91、柔性显示屏与触摸屏技术解析

柔性显示与触控技术融合解析

熬夜协会会长

于 2025-11-07 09:38:35 发布

阅读量16

点赞数

CC 4.0 BY-SA版权

分类专栏：解密视觉显示的科技密码文章标签：柔性显示屏触摸屏技术自热效应

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/tcp8optimizer/article/details/154888365

解密视觉显示的科技密码专栏收录该内容

100 篇文章 ¥499.90

订阅专栏¥69.90

会员秒杀 ¥9.9 重磅福利

超级会员免费看

柔性显示屏与触摸屏技术解析

1. 柔性显示屏的技术挑战

1.1 其他技术挑战概述

在柔性电子产品和基于塑料基板的显示屏实际运行中，有两个挑战需解决，即自热效应和机械耐久性。由于柔性显示屏薄且易碎，在小半径弯曲或折叠时，考虑其机械耐久性很重要。所选柔性基板的特性，如热膨胀系数（TCE）、杨氏模量、薄膜厚度和粘度等，会影响显示屏运行时产生的热机械应力，进而影响其耐久性。使用过程中的机械耐久性问题，需通过在存储和使用时对柔性显示屏进行适当封装/支撑来解决，以确保背板/显示屏不会承受超过弹性极限的应力。

1.2 自热效应

1.2.1 自热效应原理

在玻璃基板上的薄膜晶体管（TFT）中，自热效应是众所周知的。当TFT处于导通状态时，源 - 漏电流会产生焦耳热，使TFT温度升高，这就是自热效应。对于基于塑料基板的柔性电子产品和显示屏来说，这是一个重大障碍，因为塑料基板的热导率远低于玻璃基板。

1.2.2 不同材料的热导率

固体材料	热导率（W·m⁻¹·K⁻¹）
铝	2.39
不锈钢	0.162
多晶硅	1.55
硅	1.48
非晶硅	0.018
SiO₂玻璃	0.014
聚酰亚胺	0.0052
塑料薄膜	~0.002

从表格中可以看出，塑料薄膜的热导率极低，这使得热量难以从TFT的半导体沟道层散发出去，导致器件温度升高。因此，对于性能相同的TFT，柔性塑料背板和显示屏比玻璃基板上的背板和显示屏更容易受到自热效应的影响。

1.2.3 自热效应的影响

过度的温度升高会导致塑料材料变形或TFT器件从基板上分层，还会影响TFT器件性能，进而影响显示屏性能。

1.2.4 显示介质对自热问题的影响

不同的显示介质对自热问题的严重程度也有影响。例如，与不产生任何光（或热）、仅调制反射环境光的有源矩阵电子纸显示（AM EPD）相比，涉及连续电流流动和通过有机发光二极管（OLED）像素产生热量的柔性有源矩阵OLED（AM OLED）显示屏，自热问题预计会更严重。

1.2.5 减轻自热效应的方法

可以通过以下方法减轻自热效应：
1. 优化TFT形状 ：为了有效散热，可以使用多个通道宽度较小的TFT并联，而不是使用单个通道宽度较大的TFT器件，同时保持所需的源 - 漏电流。
2. 改善TFT电气性能 ：例如提高迁移率和降低阈值电压。
3. 缩放TFT尺寸 ：如调整沟道长度和介电厚度。
4. 采用节能驱动电路 。
5. 使用高导热金属箔基板 ：高导热性的金属箔基板可以大大减轻自热效应。

1.3 柔性显示屏制造策略

1.3.1 直接制造策略

近年来，在柔性基板的开发和兼容的TFT处理方法方面取得了显著进展。对于小尺寸显示屏，已经证明可以在可用的柔性基板上直接制造TFT背板，但目前这种方法对于大尺寸显示屏并不实用，特别是在使用无机TFT时。目前，大尺寸显示屏直接制造方法的障碍包括：通过当前的板对板、批量式TFT处理设备对薄、柔性和自支撑基板进行机械处理的问题，以及由于收缩和热膨胀系数不匹配导致的尺寸稳定性问题。虽然直接处理策略可能更适合低成本的卷对卷（RTR）处理，但要实现可行的整体方法，直接TFT处理技术和RTR处理技术都需要显著进步。目前，有机薄膜晶体管（OTFT）技术更适合直接处理和RTR制造方法。

1.3.2 器件层转移（DLT）策略

器件层转移（DLT）策略对于制造高质量柔性显示屏是可行的，但目前，良率和成本是使用该技术的障碍，特别是对于大面积柔性显示屏。粘结 - 脱粘和原位塑料涂层方法都有望为制造具有各种显示介质和广泛尺寸的柔性显示屏提供可行途径。目前，柔性不锈钢箔、聚合物基板、临时粘合剂以及塑料涂层方法的发展，正在推动这两种TFT处理策略的进步。

1.4 柔性显示屏的发展现状

目前，OLED和EPD柔性显示屏都在积极开发中，虽然也有一些柔性液晶显示器（LCD）的开发工作。已经展示了使用非晶硅（a - Si）TFT、低温多晶硅（LTPS）TFT和有机TFT（O - TFT）背板，以及塑料和不锈钢基板的令人印象深刻的柔性电泳显示器。柔性AM EPD预计很快将在电子书和其他超低功耗显示应用中实现商业化。

由于柔性OLED被认为是终极显示屏，预计将继续开发各种技术元素以实现其制造。开发具有成本效益的多层阻挡膜并将其与背板和OLED显示屏制造工艺集成，是实现柔性AM OLED显示屏的重要推动因素。在低温a - Si TFT、LTPS TFT、OTFT和有机半导体TFT（OSC - TFT）技术应用于柔性AM OLED显示屏方面也在不断取得重要进展。此外，OLED介质本身在提高发光效率、降低驱动电压和延长寿命方面也在不断取得重要进展。这些进展可以放宽有源矩阵TFT器件对驱动电流和TFT栅极偏置应力稳定性的要求，从而加速柔性AM OLED的发展。

制造柔性显示屏，特别是柔性AM OLED显示屏，所需的科学和技术发展是一项艰巨的技术挑战。虽然在这方面已经取得了显著进展，但仍有许多技术问题有待解决。然而，由于柔性显示产品和系统具有显著的价值主张，当前采用的方法解决现有技术问题的可能性很高，并且行业对该技术的投资水平很高，因此柔性AM OLED成功开发的潜力很大。

2. 触摸屏技术

2.1 触摸屏技术概述

触摸屏技术包括多种类型，不同类型的触摸屏在原理、设计、材料、优缺点等方面存在差异。下面将详细介绍几种常见的触摸屏技术。

2.2 电阻式触摸屏

2.2.1 四线电阻式触摸屏

工作原理 ：通过在两层导电层上施加电压，当触摸屏幕时，两层导电层接触，通过检测接触点的电压变化来确定触摸位置。
设计：通常由两层导电层和间隔点组成，两层导电层之间有一定的间隙。
材料和结构 ：导电层一般采用氧化铟锡（ITO）等材料，间隔点用于保持两层导电层之间的距离。
优点：成本低、技术成熟、对触摸物体要求不高。
缺点：容易受到划伤、透光率较低、不支持多点触摸。
总结：四线电阻式触摸屏适用于对成本敏感、对触摸精度要求不高的应用场景。

2.2.2 八线电阻式触摸屏

设计：在四线电阻式触摸屏的基础上增加了四条线，用于提高触摸精度和线性度。
材料和结构 ：与四线电阻式触摸屏类似，但增加了额外的线路。
优点：触摸精度和线性度较高。
缺点：成本相对较高。
总结：八线电阻式触摸屏适用于对触摸精度要求较高的应用场景。

2.2.3 五线电阻式触摸屏

工作原理 ：通过在一层导电层上施加电压，另一层导电层作为感应层，当触摸屏幕时，感应层检测到电压变化来确定触摸位置。
设计：结构相对复杂，需要精确的电路设计。
材料和结构 ：导电层和感应层采用特殊的材料和工艺。
优点：触摸精度高、耐用性好、支持多点触摸。
缺点：成本较高、安装调试复杂。
总结：五线电阻式触摸屏适用于对触摸精度和耐用性要求较高的应用场景。

2.2.4 电阻式多点触摸屏

数字多点电阻式（DMR） ：通过数字信号处理技术实现多点触摸检测。
模拟多点电阻式（AMR） ：采用模拟信号处理技术实现多点触摸检测。
总结：电阻式多点触摸屏可以实现多点触摸功能，但在触摸精度和响应速度方面可能存在一定的局限性。

2.3 电容式触摸屏

2.3.1 表面电容式触摸屏

设计：在玻璃表面涂覆一层导电材料，形成电容。
材料和结构 ：导电材料一般为ITO，玻璃作为基板。
优点：透光率高、触摸灵敏度高、响应速度快。
缺点：容易受到外界干扰、不支持戴手套触摸。
总结：表面电容式触摸屏适用于对显示效果和触摸灵敏度要求较高的应用场景。

2.3.2 投射电容式触摸屏

设计：通过在玻璃基板上蚀刻出多个电容电极，形成电容阵列。
材料和结构 ：电容电极采用ITO等材料，玻璃基板具有良好的绝缘性能。
优点：支持多点触摸、触摸精度高、抗干扰能力强。
缺点：成本较高、对环境湿度敏感。
总结：投射电容式触摸屏适用于对多点触摸功能和触摸精度要求较高的应用场景。

2.4 光学式触摸屏

2.4.1 扫描红外触摸屏

设计：在屏幕周围布置红外发射和接收装置，通过检测红外光线的遮挡来确定触摸位置。
材料和结构 ：红外发射和接收装置采用特殊的光学材料和电路设计。
优点：触摸精度高、支持多点触摸、不受外界环境干扰。
缺点：成本较高、对安装环境要求较高。
总结：扫描红外触摸屏适用于对触摸精度和多点触摸功能要求较高的大型显示屏应用场景。

2.4.2 基于摄像头的光学触摸屏

设计：通过摄像头捕捉触摸物体的图像，利用图像处理技术确定触摸位置。
材料和结构 ：摄像头采用高分辨率的图像传感器和光学镜头。
优点：可以实现大尺寸触摸屏、支持多点触摸。
缺点：响应速度较慢、对光线环境要求较高。
总结：基于摄像头的光学触摸屏适用于对尺寸要求较大、对触摸精度要求相对较低的应用场景。

2.4.3 表面计算触摸屏

表面计算触摸屏结合了多种技术，实现了更加复杂的交互功能，但目前相关技术还在不断发展和完善中。

2.5 声学式触摸屏

2.5.1 表面声波触摸屏

设计：在玻璃表面传播超声波，当触摸屏幕时，超声波的传播受到干扰，通过检测干扰信号来确定触摸位置。
材料和结构 ：玻璃基板具有良好的声学性能，表面涂覆有特殊的保护膜。
优点：触摸精度高、透光率高、耐用性好。
缺点：容易受到灰尘和水的影响、对安装环境要求较高。
总结：表面声波触摸屏适用于对触摸精度和显示效果要求较高的应用场景。

2.5.2 导波声学触摸屏（GAW）

导波声学触摸屏利用导波原理传播声波，具有较高的灵敏度和精度，但目前应用相对较少。

2.5.3 色散信号技术（DST）和声学脉冲识别（APR）

这两种技术通过检测声波的色散和脉冲特征来确定触摸位置，具有一定的优势，但也存在一些局限性。

2.6 内嵌式触摸屏

内嵌式触摸屏将触摸功能集成到显示屏内部，具有轻薄、美观等优点，但技术难度较大，目前还处于发展阶段。

2.7 触摸屏技术总结

不同类型的触摸屏技术各有优缺点，在实际应用中需要根据具体需求选择合适的触摸屏技术。随着技术的不断发展，触摸屏技术将不断创新和完善，为用户带来更加便捷、高效的交互体验。

下面是一个简单的流程图，展示了选择触摸屏技术的基本流程：

graph LR
    A[确定应用场景] --> B{对成本要求}
    B -- 低 --> C{对触摸精度要求}
    B -- 高 --> D{对多点触摸功能要求}
    C -- 低 --> E[四线电阻式触摸屏]
    C -- 高 --> F{对耐用性要求}
    F -- 低 --> G[八线电阻式触摸屏]
    F -- 高 --> H[五线电阻式触摸屏]
    D -- 否 --> I{对显示效果要求}
    I -- 低 --> J[表面电容式触摸屏]
    I -- 高 --> K[投射电容式触摸屏]
    D -- 是 --> L{对尺寸要求}
    L -- 小 --> M[投射电容式触摸屏]
    L -- 大 --> N[扫描红外触摸屏]

这个流程图可以帮助用户根据应用场景的不同需求，初步选择合适的触摸屏技术。在实际选择时，还需要考虑其他因素，如安装环境、维护成本等。

3. 柔性显示屏与触摸屏技术的关联与协同发展

3.1 技术融合的需求与趋势

随着科技的不断进步，用户对于显示设备的要求越来越高，不仅期望显示屏具备良好的柔性，还希望其拥有便捷的触摸交互功能。因此，将柔性显示屏技术与触摸屏技术进行融合成为了必然的发展趋势。这种融合能够为用户带来更加丰富、自然的交互体验，拓展显示设备的应用场景，例如可穿戴设备、折叠手机、智能手表等。

3.2 不同触摸屏技术与柔性显示屏的适配性

3.3 技术协同发展的案例与应用

目前，已经有一些将柔性显示屏与触摸屏技术成功结合的案例。例如，某品牌的折叠手机采用了柔性OLED显示屏和投射电容式触摸屏技术，实现了可折叠的设计和流畅的触摸交互体验。在可穿戴设备领域，也有产品使用了柔性AM EPD显示屏和电阻式触摸屏技术，满足了低功耗和基本触摸操作的需求。

4. 未来发展展望

4.1 技术创新方向

未来，柔性显示屏和触摸屏技术将朝着更加轻薄、耐用、高分辨率、高灵敏度和低功耗的方向发展。在柔性显示屏方面，可能会出现新型的柔性基板材料和显示技术，进一步提高显示屏的柔韧性和稳定性。在触摸屏技术方面，有望研发出更加先进的触摸感应技术，提高触摸精度和响应速度，同时降低成本和功耗。

4.2 应用场景拓展

随着技术的不断进步，柔性显示屏和触摸屏技术的应用场景将不断拓展。除了现有的可穿戴设备、折叠手机、电子书等领域，还可能应用于智能家具、汽车内饰、医疗设备等领域。例如，智能家具中的柔性显示屏和触摸屏可以实现更加人性化的交互操作；汽车内饰中的柔性显示屏和触摸屏可以提供更加丰富的信息显示和控制功能；医疗设备中的柔性显示屏和触摸屏可以提高设备的便携性和操作的便捷性。

4.3 面临的挑战与解决方案

虽然柔性显示屏和触摸屏技术有着广阔的发展前景，但也面临着一些挑战。例如，柔性显示屏的成本较高，大规模生产的良率较低；触摸屏技术在与柔性显示屏结合时，存在适配性问题等。为了解决这些问题，需要加强技术研发和创新，提高生产工艺水平，降低生产成本。同时，还需要加强产业链上下游企业之间的合作，共同推动技术的发展和应用。

以下是一个简单的流程图，展示了柔性显示屏与触摸屏技术未来发展的主要环节和方向：

graph LR
    A[技术创新] --> B[材料研发]
    A --> C[工艺改进]
    B --> D[新型柔性基板材料]
    B --> E[高性能触摸感应材料]
    C --> F[提高生产良率]
    C --> G[降低生产成本]
    D --> H[更轻薄柔韧的显示屏]
    E --> I[更灵敏精准的触摸屏]
    F --> J[大规模商业化应用]
    G --> K[提高市场竞争力]
    H --> L[拓展应用场景]
    I --> L
    J --> L
    K --> L

这个流程图清晰地展示了从技术创新到应用场景拓展的整个过程，强调了材料研发、工艺改进等关键环节对于推动柔性显示屏和触摸屏技术发展的重要性。

5. 总结

柔性显示屏和触摸屏技术作为当前显示领域的重要发展方向，各自有着独特的技术特点和应用优势。柔性显示屏在解决自热效应、机械耐久性等技术挑战的过程中，不断取得新的进展，为实现更加轻薄、可折叠的显示设备奠定了基础。触摸屏技术则提供了多样化的交互方式，满足了不同用户的需求。

将柔性显示屏技术与触摸屏技术进行融合，能够为用户带来更加优质的显示和交互体验。然而，在融合过程中，还需要解决适配性、成本等问题。未来，随着技术的不断创新和发展，柔性显示屏和触摸屏技术有望在更多领域得到广泛应用，为人们的生活和工作带来更多的便利和创新。在选择相关技术和产品时，用户应根据自身的需求和实际情况，综合考虑各种因素，做出合适的选择。