柔性屏幕——显示技术的大势所趋

Kerry Cunningham, 应用材料公司显示产品事业部产品营销经理

随着更先进的制造设备和材料工程技术的发展，可弯曲、可折叠以及曲面显示在电子产品中的应用日益丰富，为电子产品制造商带来了丰厚的获利机会。

很多人都曾经希望自己的移动设备有一块能轻松折叠放进口袋里的大屏幕，应用材料公司最近的一次调查^[1]显示，多达五分之四的人曾有过这样的想法。

正是出于这一迫切需求，未来几年内柔性曲面显示设备市场预计将强劲增长。据行业研究机构Touch Display Research的市场分析师预测，2023年柔性和曲面显示器将占据全球显示设备市场16%的份额，而2013年仅为1%^[2]。IHS iSuppli公司预测，柔性显示器的全球出货量将从2013年的320万台攀升至2020年的7.92亿台^[3]。

在这一趋势下，移动设备厂商已纷纷推出曲面显示设备，如三星的Galaxy Edge 就以其优美的弧形边缘而著称。那么这些柔性、可弯曲等新型显示屏幕的背后究竟需要哪些技术，同时支持足够的分辨率、画质和耐用性？更重要的是，这些技术的成本如何，是否能为显示器和终端设备制造商提供可观的利润？

材料成为关键因素

材料在柔性显示技术的发展中扮演着重要角色，让其出现于越来越多的移动设备、电视机及电子广告牌等应用中。对于材料而言，一大技术挑战是在舍弃玻璃封装、让显示器可弯曲或折叠的同时，不牺牲薄膜晶体管（TFT）背板的操作性能和信赖性。

例如，当显示屏被弯曲时，保持滤色片和TFT背板之间所需的间距十分困难。在这方面，有源矩阵有机发光二极管（AMOLED）显示技术具有光明的应用前景，因为原先保护有机材料免受湿气和空气影响的玻璃封装材料可由多层薄膜所替代。

但值得注意的是，这并非材料方面的唯一挑战。无论是否是柔性显示器，任何OLED显示设备，尤其是大尺寸屏幕，在进入批量生产前必须解决以下这些挑战：电致发光（EL）蒸发现象及其对有机材料寿命的影响；低沉积速率；因缺陷导致的低良率问题；以及蒸镀技术的可扩展性，这会直接影响显示器批量生产的成本。

柔性OLED显示器的早期应用都倾向于使用分层工艺在柔性薄膜上制造晶体管背板。首先，薄膜被弱键合到玻璃基板上，并通过典型的OLED加工工序而形成晶体管。当OLED加工完成后，含有晶体管背板的薄膜将被从玻璃基板上剥离或移除掉，从而制成柔性显示器。

然而，这种剥离工艺十分复杂，且非常昂贵。因此，如果没有进一步的技术突破，其在大规模生产中的应用仍值得商榷。

薄膜封装（TFE）

许多显示制造技术的基本目标是实现TFT背板和OLED发射层的均匀性和性能稳定性。多层薄膜的有效封装对防止因水分和颗粒造成的AMOLED显示屏的老化十分重要（见图1）。封装会直接影响到AMOLED器件的寿命和照明性能。

图1. OLED设备故障形成机制

应用材料公司提供的薄膜封装（TFE）工艺和技术可支持柔性OLED显示器的制造要求（见图2），同时带来关键的保护屏障。

图2. 薄膜封装制造要求

应用材料公司的AKT TFE产品线中包括多层薄膜解决方案（见图3），可有效延长柔性OLED的寿命。多层薄膜概念通过解离阻隔薄膜中的缺陷部位，并增加渗透通道的长度，来降低水的渗透。

图3. 薄膜封装：多层薄膜概念

此外，它还含有由氮化硅制成的扩散阻隔膜，氮化硅具有极低的水和氧气渗透性(见图4），并将其与HMDSO缓冲层（用于OLED移动应用）相结合。HMDSO缓冲层可释放膜层堆叠的应力，并隔离上游加工中可能发生的颗粒污染（见图5），从而避免颗粒导致的黑点和分层问题。

图4. PECVD氮化硅阻隔薄膜性能

图5. PECVD HMDSO缓冲薄膜性能3层（氮化硅/HMDSO）

这些高性能薄膜在100℃以下的温度中进行沉积，从而解决了OLED材料在暴露于外部环境时易于降解的问题。此外，AKT TFE系统还采用了独特的视觉对准技术，确保精准的掩膜定位和沉积。这帮助显示器制造商减少了光刻和刻蚀工序，从而显著降低生产成本。

HMDSO缓冲层的样品展现出极高的光透射率（在300nm及以上技术节点中可大于 95％）和低应力。样品通过了设备寿命试验（三层氮化硅/ HMDSO），并通过了直径1英寸的10万次弯曲测试。此外，由于没有任何高应力点，该缓冲层提供良好的颗粒覆盖，不会产生空穴或扩散通道。

应用材料公司的TFE设备架构采用群集装备设计，能在不破坏真空环境的前提下实现高产出的多层沉积（见图6）。

图6.  HMDSO透射和应力测试结果

全产业链的通力合作不可或缺

柔性、可弯曲显示设备的开发带来了诸多制造工艺和材料方面的挑战。为了尽快实现这些新技术，并将成本降低至大众消费者所能接受的程度，设备和材料供应商以及面板和器件制造商之间必须通力合作。

凭借在精密材料工程领域的专长，应用材料公司致力于帮助客户解决这些技术挑战，使柔性显示器尽快成为现实。

参考文献

1.     http://blog.appliedmaterials.com/sites/default/files/Applied%20Materials%20Display%20Survey%20Factsheet_120414.pdf

2.     http://touchdisplayresearch.com/?page_id=551

3.     https://technology.ihs.com/436047/flexible-display-market-toreach-nearly-800-million-unit-shipments-by-2020