柔性显示器概念性样机及专利最新进展

徐　亨，陈妤红，高阳光，何　丹，于　洁，申　超，刘继延，尤庆亮*

（1.江汉大学　a.柔性显示材料与技术湖北省协同创新中心；b.光电化学材料与器件教育部省部共建重点实验室；c.化学与环境工程学院；d.交叉学科研究院，湖北武汉430056；2.华烁科技股份有限公司，湖北武汉430074；3.武汉天马微电子有限公司，湖北武汉430079）

柔性显示器概念性样机及专利最新进展

徐亨1a，b，c，陈妤红1a，2，高阳光1d，何丹1a，b，c，于洁1a，b，2，申超1a，3，刘继延1a，b，c，尤庆亮*1a，b，c

（1.江汉大学a.柔性显示材料与技术湖北省协同创新中心；b.光电化学材料与器件教育部省部共建重点实验室；c.化学与环境工程学院；d.交叉学科研究院，湖北武汉430056；2.华烁科技股份有限公司，湖北武汉430074；3.武汉天马微电子有限公司，湖北武汉430079）

摘要：柔性显示器又称为可卷曲显示器，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。近年来，柔性显示器以其薄、轻、柔的特点受到越来越多的关注和青睐，柔性显示技术已成为显示行业最具竞争力的发展趋势之一。从产品和专利两个方面介绍了柔性显示技术领域几种最新的应用与突破性设计，并结合本中心目前的研究工作介绍了柔性显示器的关键技术和产业化进程，最后对柔性显示技术未来的发展作了展望。

关键词：柔性显示技术；概念样机；专利

柔性显示器又称为可卷曲显示器，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。柔性显示器近年来发展迅速，已是显示技术领域的研究热点，三星、苹果、LG等大型公司均在研究柔性显示技术的商业化和量产，其中LG已经率先实现了柔性显示屏的量产。

柔性显示技术具有轻、薄、柔软的特点，在某些已有的产品市场具有潜在的替代优势，如手机、车载显示、眼镜、手表等应用市场；还有许多新的应用领域，如电子纸、电子显示卡、电子货架标签、可穿戴显示器等。就目前的情况看，可以实现商品化的柔性显示领域主要集中在手机、电视和电子纸等方面。总而言之，随着柔性显示技术成熟，柔性屏实现量产，电子产品的设计和应用将会出现翻天覆地的变化。

笔者从研究成果和专利两方面介绍了国内外一些最新的柔性显示技术的应用，并对柔性显示技术未来的发展作了展望。

1　柔性显示器的最新研究成果

2012年4月，韩国LG宣布开始量产世界上首款柔性e-ink显示屏，此显示屏为6英寸屏，分辨率为1 024×768，重量为14 g，仅为同尺寸的玻璃显示屏的一半，厚度为0.7 mm，比玻璃显示屏薄30％，据称该屏幕使用的是传统的薄膜晶体管加工工艺。

2013年10月，三星推出了全球首款曲面屏手机Galaxy Round，其最大的特色是配有5.7英寸FHD（全高清）曲面屏，具备左右对称弯曲的弧度，用户在接听电话时更贴脸型、更舒适。同年11月份，LG也发布了柔性手机G Flex，G Flex采用了LG自家的6英寸柔性OLED（有机电激光显示）面板，配合曲面电池，该手机可上下弯曲成一个弧形。Galaxy Round与G Flex（见图1）两款产品最大的差别还是在柔性屏幕的弯曲方向，整体上来说，两款产品不同的弯曲曲线都是为了使消费者在操作手机时更加便捷和舒适［1］。

图1　三星Galaxy Round和LG G Flex曲面屏手机Fig.1 Flexible screens mobile phone of Samsung Galaxy Round and LG G Flex

2013年6月，LG在全球率先发售55寸OLED电视，型号为55EA9800，成为OLED电视市场化的先驱，这款柔性曲面OLED电视已经在韩国本土及美国等地区上市，这款产品厚度只有4.3 mm，重量则为17 kg，具有IMAX（最大影像）的包围感显示。2014年1月7日LG在国际消费电子产品展（CES 2014）上发布了77英寸柔性有机EL电视［2］。这款电视具有可以调整曲率的特点，以达到最佳的观看效果。三星也在CES上展示了一款85英寸的OLED柔性电视，通过遥控器控制变换模式后，电视的内边便会进行曲面调整，与外部的金属边框分离形成一定的角度，从而达到曲面的状态［3］。

诺基亚和半导体能源研究所的全资子公司Advanced Film Device于2014年6月，展示了全新OLED柔性屏，此柔性显示屏竟能够经得住10万次折叠（见图2）［4］。

图2　诺基亚和Advanced Film Device展示的OLED柔性屏Fig.2 OLED flexible screens of Nokia and Advanced Film Device

国外各大IT巨头在柔性显示领域都取得一些重要的研究成果，我国也取得了一些突破性的研究进展。2013年12月，京东方研发出了9.55英寸基于Oxide TFT背板技术的AMOLED柔性显示屏，屏厚度小于200 μm，可弯曲曲率半径小于20 μm［5］。2014年1月，维信诺推出了3.5英寸的低温多晶硅（LTPS）柔性AMOLED全彩显示屏，厚度为22 μm，弯曲半径小于5 mm，重量不足2.2g。京东方和维信诺的技术水平在一定程度上打破韩国在柔性显示领域的技术垄断［6］，但与三星、LG等国际领先显示面板厂家相比，在产品尺寸和生产技术方面存在一定差距。

2　从专利申请看最新概念性柔性显示器的新进展

2011年，京东方科技集团有限公司申请了“一种笔式移动终端”的专利［7］，如图3所示，笔壳（100）中有一卷轴，柔性显示屏（400）卷曲在笔壳中的卷轴（300）上。该笔式移动终端携带方便，不仅可以作为通讯工具，还可以作为书写工具。

图3　专利“一种笔式移动终端”示意图Fig.3 Patent of a pen-style mobile terminal

2012年6月，LG申请的“移动终端及其3D图像显示方法”专利［8］介绍了一种能对3D图像实现隐私保护和共享的移动终端。如图4所示，当设置隐私模式时，显示器的边缘部分会根据侧面用户的位置以特定角度折叠或卷起，折叠角度或卷起长度可根据用户输入来调整。

图4　专利“移动终端及其3D图像显示方法”的示意图Fig.4 Patent of mobile terminal and its 3D display

2012年11月，维信诺申请了题为“一种具有柔性显示画面的容器”的专利［9］，该专利设计了一种容器，容器本体上设置有柔性显示屏及控制显示屏显示的控制电路板。显示屏可对外显示不同的图像，使容器的趣味性更强。此外，容器中还设有温度传感器，不同的温度可显示不同的图像，这使得使用者可以直观判断水的温度，以方便饮用。

2012年12月，王良波申请了“一种柔性显示系统及其实现方法”的专利［10］。该发明提供了一种既能进行通信又能办公的便携式电子产品，此柔性显示屏上设置有高清晰度多媒体（HDMI）接口，通过HDMI接口实现移动终端和柔性显示器间的信息交互。此柔性显示器使用了磷光性OLED技术，具有低功耗，直接可视柔性面板的优点，便于携带（见图5）。

图5　专利“一种柔性显示系统及其实现方法”的示意图Fig.5 Patent of a flexible display system and its realization

2013年4月，三星申请了“柔性显示装置及其控制方法”的专利［11］。在所述柔性装置中新增了存储设备，可以将柔性显示屏的形变信息先存储起来，当检测到信息后相应的变形姿势就会被执行（见图6）。

图6　专利“柔性显示装置及其控制方法”的示意图Fig.6 Patent of flexible display device and its control method

近日，与此专利相类似的研究成果已经被报道，来自Queens大学人类媒体实验室的研究者成功研发了一款名为“More Phone”的柔性显示屏原型［12］。这款柔性显示屏原型机很独特，它可以通过弯曲程度来提醒用户电话、短信等不同的通知。

2013年4月LG申请了“移动终端及其控制方法”的专利［13］。当移动终端打开一个应用时，柔性显示装置会响应于应用中发生的事件，给出至少一种弯曲形变指南，传感器感测到柔性显示单元的弯曲后，由控制器来控制显示单元，根据感测到的结果在柔性显示单元上输出与事件相对应的信息（见图7）。

图7　专利“移动终端及其控制方法”示意图Fig.7 Patent of mobile terminal and its control method

三星于2013年5月申请了“显示设备”的专利［14］。专利中所述的柔性显示屏主要用于大尺寸平板显示，很好地解决了观看者很少注意到屏幕边缘的问题。如图8所示，观看者V位于柔性显示屏的正中间，在平直模式FM下观看者V与显示屏边缘110 c或110 d的距离r大于在弯曲模式CM下观看者V与显示屏边缘110 c的距离R，该显示设备通过将平直模式FM切换到弯曲模式CM可以缩短观看者V与显示屏边缘间的距离，因此可提高观看者V的注意力。

图8　专利“显示设备”的示意图Fig.8 Patent of display device

2013年7月，LG在其申请的“终端及其控制方法”专利中介绍了一种便携式柔性穿戴设备及其控制方法［15］。柔性设备通过感测器感测到手腕和穿过手腕的肌腱中的运动特征来执行与之匹配的功能的控制信号（见图9）。

图9　专利“终端及其控制方法”的示意图Fig.9 Patent of terminal and its control method

2014年初，美国专利和商标局通过了一项苹果公司在2013年7月申请的“柔性显示屏”专利［16］，这份专利中苹果描述了采用柔性OLED显示屏打造包裹式设备，在不牺牲强度的情况下增加功能。专利中描述的技术是通过弯曲显示屏侧面来实现消除边框的目标，iPhone、iPad和MacBook产品线都可能使用这种技术。

3　总结及展望

近年来，在柔性显示领域，研究成果与产业化方面都取得飞速的进展。无疑，三星、LG、苹果、上海天马、京东方、维信诺等行业巨头对柔性显示技术的研究主要集中在手机、PAD、电视和可穿戴设备等移动终端。而柔性化显示前景最被看好的技术方案是采用OLED显示，OLED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、驱动电压低等优点成为了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，上海天马、京东方、维信诺已陆续推出柔性显示样机，柔性显示作为下一代主流显示技术焕发出勃勃生机。但是，我们也应该看到，柔性显示领域目前还存在一些问题。

1）材料与工艺。彩色高分辨率的柔性显示主要实现模式是OLED技术，柔性OLED显示有底发射与顶发射两种模式：底发射采用的是透明的聚酰亚胺（polyimide，PI）塑料基底，目前从事这方面专门研究的有江汉大学柔性显示材料与技术湖北省协同创新中心与中科院北京化学研究所，这两家单位制备的高透明性PI小试样品已基本符合要求；顶发射的塑料也采用PI，但是对透明性要求不高，主要对耐热性和稳定性有严格要求。汉江大学柔性显示材料与技术湖北省协同创新中心已经取得了良好进展，且工作得到863项目的支持，但是PI浆料的工艺适用性如何仍需要相关显示面板企业的进一步验证。另一方面大部分塑料衬底与无机材料（如玻璃）相比不够致密，阻水、阻氧特性比较差都没有足够能力充分阻挡水蒸气和氧气的渗透，当水和氧气渗透进来后，OLED器件的光电特性就会急剧衰退，这是制约显示器使用寿命和显示效果的重要因素，因此在柔性显示器件封装工艺方面仍需要通过CVD的工艺在PI基底上加一层更为致密的无机涂层以提高器件的阻水、阻氧特性，从而提高器件寿命。目前柔性显示屏虽已实现低曲率的卷曲，但还不能折叠，未来的显示面板的需求希望实现任意折叠，外形会更多变，这对基板及显示技术的要求也进一步提升。

2）柔性显示屏的成本及产业化。受限于材料、技术、设备及厂商集中度高等原因，目前用于手机的OLED面板成本高出同尺寸LCD（液晶显示）面板70％，大尺寸OLED面板成本与LCD相比差距更大；而基于OLED技术的柔性显示面板目前价格则更高。虽然世界各大IT巨头纷纷都在布局柔性显示屏的量产，但考虑到技术尚不成熟、良品率低、产业配套不完善等问题，使得厂商推出的采用柔性显示屏的终端产品价格居高不下，苹果最新推出的i-WATCH只采用了一小块微弯曲的柔性屏，预售价格高达4 188～6 450元，除了i-WATCH新颖设计带来的高价格，柔性屏的高价格也是重要因素；过高的生产成本和终端价格将在一定程度上影响市场需求的大规模爆发式增长。相信随着柔性显示屏出货量的不断提高，厂商会在3～5年大大降低其生产成本。

3）包装设计。当柔性显示产品实现一定规模的产业化后，如何使其快速被消费者接受也是一个很重要的问题。随着柔性显示技术的日益成熟，柔性显示行业不应仅仅停留在概念上，而是去开发真正能够给消费者带来方便的应用领域，如电子显示卡、电子货架标签、可穿戴电子产品等；去设计真正能迎合消费者个性化、功能化需求的柔性显示产品。

参考文献（References）

［1］杨帆.曲面战争：对比三星Galaxy Round和LG G Flex［EB/OL］.［2014-01-01］.http：//news.xinhuanet.com/info/2014-01/01/ c_133009660.htm.

［2］野泽.LG发布77英寸柔性有机EL电视，可调整曲率［EB/OL］.［2014-01-09］.http：//it.21cn.com/market/a/2014/0109/05/ 25932893.shtml.

［3］刘春花.三星、LG齐发遥控型柔性OLED电视［EB/OL］.［2013-12-04］.http：//info.ledp.hc360.com/2013/12/040909116425.shtml.

［4］李卓.新型柔性屏幕亮相，折叠几万次也不怕［EB/OL］.［2014-06-07］.http：//www.njdaily.cn/2014/0607/857812.shtml.

［5］刘晓燕.9.55寸可弯曲AMOLED面板，京东方成功了［EB/OL］.［2013-12-24］.http：//info.ec.hc360.com/2013/12/ 240912710510.shtml.

［6］初美慧.中国AMOLED有望打破柔性显示垄断［EB/OL］.［2014-01-21］.http：//info.screen.hc360.com/2014/01/211454328 514.shtml.

［7］京东方.一种笔式移动终端：中国，201120148638［P］.2012-01-18.

［8］LG.移动终端及其3D图像显示方法：中国，201210179893［P］.2012-06-01.

［9］维信诺.一种具有柔性显示画面的容器：中国，201220651364［P］.2013-07-10.

［10］王良波.一种柔性显示系统及其实现方法：中国，201210527036［P］.2013-03-13.

［11］三星.柔性显示装置及其控制方法：中国，201310119792［P］.2013-10-23.

［12］Laure.柔性屏展示：屏幕弯曲程度告诉你是电话还是短信［EB/OL］.［2013-04-27］.http：//www.ithome.com/html/it/43422.htm.

［13］LG.移动终端及其控制方法：中国，201310121550［P］.2013-04-09.

［14］三星.显示设备：中国，201310172964［P］.2013-05-10.

［15］LG.终端及其控制方法：中国，201310319717［P］.2013-07-26.

［16］Apple Inc.Flexible Displays.US：2014042406［P］.2014-02-13.

（责任编辑：叶冰）

Progress of Patents and Conceptual Prototype of Flexible Displayer

XU Heng1a，b，c，，CHEN Yuhong1a，2，GAO Yangguang1d，HE DAN1a，b，c，YU Jie1a，b，2，SHEN Chao1a，3，LIU Jiyan1a，b，c，YOU Qingliang*1a，b，c
（1.Jianghan University a.Flexible Display Mater & Tech Co-Innovation Center of Hubei；b.Key Laboratory of Optoelectronic Chemical Materials and Devices of Ministry of Education；c.School of Chemistry and Enviromental Enginering；d.Institute of Interdisciplinary Research，Wuhan 430056，Hubei，China；2.Haiso Technology Co.，Ltd.，Wuhan 430074，Hubei，China；3.Wuhan Tianma Microelectronics Co.，Ltd.，Wuhan 430079，Hubei，China）

Abstract：Flexible displayer is also named curlable displayer，which is produced by flexible materials such as ultra-thin glass，plastics and metal foils to form the visual flexible panel.In recent years，flexible displayers attacted more and more attention and focus due to their features such as thin，light and flexible.The flexible display technology has become one of the most competitive trend for display industry.The latest applications and the breakthrough designs on flexible display technology are briefly introduced from both patents and products，the key technology and the industrial progress of flexible displayer are introduced combined with the research in our center，and a development prospect is given out.

Keywords：flexible display technology；conceptual prototype；patent

*通讯作者：尤庆亮（1976—），男，副研究员，博士，研究方向：光电化学材料。E-mail：qingliang.you@jhun.edu.cn

作者简介：徐亨（1991—），男，硕士生，研究方向：UV光固化材料、柔性基板材料及柔性显示关键技术。

基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）（2015AA033406）

收稿日期：2014 - 11 - 04

DOI：10.16389/j.cnki.cn42-1737/n.2015.03.004

中图分类号：TH165

文献标志码：A

文章编号：1673-0143（2015）03-0215-06