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      柔性OLED應用優勢及制備工藝流程詳解

      作者: 創新君     時間:2020-03-23     源于:觸摸屏與OLED網    總點擊:
      【導讀】:在一線大廠的帶動下,柔性OLED產品或將對LCD和剛性OLED智能手機市場展開全面滲透。柔性OLED為何備受青睞?它有哪些應用優勢,其制備工藝流程又是怎樣的,本文將做詳解。

      ​柔性OLED,作為半導體顯示領域的一個重要發展方向,越來越受到市場關注。

      咨詢公司DSCC的統計數據顯示,目前終端市場已發布的5G手機中,約83%的手機采用了OLED屏幕,而折疊屏手機已經成為華為等主要終端廠商5G旗艦機型的首選。

      從顯示面板端來看,柔性顯示面板出貨量也呈上升趨勢。2019年,中國AMOLED面板廠出貨約5600萬片,同比增長133.5%,全球出貨量占比為12%,其中京東方位列全球第二,在國內市場,京東方柔性產品出貨量高達86.7%,保持了行業領先的優勢地位。

      2020年,隨著國家對“新基建”戰略的實施推進,我國的5G商用化和物聯網建設也將提速,作為交互端口的智能手機也將在人們的日常生活中變得不可或缺,在一線大廠的帶動下,柔性OLED產品或將對LCD和剛性OLED智能手機市場展開全面滲透。

      那么,柔性OLED為何備受青睞?它有哪些應用優勢,其制備工藝流程又是怎樣的,本文將做詳解。

      01 柔性顯示的應用優勢

      柔性顯示是指使用柔性基板制備成超薄、超輕、可彎曲產品的顯示技術。基于柔性顯示技術,手機可以戴在手腕上、平板電腦可以折成小本放進口袋,電視也可以像畫軸一樣自由舒卷。

       AMOLED(有源矩陣有機發光二極管)是一種基于有機材料的自發光顯示器件,主要由基板、TFT驅動陣列和OLED發光器件(金屬陰極+有機發光層+陽極)組成,具有超薄、響應速度快、寬視角、高對比度等特點,非常適合柔性顯示。


       

      當AMOLED使用聚合物塑料或金屬箔片等柔性基板材料時,具有較強的抗彎曲能力,可實現動態彎曲顯示,甚至折疊顯示,在智能手機、可穿戴設備和車載等領域具有廣闊的應用前景。

      根據柔性顯示技術發展,柔性產品形態一般經歷三個發展階段:即可彎曲(Bendable)、可折疊(Foldable)和可卷曲(Rollable)。

      而近幾年,柔性智能手機的發展也基本是這三個階段:

      1、柔性可彎曲:實際上已經應用到雙弧邊全面屏手機中。但這種設計的目的是為提高屏占比,并未給用戶帶來“可柔”的樂趣。


       

      2、柔性可折疊:它將柔性智能手機帶入一個新的發展階段。2019年2月,華為在世界移動通信大會上推出它的首款5G柔性折疊手機Mate X,這款手機搭載了京東方8英寸柔性屏幕,沿固定鉸鏈可折疊,使智能手機兼具平板電腦的特性。這正是柔性折疊技術賦予智能移動終端的意義:一機多用,便于攜帶。


       

      3、柔性可卷曲:屏幕可任意卷曲,將顛覆智能終端的固有形態,打破智能手機、平板電腦、筆記本、顯示器等產品間的邊界。

      2018年,央視頻道的《加油!向未來》節目中,有一期內容專門針對柔性屏設計了非常苛刻的實驗條件:1mm半徑卷軸手動卷屏、100℃沸水煮、4噸液壓機重壓。

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      但這款由京東方成都柔性6代線提供的5.99英寸的柔性屏幕竟然十分頑強,被“虐”之后完好無損,仍然能正常顯示,讓人嘆為觀止。

      雖然,針對柔性卷曲,僅僅是個科普試驗,但是對于柔性卷曲的未來應用已經十分引人入勝。柔性卷曲,國產柔性屏幕的品質已經具備,但是柔性卷曲智能終端的面世,還需要整個產業的努力,如電池、PCB、保護玻璃等部件都需要實現柔性化。

      02 柔性OLED顯示器件生產工藝

      柔性OLED器件的結構主要有背板(BP)和有機發光層(EL)兩部分,對應工藝分為三部分,一部分是背板技術,一部分是EL技術,最后一部分是封裝,如下圖示。

      背板部分,目前柔性AMOLED通常采用LTPS(低溫多晶硅)背板。

      柔性OLED面板主要工藝流程

      1、ITO基板預處理

      ITO作為陽極,通常是制作TFT背板的過程中已經成膜完畢。基板表面的平整度、清潔度都會影響有機薄膜材料的生長情況和OLED性能,因此必須對ITO表面進行嚴格清洗。

      2、EL成膜

      經過ITO基板預處理后制備OLED材料包括有機小分子、高分子聚合物、金屬及合金等。大部分有機小分子薄膜通過真空熱蒸鍍來制備,可溶性有機小分子和聚合物薄膜可通過更為簡單、快速和低成本的溶液法制備,先后開發出了旋涂法、噴墨打印、激光轉印等技術。金屬及合金薄膜通常采用真空熱蒸鍍來制備。下面重點介紹真空熱蒸鍍和噴墨打印兩種工藝。

      (1)真空熱蒸鍍 :指在真空中通過電流加熱、電子束轟擊和激光加熱等方式,使被蒸鍍材料蒸發成原子或分子,它們隨即以較大的自由程作直線運動,碰撞基片表面而凝結形成薄膜。蒸鍍成膜的具體位置由Fine Metal Mask(FMM,即高精細金屬掩模板)來進行控制。

      蒸鍍工藝對真空度、成膜厚度、FMM對位以及物料傳輸過程中的雜質控制有嚴格要求。目前蒸鍍工藝在各種EL成膜方式中設備、技術成熟度最高,它可以用來制備注入層、傳輸層、發光層和陰極材料。它的缺點是成膜速度慢、有機材料利用率低、大尺寸成膜均勻性不佳。因此蒸鍍工藝主要用于中小尺寸的OLED器件制備。

      (2)噴墨打印 :指預先將各種不同的有機功能層材料制成墨水灌裝到墨盒,利用計算機將圖形信息轉化為數字信號,并控制噴嘴的移動和墨滴的擠出,墨滴噴射到相應位置形成所需圖案,從而實現精確、定量、定位沉積,完成最終的印制品。噴墨打印可用于制備空穴傳輸層、發光層以及陰極材料,其他膜層仍需借助蒸鍍工藝完成,全膜層噴墨打印技術正在研發中。與蒸鍍相比,噴墨打印工藝簡單,大幅提升材料利用率,適用于制備大尺寸OLED器件。 未來,隨著打印技術的成熟和大規模應用,OLED的制造成本可大幅度降低。

      噴墨打印相關技術中,高分子聚合物墨水的研制最為重要,因為噴出液滴的均勻性主要取決于墨水的物理特性。目前由于墨水配方和打印工藝不夠穩定,容易造成EL性能、均勻性和信賴性不佳,這是噴墨打印急需解決的技術難題。

      3、封裝工藝

      為防止水氧和灰塵進入OLED顯示器件內部而導致其壽命和性能下降,發展OLED封裝工藝很有必要。目前常見的封裝技術為玻璃或金屬蓋板封裝,以及薄膜封裝。

      (1)傳統的蓋板封裝:是在充滿惰性氣體的環境下,用紫外光固化膠將OLED玻璃和玻璃蓋板或金屬蓋板粘接,從而將夾在蓋板、基板間的有機層和電極密封,隔絕外界的水氧與灰塵。蓋板封裝的缺點是金屬蓋板易翹曲變形,而玻璃蓋板易碎,且不適合發展柔性OLED技術。

      (2)薄膜封裝:通過沉積一定厚度的薄膜保護層來替代蓋板封裝,是目前主流的OLED封裝工藝。薄膜封裝包括無機薄膜封裝、有機薄膜封裝以及有機/無機層交疊的復合封裝等。薄膜封裝通常依靠PECVD(離子體增強化學氣相沉積,即借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離,在局部形成等離子體,而等離子體化學活性很強,很容易發生反應,在基片上沉積出所期望的薄膜)方式實現,但隨著柔性OLED的興起與輕薄化的要求,對封裝層的厚度也要求越來越薄。在較小的厚度下實現良好的致密度,從而獲得優秀的水氧阻隔性能,這對工藝技術要求很高。目前行業內在檢討采用ALD(原子層沉積,即一種可以將物質以單原子膜形式一層一層的鍍在基底表面的方法,類似于普通的化學沉積)工藝達到上述效果。

      03 展望

      從上述柔性OLED的制備工藝可以看出,柔性OLED工藝比LCD更加復雜,尤其是高良率的核心蒸鍍工藝,目前仍然主要掌握在韓國廠商手中。

      在過去很長一段時間,韓國廠商憑借產能和良率優勢,在柔性OLED市場中具備壟斷優勢。

      然而,隨著中國大陸地區投建的11條柔性產線陸續實現量產,柔性OLED在全球的市場格局必然會被打破。目前,京東方在成都和綿陽的柔性6代線已經實現量產,其中成都柔性6代線的生產良率已經達到業內較高水平,國產柔性屏幕的競爭力在穩步提升。

      隨著柔性工藝的成熟,國產柔性屏幕的生產良率會進一步提升,在全球市場競爭中或有機會實現彎道超車。


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