柔性OLED，作为半导体显示领域的一个重要发展方向，越来越受到市场关注。 




咨询公司DSCC的统计数据显示，目前终端市场已发布的5G手机中，约83%的手机采用了OLED屏幕，而折叠屏手机已经成为华为等主要终端厂商5G旗舰机型的首选。




从显示面板端来看，柔性显示面板出货量也呈上升趋势。2019年，中国AMOLED面板厂出货约5600万片，同比增长133.5%，全球出货量占比为12％，其中京东方位列全球第二，在国内市场，京东方柔性产品出货量高达86.7%，保持了行业领先的优势地位。




2020年，随着国家对“新基建”战略的实施推进，我国的5G商用化和物联网建设也将提速，作为交互端口的智能手机也将在人们的日常生活中变得不可或缺，在一线大厂的带动下，柔性OLED产品或将对LCD和刚性OLED智能手机市场展开全面渗透。




那么，柔性OLED为何备受青睐？它有哪些应用优势，其制备工艺流程又是怎样的，本文将做详解。




一、柔性显示的应用优势



柔性显示是指使用柔性基板制备成超薄、超轻、可弯曲产品的显示技术。基于柔性显示技术，手机可以戴在手腕上、平板电脑可以折成小本放进口袋，电视也可以像画轴一样自由舒卷。


 


 AMOLED（有源矩阵有机发光二极管）是一种基于有机材料的自发光显示器件，主要由基板、TFT驱动阵列和OLED发光器件（金属阴极+有机发光层+阳极）组成，具有超薄、响应速度快、宽视角、高对比度等特点，非常适合柔性显示。





当AMOLED使用聚合物塑料或金属箔片等柔性基板材料时，具有较强的抗弯曲能力，可实现动态弯曲显示，甚至折叠显示，在智能手机、可穿戴设备和车载等领域具有广阔的应用前景。




根据柔性显示技术发展，柔性产品形态一般经历三个发展阶段：即可弯曲（Bendable）、可折叠（Foldable）和可卷曲（Rollable）。


 


而近几年，柔性智能手机的发展也基本是这三个阶段：




1、柔性可弯曲：实际上已经应用到双弧边全面屏手机中。但这种设计的目的是为提高屏占比，并未给用户带来“可柔”的乐趣。



2、柔性可折叠：它将柔性智能手机带入一个新的发展阶段。2019年2月，华为在世界移动通信大会上推出它的首款5G柔性折叠手机Mate X，这款手机搭载了京东方8英寸柔性屏幕，沿固定铰链可折叠，使智能手机兼具平板电脑的特性。这正是柔性折叠技术赋予智能移动终端的意义：一机多用，便于携带。




3、柔性可卷曲：屏幕可任意卷曲，将颠覆智能终端的固有形态，打破智能手机、平板电脑、笔记本、显示器等产品间的边界。




2018年，央视频道的《加油！向未来》节目中，有一期内容专门针对柔性屏设计了非常苛刻的实验条件：1mm半径卷轴手动卷屏、100℃沸水煮、4吨液压机重压。



但这款由京东方成都柔性6代线提供的5.99英寸的柔性屏幕竟然十分顽强，被“虐”之后完好无损，仍然能正常显示，让人叹为观止。


 

虽然，针对柔性卷曲，仅仅是个科普试验，但是对于柔性卷曲的未来应用已经十分引人入胜。柔性卷曲，国产柔性屏幕的品质已经具备，但是柔性卷曲智能终端的面世，还需要整个产业的努力，如电池、PCB、保护玻璃等部件都需要实现柔性化。




二、柔性OLED显示器件生产工艺




柔性OLED器件的结构主要有背板（BP）和有机发光层（EL）两部分，对应工艺分为三部分，一部分是背板技术，一部分是EL技术，最后一部分是封装，如下图示。




背板部分，目前柔性AMOLED通常采用LTPS（低温多晶硅）背板。




柔性OLED面板主要工艺流程



 


1、ITO基板预处理 


ITO作为阳极，通常是制作TFT背板的过程中已经成膜完毕。基板表面的平整度、清洁度都会影响有机薄膜材料的生长情况和OLED性能，因此必须对ITO表面进行严格清洗。 




2、EL成膜


经过ITO基板预处理后制备OLED材料包括有机小分子、高分子聚合物、金属及合金等。大部分有机小分子薄膜通过真空热蒸镀来制备，可溶性有机小分子和聚合物薄膜可通过更为简单、快速和低成本的溶液法制备，先后开发出了旋涂法、喷墨打印、激光转印等技术。金属及合金薄膜通常采用真空热蒸镀来制备。下面重点介绍真空热蒸镀和喷墨打印两种工艺。




（1）真空热蒸镀 ：指在真空中通过电流加热、电子束轰击和激光加热等方式，使被蒸镀材料蒸发成原子或分子，它们随即以较大的自由程作直线运动，碰撞基片表面而凝结形成薄膜。蒸镀成膜的具体位置由Fine Metal Mask（FMM，即高精细金属掩模板）来进行控制。




蒸镀工艺对真空度、成膜厚度、FMM对位以及物料传输过程中的杂质控制有严格要求。目前蒸镀工艺在各种EL成膜方式中设备、技术成熟度最高，它可以用来制备注入层、传输层、发光层和阴极材料。它的缺点是成膜速度慢、有机材料利用率低、大尺寸成膜均匀性不佳。因此蒸镀工艺主要用于中小尺寸的OLED器件制备。


 


（2）喷墨打印 ：指预先将各种不同的有机功能层材料制成墨水灌装到墨盒，利用计算机将图形信息转化为数字信号，并控制喷嘴的移动和墨滴的挤出，墨滴喷射到相应位置形成所需图案，从而实现精确、定量、定位沉积，完成最终的印制品。喷墨打印可用于制备空穴传输层、发光层以及阴极材料，其他膜层仍需借助蒸镀工艺完成，全膜层喷墨打印技术正在研发中。与蒸镀相比，喷墨打印工艺简单，大幅提升材料利用率，适用于制备大尺寸OLED器件。 未来，随着打印技术的成熟和大规模应用，OLED的制造成本可大幅度降低。


 


喷墨打印相关技术中，高分子聚合物墨水的研制最为重要，因为喷出液滴的均匀性主要取决于墨水的物理特性。目前由于墨水配方和打印工艺不够稳定，容易造成EL性能、均匀性和信赖性不佳，这是喷墨打印急需解决的技术难题。


 


3、封装工艺 


为防止水氧和灰尘进入OLED显示器件内部而导致其寿命和性能下降，发展OLED封装工艺很有必要。目前常见的封装技术为玻璃或金属盖板封装，以及薄膜封装。


 


（1）传统的盖板封装：是在充满惰性气体的环境下，用紫外光固化胶将OLED玻璃和玻璃盖板或金属盖板粘接，从而将夹在盖板、基板间的有机层和电极密封，隔绝外界的水氧与灰尘。盖板封装的缺点是金属盖板易翘曲变形，而玻璃盖板易碎，且不适合发展柔性OLED技术。




（2）薄膜封装：通过沉积一定厚度的薄膜保护层来替代盖板封装，是目前主流的OLED封装工艺。薄膜封装包括无机薄膜封装、有机薄膜封装以及有机/无机层交叠的复合封装等。薄膜封装通常依靠PECVD（离子体增强化学气相沉积，即借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜）方式实现，但随着柔性OLED的兴起与轻薄化的要求，对封装层的厚度也要求越来越薄。在较小的厚度下实现良好的致密度，从而获得优秀的水氧阻隔性能，这对工艺技术要求很高。目前行业内在检讨采用ALD（原子层沉积，即一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法，类似于普通的化学沉积）工艺达到上述效果。




三、展望




从上述柔性OLED的制备工艺可以看出，柔性OLED工艺比LCD更加复杂，尤其是高良率的核心蒸镀工艺，目前仍然主要掌握在韩国厂商手中。


 


在过去很长一段时间，韩国厂商凭借产能和良率优势，在柔性OLED市场中具备垄断优势。


 


然而，随着中国大陆地区投建的11条柔性产线陆续实现量产，柔性OLED在全球的市场格局必然会被打破。目前，京东方在成都和绵阳的柔性6代线已经实现量产，其中成都柔性6代线的生产良率已经达到业内较高水平，国产柔性屏幕的竞争力在稳步提升。


 


随着柔性工艺的成熟，国产柔性屏幕的生产良率会进一步提升，在全球市场竞争中或有机会实现弯道超车。




来源：触摸屏与OLED网 作者：BOE创新君