江西长方半导体科技有限公司    高级顾问

                   深圳市前海恒云联科技有限公司  常务副总

        摘要：近三年来，随着材料科学的日新月异，显示技术的更迭升级，Mini/Micro LED技术的突飞猛进，市场对LED产品应用场景的追求，用户对显示产品的分辨率、色彩还原度和画质等规格提升的要求，催生LED视显行业新的创新，推出新的产品，打造新的市场，牵引LED显示屏产业大发展。因此，产品开发拥有了前进的动力，不断探索新技术，勇于挑战新高度。本文结合透明薄膜构建光电显示模式，从技术开发到产品实现的各个环节，介绍了有机聚酯薄膜透明LED显示屏的材料特性和技术路线及存在的问题。供从事该产品研发生产的企业参考。

 广泛应用的有机聚酯薄膜透明LED显示屏

        近年来，LED视显行业陆续有企业推出柔性透明薄膜显示屏，让应用市场更加广泛，表现形式更加丰富，视觉刺激丰富多彩，景观亮化迭代升级。于是，很多传统显示企业跃跃欲试，都在探索透明视显新方案来打造显示市场新格局。然而，新型柔性透明显示绝非“一块塑料布敷上印刷电路再贴上灯珠”就能实现卷曲通透显示那么简单粗暴，透明显示屏是集微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息处理技术为一体的高科技产品；它是由基础物理、材料科学、芯片封装和有机化学构成的综合学科支撑的，从理论概念到产品呈现的每一个环节，都要本着科学严谨的态度面对千姿百态的应用环境，否则，就会让消费市场回馈透明屏制造企业连续的负面效应和性能质疑，让新兴的柔性透明显示市场名誉扫地，跌入低谷。

 有机聚酯薄膜透明LED模组 

        本文所阐述的“透明显示”不含格栅结构的所谓“透明屏”。根据目前方兴未艾的透明显示产品，结合透明薄膜构建光电显示模式，从技术开发到产品实现的各个环节，简要分析需要重视的膜材、蒸镀、溅射、刻蚀、通孔、光源、封装、结构等重点流程，让成型产品成就企业品牌，让新型显示成就蓝海市场。

        一、柔性透明显示

        通常LED视显行业把“视线透过显示屏体”的显示器统称为透明显示屏，这个概念一度甚嚣尘上，其实，这个低俗而粗暴的称谓混淆了真正意义上的“透明显示”概念。“透”是形容词（当代用于动词已很罕见），有达到充分的程度，也有彻底，完全，极端，极其、更加的意思；“明”既是会意字，又是形容词，有清晰、明亮、明白、清楚的意思；“透明”是两个会意字的叠加，意思是物质透过光线的性质或情况，彻底、透彻、能透过光线的状态方可谓“透明”，而形容部分透过光线的情况只能称之为“透光”、“透亮”；故严格意义上柔性LED透明显示屏定义应该是：

        在有机聚酯薄膜基板上以LED做为发光体组成像素点呈现显示内容画面的平面显示器件是柔性透明显示屏。

 有机聚酯薄膜透明LED模组的组成

        例如：OLED显示屏、裸晶隐线LED显示屏、柔性镀膜显示屏等等。

        至此，目前市场上冠以“透明”的格栅、线槽、玻纤板结构的所谓“透明屏”只能称之为“透光屏”，或者称谓“透亮屏”。

        选用硅酸盐基材或聚酯有机膜基做为基板的所谓“透明屏”，因聚酯有机膜通透、轻薄、可卷曲，我们称之为“柔性透明薄膜显示屏”，以目前的技术能力，这种“透明”显示方法只能是接近于“柔性透明显示屏”定义的模式。因为，宏观上仍然可以见到线路和发光体，没有完全像OLED那样“彻底”通透。

二、基材决定品质

        基材是实现透明显示屏体性质的基础。

        玻璃属硅酸盐类基材，因其光通透性强、硬度高、热传导好，曾被广泛用于显示屏领域，由于其材质坚硬，不可卷曲，只能是平面显示产品的通用基材。早在十几年前，行业专家孙

        彤宇先生带领的团队就率先研发玻璃基透明显示技术，并取得了广泛的应用。因本文主要探讨的是柔性透明薄膜显示技术，故玻璃透明显示屏不在这里赘述。         

        做为LED显示基材，并非是市场流通的有机薄膜直接可以做为电路板基材，而是要在成品PET或PI基材上经过改性，才能成为真正用于照明显示的基膜。聚酯薄膜类属有机化学类基材，在其制备过程中因可以采用掺杂其他物质变性，所以制成种类繁多、性能各异的膜材，其中，经过研发目标设定，具有实用性、针对性的聚酯有机薄膜才可以在其设定的应用领域制成对应的基材。目前用于透明显示基板的材料常见两种：PET和PI。

 高分子有机聚酯薄膜透明基材

        1、PET 

        PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）是目前最重要的有机化学合成材料之一,具有良好的耐热性、耐药品性、力学性能和电学性能，尤其是透明性好、绝缘性佳、较低的生产成本和较高的性能价格比的优势，颇受创新研发工程师的青睐。但PET也存在着加工模温(70～110 ℃)下结晶速度过慢、冲击性能差和易吸湿及涨缩等问题,需要通过“改性”才能使其物尽其用。

        将PET用于LED显示物料，必须对其进行改性，使其适应显示屏所面对的工作环境和光电性能及工况。采用成核剂物理渗透和促进剂化学合成的方式对PET基材实施改性工艺，方能制备出符合LED显示屏工程性能和电性能的基膜物料。

 产线上的有机聚酯薄膜透明PET基材 

        物理改性是在聚合物表面使用渗透、喷涂、溶浸等方式，让聚合物层面分子结构发生变化，从而为后期的高温蒸镀和金属溅射及制程工艺增加机械强度和温度涨缩比的变性。

        化学改性是指在一种组分中加入另一种或多种组分发生共聚、缩聚等化学反应,形成一种新的聚合物合金的改性方法。化学改性为改善聚合物的熔点、涨缩系数、玻璃化温度、形态结构、耐高温等提供了便利的手段,也为解决PET的结晶性能、形态结构、抗冲击性能及加工性能等问题的变性。

        2、PI

        PI（聚酰亚胺）薄膜具有优良的耐高低温性、电气绝缘性、粘结性、耐辐射性、耐介质性，能在－269℃～280℃的温度范围内长期使用，短时可达到400℃的高温。玻璃化温度分别为280℃(Upilex R)、385℃(Kapton)和500℃以上(Upilex S)。20℃时拉伸强度为200MPa，200℃时大于100MPa。PI特别适宜用作柔性印制电路板基材和各种耐高温电机电器绝缘材料，当前广泛用于触摸屏产品。

        PI（聚酰亚胺）在很宽的温度范围和频率范围内都有稳定的表现。除此之外,聚酰亚胺还具有耐低温、膨胀系数低、阻燃以及良好的生物相容性等特性。聚酰亚胺优异的综合性能和合成化学上的多样性,决定了其稍作物理变性处理就可以直接成为电子电器及柔性印制电路板基材，将稍加改性的PI用于柔性透明薄膜LED显示屏的PCB替换，其光电性能应该游刃有余，只因其价格与PET相比昂贵，故一直无法普及应用在柔性透明薄膜显示基膜上。

 生产线上的有机聚酯薄膜透明PI基材 

        理解了上述对基材特性的简介，不难看出，柔性透明薄膜用途广泛、种类繁多、性能各异，不可盲目选择、粗暴使用。据笔者行业调查和分析，迄今为止，绝大多数的柔性透明薄膜显示屏生产开发企业都是“拿来主义”，对基材性能和技术参数一无所知，只是初步了解采购的聚酯有机薄膜是电子制造业的特殊材料，根本不考虑其制程工艺环境和应用气候环境及产品作业工况，加上某些聚酯有机薄膜生产制造商的急功近利，盲目诱导本不熟悉跨界技术的屏显企业采购基材而完成业绩，导致目前投放市场的各类所谓“贴膜屏”、“晶膜屏”、“薄膜屏”等各类柔性透明显示产品故障频发，索赔不断，给创新企业带来巨大的经济损失和名誉损失。

        三、灯芯决定质量

        从直插式显示屏到贴片式显示屏的演变，LED显示技术走过了艰辛而辉煌的发展之路，今天的LED显示屏质量已经达到稳定可靠的水准，其显色性和观赏性都无与伦比，更有Mini/Micro LED 技术加持，让显示屏产品日趋完善，技术成熟，性能稳定，工作可靠。但RGB灯珠自身温升和环境温度仍然是增加行业负担的首要问题，目前采取铜铝基板辅助散热和金属箱体导热及空调强制物理降温等解决方式，有效保障了室内外各种环境温度条件下显示屏的正常作业工况。传统常规通用显示屏灯珠的封装架构和工艺与屏体的结合，已经实现其内部温升与环境温度的散热平衡，常规灯芯热沉、光衰、死灯的困扰早已成为过去。

        柔性有机聚酯薄膜透明显示技术的出现，改变了灯芯灯珠内部结构，激发了显示屏设计师的想象力，芯片的集成化、微型化、功能化催生了LED显示灯珠封装结构的创新。

        1、灯驱合一

        “灯驱合一”形式的柔性透明薄膜显示屏（也称贴膜屏、晶膜屏等），是目前大多数柔性薄膜透明显示屏企业广泛采用的产品方案，就是将三颗RGB发光芯片连同驱动IC集成封装成灯芯，将四个发热单元集中在一个支架空间里，构成具有行解码管理功能的单体发光显示灯珠。

 灯驱合一柔性透明薄膜显示模组

        将“灯驱合一”的发光体SMT贴装在聚酯有机薄膜基膜PCB上，构成柔性透明模组灯板，因行管IC集成在LED灯珠内部，灯板外观线路少，通透率高，加之轻薄、柔软的特性和生产企业的广告推广，产品一经面世，立即引起关注。一段时间市场的检验，其可靠性和稳定性备受质疑。究其原因，是因为研发企业忽略诸多材料特性和不了解芯片封装工艺所致。

        首先是前面讲过的基膜做为PCB使用时忽视了基材特性，电子通用型PET种类繁多，性能各异，尤其是对环境温度所对应的涨缩系数了解不够，选用的有机聚酯薄膜没有使用改性工艺，则直接应用于LED显示单元模组，连环问题就表现出来了。观察目前流行在应用端的PET基膜，在±100℃测试环境涨缩系数＞3%；金属层与基膜间固化工艺因没有采用蒸镀渗透溅射金属敷层而是用高压高温压合，致使其金属层附着力≤3N；这样的PET/PE薄膜散热系数远低于传统PCB铜铝基板，加之“灯驱合一”灯芯，形成了热源叠加型发光体，大幅度增加了灯珠的作业温升，尽管依靠支架导热传递热量，也因聚酯有机薄膜无法散热而使热量集中堆积于灯珠周围，造成持续温升集结点，让由点到面的显示模组长期在不可逆的快速温升环境中工作，导致死灯、断点、光衰、跳线等故障频发；不仅如此，由于“灯驱合一”，灯珠支架内部三颗芯片与驱动IC之间连线数量大增（见下图），封装灯珠制程中打线数量随之倍增，相应的键合焊点数量随之翻倍，使封装工艺复杂、虚焊假焊、封胶气泡等潜在故障机率因素加大，又由于“灯驱合一”的三颗发光芯片随着驱动IC的嵌入，致使灯芯作业环境恶化、温升和故障几率成倍增加，其“多重缺陷”构成叠加效应，直接威胁显示模组的可靠性和稳定性及芯片寿命。

        驱动IC是否必须嵌入灯珠？能否移至别处？PET基膜是否只选用单面敷铜？可否将驱动IC置于灯珠所对应的灯板背面？选择基材的时候，可能重视其改性与否？“灯驱合一”是不是先天性缺陷？……值得探讨和推敲，也是摆在研发企业设计师面前的试题。

        为了弥补“灯驱合一”等一系列缺陷，驱动IC制造商和柔性透明薄膜显示屏生产厂家纷纷打出“断点续传”的所谓新技术，就是在驱动IC中植入双信号线交叉传输的方案，能使信号中断一个点后，另一条备用信号线能绕开故障点，将信号传输到下一个像素点。这样一来，出现故障只能是单颗灯不亮，而不会引起其它的灯不亮，也就不会影响产品的整体显示效果，以达到跨节点灯珠持续连接的功能。做为“灯驱合一”原始设计缺陷的补救措施，“断点续传”的确不失为一项有效解决方案，但将其做为推广产品的新概念和占领市场的新技术，却适得其反。岂不知今天的客户群生活在“百度”、“搜狐”、“知乎”等知识爆炸的时空中，岂能诱导消费客户采购？客户会质疑当前无处不在的传统通用显示屏何有“断点续传”之说？又何必“断点续传”？做产品，不可避实就虚，一定要精益求精。

消费者和用户早已不是二十几年前对LED显示技术的认知，类似“断点续传”之类的品质隐瞒观念已经与时代格格不入，奉劝制造商和生产厂家不要不加思索的人云亦云，“此地无银三百两”的模糊推广不可取，还是要脚踏实地的从源头解决“膜材粗用”和“灯驱合一”的设计方案，结合显示屏实际工作环境和状态，重新思考稳定可靠的产品设计路线。让技术成熟的屏显企业增添新动能，让持续增长的显视市场注入新活力。

        2、灯驱分离

        目前，有极少数技术实力较强、研发投入较高的企业在积极开发生产“灯驱分离”光源模式的柔性透明薄膜显示屏。严格依照灯珠封装企业的《产品规格书》参数和改性聚酯有机薄膜PET/PI规格特性，用双向交互兼容思路设计柔性透明显示模组，简称：FTF  LED 。 

 灯驱分离柔性透明薄膜显示模组

        此方案根据有机聚酯薄膜取代PCB基板材料的特性，将化学组分技术用于高分子聚合物合金的制备过程中，把PET/PI的基材改性后，在其表面采用MOPVE蒸镀银镍铜合金敷层，使有机聚酯薄膜PCB在±115℃测试环境下，金属层附着力≥7N，涨缩系数控制在万分之三以内，在如此稳定的有机聚酯薄膜PCB上FPC/SMT贴片常规通用RGB全彩灯芯，既充分考虑了LED灯芯的热沉温升，又兼顾了支架和PET/PI及蒸镀敷铜导线的叠加导热系数，让灯珠工况温升与模组结构的热传导相互平衡，从而使屏体作业温升始终保持在5℃以内，且不会因环境温度升高而导致屏体温度失控，也就是说，让作业屏体温度只高于工作环境温度5℃以下。另外，由于传统成熟常规显示屏灯芯打线数量极少，RGB灯珠封装技术成熟，灯杯支架内部打线少，对应键合焊点数量也少，故隐性故障几率很低。在实际应用和环境测试中，常规通用的显示屏灯珠的“灯驱分离”表现较好。

        “灯驱分离”的模组结构是通过溅射在PET/PI上的银镍铜布线，将每个灯芯单元引线接入远离灯珠的驱动集控板，也称T-com板。“集中管控”驱动方案无温升的优势就是这块T-com板的作用，在板上分组集成了模组全部灯芯所需驱动IC，还集成贴装了模组供电和信号传输及拼接级联功能元器件。至此，灯珠的热量由特种改性的PET/PI负责对流和传导，驱动IC的热量由T-com板铜铝基材PCB负责传导和对流，犹如中央空调的作用。如此这般集中管理每颗灯芯的温升，模组热量不会因发光芯片和IC挤压封装在灯珠内越积越累而温度飙升；T-com板也会通过其导热媒介将热量传导至结构散热；提高了RGB芯片的稳定性和可靠性，其工作状态与常规通用传统显示屏的灯珠工况一致，确保新问世的柔性透明薄膜显示屏无光衰，长寿命。

        四、模组结构的可靠性

        据了解，目前绝大多数冠以“贴膜”和“晶膜”的生产研发企业都信奉所谓“封胶万能”的模组设计理念，就是用灌封胶体的方式，包围封闭显示模组，使基膜上的灯珠、敷贴金属线路、连接器排线、IC等元器件焊点机械强度增加，模组防护能力增强，乃至设想在发光面敷胶有利于固化元器件物理强度的同时也方便在硬体透明介质上方便贴装。短时间的硬质贴装外观靓丽，施工快捷，安装简单，但是应用环境的千变万化、安装结构的千差万别、产品材料的参差不齐、发光灯芯的缺陷瑕疵都在影响着新型透明薄膜显示的稳定性和可靠性，时间的延续在考验着屏体的品质，产品寿命在决断着客户的口碑。然而，理想很丰满，现实却很残酷。采用胶体灌封镀膜的原料，无论冠以“纳米”还是“高分子”专利胶体，无论性质和参数写的多么美轮美奂，其耐高温特性应付不了高温区域的极热；其抗紫外线能力应对不了强烈日光的曝晒；其抗氧化硬化指标应对不了风吹日晒的龟裂，所有的这些暴露出来的问题都是不争的事实，让我们不得不重新考虑所谓“晶膜”和“贴膜”的防护结构和发光方案。

        众多的网络视频平台上，市场推广宣传片和主播解说所谓“贴装”、“粘合”、“粘贴”安装过程都片面地体现“快捷”和“简单”及“方便”，却闭口不谈后续的麻烦。当我们面对工程设计方和项目业主方的提问：胶贴在玻璃介质上的屏体会不会脱落？会不会黄变？如何维修？能否有效防护因气候环境导致的结露？胶体在高温下会不会液化？甚至显示屏朝向、亮度对应的功率、标称亮度下显示屏的寿命、昆虫在趋光效应下粘连在屏体，或者利用屏体缝隙留存其内周围如何清理等专业问题都会想到，而我们生产企业如何回复？怎样解释？ 

        据不完全统计，迄今为止，胶体贴装的屏体，硬化、酯化、液化、氧化的结构工艺瓶颈没有突破， 有机聚酯薄膜COB金属线路与膜基的膨胀系数失配没有得到重视，灯芯封装过程中键合打线虚焊、气泡、杂质残留等问题仍没有彻底解决，采用胶体防护和安装的柔性透明薄膜显示工程，有90%没有经得住长时间氧化考验，更没有经得起炽热阳光高温下恶劣环境的检验，近75%的项目没有得到工程商和用户的肯定和点赞，更有甚者，用户与生产商因产品质量对簿公堂，引发司法诉讼。事实逐渐佐证，以黏贴的方式直接贴装在透明介质上来夸耀“晶膜屏”和“贴膜屏”的所谓优势，应该重新评估和反思；重点不该放在安装快速和便捷上，要思考全天候应用环境的稳定性和可靠性解决方案。

        五、节能召唤创新

        无论是“灯驱合一”还是“灯驱分离”，新型的柔性透明薄膜显示屏都要以稳定可靠性能地占据市场份额，甚至会逐步替换安装在高层楼宇墙体上的传统户外显示屏，市场占有率会逐年攀升。当前名目繁多的柔性透明薄膜显示屏产品，绝大多数是静态恒流扫描方式，加之“先天不足”和“原始缺陷”的热效应，耗电高，热损大，让客户不得不选择更节能省电的产品，以降低工程项目后期的运营成本。能否以传统通用常规成熟的LED显示屏发光体，打造节能环保的新产品，是视显研发生产企业重视的问题。常规通用显示屏制造企业已经在节能模组的研发做出了长足进步，一大批低功耗节电产品早已面世，亦有采用“裸晶直显”方案用于有机薄膜柔性显示方案做出的新产品；借鉴常规产品节能模式导入柔性透明薄膜显示屏应用，是新型显示企业的共同追求。

        目前应用市场上常见多种柔性薄膜显示模组的驱动方案，有用于“灯驱分离”方案的集中管控驱动模式；就是在一条PCB板上集成了显示模组全部像素点RGB芯片的驱动IC，将供电管理、信号传输、行帧驱动的所有元器件和IC及接收卡全部经SMT在整条PCB上，构成T-COM集控板，对灯板实行集中管控。也有适用于“灯驱合一”方案的分布式管控驱动模式；因行管已经集成封装在灯珠内部，则PCB条形版上元器件大量减少，只留下电源管理模块和信号传输IC及接收卡，通过这条控制板，对灯板实行分布离散管控。还有采用“多点行控”的减少驱动IC部署、“近灯驱控”、“隐蔽IC”等诸多方案推出相应产品。建议从事相关产业的单位，本着开放、合作、包容、共享的心态，拆除壁垒、相互交流、增强互动，共同探讨新型显示技术瓶颈和问题，让襁褓中的柔性透明薄膜显示行业健康发展、成长壮大。

        经过产品测试，当前多种灯驱方案的节电性能相比较，“灯驱分离”方案的节电效果远超“灯驱合一”，充分说明“有一分光，发一分热”的物理定律。电能在转换成光能的同时，也会以热能消耗一部分电能；LED芯片和驱动IC共同产生的热量如何分配？是单元单体消耗，还是集中集群管控，都是LED显视研发工程师的课题。建议从事柔性透明薄膜显示屏研发和生产企业重新评估“灯驱”方式，研判可行方案，本着宁缺毋滥的原则，弃劣质，做精品，拒绝急功近利，杜绝浮躁虚夸，决不能把瑕疵产品成本转嫁给消费端，让行业蒙受负面口碑，保证产业健康发展。节能减排既是国家战略，也是国家目标，行业中每个企业和每一名从业者都要为之付诸智慧和努力，让LED视显产品持续创新及造福社会和惠及百姓。

        一切不负责任的浮夸和浮躁，都应该杜绝。笔者在某短视频传播平台上曾见过某柔性透明显示屏企业高管在虚构浮夸其P10产品柔性薄膜屏亮度指标，毫无学术依据的鼓吹自己的产品亮度可以达到8000甚至10000，熟悉LED的业内行家都会常识性的评估：P10间距的显示屏RGB灯珠数量每平方米10000颗，依据当今的芯片制造和封装技术，何以支撑单颗RGB全色灯珠亮度达到这个级别？这样漫无边际的虚构和不负责任的浮夸会祸害整个行业，让了解显示科技客户唾弃和鄙视显示技术的创新。

        综上所述，柔性透明显示技术正在日新月异的发展和普及，后疫情时代的显视市场正在逐步复苏和日渐繁荣，做为显示屏行业的新秀，柔性透明薄膜显示屏决不能粗制滥造，更不能盲目推广。要根据市场需求、应用环境、项目需求精准评估，精心设计，精益制造，精细施工。决不能把“先天不足”和“原始缺陷”的产品推向市场，更不能把“瑕疵残缺”和“虚标浮夸”的隐患转嫁给消费者，维护“中国制造”的名誉是全体LED从业者的共同责任，塑造“LED全球制造航母”是深中国显视行业的共同使命。

二〇二三年三月二十九日 于 深圳