提供了更佳的用戶體驗。

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採用環繞式OLCD的智慧音箱概念設計。(來源:FlexEnable)

汽車

2018年法國汽車技術開發商Novares在其NovaCar#1概念車中採用了OLCD螢幕設計,可說是最受青睞的軟性顯示應用之一。該公司將曲面顯示器安裝在車輛A柱旁邊的儀錶盤上,用於取代後視鏡,並因而減少了汽車風阻。此外,利用這種方法還可以消除盲點,用環繞式顯示器包住A柱,即時顯示來自攝影機的影像。

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Novares於2018年展示NovaCar#1概念車,採用了軟性OLCD技術取代後視鏡。(來源:Novares)

軟性顯示技術突破了玻璃螢幕的限制,催生各種超越人們想像的新穎設計和應用案例,很快地,我們將會看到採用曲面螢幕和不同形狀螢幕的主流產品。我們期待生活週遭的所有顯示器都用塑膠製成,這一天已為時不遠。

(參考原文:Implementing flexible OLED and OLCD display technologies in consumer electronics,by Paul Cain)

本文同步刊登於電子技術設計雜誌2019年10月號