OLED柔性屏，又是一場(chǎng)顯示技術(shù)的革命，一場(chǎng)新材料的盛宴

　　由于OLED與TFT-LCD器件在結(jié)構(gòu)、材料屬性和發(fā)光原理上的差異，OLED發(fā)光器件更適合制造柔性屏幕 – Flexible Screen。當(dāng)前柔性屏還被廣泛稱為曲面屏，因?yàn)槠渲皇浅尸F(xiàn)出一個(gè)固定的曲面，看上去還不算“柔性”，這是因?yàn)橛捎谄聊贿€需要玻璃來(lái)維護(hù)，而玻璃材料有其不可逾越的彎曲障礙。

　　“柔性”屏幕目前正向“可彎折（Bendable）”和“可折疊（Foldable）”兩個(gè)方向發(fā)展，但最終的終極目標(biāo)都是為了達(dá)到“可彎曲（Rollable）”屏幕的狀態(tài)。

　　圖1 “可彎曲”屏幕效果圖

　　而制造柔性屏幕初級(jí)階段的“曲面”OLED屏幕也隨之帶來(lái)幾項(xiàng)設(shè)計(jì)與加工工藝上的新探索，其中最主要的包括蓋板玻璃要從2D升級(jí)到3D、觸控技術(shù)有所變化和封裝工藝的改變。其中最后一項(xiàng)，也是最關(guān)鍵的一項(xiàng)，因?yàn)槠渲苯雨P(guān)系到柔性屏幕的良率繼而影響量產(chǎn)化的進(jìn)程。

　　目前OLED硬屏的封裝目前最常用的是以玻璃為襯底的玻璃或金屬蓋板封裝，而柔性器件則以單層和多層薄膜封裝。

　　圖2 以玻璃為基板UV固化膠粘接的蓋板式封裝（OLED顯示基礎(chǔ)及產(chǎn)業(yè)化）

　　圖3 以聚合物為基板的阻擋層封裝（OLED顯示基礎(chǔ)及產(chǎn)業(yè)化）

　　OLED有一個(gè)致命的弱點(diǎn)，怕氧怕水，一旦有氧氣或者水汽進(jìn)入到器件里，就會(huì)引起器件壽命的衰減。所以，對(duì)于柔性O(shè)LED器件，其壽命問(wèn)題取決于柔性基板及封裝技術(shù)對(duì)于氧氣和水汽的隔阻?；谶@一原則，柔性O(shè)LED的基板材料可以有以下三種選擇：超薄玻璃、金屬薄片和聚合物。

　　含有氧化鋇或者三氧化二鋁的堿式硼玻璃可以作為超薄玻璃，純硼玻璃同樣也可作為超薄玻璃使用。超薄玻璃由于很薄并且脆，因此需要聚合物層來(lái)保護(hù)玻璃表面，使得玻璃不受外力的損害以及化學(xué)試劑的腐蝕。

　　金屬箔片在薄膜封裝中表現(xiàn)出優(yōu)秀的特性。當(dāng)金屬材料的厚度在0.1 mm以下時(shí)，其就具有優(yōu)越的可彎曲性，可用于柔性O(shè)LED基板。而且其耐高溫性優(yōu)秀，可承受超過(guò)1000攝氏度的高溫；熱膨脹系數(shù)比玻璃和聚合物更加匹配，期間制作過(guò)程中可能發(fā)生的問(wèn)題較少；對(duì)氧氣和水汽的隔阻性優(yōu)秀，能有效阻止兩者的侵入。

　　但金屬箔片作為柔性O(shè)LED基板也存在兩個(gè)問(wèn)題：一、金屬箔片對(duì)光的透過(guò)率幾乎為0，所以以金屬箔片為基板的OLED器件只能采用頂部發(fā)光結(jié)構(gòu)；二、金屬箔片的表面粗糙度較差，需要增加機(jī)械拋光和電化學(xué)拋光工藝組合來(lái)解決問(wèn)題，并且之后需要加入SiOx介質(zhì)層使其表面粗糙度降低。

　　聚合物襯底與玻璃和金屬箔片相比，具有柔性更好、更耐沖擊等特點(diǎn)。但是由于聚合物襯底不能承受較高的溫度。另外，聚合物襯底相比玻璃而言，其表面平整度較差，在聚合物基板上制備導(dǎo)電電極的成功率較低、電阻率較大。所以用于OLED的聚合物襯底材料需要考慮以下三個(gè)問(wèn)題：1.在可見(jiàn)光范圍內(nèi)應(yīng)該具有95%以上的透射率；2.聚合物所具有的物理化學(xué)性質(zhì)，如熱UV穩(wěn)定性和楊氏模量等；3.提高聚合物對(duì)于有害氣體的隔阻性能，以及在聚合物襯底上制備電極的成功率，并且降低電阻率。

　　OLED封裝質(zhì)量的好壞和基底材料的平整度有很大的關(guān)系，柔性O(shè)LED多采用聚合物代替玻璃為基板，目前主要基板材料有polyacrylates（聚丙烯酸酯）、PETS（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）、fluorinated-polymers（氟化聚合物）、PEN（聚對(duì)萘二甲酸乙二醇酯）、parylenes（聚對(duì)二甲苯）、PC（聚碳酸酯）等，這些材料對(duì)水汽、氧氣的滲透率如下表所列示。

　　表1 聚合物基板材料對(duì)水汽與氧氣的滲透率

　　其實(shí)，表格中的聚合物材料都不能滿足目前應(yīng)用的要求，水汽滲透率高是所有聚合物基板的致命缺陷。根據(jù)柔性O(shè)LED器件的封裝要求，需要對(duì)聚合物表面制備一層或者多層高阻隔性的保護(hù)層。為了減少水汽和氧氣通過(guò)聚合物基板滲透到器件內(nèi)部，通常的做法是通過(guò)在柔性基板表面沉積多層堆疊結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)薄膜來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)粘貼阻隔膜來(lái)實(shí)現(xiàn)。阻隔膜材料包括SiO2、Si3N4、SiNxOy、Al2O3、AlN和Mg等。阻隔膜一般都是以柔性聚合物基板為基材，在其上通過(guò)磁控濺射法、電子束蒸鍍法或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法將無(wú)機(jī)氧化物沉積在襯底上形成水汽阻隔膜。

　　圖4 以聚合物為基板的阻擋層封裝

　　圖5 以PET為基板的SiO2 + SiNx薄膜封裝示意圖

　　OLED目前主要應(yīng)用于智能手機(jī)、家用電器及電視和包括智能手表、VR設(shè)備等產(chǎn)品，其中在智能手機(jī)中的應(yīng)用占比最高，以達(dá)到70.6%。OLED的關(guān)鍵性優(yōu)勢(shì)是在于其的可撓性上，實(shí)現(xiàn)“柔性”顯示，增加了傳統(tǒng)顯示屏的應(yīng)用場(chǎng)景和想象空間。特別是在三星量產(chǎn)Edge手機(jī)系列實(shí)現(xiàn)了曲面屏幕的顯示之后。目前對(duì)于智能手機(jī)LCD屏幕的迭代是OLED屏幕增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。

　　圖6 OLED應(yīng)用分布（來(lái)源：中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)）

　　圖7 三星Edge曲面手機(jī)

　　從產(chǎn)品形態(tài)而言，2015年全球83%的AMOLED屏幕為硬式AMOLED，但基于柔性屏幕對(duì)于顯示屏帶來(lái)的革命性創(chuàng)新，市場(chǎng)咨詢機(jī)構(gòu)TrendForce預(yù)測(cè)到2018年“柔性”與“硬式”的AMOLED屏幕產(chǎn)能將平分秋色，而到2019年柔性屏產(chǎn)能則會(huì)反超硬式屏，達(dá)到61%。群智咨詢也預(yù)計(jì)，基于目前已確定的柔性 OLED 投資生產(chǎn)線來(lái)計(jì)算，到2019 年，柔性AMOLED 的滲透率會(huì)穩(wěn)定在 65%左右，而剛性 OLED 則將不再有新的增長(zhǎng)。目前三星已建成 8 條柔性 AMOLED 生成線，而蘋果也決定在iPhone8中應(yīng)用柔性AMOLED 屏幕。

　　圖8 2015/2018/2019AMOLED柔性屏與硬式屏的產(chǎn)能比重

　　數(shù)據(jù)來(lái)源：TrendForce

　　圖9 2016-2018 各季度 OLED 屏幕出貨中柔性屏占比

　　數(shù)據(jù)來(lái)源：IHS

　　咨詢機(jī)構(gòu)IHS對(duì)于未來(lái)兩年OLED柔性屏銷售額的增長(zhǎng)趨勢(shì)做了更樂(lè)觀的預(yù)測(cè)，其認(rèn)為在2017年第三季度，OLED柔性屏的銷售額就將反超硬式屏，達(dá)到總銷售額的52%，而且其滲透率在此之后將一直維持在50%以上，并保持總體增長(zhǎng)的趨勢(shì)，該比重在2018年第四季度將達(dá)到63%。

　　隨著柔性屏幕的興起，聚合物基板和水汽、氧氣隔阻材料的市場(chǎng)也逐漸擴(kuò)大。其中國(guó)際上較著名的隔阻膜的商業(yè)化量產(chǎn)公司有美國(guó)Vitex System、3M、GE等，Vitex System公司開發(fā)出了Barix技術(shù)，該阻擋層是由有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料交替成膜形成的，并可以通過(guò)改變聚合物和無(wú)機(jī)薄膜的層數(shù)與成分加以調(diào)控Barix阻擋層的性能。國(guó)內(nèi)上市公司中有康得新和萬(wàn)順股份。聚合物基材目前主流應(yīng)用的是耐高溫的聚酰亞胺 （PI），國(guó)際上主要是由杜邦（美國(guó)）、宇部興產(chǎn)（日本）、鐘淵化學(xué)（日本）、東麗-杜邦（日本）和SKC（韓國(guó)）等五家公司壟斷，國(guó)內(nèi)上市公司中有時(shí)代新材和丹邦科技。我國(guó)高端 PI 膜需求量約 5000 噸，市場(chǎng)空間超過(guò) 50億元，主要被外資企業(yè)壟斷。國(guó)內(nèi)企業(yè)目前主要做較為低端的電工級(jí)產(chǎn)品，且產(chǎn)品質(zhì)量與杜邦等國(guó)外產(chǎn)品差距較大。

　　表2 國(guó)內(nèi)主要阻隔膜材料與聚酰亞胺A股上市公司