溶液型阻氣製程技術介紹與應用

 

刊登日期:2021/12/5
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陳承義、葉樹棠 /工研院電光所
 
近年來在電動車、物聯網、智慧醫療等新應用驅動下,電子產品技術的開發,朝向更人性化、個人化、便攜性等多元應用的潮流趨勢發展,越來越多的軟性電子相關產品如雨後春筍般陸續問世。隨著產品的需求日益增加,軟性電子產品的壽命及可靠度越來越受到重視,但由於電子產品普遍容易受到環境的水氣、氧氣等影響,高性能水氣阻障技術的需求油然而生。常見的阻氣膜技術,通常以真空鍍膜製程為主,而工研院近年來致力於開發新型態的阻氣製程技術,以溶液型材料為出發點,成功開發出可達WVTR約10-5~10-6g/m2·day等級的高阻氣能力溶液型阻氣薄膜,不僅開展了阻氣技術的新里程碑,更在設備、製程、材料等方面提供低成本競爭優勢,為軟性電子發展注入一股強而有力的活力。
 
【內文精選】
前 言
因應電子產品追求輕、薄、短、小、可攜性及多元應用的潮流趨勢,近年來顯示產業也著重於發展可撓式軟性顯示技術。有別於以玻璃為基板的傳統硬式顯示器,組成顯示面板的三個主要構造:TFT背板、顯示層與封裝系統皆須符合可撓及軟性的應用需求。目前主流的軟式封裝技術有兩種,其中一種為使用膠材將軟性封裝蓋板(如不鏽鋼薄片等)與軟性下基板貼合的薄型封裝技術;另一種則使用多層真空鍍膜堆疊交錯包覆於元件上,以阻絕水氧攻擊元件的的薄膜封裝技術。
 
塑膠基材不僅可以提供質輕與薄型的特性,更沒有傳統玻璃易碎、不耐衝擊的缺點,且由於塑膠基材具備透明、可撓曲性與可裁切加工等特性,使用塑膠基材的軟性有機發光二極體(FOLED)面板技術,讓次世代顯示技術在多元應用的趨勢下,提供更多的彈性設計空間。但由於OLED元件所使用的活性金屬與有機材料,極易與水氣和氧氣發生化學反應,造成材料劣化導致壽命及效能降低,甚至使發光區產生黑點(圖一)降低畫面品質,因此,阻絕水氣技術對於整體OLED元件製程是最重要的關鍵環節。以塑膠為基材的軟性OLED顯示器將面臨來自四面八方的水氧攻擊(如圖二),因此不僅需在塑膠基材上導入高阻水氣的技術,亦需在OLED元件最後導入高效能的封裝製程,以杜絕水氣的攻擊,延長產品的壽命。
 
圖一、(a)OLED元件基本結構;(b)元件受水氣/氧氣入侵攻擊後產生黑點
圖一、(a)OLED元件基本結構;(b)元件受水氣/氧氣入侵攻擊後產生黑點
 
溶液型阻氣製程簡介
利用真空製程鍍製阻水氣薄膜,需建置真空腔體及其周邊氣體管路與抽氣幫浦等設施。若要應用於元件封裝,則尚需導入遮罩將氣體阻障層圖案化,以避免面板上的Bonding Pad等外接引腳線路區或其他導電線路被覆蓋而絕緣形成開路。除了上述硬體建置需求,若要鍍製多層複合阻氣薄膜,則需增加製程時間或腔體等硬體設備以達到高阻水氣的需求。
 
溶液型阻氣膜的特性與阻氣能力
溶液型阻氣層技術是將溶液材料塗佈形成濕膜後,再固化揮發溶劑形成連續性乾燥薄膜,與真空鍍膜製程的成膜方式迥然不同。雖然CVD製程的薄膜可具備優良的被覆性,但溶液型阻氣技術先天特殊的成膜方式,讓此技術對基板表面不平整部分的被覆性表現更佳,不僅可針對基板表面汙染微粒子或突起不平整等,進行包覆等功能;更可對基板的凹陷、刮傷、微裂痕,甚至Pin Hole等缺陷進行填補、平坦化等修復作用(如圖六)。優異的缺陷被覆性不僅可平整修復基板材料表面的缺陷,更可阻斷或延長水氣攻擊的擴散路徑,間接提升薄膜的阻水氣能力。
 
圖六、溶液型阻氣層技術具有極佳的缺陷覆蓋特性
圖六、溶液型阻氣層技術具有極佳的缺陷覆蓋特性
 
溶液型阻氣技術的應用
SGB整體製程可快速導入且相容於現有的TFT-LCD產線製程,不須再額外購置設備,也沒有客製化設備的需求,除了可無痛相容於現有的顯示器製程外,甚至可導入應用於卷對卷式(Roll-to-Roll)的塗佈製程,進行連續式塗佈。工研院已成功利用G2.5 Slot Die Coater塗佈於PI基材上製備高阻水氣性能的阻氣薄膜(圖十),應用塗佈2層SGB結構設計,其阻氣能力可達WVTR約10-5~10-6g/m2·day等級。此外,工研院亦成功發表全球首例OLED液態封裝技術,運用IJP製程將SGB材料噴印於OLED發光元件,作為元件的水氧阻障封裝層,並成功點亮元件(圖十一)。廣泛的製程及設備適配性,使溶液型阻氣技術導入時間短暫且學習曲線快速,不僅可應用於大面積或整面型塗佈的阻氣基板製造,亦可應用於…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
圖十、工研院成功開發溶液型阻氣薄膜製程(左圖);圖十一 工研院發表世界首例運用IJP噴塗SGB封裝之OLED元件(右圖)
圖十、工研院成功開發溶液型阻氣薄膜製程(左圖);圖十一 工研院發表世界首例運用IJP噴塗SGB封裝之OLED元件(右圖)
 
★本文節錄自《工業材料雜誌》420期,更多資料請見下方附檔。

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