可撓式OLED的研究開發動向

 

刊登日期:2018/8/1
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李守仁/ 健行科技大學、白立文/ 工研院材化所

1964年東京奧運時彩色電視機問世,56年後再次來到東京的2020年奧運則宣告了8K超高畫質電視時代的來臨!8K是擁有16倍畫素(7,680 x 4,320)高畫質的平面影像系統,可以呈現出前所未有的實體感與臨場感。影像傳送從類比式進步到數位式、高畫質,電視機也從映像管式朝薄型、平面發展,在呈現8K畫質臨場感的競逐中,新的顯示器將由誰勝出正被受關注。

新顯示器需能由小畫面至大畫面,因應不同的視聽情境提供影像,尤其是對具高臨場感、環繞感、大於70英吋的大畫面而言。然而,欲將大畫面顯示器導入家庭時,受限於住家環境電梯、玄關等之高度或寬度的限制,往往不易搬運,並且重量的增加也同時增加了運送的費用。上述難題的克服,需從顯示器技術的突破著手。

近年來,在顯示器的發展上,輕柔可撓的塑膠基板逐漸取代了玻璃基板。此種材料的轉變,為顯示器增添了輕量性、柔軟性、彎曲性、耐衝擊性,以及可搬運性等新的附加價值。其中,可撓式有機發光二極體顯示器(OLED)—使用自發光型顯示元件的有機EL(Electroluminescence)顯示器,由於不需背光,沒有液晶顯示器常發生的漏光現象,除了超薄、柔軟之外,亦兼具高對比顯示性,此外,具有優異之顏色再現性、應答性及廣視角特性,目前已應用於智慧手機、平板電腦等小型可攜式終端產品中,而8K超高畫質家庭電影院的需求,預期將進一步帶動這種於塑膠膜上製作之可撓式OLED的發展。

圖一、可撓式有機發光二極體顯示器的基本結構
圖一、可撓式有機發光二極體顯示器的基本結構

圖一為可撓式有機發光二極體顯示器的基本結構。塑膠基板、薄膜電晶體(Thin Film Transistor;TFT)以及OLED元件是可撓式OLED顯示器的三大關鍵材料。將TFT畫素電路、畫素電極、OLED元件垂直或水平排列於塑膠基板上,而後再加上封裝膜。塑膠基板需能承受顯示器製程中的各項性能要求;即耐熱性、耐藥品性、表面平滑性、高水蒸氣阻隔性、低線膨脹係數,以及尺寸穩定性等。聚醯亞胺(Polyimide;PI)原已是公認的低線膨脹係數、高耐熱性塑膠,近年來,更有可承受超過500℃的PI膜,非常適合TFT製程。然而,耐熱性高的PI膜透明度不佳、光透過性低,不適用於底部發射型發光顯示器(Bottom-Emission Luminescence Display)。而聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate;PET)與聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Naphthalate;PEN)是透明性高、成本低的塑膠材料,唯其耐熱性低,無法承受TFT背板的製程溫度。因此,除了開發高耐熱性之透明塑膠外,為了增加塑膠基板的選擇性,顯示器製程低溫化也是變通的研發重點。表一列舉代表性塑膠基板的主要材料特性。

表一、代表性塑膠基板的材料特性
表一、代表性塑膠基板的材料特性

可撓式OLED顯示器的畫素驅動用TFT大致分為以下三系:非結晶矽(Amorphous Silicon;a-Si)或低溫多晶矽(Low Temperature Poly-Silicon;LTPS)等的矽系TFT、In-Ga-Zn-O (IGZO)等使用金屬氧化物半導體的氧化物TFT、以及使用有機半導體的有機TFT。三系各有其優缺點(表二),其中,較常使用者為氧化物TFT。

空氣中的氧氣與水氣是造成OLED元件劣化的主因。相較於玻璃基板,氧氣與水氣較易透過塑膠基板,因此---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


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