柔性可拉伸顯示：未來可期

作者：鵬程

最近，LG Display 宣布推出全球首款可伸縮顯示屏，其伸縮率達(dá)到了驚人的50%，號稱是目前業(yè)內(nèi)伸縮率最高的顯示屏。這一重磅消息，再次把柔性可拉伸顯示技術(shù)拉入人們的視野。

據(jù)了解，該原型的 12 英寸屏幕可拉伸至 18 英寸，同時提供 100ppi（每英寸像素）的高分辨率和全紅、綠、藍(lán)（RGB）色彩。與 2022 年發(fā)布的首款可拉伸顯示器原型相比，新面板的最大拉伸率從 20% 提高到 50%，增加了一倍多。通過應(yīng)用多項新技術(shù)，如改進(jìn)隱形眼鏡中使用的特殊硅材料基板的性能和開發(fā)新的布線設(shè)計結(jié)構(gòu)，LG Display 提高了面板的可伸縮性和靈活性，超過了最初國家項目設(shè)定的 20% 延伸率目標(biāo)。

此外，通過使用高達(dá) 40μm（微米）的微型 LED 光源，新原型的耐用性得到了加強(qiáng)，這意味著它可以反復(fù)拉伸超過 10000 次，即使在暴露于低溫或高溫以及外部沖擊等極端環(huán)境中也能保持清晰的圖像質(zhì)量?？衫祜@示器不僅輕薄，還能粘附在衣服和皮膚等不規(guī)則曲面上。

LG Display展示了許多可拉伸顯示器的應(yīng)用概念，包括可拉伸成凸起形狀并可用手操作的汽車面板，以及附在消防員制服上提供實時信息的可穿戴顯示器。實際上，目前眾多顯示面板企業(yè)正在致力于為柔性顯示，包括可拉伸顯示技術(shù)打造可持續(xù)發(fā)展的未來顯示生態(tài)系統(tǒng)。

?01、什么是柔性顯示技術(shù)？

柔性電子是一種將電子器件制作在柔性/可延性基板上的電子技術(shù)。這種技術(shù)相較于傳統(tǒng)電子具有更大的靈活性，能夠適應(yīng)不同的工作環(huán)境并滿足設(shè)備的形變要求。

傳統(tǒng)電子器件通常是制備在厚度1毫米左右的玻璃和塑料印刷電路板上，或者硅基器件是制備在硅片上，因此這些器件硬而脆且不可變形。柔性電子器件則采用厚度只有幾微米到幾十微米的塑料薄膜作為基板，或者采用彈性橡膠薄膜作為基板，柔性硅基器件中采用的硅片厚度也只有十幾微米。因此，柔性電子具有優(yōu)異的靈活性、柔軟性以及延展性，可保證電子產(chǎn)品在彎曲、折疊、卷曲、壓縮、拉伸等狀態(tài)下正常運(yùn)行。

新結(jié)構(gòu)和新形態(tài)使柔性電子涉及新的材料及制造技術(shù)，產(chǎn)生了新功能，在柔性顯示、柔性照明和柔性能源等領(lǐng)域形成新的應(yīng)用。柔性電子有著廣泛的應(yīng)用場景，比如一些可穿戴顯示器、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用和軟體機(jī)器人等，如果可以彎曲、扭曲和拉伸，就能帶來特殊的功能用途或產(chǎn)品體驗。而在柔性電子中，柔性顯示展示出了廣泛的應(yīng)用前景。柔性顯示器件是由柔軟材料制成的可變形、可彎曲、可折疊的顯示裝置，相較于其他顯示器件，具有低能耗、超輕薄、不易破碎且形狀可變等顯著特點。

目前，實現(xiàn)柔性顯示的主要技術(shù)包括有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）、電子紙（e-Paper）、液晶顯示器（LCD）等技術(shù)，還包括量子點發(fā)光二極管（QLED）、Micro-LED、鈣鈦礦發(fā)光顯示器（PeLED）等技術(shù)。鈣鈦礦發(fā)光顯示器（PeLED）技術(shù)目前發(fā)展迅猛，而且中國科技工作者占據(jù)了鈣鈦礦發(fā)光顯示器技術(shù)的主導(dǎo)地位。

歷經(jīng)近半個世紀(jì)的發(fā)展，柔性顯示技術(shù)經(jīng)受住了市場的層層考驗，最終實現(xiàn)了極具市場潛力的商用價值，并逐步迎來爆發(fā)期。

目前，在塑料（聚合物）基底上構(gòu)筑OLED的柔性顯示技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于折疊手機(jī)、折疊計算機(jī)、曲面電視、無人駕駛汽車、環(huán)繞屏音箱、VR游戲機(jī)等終端產(chǎn)品上，未來將會誕生更多的智能產(chǎn)品，以更“柔和”的形態(tài)和更“柔性”的方式融入人類生活的方方面面。

?02、可拉伸顯示的技術(shù)路線

柔性顯示包含了多折、360°折、滑卷、可拉伸等形態(tài)。有專家認(rèn)為，可拉伸顯示被認(rèn)為是柔性顯示的終極形態(tài)。普通的柔性顯示為單一方向彎曲特性，而可拉伸顯示為任意方向可變型，相當(dāng)于從一維變形升級為二維甚至三維變形，一定程度上滿足真三維顯示的需求，但同時對材料、面板結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝等提出了新的要求。

在這種顯示器中,導(dǎo)體、半導(dǎo)體以及基板都可以被延展、拉伸。這樣的顯示器肯定需要一些新穎的材料，但最大的障礙是如何設(shè)計可拉伸的材料來封裝這些設(shè)備，并保護(hù)其免受潮濕和氧氣的破壞。這也使得可拉伸顯示屏技術(shù)近年來頗受關(guān)注。實際上，可拉伸顯示屏技術(shù)確實早已存在，并且已經(jīng)基于OLED、Mini LED、Micro LED等多種技術(shù)路線進(jìn)行了深入研究和開發(fā)。

OLED技術(shù)路線

OLED（有機(jī)發(fā)光二極管）技術(shù)具有自發(fā)光的特性，且可以實現(xiàn)柔性顯示。在可拉伸顯示屏領(lǐng)域，OLED技術(shù)展現(xiàn)出了巨大的潛力。通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，OLED顯示器可以在拉伸時保持發(fā)光區(qū)域的完整性和性能。例如，韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）、ETRI和東亞大學(xué)的研究人員提出了一種新的可拉伸OLED顯示架構(gòu)，該架構(gòu)基于3D形式，包括既充當(dāng)有源發(fā)射區(qū)域又充當(dāng)互連器的隱藏部分。

隨著OLED顯示器的拉伸，這些隱藏區(qū)域會彈出到位并增加OLED的發(fā)光區(qū)域，從而補(bǔ)償拉伸后的分辨率損失。早在2017年，三星就展出了全球首款可拉伸OLED顯示器。三星曾表示，這款可伸縮的OLED顯示屏是獨(dú)一無二的，并且具有在兩個方向上彎曲的能力，而它也不同于現(xiàn)有的柔性顯示器，因為它們可以僅沿一個方向彎曲。

Mini LED技術(shù)路線

Mini LED作為LED技術(shù)的一種，具有更小的像素尺寸和更高的亮度。在可拉伸顯示屏領(lǐng)域，Mini LED技術(shù)可以通過特殊的陣列設(shè)計和驅(qū)動電路來實現(xiàn)拉伸功能。2022年， LG Display 在韓國政府的資助下推出了全球首款高分辨率可拉伸顯示器原型。該顯示器具有 20% 的可拉伸性、100ppi 的分辨率和全 RGB 色彩。這是一款Mini LED 顯示屏，由類似于隱形眼鏡中使用的特殊硅制成，使其具有橡皮筋狀結(jié)構(gòu)。像素間距小于 40μm。然而，與OLED相比，Mini LED在柔性顯示和拉伸性方面可能存在一定的挑戰(zhàn)。盡管如此，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，Mini LED在可拉伸顯示屏領(lǐng)域的應(yīng)用前景仍然值得期待。

Micro LED技術(shù)路線

Micro LED技術(shù)作為LED技術(shù)的另一種形式，具有更高的分辨率、更低的能耗和更長的使用壽命。在可拉伸顯示屏領(lǐng)域，Micro LED技術(shù)也展現(xiàn)出了巨大的潛力。2021年，柔宇科技在“國際顯示周”發(fā)布了自主研發(fā)的micro LED彈力柔性屏技術(shù)。根據(jù)當(dāng)時的宣傳顯示，柔宇自主研發(fā)的可拉伸彈力柔性屏技術(shù)突破了此前業(yè)內(nèi)彈力柔性顯示領(lǐng)域的設(shè)計、制程等難題，彈性拉伸度高達(dá)130%的和像素密度（PPI）達(dá)到了120。

2022年，韓國科學(xué)與信息通信技術(shù)部下屬機(jī)構(gòu)韓國機(jī)械與材料研究所 (KIMM) 成功開發(fā)出一種新的可拉伸元顯示技術(shù)，為世界上第一次實現(xiàn)可拉伸至 25% 且圖像不失真的顯示器。自然界中的大多數(shù)可拉伸材料，例如橡膠，在縱向拉伸時都會出現(xiàn)寬度收縮，從而導(dǎo)致圖像失真。到目前為止，在基于橡膠的可拉伸顯示器的情況下也是如此。而KIMM 研究團(tuán)隊巧妙的通過使用具有自然界不存在的獨(dú)特機(jī)械性能的超材料的設(shè)計和制造技術(shù)實現(xiàn)了圖像不失真。

在今年的國際信息顯示器大會上，三星展示了一款Micro LED顯示屏，它不僅能實現(xiàn)裸眼3D效果，還能自由拉伸，達(dá)到25%的伸縮率，還保持著每英寸120像素的高分辨率。這種屏幕的質(zhì)地類似橡膠，能夠在形狀自由改變后恢復(fù)原狀，提供了前所未有的多功能性。最近LG Display發(fā)布的可拉伸至50%的柔性顯示屏也是基于micro LED 技術(shù)?？衫祜@示屏技術(shù)已經(jīng)基于OLED、Mini LED、Micro LED等多種技術(shù)路線進(jìn)行了深入研究和開發(fā)。每種技術(shù)路線都有其獨(dú)特的優(yōu)點和挑戰(zhàn)，未來隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，可拉伸顯示屏將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

?03、商業(yè)化逐漸打通，應(yīng)用前景廣闊

三星表示，可拉伸顯示器被認(rèn)為是下一代顯示器，其具有類似橡膠的質(zhì)地，即使其形狀自由改變，也能恢復(fù)到其原始形狀。如有必要，平面屏幕可以在三個維度上突出并用作按鈕，或者應(yīng)用于衣服、家具或建筑物等不規(guī)則表面，以提供新的用戶體驗?？衫炱聊挥性S多潛在應(yīng)用，例如可穿戴技術(shù)、健康監(jiān)測設(shè)備，或先進(jìn)車載顯示器?？衫煅b置的傳統(tǒng)設(shè)計包含由互聯(lián)器連接的剛性“島”陣列，拉伸會導(dǎo)致整體分辨率、像素密度和工作區(qū)損失，這限制了其在可穿戴顯示和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。人們目前尚未找到在拉伸時保持此類屏幕效率和分辨率的解決方案。

可拉伸彈力柔性屏將徹底打破了物理表面的限制，實現(xiàn)了一定程度的形變，顯示屏幕的應(yīng)用場景也會再一次得到擴(kuò)展。例如與彈性布料、彈性仿生材料組合，可以讓服裝、仿生機(jī)器人保持靈活變形的同時，在表面顯示圖像、視頻，成為交互界面。

未來在仿生、醫(yī)學(xué)健康、智能服飾、智能交通等領(lǐng)域，彈性顯示技術(shù)帶來的智能交互應(yīng)用將不勝枚舉?？衫炱聊粌叭怀蔀楦鞔笃髽I(yè)的下一個目標(biāo)。不難看出，“可伸縮”是未來顯示主流。不過，產(chǎn)品從概念走向量產(chǎn)，需要長期的研發(fā)和驗證，以降低成本和提高良率品質(zhì)。可拉伸顯示產(chǎn)品作為一種創(chuàng)新產(chǎn)品，距離真正落地應(yīng)用，面臨的挑戰(zhàn)不小。