Flexible Touch AMOLED封裝製程技術(上)

 

刊登日期:2017/12/5
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Glass AMOLED自2009年由韓國Samsung在手機上大量商品化至今,AMOLED高畫質顯示與差異化技術方案確實讓Samsung登上高峰。在TFT-LCD技術快速發展之下,Glass AMOLED與TFTLCD面板顯示畫質已相差不多;加上台灣與大陸面板廠商大舉投入Glass AMOLED量產,近期Glass AMOLED面板價錢已經與IPS TFT-LCD面板報價相近,甚至出現5吋FHD AMOLED面板價格比LCD還要低的狀況。因此許多面板廠開始思考投入Glass AMOLED量產未來是否可持續獲利?而新一代的iPhone決定採用Flexible AMOLED後,Flexible AMOLED面板已成為未來智慧手機主要面板技術。

從Glass AMOLED結構來看,「玻璃(Glass)」仍是阻隔水、氧氣破壞OLED之主要基板,然而進展到Flexible AMOLED面板結構時,「玻璃」封裝已無法滿足軟性面板需求,取而代之的是「塑膠」基材的封裝結構。除了TFT採用Plastic Substrate外,上板也是採用光學膜貼合,例如圓偏光片(Circular Polarizer; CPL)。「塑膠」基材由於阻隔水、氧特性差,因此需要增加阻氣層(Gas Barrier)來阻隔水、氧氣,在OLED發光層上也必須製作薄膜封裝(Thin Film Encapsulation; TFE)來保護OLED,如圖一所示。目前在Samsung S8之智慧手機上已全部採用Flexible AMOLED面板技術,軟性封裝(Flexible Encapsulation)成為商品化很重要之技術與量產挑戰。

圖一、中小尺寸Glass AMOLED到Flexible AMOLED封裝結構
圖一、中小尺寸Glass AMOLED到Flexible AMOLED封裝結構

除中小尺寸AMOLED封裝結構改變外,在大尺寸OLED TV也看到朝向輕、薄發展的產品趨勢。OLED TV商品化也是從「玻璃」封裝開始,曲面半徑約可做到5,000 mm左右,隨著技術發展,開始在上板採用金屬薄片(Metal Foil)進行封裝,讓整體重量更輕,且曲面半徑可達小於3,500 mm,如圖二所示。未來大尺寸TFT基板也同樣會朝Plastic Substrate發展,大尺寸阻氣技術同樣會面臨技術與量產之挑戰。

Flexible AMOLED軟性封裝技術
在Flexible AMOLED面板結構中,軟性TFT下基板(Flexible TFT Backplane)需要阻氣層技術,軟性上基板(Flexible Front Plate)需要阻氣層技術,在OLED發光層上需要薄膜封裝(TFE)技術,或者跟軟性上板搭配之邊緣封裝(Edge Sealing)技術,如圖三所示。各種軟性封裝技術有不同之考量與需求,但都必須達到產品化可靠度之需求,因此在不同產品樣態下所需要之軟性封裝技術組合,將會隨著軟性技術發展之成熟度而評估在不同產品應用之優劣考量。
1. Flexible AMOLED之TFT下基板阻氣技術
目前AMOLED所採用之TFT技術為LTPS(Low Temperature Poly-silicon) TFT背板驅動技術,在Rigid AMOLED之TFT背板採用玻璃為基底,在Glass-based LTPS TFT上通常會製作Buffer Layer來降低Glass表面粗糙度(Roughness),同時也可抑制Glass中所夾帶之離子不純物(Impurity)擴散到Poly-Si影響電性;從Glass轉換成PI(Polyimide)軟性基板時,原本在Glass上之Buffer Layer可拿來當作Gas Barrier功能,其中主要以SiOx/SiNx結構組成,阻氣層之WVTR(Water Vapor Transmission Rate)要求需要在10-6 g/m2-day等級,最靠近Poly-Si之SiOx或SiNx也可同時阻隔ELA雷射產生之熱能傳導到PI上,作為軟性PI基板上之阻熱層,如圖四所示。

圖四、軟性LTPS TFT背板阻氣結構演進
圖四、軟性LTPS TFT背板阻氣結構演進

在PI-based LTPS TFT下板阻氣層設計上,不同廠商有不同之結構考量,阻氣堆疊(Gas Barrier Stacking)結構例如PI/SiNx/SiOx/SiNx/SiOx交互堆疊,或者PI/SiOx/SiNx/SiNx/SiOx結構,如圖五所示。其中與PI基板材料之間的附著力為一大技術考量點,因為PI基板材料配方可能來自不同供應商,不同製程條件所產生之PI表面也會有不同特性,因此在LTPS TFT下板阻氣層之結構調整,會依照不同量產廠商所調整出來之最佳化結果來進行量產製造,但不變的是阻氣層之WVTR要求仍…...以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

★相關閱讀:Flexible Touch AMOLED封裝製程技術(下)

作者:陳光榮/工研院顯示中心
★本文節錄自「工業材料雜誌」372期,更多資料請見下方附檔。


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