OLED阻水氧要求與壽命考量
一般在檢視封裝材料對於阻隔水氣與氧氣特性時，會分別以WVTR (Water Vapor Transmission Rate)及氧氣穿透率OTR(Oxygen Transmission Rate)來表示基材阻隔水氧之好壞，如圖一所示。不同應用需求所需要之WVTR/OTR等級亦不相同，以軟性OLED封裝為例，一般環境中，水氣與氧氣對於有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode, OLED)結構中電極所使用之活性金屬(Active Metal)，具有破壞性化學反應，導致發光區域產生暗點 (Dark Spots)，目前量測水氧穿透率機台以美國MOCON最具代表性，目前WVTR偵測量測數值可達 5*10-4 g/m2.day。
以OLED元件而言，到底WVTR要到多少才是符合OLED需求？以多層堆疊(Multi-layer)軟性阻障薄膜 (Barrier Film)為例，Barrier層一般以Al2O3、SiNx、SiOx等等無機膜居多，Polymer層則以Acrylic Base、Parylene Base等等有機膜居多，然而無機膜成膜過程中會有一些孔洞(Pin Hole)，這些孔洞即是水氧穿透主要路徑，如圖二，在OLED封裝上只要水氧在Barrier Film之間穿透時間小於OLED元件劣化要求，這個Barrier Film基本上即符合OLED元件需求。WVTR 1*10-6 g/m2.day是否滿足OLED元件壽命要求？KODAK在2009年以一隻在2000年製造Passive Matrix OLED手機分析為例，以10年壽命(允許 10%暗點)，前提計算下，在沒有吸濕材料狀態下，Barrier Film目標應該是需要1~8*10-8 g/m2.day。
以AMOLED面板為例，在討論到壽命(Lifetime)時，必須考慮到幾點因素，如圖三，假設TFT使用LTPS TFT，TFT之開口率與電流密度設計會影響AMOLED壽命，此外所挑選不同效率與色度之OLED材料，亦會影響整體壽命表現，但最大部分影響AMOLED壽命的是OLED Barrier，在 OLED Barrier上目前商品均是Glass Base，所以Substrate與Cover Plate WVTR均不會是問題，但是若要在軟性OLED應用上，這將會是一項重要挑戰。
軟性OLED元件封裝技術
基板與封裝蓋要從玻璃轉換成軟性基材，首先面臨到軟性基材阻隔水氧能力問題，軟性基板與封裝蓋選擇與搭配是一項重要關鍵課題，以基板與封裝蓋板選擇為例，最為常見軟性基板與封裝蓋板如PET、PES、PEN、PC、PI、Metal foil 等等，這些基板必須具有Barrier功能阻隔水氧氣。
在軟性基板上，具有阻隔水氧功能之軟性基板開發已久，例如美國3M、Vitex、GE，日本Fujifilm、Mitsubishi plastic等等，各自有自有技術在軟性阻隔水氧基板上開發，工研院顯示中心在軟性阻隔水氧基板上目前也有顯著之成果，軟性基板阻隔水氧層製作一般會以捲對捲(Roll to Roll)方式製作，但完成之軟性阻隔水氧基板若要經過TFT和OLED製程，為符合目前量產生產方式，就必須將基板以黏貼方式固定於玻璃進行後續製程，黏貼方式有一些難以量產克服之關鍵點，因此顯示中心以玻璃為基材，以片對片(Sheet to Sheet)方式在玻璃上製作軟性阻隔水氧基板，目前軟性阻水氧基板-1在撓曲直徑5公分1,000次後，WVTR以達MOCON機台量測極限，如表一所示。
在OLED封裝蓋板上，一般在檢視OLED封裝技術能力上，會利用一些環境測試來衡量封裝品質，這些環境測試包括：(1)高溫儲存：依客戶要求（如沒有以100℃;時間為1000小時) (2)低溫儲存：依客戶要求（如沒有以-40℃;時間為1000小時) (3)高溫高濕儲存：商品規範：60℃溼度90%;時間為500小時 ；軍用規範：85℃溼度85%;時間為500小時 (4)冷熱衝擊：40℃ 30分鐘 -- 85℃ 30分鐘。來回100次 (5)落下試驗(含模組 ) (6)震動試驗等等，會因客戶要求而有所修正，在眾多環境測試條件下，最嚴苛且最關鍵性的一項測試為(3)高溫高濕儲存，因此在高溫高濕儲存後，會將封裝完成之OLED元件檢視是否有暗點(Dark spots)產生，通過標準為無暗點產生，若封裝品質不良，OLED元件上活性金屬電極會與水氧氣反應，造成電流在該處無法注入產生暗點，如圖四。
此外，在以玻璃為基礎之OLED元件，若將玻璃直接替換成軟性基板，在撓曲上會面臨OLED結構受擠壓而破壞與框膠剝離問題，如圖五所示。為克服問題，必須改變----本文節錄自材料世界網「材料最前線」專欄，更多資料請見下方附檔。
圖九、軟性OLED元件經過撓曲直徑5公分5,000次撓曲依然可正常運作
作者：陳光榮/工研院顯示中心
★完整檔案內容請見下方附檔。