本文從近年來發展蓬勃的透明顯示技術出發，並針對主動式透明有機發光二極體顯示器技術進行深入介紹，剖析其優缺點與未來發展。此外，藉由高透明陰極與高透明背板技術，工研院成功完成17吋透明AMOLED顯示器雛形品開發。該直視型透明顯示器可應用於即視資訊互動系統，將虛擬資訊與實體影像疊合，並讓使用者經由觀察、觸控與背景實物透過虛擬資訊進行互動，以實現未來智慧生活上之擴增實境應用。
本文將從以下大綱，介紹直視型透明顯示技術，並詳細說明工研院開發之17吋透明AMOLED顯示器。
‧前言
‧直視型透明顯示器技術介紹
1. 液晶透明顯示技術
2. 投射自發光顯示器
3. LED透明顯示器
4. OLED透明顯示器
‧AMOLED透明顯示技術剖析
‧高透明陰極技術
‧模組光學設計
‧結論
【內文精選】
前言
隨著應用場域朝向多元性發展，人們對於顯示技術的期望已不侷限在非透明且平面之應用上，其他具軟性、透明特性之顯示技術，已成為下世代顯示科技發展重點項目，在新應用領域的需求下蓬勃發展並拓展為新藍海。軟性顯示器的折疊特性，可讓顯示器同時兼具大面積與收納便利性，且更適合貼附於非平面的承載面上；透明顯示器(Transparent Display)在顯示影像的同時，可透過顯示器看到後方之實體物件，相當適合於擴增實境的應用。不同於虛擬實境應用是把使用者帶到虛擬世界中，擴增實境應用則是把現實世界與虛擬資訊進行整合並帶到使用者面前。透明顯示器最大的特色，是可讓使用者清晰的看見目標物品，並同時提供目標物品相關內容於螢幕上，使得使用者體驗更加直覺；另外也可以結合強化互動的觸控或體感方式，帶給使用者更強的互動體驗，全面強化使用者、目標物以及傳播資訊三者之鏈結關係。
直視型透明顯示器技術介紹
目前直視型透明顯示技術的主要技術類別如表一所示，包含：液晶顯示器(LCD)、投射自發光顯示器(EPD)、有機發光二極體顯示器(OLED)、發光二極體顯示器(LED)等技術，其中以OLED和LED技術具有全彩且高穿透率潛力。以下分別對各項技術作簡單說明以及比較其優劣點。
表一、各種透明顯示器試製品與其規格
4. OLED透明顯示器
有機發光元件(OLEDs)是由上下兩個電極於中間夾附有機材料所組成之極薄的疊構元件所製成，因為其自發光特性不需要背光模組，因此所製成之顯示器可以更輕薄，且有機材料適用製作於軟性基板上，可使面板具有可撓的特性。OLED技術之透明技術手段為採用透明導體作為電極，在合適下板設計的搭配下即可達到透明顯示之功效。表二為2016~2018年各大廠所發表的OLED透明顯示器，其中，大部分是以55吋為主軸的產品，其透明度約介於40%~45%。
AMOLED透明顯示技術剖析
表三列出目前實現透明OLED的兩個主要技術方式。其一是顯示器選用薄陰極或透明陰極(Transparent Cathode)，並搭配透明陽極即可達到透明的需求，常見於被動式(Passive OLED)或節段式驅動(Segment OLED)應用中。因為面板內無需搭配其他主動式元件與走線，面板穿透度主要由兩側電極透明度來決定，故通常穿透度可以高達80%。但因為是被動式驅動矩陣，其產品應用範圍通常被侷限於2~4吋，無法於中大尺寸面板內使用。
另外一種手法是使用具有穿透視窗(Transmissivity Window)之下板設計，該方法一般廣見於AMOLED結構中。如圖二所示，其設計的要點在各像素中加入高透明穿透視窗來增加穿透度，如此一來，發光區域與開口區域於單一像素中呈現競爭關係，亦即表示必須在亮度與穿透度之間做選擇搭配。此外，為了達到良好的設計彈性，在設計上需保持開口區高透明度，因此可搭配圖樣化陰極來提高開口區穿透率，如圖三(a)所示。
圖三、OLED顯示器面板像素陰極示意圖，(a)採用圖案化陰極；(b)採用半/全透明陰極
高透明陰極技術
為了提高OLED電極的穿透度，通常以金屬薄膜搭配透明金屬化合物為主要選擇的架構，其中為了兼顧OLED載子平衡與發光效率，陰極一般會採用低功函數金屬來作為此疊構電極中的金屬層，比較常見的如Ca、Mg、Ag、Al等金屬。因為採用單一金屬薄膜進行製作，無法同時有效兼顧高穿透度與高導電性等特性，因此需搭配金屬氧化物如ITO、IZO、ZnO等化合物來形成疊構並提升導電特性與穿透度，如Mg:Ag搭配ITO，其整體薄膜穿透率可達70%，搭配OLED元件穿透率可達50%，其中若將注入層使用離子化合物取代便可形成注入層/金屬/透明金屬化合物之DMD (Dielectric/Metal/Dielectric)架構，如LiF/Al/ITO其元件穿透度可提升至60%。此外，金屬在極薄的情況下(<10 nm)因容易聚集形成導狀結構，進而降低導電特性，因此，陸續提出LiF/Al/Al:SiO等結構來克服薄金屬成膜性不佳，但此設計卻額外帶來元件穿透度下降的問題。
使用薄金屬與鹼金族鹽類或金屬氧化物所形成的化合物薄膜作為複合注入層材料並取代傳統DMD結構，可達到製程簡化之目的。製程方法為採用可量產之蒸鍍法，以圖五為例，當鹼金族鹽類與薄金屬作用時，具有低功函數且活潑的鹼金族鹽類離子會被釋出，當施與外部驅動電壓時，藉由…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
作者：蔡宇翔、黃奕翔、陳冠廷／工研院電光系統所
★本文節錄自「工業材料雜誌」392期，更多資料請見下方附檔。