FOLED商机乍现睹光

　　TFT-LCD显示器以液晶电视无限商机而正红；但ITO玻璃硬质基板使其缺乏可挠性。有机发光二极管(OLED)[1]己达低电压操作而且发光亮度正朝照明水平迈进。OLED的效能和寿命等快速发展使其成为继LCD的后起之秀，如韩国三星已试制出40吋OLED机种[2]。并且，配合可挠有机薄膜晶体管(OTFT)制作FOLED，必为次世代显示器之明星。PLED用的高分子材料[3]大都是可挠曲的，但分子间键结力相对较弱；小分子OLED[4]也能做到可挠性。复杂多层元件也可用小分子聚合材来制作在广泛基板上并配合有机无机夹杂的阻隔层，俾产生新颖、透明的显示器和高分辨率堆栈的画素。图1显示一种典型的大面积被动矩阵式FOLED，系成长于175μm厚的ITO涂镀的聚乙烯(PE)基板上[5]。

　　传统下放光型OLED系以玻璃/硅基制作三明治结构(阳极/有机层/阴极)的元件层后再经由用UV光固化的环氧树脂封装而成，如图2(a)所示，对于水/氧气的阻隔全靠其上玻璃盖或金属盖(内有吸干剂)来保护。环氧树脂是刚硬的且湿气渗入扺抗性低，此封装技术对可挠式显示器是完全行不通的。甚至大尺寸显示器时，封盖需要额外的支架或框架。故高湿气渗入性的塑胶基板本身未加设渗入阻隔层时并不适合用做FOLED的材料。

　　相对地，可挠式OLED有采用上板之阻隔涂镀之可挠塑胶盖封装，有的使用密合法紧贴着阴极表面覆盖一层薄膜阻隔涂镀材；分别如图2(b)和2(c)所示[6]。 前者因上板另制作而使制程弹性较大；后者阻隔层贴合著元件层之制作虽有较薄厚度及成形因子但上下层间兼容性和低温制作要求，且多次挠曲使用的机械弯曲性和阻隔层防渗入性的要求较高。

　　上放光式OLED使用超薄玻璃(0.2~0.3mm)或金属箔时上下板皆使用高杨氏模数材(玻璃/玻璃或薄箔/玻璃)，则不需渗透阻隔层，就可制作预成形弯曲显示器。此时现行像单石薄膜或夹层状的顶阻隔层制作技术都可使用。然而，一旦中间有夹层材时，就非真正可挠的。FOLED采上放光元件结构时非必然要求基板是透明的，故不透明或彩色的塑胶基板只要具有热/尺寸稳定性，就可采用(Kapton E箔般PI材)为可挠基板，其具有高Tg温度(>350°C)和热扩张系数12x10^-6/°C等性质。金属箔亦可做为上放光OLED的基板；图3示出以不锈钢基板作出上放光OLED例子，阳极下面就没有建置阻隔层。

　　FOLED的基板选用以高分子、金属箔、和超薄玻璃为主。超薄玻璃和金属箔质地坚硬的而具有效的阻隔性质， 一般不需特别要求，但顶面仍需可挠曲阻隔层。高分子基板虽有较佳的可挠曲性和柔韧性，却无法对水气和氧气渗透性有够强的防护。清洁的表面质量是基板渗透阻隔性质上最重要考量性质之一。OLED有机层厚仅100-200nm，操作时外加电场大达到10⁶V/cm量级。故阳极表面稍有凸点小隙缝瑕疵就会形成高电场小区进而造成OLED操作效能上不可挽救的失效，如短路、暗点或元件退化。高分子基板不能进行抛光，其表面粗糙度特别容易出问题；如热稳定佳的PET基板易有表面凹凸不平(>150nm)。故FOLED制作的重点是先沉积渗入阻隔层以提供高平坦化表面，再沉积元件层，俾使OLED能有效显示及长寿命化。

　　除表面质量外，FOLED用理想基板必须具有玻璃的高阻隔性、耐热性和抗刮伤性以及着塑胶的可挠性、UV稳定性、坚韧性、制程兼容性、可加工性和成本性。这些因素的相对重要性端视于产品应用、显示器结构、和显示器使用环境。就阻隔效能而言，无机/高分子/无机的多层结构对基板渗透性的重要性考量远胜于高分子/无机复合的多层结构。可挠基板的阳极沉积常使用液体溶剂(如喷滴墨印刷)，故先要考量溶剂与基板和/或渗透阻隔层间相互作用的效果。

　　一种称为Flexible Glass™的塑胶基板上的复合阻隔层，系由辊轮涂镀技术所沉积。此阻隔层展现出湿气阻隔效能在25°C和38°C时低于商用MOCON[7]侦测仪器(5x10^-3 g/m²/day)的极限。研究显示这种基板对大气污染物具有足够的不可渗入性，以形成长寿命显示器的磐石。表1显示常用高分子基板用在OLED要求的抗水气/氧气渗透率数值[8]，可一窥究竟。故FOLED需强调基板的渗入阻隔结构与效能。

　　高分子基板的水气阻隔性

　　聚乙烯或聚丙烯塑胶上沉积着金属或陶瓷氧化物的简单阻隔膜，早自60年代起已成功地应用于食品包装应用上。但其本质具有的基板纹理的粗糙度和瑕疵随沉积而共存，限制阻隔效能的提升。蒸气渗入率为沉积厚度的函数随厚度而变，乃由于基板粗糙度的含盖和孔洞的充填，但晶界瑕疵的蔓延在超过临界厚度(约100-300Å厚)时没有重大的获益，导致于一较低限的传输率约~0.05 g/m²/day[9]。

　　一般LCD的所需基板阻隔层必须具有OTR(0.1 cm³/m²/day) 和 WVTR(0.1g/m²/day) [10]。但对OLED(寿命大于1万小时)，最广泛被引用的防水/防氧渗入的数值是水蒸气渗入率(WVTR) 1 x10^-6g/m²/day，而氧气渗入率(OTR)10^-5至10^-3cm³/m²/day。明显地FOLED对渗入阻隔层的要求比LCD还严苛。OLED显示器所需的阻隔效能还不完全明朗，因为长期退化的机制依然是争论的主题。这些数值原先是用以估计使反应阴极效能退化所需而计算出来的水/氧气量。一项假设是低功函数(如镁或钙)阴极的氧化会限制“渗漏”元件的操作寿命。在此假设下，对可接受的湿气渗入的一个量级限度是可计算的。

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