北京時間10月16日消息，中國觸摸屏網(wǎng)訊，基于OLED柔性顯示的關鍵工藝介紹。OLED作為一種新型顯示技術，具有視角范圍廣，響應速度快，色彩純度高等特點，并作為背光源廣泛應用于液晶LCD顯示。OLED的獨特之處在于其能夠?qū)崿F(xiàn)柔性可彎曲。然而，由于液晶顯示中的背光單元結(jié)構和液晶控制電路之間的微小空間結(jié)構，現(xiàn)有的基于OLED的液晶顯示很難實現(xiàn)真正的彎曲。目前，隨著技術的快速發(fā)展，基于OLED顯示的市場份額逐漸增加。推動OLED市場份額增長的下一個引擎將是OLED柔性顯示。

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目前，OLED顯示器的成熟產(chǎn)品主要有兩種類型，包括硬質(zhì)平面型和固定曲率型。所謂的硬質(zhì)平面型，通常都是由兩片剛性玻璃構成，一片是包含控制電路和OLED器件的，另一個是集成觸摸板功能。兩片玻璃通過激光焊接工藝集成一體。而所謂的固定曲率型是基于柔性OLED技術，在柔性基板依次制備控制電路、OLED器件和薄膜封裝層，并將所制備的柔性LED器件壓合在固定曲率的玻璃基底上，從而得到具有一定彎曲的OLED器件。雖然OELD器件本身可可以彎曲，但最終產(chǎn)品本身不能實現(xiàn)彎曲和折疊，這也限制了消費者根據(jù)自己的使用需求來進行個性化體驗和定制。不論是消費者還是從業(yè)者，希望盡快推出真正的柔性彎曲OLED顯示產(chǎn)品。眾所周知，柔性OLED的制備工藝復雜，而為了實現(xiàn)良好的產(chǎn)品特性，有一些關鍵步驟需要必須克服。

本文主要介紹一下OLED柔性顯示的一些關鍵工藝，主要從柔性襯底材料，低溫半導體電路層制備，薄膜封裝這三個方面進行概要介紹。

柔性襯底材料

柔性和剛性OLED器件的最大區(qū)別并非是功能材料，而是襯底材料。剛性OLED通常采用玻璃作為襯底材料，而柔性OLED則使用塑料基底作為柔性襯底。目前襯底材料的篩選需要考慮的因素包括熱承受溫度和耐水氧穿透特性，以及膨脹特性等。

柔性基底的耐溫特性通常與OLED的制備工藝相關，在OLED器件制備工藝中，包括半導體層和有機功能層多采用熱蒸鍍工藝來制備，工藝溫度高于400℃。普通的塑料襯底在這個溫度難以保持穩(wěn)定。目前，聚酰亞胺（PI）能夠?qū)崿F(xiàn)更好的耐熱性和穩(wěn)定性，因此廣泛作為OLED的柔性顯示襯底材料。然而，普通的聚酰亞胺材料呈現(xiàn)出透明黃色，這限制了底部發(fā)光OLED中的應用。針對這個問題，目前市場已經(jīng)有透明聚酰亞胺材料可以規(guī)避這個問題。

此外，聚酰亞胺的另一個缺點，而這也是所有聚合物材料所面臨的問題，即為較高的水蒸氣傳輸速率（WVTR）。較高的水分傳輸速率意味著水分將通過聚合物層以破壞TFT特性，甚至降低OLED性能。通常無機材料具有較低的傳輸速率，然而剛性結(jié)構難以適用于柔性OLED器件。近期的研究表明，通過制備聚合物/納米無機的多層疊層結(jié)構可以極大改善純聚合物材料的水汽傳輸特性，并且能夠保持柔性可彎曲。近期的研究人員制備了基于PI/無機材料的疊層襯底材料，研究結(jié)果表明，疊層結(jié)構表現(xiàn)出比單層PI基板更低的WVTR系數(shù)。實際測試中，疊層結(jié)構襯底的OLED樣品中，384小時依然保持良好的工作穩(wěn)定性，沒有明顯的暗點和壞點產(chǎn)生。相反，在相同測試條件下，單層PI襯底的OLED器件性能衰減明顯，有許多暗點和壞點產(chǎn)生。

疊層結(jié)構襯底材料的另外一個優(yōu)勢就是膨脹穩(wěn)定性。圖1的結(jié)果是不同的襯底材料在不同的變化溫度下的尺寸變化情況。從圖中可以明顯看出，疊層結(jié)構在高溫下表現(xiàn)出比單層基板低的尺寸變化，其膨脹特性接近玻璃，充分表明這種結(jié)構能夠?qū)崿F(xiàn)良好的工藝匹配性。

圖1.不同封裝基板的在不同溫度下的尺寸穩(wěn)定性

 

半導體制程工藝

傳統(tǒng)的玻璃襯底能夠承受最高800℃的工藝溫度。然而，由于柔性PI襯底材料的耐溫特性有限，只能承受小于450℃的熱蒸發(fā)制備工藝，而這對OLED器件的半導體制備工藝提出了極大的考驗。目前的制備工藝主要采用蒸鍍方式實現(xiàn)功能層制備。首先，將一層聚酰亞胺漿料涂覆在載體玻璃上并固化作為柔性襯底，進行低溫半導體工藝制備。在半導體電路制備完成后，然后進行OLED功能層制備，將其從玻璃上剝離。為了避免來自隨后的結(jié)晶過程的污染和損壞，需要使用等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）方法將SiNx和SiOx的緩沖層沉積在PI基板上。然后通過準分子激光退火（ELA）沉積一層a-Si膜，以用作多晶硅溝道層。在柵極-絕緣體（GI）沉積之后，濺射鉬并且圖案作為柵極切斷。隨后進行P +注入，形成源極/漏極結(jié)區(qū)。在層間電介質(zhì)（ILD）沉積之后，然后進行低于450℃的退火以激活注入的摻雜劑并增強TFT特性。然后通過金屬層形成觸點和源/漏電極。得到的TFT結(jié)構如圖2所示。

圖2. P型TFT結(jié)構圖

 

圖3為采用低溫半導體工藝制備的p型TFT的Id-Vg曲線，其特征是漏極電壓分別為0.1 V和10 V，PTFT的尺寸為3μm/3μm，在玻璃基板上具有高退火溫度，在柔性基板上具有低退火溫度。結(jié)果表明，TFT在柔性基板上具有較低的退火溫度，具有較小的導通電流，較大的截止電流和較低的遷移率。并且Ion/Ioff比率約為玻璃基板上的高退火溫度的五分之一。

圖3. p型TFT的Id-Vg曲線，其特征是漏極電壓分別為0.1 V和10 V，PTFT的尺寸為3μ

 

薄膜封裝

薄膜封裝是影響OLED特性的關鍵工藝之一。研究結(jié)果表明，多層薄膜封裝（TFE）為柔性OLED顯示器提供了良好的水氧隔絕特性。然而，TFE的阻擋層通常會在反復的彎曲過程中產(chǎn)生較大的應力變化從而破壞。因此，如何進行良好的薄膜封裝結(jié)構設計來緩解彎曲中產(chǎn)生的應力的破壞。目前的方案是在彎曲應力集中的區(qū)域放置阻擋層結(jié)構，目的是是通過調(diào)節(jié)薄膜封裝結(jié)構的結(jié)構和厚度，來平衡由彎曲引起的應力。

薄膜封裝工藝對于微粒子的覆蓋能力也是評價封裝工藝的標準之一。在圖4中展示了多層封裝工藝對于顆粒的覆蓋效果。實驗中中設計了一個尺寸為11um高度的聚苯乙烯（PS）微粒子，并使用三層TFE來對PS粒子進行封裝補償。同時測試了不同厚度的有機層的補償能力。分別使用無機材料和有機材料作為封裝層，封裝測過的厚度為8.2um和10um才可以實現(xiàn)覆蓋PS粒子，并可以為內(nèi)部環(huán)境和空間提供良好的密封特性。然而，較低的封裝層厚度意味著頂部的應力集中現(xiàn)象更加明顯，長期使用穩(wěn)定性會面臨更大的考驗。

 

圖4.在上涂層上制造的PS顆粒的橫截面圖。并在上面分別進行無機/有機/無機的沉積封裝。

參考文獻：The Challenges of Flexible OLED Display Development.Shan-Chen Kao,Liang-Jian Li, Ming-Che Hsieh, Song Zhang, Pao-Ming Tsai,Zhong-Yuan Sun, Da-WeiWang.
 

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