柔性OLED應用優(yōu)勢及制備工藝流程詳解

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

咨詢公司DSCC的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前終端市場已發(fā)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(jīng)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(nèi)市場，京東方柔性產(chǎn)品出貨量高達86.7%，保持了行業(yè)領先的優(yōu)勢地位。

2020年，隨著國家對“新基建”戰(zhàn)略的實施推進，我國的5G商用化和物聯(lián)網(wǎng)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(chǎn)品或?qū)CD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(yōu)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(yōu)勢

柔性顯示是指使用柔性基板制備成超薄、超輕、可彎曲產(chǎn)品的顯示技術?；谌嵝燥@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(fā)光二極管）是一種基于有機材料的自發(fā)光顯示器件，主要由基板、TFT驅(qū)動陣列和OLED發(fā)光器件（金屬陰極+有機發(fā)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(xiàn)動態(tài)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(jù)柔性顯示技術發(fā)展，柔性產(chǎn)品形態(tài)一般經(jīng)歷三個發(fā)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(fā)展也基本是這三個階段：

1、柔性可彎曲：實際上已經(jīng)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(fā)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(tài)，打破智能手機、平板電腦、筆記本、顯示器等產(chǎn)品間的邊界。

2018年，央視頻道的《加油！向未來》節(jié)目中，有一期內(nèi)容專門針對柔性屏設計了非?？量痰膶嶒灄l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(jīng)十分引人入勝。柔性卷曲，國產(chǎn)柔性屏幕的品質(zhì)已經(jīng)具備，但是柔性卷曲智能終端的面世，還需要整個產(chǎn)業(yè)的努力，如電池、PCB、保護玻璃等部件都需要實現(xiàn)柔性化。

02 柔性OLED顯示器件生產(chǎn)工藝

柔性OLED器件的結構主要有背板（BP）和有機發(fā)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(jīng)成膜完畢?；灞砻娴钠秸?、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(jīng)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(fā)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(fā)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(zhì)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(fā)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(shù)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(xiàn)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(fā)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(fā)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(guī)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(wěn)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(nèi)部而導致其壽命和性能下降，發(fā)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(tǒng)的蓋板封裝：是在充滿惰性氣體的環(huán)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(fā)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(fā)生反應，在基片上沉積出所期望的薄膜）方式實現(xiàn)，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(xiàn)良好的致密度，從而獲得優(yōu)秀的水氧阻隔性能，這對工藝技術要求很高。目前行業(yè)內(nèi)在檢討采用ALD（原子層沉積，即一種可以將物質(zhì)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(chǎn)能和良率優(yōu)勢，在柔性OLED市場中具備壟斷優(yōu)勢。

然而，隨著中國大陸地區(qū)投建的11條柔性產(chǎn)線陸續(xù)實現(xiàn)量產(chǎn)，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(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)，其中成都柔性6代線的生產(chǎn)良率已經(jīng)達到業(yè)內(nèi)較高水平，國產(chǎn)柔性屏幕的競爭力在穩(wěn)步提升。

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