平面顯示器的發展應用，到目前已經變成人類生活不可或缺的一個資訊界面來源，舉凡手機、MP3 、照相機、錄影機以迄筆記型電腦、電腦螢幕、電子書本等產品，都可以看到顯示面板的應用。傳統顯示面板使用玻璃作為基板，對於可攜式面板要求的輕、薄、耐衝擊與可撓曲(Flexible)等特性有其不足之處，再者，使用玻璃基板製作面板成本也相對高很多。為達成上述可攜式面板的特性需求，近年來在SID、IDW等國際研討會上，可以看到國際各大廠與研究機構積極投入塑膠顯示面板等相關技術開發，目前已經可以看到市場上有電子書、智慧晶片卡(Smart Card)、電子標籤、電子看板甚至遊戲玩具等使用到單色被動式塑膠顯示器。此一領域未來的發展也將跟玻璃基板一樣，朝向高解析度、彩色化、動態畫面等影像要求，及低耗電、不佔體積並且可以使用捲帶式(Rollto-Roll)生產，以達到低成本等特性發展。
本文針對軟性可撓曲顯示面板的構裝技術與可撓曲背光模組的進展作一說明。軟性顯示面板應要具備可彎曲特性，對於面板與驅動晶片構裝技術裡，外引腳(Outer Lead Bonding; OLB)接點，內引腳(Inner Lead Bonding; ILB)接點電性及可靠性的要求以及驅動晶片薄化強度提升，接著材料評估都需要滿足原本傳統玻璃面板的要求。可撓曲構裝技術與背光技術整合計畫，針對軟式顯示面板系統架構的OLB (FPC on Polymer Panel)、ILB (Chip on Polymer Panel)構裝需求及薄化驅動晶片內埋封裝模組(Chip in Flex)技術，軟性可撓曲顯示面板上面電極導線的連結構裝等多個技術項目進行開發，利用軟性捲曲顯示器軟板構裝技術以及軟性薄化閘極驅動晶片覆晶微連接技術，進行超薄可彎曲晶片覆晶於軟性面板上電極接點接合製程，以及軟性印刷電路板的金屬導線與軟性面板的薄膜線路接合技術開發，並完成軟性可撓式面板模組系統構裝。可撓曲背光模組技術係將LED 薄化並貼附於軟性印刷電路板上，進行打線或是直接覆晶製程，接著進行封膠製程調整成白光顏色，再配合高效能擴散膜片的整合以達到所要求之亮度、光均勻度，且要符合耗電不能太大，還要有可以撓曲等特性。
可撓曲顯示面板的構裝技術
傳統平面顯示器大多使用玻璃作為基板，並在其上進行元件及線路製程，所使用的線路材料為金屬薄膜加上透明導電薄膜（例如：銦錫氧化物 ITO 、銦鋅氧化物IZO⋯） 以作為導線線路，訊號的連接主要有兩種方式：1.OLB 製程是藉由FPC 上的銅導線以及黏著膠材ACF(Anisotripic Conductive Film)，跟面板上透明導電極進行訊號連通；2.ILB 製程是將驅動晶片直接藉由金屬凸塊及ACF 與面板上透明導電薄膜電極接合。面板朝向高解析度、高畫質，相對構裝技術朝向細間距(Fine Pitch)以及微凸塊的技術趨勢前進，對於熱膨脹問題的改進將是一待克服的技術困難點。
可撓曲面板構裝技術使用材化所開發的透明PI 塑膠基板，進行顯示線路製程製作測試，載具包含金屬薄膜線路及透明導電極線路（圖案如圖一所示）。再者傳統玻璃基板以及透明導電膜電極硬度高，在接著壓合過程中，可以協助ACF 導電顆粒的變形增加阻抗穩定度，而塑膠基板由於比較柔軟，加上透明導電薄膜電極比較硬，造成壓合製程中ACF 導電顆粒不易變形，再者容易壓壞透明薄膜電極，使得電性導通失效，尤其這種微細裂紋在環境可靠度以及彎曲測試時發現其會成長，造成可靠度壽命縮短的問題。
圖一、120μm,50μm pitch OLB test vehicle and 80μm pitch ILB test vehicle
1. 外引腳接合(OLB)製程技術
目前已經驗證120μm 與50μm Pitch FPC on PI 基板使用異方性導電膜(Anisotripic Conductive Film; ACF)外引腳製程，針對細間距50μm 對位精度亦可經由補償設計與製程控制達到對位的需求。圖四為光學顯微鏡檢查外引腳對位與導電顆粒的狀況。並且藉由拉力測試檢測的外引腳接點的強度，發現斷裂點都在透明PI 基板上，拉力值可以達到 ≧ 2000 g/cm ，雖然PI 基板只有約30μm厚度。
圖六為120μm Pitch OLB 接點樣品（PI基板電極只有Ti/Al/Ti 薄膜）進行環境可靠度測試（85°C-85%RH，1000 小時）的結果，發現阻抗雖有提高但是與測試前後改變不大。利用一個曲率半徑 15mm 的治具，將一個樣品進行靜態接點彎曲測試500 小時同步監控樣品五個位置阻抗值，發現阻值並沒有大改變。圖八是將一個樣品利用焊錫將電線焊在軟性印刷電路板上進行動態四點彎曲測試（振幅20cm，頻率 30次/min，1000 次），量測樣品上五個位置阻抗值，可以看到彎曲測試1000 次後阻抗也能維持穩定。
圖六、環境 85℃-85%RH,1000hrs 測試阻抗變化
圖八、動態彎曲測試阻抗變化
進行樣品的切片SEM 的截面觀察，藉由材料與接合製程的控制，並且增加硬度較高的ITO 透明導電薄膜層當作電極，在OLB 接點已經很少看到ACF 導電顆粒造成電極的損害。這個OLB 技術目前驗證到50μm Pitch ，去年也實際應用於整合型計畫的7″ AM a-Si TFT LCD 面板模組的TCP on PI Panel 的點亮驗證，面板彎曲曲率為 25 公分（圖九所示）。未來外引腳接合製程還需要經過更多的測試來驗證其在彎曲甚至動態撓曲的接點穩定度，尤其OLED 顯示面板未來可能也是撓曲面板的選擇之一，此種面板的電流驅動對於接點耐電流程度是不是會造成線路燒毀，或類似一般半導體在接點有所謂電蝕或電遷移的現象，還需要更多的探討研究。
圖九、Flexible 7"AM a-Si TFT LCD Panel 彎曲與點亮照片
2. 驅動IC 內埋與內引腳(ILB)製程技術
（1）晶圓薄化
（2）驅動IC內埋構裝模組
（3）(3)超薄晶粒– 塑膠基板接合製程技術(Ultra-thin Chip on Plastic; UTCOP/COP)
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軟性背光源與擴散膜片技術
軟性背光源與高均光擴散膜片搭配成一個薄型化軟性彎曲背光模組，這個技術的開發是為了可彎曲顯示的LCD 顯示模組，需要搭配一個軟性可撓曲的背光源模組的整合。
整體軟性背光模組開發分為兩部份：
一為電光所進行直下式LED 軟性背光板模組，將LED 晶片進行貼附於設計好的軟性印刷電路板上面，將藍光LED 進行陣列排列(Array)，藉由打線技術(Wire Bonding)將訊號送至LED 晶片，封膠材料藉由摻雜分別將LED 完成封膠保護也調整藍光LED 轉化成為白光源，形成整個白光LED 陣列光源。另外一部份為材化所進行的高均光擴散膜片的開發，材化所依據LED 陣列設計出對應的微結構擴散膜片，再進行擴散膜片微結構轉印成型，製作出薄化的擴散膜片，兩者整合形成一個均勻白光的直下式LED 光源模組。
圖十六是一個可彎曲搭配擴散膜片的7"白光LED 背光源模組照片，可以彎曲到曲率半徑 15cm ，擴散膜片與LED 光源間沒有間隙，達成整體背光模組厚度≦ 2.5mm ，光均勻度 81% ，亮度約為2427 (cd/m2)，耗電4W，模組背面溫度≦ 45°C。搭配Flexible 7"AM a-Si TFT LCD Panel 進行曲率半徑25cm的面板模組展示。
圖十六、可撓曲軟性直下式LED 白光背光模組
為了更進一步降低模組厚度以及對於顯示器的色彩品質與耗電要求，目前正進行R、G、B 三種LED 晶片覆晶在軟性基板上的技術開發，並且進行RGB LED 的光源設計，進行不同顏色的LED 區域控制，同步針對擴散膜片微結構與厚度、均光性進行搭配設計，希望可以達成更薄型化、色彩更鮮豔及局部控制光源來降低耗電量。圖十七是RBG LED 先使用打線技術驗証局部不同顏色光源控制的光源模組。而在擴散膜片開發完成雙軸非球面微結構設計，並且轉印出來厚度150~500μm 的膜片製作，後續將與RGB LED 白光背光模組整合，進行光學測試與量測。
圖十七、 R、G、B LED 光源控制系統
輕、薄、可彎曲易攜帶之顯示面板越來越受到重視，目前也使用於電子紙張、電子畫布、可撓性電子看板等產品，這類顯示技術對於顯示畫質提升以及彩色化要求也是會越來越高，主動式TFT 顯示面板將是達成這種需求的一種最適合的方式。未來不論是針對軟性面板的訊號傳導的接合構裝技術，或是可撓曲驅動IC 的CiF 、UTCOF ，或是直接在面板上進行UTCOP 構裝技術，還是會朝向高腳數、細間距、可撓曲特性及可靠度特性佳的方向展開研發。
對可撓式面板構裝與背光模組技術有興趣者，歡迎mail至materialsnet@itri.org.tw
作者：陳泰宏、柯正達、陳裕華、駱韋仲 / 工研院電光所
蕭柏齡 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌263期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=7315