詳細闡明液晶顯示器製造的替代方案


使用較低成本的替代方法也是一個比較有效率的技術來取代傳統的薄膜電晶體液晶顯示器製造(不好意思這是雙關語), 是一個聰明的想法,對製造廠來說應該具有吸引力。 Uni-Pixel正致力於利用它的時間多重光學快門(TMOS)來實現這個願望,TMOS是個在光導接觸時,會來回振盪的薄膜(圖一)。利用從荷蘭飛利浦創新中心來的支援,Uni-Pixel最近公佈已經成功組裝了六套顯示原型元件。
公司的財務長Jim Tassone告訴SST說,不像薄膜電晶體液晶顯示器技術的面板是背光,多重時間光學快門的面板是邊光(因此光源在邊緣)。他說:「在多重時間光學快門系統中,入射光進光導(或一片薄膜電晶體母玻璃)並藉著全內反射(TIR)來維持在光導中(圖二)。靠投射光線進入光導,我們的目的是在裡面產生均勻分佈,並且我們確保在任何像素處的光耦合被抑制,以使得單一像素不需要太早就截取太多的光。每一單獨像素的耦合效率都被調低到一定水平,使得光通過光導時在任何位置都不會有太早損失或損失太多。」
Tassone解釋說,靠著z方向的精確入射(光導/玻璃面形成x/y方向),控制隨時間變化的全內反射角度的維持工作已經達成。有些光因散射而消失,但是在插入處光線被控制在特殊角度下,並且光穿越時一直維持,直到光發現一個開放畫素,耦合出去,然後引導到觀賞者眼睛。
儘管存在一些衰退(系統內隨傳輸時間和傳輸距離的光消失),但各別的光爆發都在如此短暫的時間內並且很快耗盡,所以衰退的量不至於明顯影響到系統的總體效能。
根據Tassone所說,一個多重時間光學快門系統大約有61%的效率,意味著大約光入射到系統的61%是彈射出去。他解釋因為單位像素的失耦合,在第一次彈回時任何光子整體上只會消失部分它的能量,整體性或是部份消失對下游像素而言都是可能的,因此它是一種多重過程系統,光在那裡重覆回收直到它被射出或耗盡,對比之下,現今的液晶顯示器大約5%至8%的效率,代表5%至8%的背光穿過系統一次就到達觀賞者。Tassone說這家公司生產的型式顯示出多重時間光學快門系統可以調整到大於61%的效率,但是結果會影響到均勻度。
多重時間光學快門設計的面板的主要優點是不需要到偏光板、彩色濾光片和液晶等這些主要耗材。Tassone說他公司的模式顯示,依據組成的因素,這個技術可以達成比液晶顯示器面板降低40%~60%的材料成本。
製造多重時間光學快門
薄膜本身由一個承載基材,類似於PET膜,同時這家公司也在研究其它材料,微光學結構被加入到薄膜中之後再跟隨一層導電層。Tassone解釋說:「每一個單獨像素是一個「鼓頭」並且跟薄膜配對到薄膜電晶體玻璃產生「鼓」-因此微機電結構就是鼓,它是藉由把薄膜加入母玻璃中所產生。」他說:「薄膜現在已經完成開發,意謂著製造廠需要把它整合到面板才行。」
Tassone說:「因為多重時間光學快門類的面板使用有限的發光二極體在邊緣區域來置入光線,面板是省電模式,顯示出比非多重時間光學快門類的面板約降低90%的電力消耗,因此你有一個更高的光透過率和較低的電力使用。」針對這個組合如何被使用的例子,可以在手持裝置中找到,一個日光下可讀的手機可仍然消耗很少電力,進而延長電池壽命。
多重時間光學快門原型產品已經克服了兩個重要的挑戰,將來會針對以下部份進一步最佳化,當公司開發量產製程時要確保足夠低的像素驅動電壓和黏附抑制。電容結構(導體在薄膜上和導體在薄膜電晶體玻璃上)是由電位差所驅動,它會產生庫倫吸引力啟動薄膜上的拉力。
Tassone提到:「在這個電容結構中的單一像素階層,導電板間的距離直接與驅動像素的電壓有關。挑戰性是要確定這兩個導體是很接近因此電壓低到可以跟目前的薄膜電晶體製程相容。」公司說它已經製造出一個系統,內部的兩個導體足夠接近因此啟動電壓是小於20伏特。Tassone指出:「假如你看液晶顯示器的製造,你就會發現當啟動電壓大於20伏特時良率就會掉落下來。」
關於克服黏附問題,Tassone告訴SST「些許的黏貼是件好事」,它提供好的光耦合(當薄膜跟光導接觸時)。但是當薄膜需要被釋放以至於元件進入關閉狀態時,就必需克服黏附。他說公司的原型產品顯示出它們的方法已克服了黏附問題,現在的挑戰是把它移植到量產當中,而且相信我們有辦法來達成。
商業模式
Uni-Pixel計劃註冊整個架構和各個次系統並且也提供單一薄膜。薄膜按照片狀或整捲被分送到公司授權的代理商處,或者代工/面板製造廠也可以授權製程。多重時間光學快門類的面板可以建在既有的液晶顯示器工廠內並使用現有的薄膜電晶體液晶顯示器設備。
公司目前正與代理商談判並且也考慮與不同液晶顯示器製造商合作開發案。Tassone說:「這些協議容許我們先把計劃投放到研發階段,然後再轉進到量產加工,進展的時程表會跟這些協議有關。」Tassone還說:「公司的目標是2009年底讓系統進入市場,我們並沒有看到對生產的搭配性有明顯的阻礙。」SST-AP/Taiwan
圖一:薄膜電晶體背面的顯微照片,有Opcuity薄膜接合在上面。(來源:Uni-Pixel)
圖二:一個單一像素的截面示意圖,該像素激發在紅色次框內。(來源:Uni-Pixel)