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[OLED] 基于OLED柔性显示的关键工艺介绍

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发表于 2019-10-17 14:07:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
OLED作为一种新型显示技术,具有视角范围广,响应速度快,色彩纯度高等特点,并作为背光源广泛应用于液晶LCD显示。OLED的独特之处在于其能够实现柔性可弯曲。然而,由于液晶显示中的背光单元结构和液晶控制电路之间的微小空间结构,现有的基于OLED的液晶显示很难实现真正的弯曲。目前,随着技术的快速发展,基于OLED显示的市场份额逐渐增加。推动OLED市场份额增长的下一个引擎将是OLED柔性显示。

目前,OLED显示器的成熟产品主要有两种类型,包括硬质平面型和固定曲率型。所谓的硬质平面型,通常都是由两片刚性玻璃构成,一片是包含控制电路和OLED器件的,另一个是集成触摸板功能。两片玻璃通过激光焊接工艺集成一体。而所谓的固定曲率型是基于柔性OLED技术,在柔性基板依次制备控制电路、OLED器件和薄膜封装层,并将所制备的柔性LED器件压合在固定曲率的玻璃基底上,从而得到具有一定弯曲的OLED器件。虽然OELD器件本身可可以弯曲,但最终产品本身不能实现弯曲和折叠,这也限制了消费者根据自己的使用需求来进行个性化体验和定制。不论是消费者还是从业者,希望尽快推出真正的柔性弯曲OLED显示产品。众所周知,柔性OLED的制备工艺复杂,而为了实现良好的产品特性,有一些关键步骤需要必须克服。

本文主要介绍一下OLED柔性显示的一些关键工艺,主要从柔性衬底材料,低温半导体电路层制备,薄膜封装这三个方面进行概要介绍。

柔性衬底材料

柔性和刚性OLED器件的最大区别并非是功能材料,而是衬底材料。刚性OLED通常采用玻璃作为衬底材料,而柔性OLED则使用塑料基底作为柔性衬底。目前衬底材料的筛选需要考虑的因素包括热承受温度和耐水氧穿透特性,以及膨胀特性等。

柔性基底的耐温特性通常与OLED的制备工艺相关,在OLED器件制备工艺中,包括半导体层和有机功能层多采用热蒸镀工艺来制备,工艺温度高于400℃。普通的塑料衬底在这个温度难以保持稳定。目前,聚酰亚胺(PI)能够实现更好的耐热性和稳定性,因此广泛作为OLED的柔性显示衬底材料。然而,普通的聚酰亚胺材料呈现出透明黄色,这限制了底部发光OLED中的应用。针对这个问题,目前市场已经有透明聚酰亚胺材料可以规避这个问题。

此外,聚酰亚胺的另一个缺点,而这也是所有聚合物材料所面临的问题,即为较高的水蒸气传输速率(WVTR)。较高的水分传输速率意味着水分将通过聚合物层以破坏TFT特性,甚至降低OLED性能。通常无机材料具有较低的传输速率,然而刚性结构难以适用于柔性OLED器件。近期的研究表明,通过制备聚合物/纳米无机的多层叠层结构可以极大改善纯聚合物材料的水汽传输特性,并且能够保持柔性可弯曲。近期的研究人员制备了基于PI/无机材料的叠层衬底材料,研究结果表明,叠层结构表现出比单层PI基板更低的WVTR系数。实际测试中,叠层结构衬底的OLED样品中,384小时依然保持良好的工作稳定性,没有明显的暗点和坏点产生。相反,在相同测试条件下,单层PI衬底的OLED器件性能衰减明显,有许多暗点和坏点产生。

叠层结构衬底材料的另外一个优势就是膨胀稳定性。图1的结果是不同的衬底材料在不同的变化温度下的尺寸变化情况。从图中可以明显看出,叠层结构在高温下表现出比单层基板低的尺寸变化,其膨胀特性接近玻璃,充分表明这种结构能够实现良好的工艺匹配性。

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半导体制程工艺

传统的玻璃衬底能够承受最高800℃的工艺温度。然而,由于柔性PI衬底材料的耐温特性有限,只能承受小于450℃的热蒸发制备工艺,而这对OLED器件的半导体制备工艺提出了极大的考验。目前的制备工艺主要采用蒸镀方式实现功能层制备。首先,将一层聚酰亚胺浆料涂覆在载体玻璃上并固化作为柔性衬底,进行低温半导体工艺制备。在半导体电路制备完成后,然后进行OLED功能层制备,将其从玻璃上剥离。为了避免来自随后的结晶过程的污染和损坏,需要使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法将SiNx和SiOx的缓冲层沉积在PI基板上。然后通过准分子激光退火(ELA)沉积一层a-Si膜,以用作多晶硅沟道层。在栅极-绝缘体(GI)沉积之后,溅射钼并且图案作为栅极切断。随后进行P +注入,形成源极/漏极结区。在层间电介质(ILD)沉积之后,然后进行低于450℃的退火以激活注入的掺杂剂并增强TFT特性。然后通过金属层形成触点和源/漏电极。得到的TFT结构如图2所示。

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图3为采用低温半导体工艺制备的p型TFT的Id-Vg曲线,其特征是漏极电压分别为0.1 V和10 V,PTFT的尺寸为3μm/3μm,在玻璃基板上具有高退火温度,在柔性基板上具有低退火温度。结果表明,TFT在柔性基板上具有较低的退火温度,具有较小的导通电流,较大的截止电流和较低的迁移率。并且Ion/Ioff比率约为玻璃基板上的高退火温度的五分之一。

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薄膜封装

薄膜封装是影响OLED特性的关键工艺之一。研究结果表明,多层薄膜封装(TFE)为柔性OLED显示器提供了良好的水氧隔绝特性。然而,TFE的阻挡层通常会在反复的弯曲过程中产生较大的应力变化从而破坏。因此,如何进行良好的薄膜封装结构设计来缓解弯曲中产生的应力的破坏。目前的方案是在弯曲应力集中的区域放置阻挡层结构,目的是是通过调节薄膜封装结构的结构和厚度,来平衡由弯曲引起的应力。

薄膜封装工艺对于微粒子的覆盖能力也是评价封装工艺的标准之一。在图4中展示了多层封装工艺对于颗粒的覆盖效果。实验中中设计了一个尺寸为11um高度的聚苯乙烯(PS)微粒子,并使用三层TFE来对PS粒子进行封装补偿。同时测试了不同厚度的有机层的补偿能力。分别使用无机材料和有机材料作为封装层,封装测过的厚度为8.2um和10um才可以实现覆盖PS粒子,并可以为内部环境和空间提供良好的密封特性。然而,较低的封装层厚度意味着顶部的应力集中现象更加明显,长期使用稳定性会面临更大的考验。
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图4.在上涂层上制造的PS颗粒的横截面图。并在上面分别进行无机/有机/无机的沉积封装。

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写的真的很不错,为LED行业出力了
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发表于 2019-10-17 23:04:33 | 显示全部楼层
谢谢楼主,不错不错!
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鄙视楼下的顶帖没我快,哈哈
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路过 帮顶 嘿嘿
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