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玻璃属性、面板制程在解决OLED量产问题上扮演重要角色

编辑:songqiuxia2017-09-04 10:01 浏览评论 评论0 赞    来源: 新电子

显示器可藉由二种方式来满足“三更”——更高分辨率、更明亮及更低耗电量的发展需求,使得厂商的力求行动装置产品创造出与众不同的属性及效能。

一、藉由工业设计;工业设计推动面板制造商生产边缘可弯折或可挠曲的显示器

二、透过VR(虚拟现实)功能。针对VR进行优化的装置需要具备最高分辨率及最短的反应时间。

当前的LTPS-OLED(低温多晶硅–有机发光二极管)显示器面板能满足这些需求,尤其是用于手持式装置和小型应用装置的面板。

  LTPS-OLED以异军突起之姿满足市场上这些趋势的需求。 本文将讨论LTPS-LCD与LTPS-OLED之间的主要差异,以及LTPS-OLED在制程方面的特殊难处;并介绍康宁第三代高性能显示玻璃基板Lotus NXT Glass得天独厚又面面俱到的玻璃属性,来帮助面板厂商克服当前 LTPS-OLED制程的挑战。 Lotus NXT Glass是设计为最适合用于生产OLED面板的玻璃基板,使其具备最高分辨率、最明亮、最低耗电量、最长使用寿命的显示面板,以及降低已实现的玻璃成本。

  制程不同于LCD OLED显示器厚度大缩减

  传统LTPS-LCD面板的发光须要用到不断开启的背光组件,发出的光由液晶层进行过滤,再通过CF(彩色滤色片)创造出肉眼可见的像素。

  而LTPS-OLED面板则是由电流切换自发光二极管的开关,创造出显示器的光线。 LTPS-LCD显示器由两片玻璃组成:一片用于高温TFT(薄膜晶体管)基板,另一片用于CF(彩色滤光片)。

  至于LTPS-OLED则是会根据显示器为硬式或可挠式来决定玻璃基板的不同用途。 硬式LTPS-OLED面板相似于传统LTPS-LCD面板,其中也须要将一片高性能显示玻璃用于高温TFT基板,不过OLED是使用轻薄透明的封装材料而非CF,而此封装材料通常也是玻璃。

  可挠式TPS-OLED 则是使用高效能显示玻璃作为在塑料基板上制作TFT用的载板,再使用薄膜封装OLED。 在本文将这两种LTPS-OLED面板称为「硬式」及「可挠式」。

  OLED显示器的厚度可较LCD显示器薄 45%。 OLED面板无须使用背光片,也减少使用一片偏光片,此外,OLED显示器的保护玻璃也较薄。 OLED显示器虽须另外加上散热片,硬式OLED显示器模块的厚度可较LCD模块显示器薄25%,可挠式OLED显示器的厚度更能薄到45%。 图1为以横切面的方式比较LTPS-LCD显示器模块、硬式及可挠式LTPS-OLED显示器模块的厚度。

图1 显示器模块横切面比较

  现今OLED显示器在色彩、反应时间、延迟等优异的表现,加上能提出不凡的工业设计(表1),皆是吸引手持式装置品牌厂的价值主张。

标题

  工业设计方面的优点包括更轻薄的面板,且在设计可挠式OLED时,使用边缘可弯折的可挠式面板。 一般认为相较于LTPS-LCD,LTPS-OLED显示器的使用寿命为其缺点,然而在手持式装置市场,OLED的使用寿命超过寻常装置的使用寿命,因此这方面不再视为缺失。

  图2及图3介绍硬式和可挠式OLED面板的制程。 两种制程都需采用高温来制作低温多晶硅晶体管(LTPS TFT),不过其中玻璃扮演着截然不同的角色。

图2 硬式LTPS-OLED制程图

图3 可挠式LTPS-OLED制程图

  在硬式OLED显示器中玻璃是作为背板和封装材料并存在于终端产品中。 可挠式OLED显示器虽然采用塑料材质,却仍须使用高效能显示器质量等级的玻璃作为载板,再制作TFT于塑料基板上。 以下更深入介绍这两种制程的差异性。

  一,如前所述,可挠式OLED的制程始于在玻璃载板上涂布聚酰亚胺等耐高温塑料材料并固化;二,使用多层薄膜(而非玻璃)封装可挠式显示器;三,将塑料基板从玻璃载板上剥离;最后,在完成制程的过程中, 可挠式OLED面板维持原本的厚度,而硬式OLED面板则须再以酸蚀方式减薄才能达到期望的最终面板厚度。

  这些制程中玻璃虽扮演着截然不同的角色,却都是要角。 高效能显示玻璃为硬式OLED显示器的一部分;而对于可挠式OLED显示器而言,高性能显示玻璃则是作为面板制程中的载板,在OLED沉积制程前会被裁切成基板原尺寸的一半或四分之一,最后使用紫外线光将塑料基板从玻璃载板上剥离。 玻璃载板必须使用有纯净表面、绝佳尺寸稳定性和光学特性的高效能显示玻璃基板,方能展开这两种制程。

  攻克OLED制程挑战 玻璃功不可没

  硬式OLED制程始于高温TFT制程,此点与LTPS-LCD背板制程相似。 硬式OLED面板未使用背光片或彩色滤光片,而是使用原生红绿蓝有机发光材料来产生光线和颜色。

  在硬式OLED的制程中,玻璃可协助面板制造商解决五大制程难关:绝缘保护及沉积层、TFT光蚀刻制程、有机材料沉积、封装和面板薄化。

  绝缘保护层及第一道沉积层的形成,需要无颗粒和刮痕的纯净玻璃表面,如果有颗粒和刮痕,会造成绝缘保护及沉积层的断裂。

  TFT光蚀刻步骤需要低的Total Pitch变异量(TPV),来达到精确地图案对位,与在LTPS-LCD制程的需求相同;不过在硬式LTPS-OLED显示器的制程中,低 TPV也有利于需要将背板和FMM(精细金属光罩) 谨慎对位的有机沉积步骤。 以下方程序描述此步骤中的变异量:

  影响FMM制程变异V的元素有TPV(基板的Total Pitch变异量)、P(FMM Pitch变异量)、CD(FMM图案尺寸偏差)、A(对位精度)、S(阴影效应)及T(热不匹配效应)。 降低其中任一个或每一个因素,皆能降低整体FMM变异量,意指较低的TPV有助于减少对位误差。

图4 硬式LTPS-OLD制程要求和玻璃需求

  再者,较高的杨氏模数E能减少FMM制程变异里的阴影效应S,减少基板的下垂量。

  使用Lotus NXT Glass等较低TPV的玻璃,也能延长OLED的使用寿命。 较低 TPV有助于降低FMM制程变异量,进而设计出较大的发光面积。 以下方程序说明开口面积与电流密度间的关系:

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