觸摸屏技術(shù)

解決OLED量產(chǎn)各種問題玻璃屬性/面板制程扮要角

09月05日

分類：觸摸屏技術(shù)

　　產(chǎn)業(yè)預(yù)料于未來五年內(nèi)，行動(dòng)裝置顯示器市場(chǎng)仍朝向更高分辨率、更明亮及更低耗電量的發(fā)展趨勢(shì)，這些顯示器的屬性將成為絕大多數(shù)行動(dòng)裝置的共同基礎(chǔ)。行動(dòng)裝置品牌廠為圖自家產(chǎn)品在市場(chǎng)上脫穎而出，將力求創(chuàng)造出與眾不同的屬性及效能。

　　顯示器可藉由二種方式來滿足這些需求，一是藉由工業(yè)設(shè)計(jì)，二是透過VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）功能。工業(yè)設(shè)計(jì)推動(dòng)面板制造商生產(chǎn)邊緣可彎折或可撓曲的顯示器。至于針對(duì)VR進(jìn)行優(yōu)化的裝置需要具備最高分辨率及最短的反應(yīng)時(shí)間。當(dāng)前的LTPS-OLED（低溫多晶硅–有機(jī)發(fā)光二極管）顯示器面板能滿足這些需求，尤其是用于手持式裝置和小型應(yīng)用裝置的面板。

　　LTPS-OLED以異軍突起之姿滿足市場(chǎng)上這些趨勢(shì)的需求。本文將討論LTPS-LCD與LTPS-OLED之間的主要差異，以及LTPS-OLED在制程方面的特殊難處；并介紹康寧第三代高性能顯示玻璃基板Lotus NXT Glass得天獨(dú)厚又面面俱到的玻璃屬性，來幫助面板廠商克服當(dāng)前 LTPS-OLED制程的挑戰(zhàn)。 Lotus NXT Glass是設(shè)計(jì)為最適合用于生產(chǎn)OLED面板的玻璃基板，使其具備最高分辨率、最明亮、最低耗電量、最長(zhǎng)使用壽命的顯示面板，以及降低已實(shí)現(xiàn)的玻璃成本。

　　制程不同于LCD OLED顯示器厚度大縮減

　　傳統(tǒng)LTPS-LCD面板的發(fā)光須要用到不斷開啟的背光組件，發(fā)出的光由液晶層進(jìn)行過濾，再通過CF（彩色濾色片）創(chuàng)造出肉眼可見的像素。

　　而LTPS-OLED面板則是由電流切換自發(fā)光二極管的開關(guān)，創(chuàng)造出顯示器的光線。 LTPS-LCD顯示器由兩片玻璃組成：一片用于高溫TFT（薄膜晶體管）基板，另一片用于CF（彩色濾光片）。

　　至于LTPS-OLED則是會(huì)根據(jù)顯示器為硬式或可撓式來決定玻璃基板的不同用途。硬式LTPS-OLED面板相似于傳統(tǒng)LTPS-LCD面板，其中也須要將一片高性能顯示玻璃用于高溫TFT基板，不過OLED是使用輕薄透明的封裝材料而非CF，而此封裝材料通常也是玻璃。

　　可撓式TPS-OLED 則是使用高效能顯示玻璃作為在塑料基板上制作TFT用的載板，再使用薄膜封裝OLED。在本文將這兩種LTPS-OLED面板稱為「硬式」及「可撓式」。

　　OLED顯示器的厚度可較LCD顯示器薄 45%。 OLED面板無須使用背光片，也減少使用一片偏光片，此外，OLED顯示器的保護(hù)玻璃也較薄。 OLED顯示器雖須另外加上散熱片，硬式OLED顯示器模塊的厚度可較LCD模塊顯示器薄25%，可撓式OLED顯示器的厚度更能薄到45%。圖1為以橫切面的方式比較LTPS-LCD顯示器模塊、硬式及可撓式LTPS-OLED顯示器模塊的厚度。

　　圖1 顯示器模塊橫切面比較

　　現(xiàn)今OLED顯示器在色彩、反應(yīng)時(shí)間、延遲等優(yōu)異的表現(xiàn)，加上能提出不凡的工業(yè)設(shè)計(jì)（表1），皆是吸引手持式裝置品牌廠的價(jià)值主張。

　　工業(yè)設(shè)計(jì)方面的優(yōu)點(diǎn)包括更輕薄的面板，且在設(shè)計(jì)可撓式OLED時(shí)，使用邊緣可彎折的可撓式面板。一般認(rèn)為相較于LTPS-LCD，LTPS-OLED顯示器的使用壽命為其缺點(diǎn)，然而在手持式裝置市場(chǎng)，OLED的使用壽命超過尋常裝置的使用壽命，因此這方面不再視為缺失。

　　圖2及圖3介紹硬式和可撓式OLED面板的制程。兩種制程都需采用高溫來制作低溫多晶硅晶體管（LTPS TFT），不過其中玻璃扮演著截然不同的角色。

　　圖2 硬式LTPS-OLED制程圖

　　圖3 可撓式LTPS-OLED制程圖

　　在硬式OLED顯示器中玻璃是作為背板和封裝材料并存在于終端產(chǎn)品中。可撓式OLED顯示器雖然采用塑料材質(zhì)，卻仍須使用高效能顯示器質(zhì)量等級(jí)的玻璃作為載板，再制作TFT于塑料基板上。以下更深入介紹這兩種制程的差異性。

　　一，如前所述，可撓式OLED的制程始于在玻璃載板上涂布聚酰亞胺等耐高溫塑料材料并固化；二，使用多層薄膜（而非玻璃）封裝可撓式顯示器；三，將塑料基板從玻璃載板上剝離；最后，在完成制程的過程中，可撓式OLED面板維持原本的厚度，而硬式OLED面板則須再以酸蝕方式減薄才能達(dá)到期望的最終面板厚度。

　　這些制程中玻璃雖扮演著截然不同的角色，卻都是要角。高效能顯示玻璃為硬式OLED顯示器的一部分；而對(duì)于可撓式OLED顯示器而言，高性能顯示玻璃則是作為面板制程中的載板，在OLED沉積制程前會(huì)被裁切成基板原尺寸的一半或四分之一，最后使用紫外線光將塑料基板從玻璃載板上剝離。玻璃載板必須使用有純凈表面、絕佳尺寸穩(wěn)定性和光學(xué)特性的高效能顯示玻璃基板，方能展開這兩種制程。

　　攻克OLED制程挑戰(zhàn) 玻璃功不可沒

　　硬式OLED制程始于高溫TFT制程，此點(diǎn)與LTPS-LCD背板制程相似。硬式OLED面板未使用背光片或彩色濾光片，而是使用原生紅綠藍(lán)有機(jī)發(fā)光材料來產(chǎn)生光線和顏色。

　　在硬式OLED的制程中，玻璃可協(xié)助面板制造商解決五大制程難關(guān)：絕緣保護(hù)及沉積層、TFT光蝕刻制程、有機(jī)材料沉積、封裝和面板薄化。

　　絕緣保護(hù)層及第一道沉積層的形成，需要無顆粒和刮痕的純凈玻璃表面，如果有顆粒和刮痕，會(huì)造成絕緣保護(hù)及沉積層的斷裂。

　　TFT光蝕刻步驟需要低的Total Pitch變異量（TPV），來達(dá)到精確地圖案對(duì)位，與在LTPS-LCD制程的需求相同；不過在硬式LTPS-OLED顯示器的制程中，低 TPV也有利于需要將背板和FMM（精細(xì)金屬光罩）謹(jǐn)慎對(duì)位的有機(jī)沉積步驟。以下方程序描述此步驟中的變異量：

　　影響FMM制程變異V的元素有TPV（基板的Total Pitch變異量）、P（FMM Pitch變異量）、CD（FMM圖案尺寸偏差）、A（對(duì)位精度）、S（陰影效應(yīng)）及T（熱不匹配效應(yīng)）。降低其中任一個(gè)或每一個(gè)因素，皆能降低整體FMM變異量，意指較低的TPV有助于減少對(duì)位誤差。

　　圖4 硬式LTPS-OLD制程要求和玻璃需求

　　再者，較高的楊氏模數(shù)E能減少FMM制程變異里的陰影效應(yīng)S，減少基板的下垂量。

　　使用Lotus NXT Glass等較低TPV的玻璃，也能延長(zhǎng)OLED的使用壽命。較低 TPV有助于降低FMM制程變異量，進(jìn)而設(shè)計(jì)出較大的發(fā)光面積。以下方程序說明開口面積與電流密度間的關(guān)系：

　　面板亮度目標(biāo)為常數(shù)，較大的發(fā)光面積能降低電流密度，而延長(zhǎng)OLED材料的使用壽命。

　　圖5 可撓式LTPS-OLD制程要求和玻璃需求

　　部分面板制造商對(duì)高分辨率裝置采用更嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)定（Design Rule）曝光設(shè)備。新的設(shè)備有著更嚴(yán)格的聚焦深度（DOF）要求，因此，更少厚度公差（Total Thickness Variation, TTV）的玻璃，能幫助使用嚴(yán)格DR曝光設(shè)備時(shí)，無失焦的問題。

　　OLED顯示器需阻水阻氣的封裝技術(shù)。如果未采取氣密式的封裝，濕氣和氧氣的滲入會(huì)破壞有機(jī)發(fā)光層材料。一片薄薄的玻璃用于封裝，通常硬式OLED是使用玻璃膏將封裝玻璃和背板以熔接的方式密合。

　　多層薄膜或氣密式的封裝薄膜也可用于封裝，不過通常玻璃的成本較低廉。加上玻璃這種封裝材料有著較低的玻璃轉(zhuǎn)移溫度（Tg）和熱膨脹系數(shù)（CTE），可降低密封區(qū)的殘留應(yīng)力和加大密封操作范圍，提升面板的機(jī)械穩(wěn)定性。

　　最后在薄化制程中使用有著均衡刻蝕速度與污泥產(chǎn)生表現(xiàn)的玻璃，可提高產(chǎn)出率及降低總制造成本。

　　玻璃板UV穿透性保持一致可撓式OLED顯示器質(zhì)量提升

　　可撓式OLED的制程跟硬式OLED 的制程相似，都是從使用高溫制程制作LTPS 晶體管開始，不過可撓式OLED的基板為塑料材質(zhì)，玻璃作為載板，并在最后的雷射剝離步驟中，從玻璃載板取下已形成可撓式OLED的塑料基板。

　　由于可撓式OLED制程都是從高溫制程制作LTPS晶體管開始，與硬式OLED制程相似，玻璃發(fā)揮著與在前述介紹過的相同優(yōu)點(diǎn)。必須使用有著純凈表面的高性能顯示玻璃載板，確保聚酰亞胺層底下無任何雜粒。

　　較低的TPV及更佳的玻璃厚度公差（TTV）有利于高溫沉積和曝光步驟。可撓式OLED的有機(jī)沉積步驟與硬式 OLED相同，有著相同影響FMM變異量的因素，使用較低TPV和較高楊氏系數(shù)的載板，可降低FMM對(duì)位的變異量，且較低的TPV亦有利于OLED的使用壽命。雷射剝離步驟是可撓式OLED制程獨(dú)有的步驟，雷射發(fā)出的能量穿過玻璃載板，從載板剝離塑料基板。此步驟需使用有著高UV穿透率且均勻的載板玻璃，來提升良率和顯示器質(zhì)量，如圖6所示。

　　圖6 雷射剝離制程的挑戰(zhàn)

　　若每一片玻璃的UV穿透性參差不齊，就得為穿透變異量調(diào)整雷射功率，還會(huì)產(chǎn)生額外的良率下降或制程成本增加的情況。各玻璃板的UV穿透性必須保持一致，避免出現(xiàn)無法剝離或顯示器亮度不均所造成的各種云紋（Mura）。圖7說明了Lotus NXT Glass及兩款次佳競(jìng)品玻璃的穿透率曲線，并指出進(jìn)行雷射剝離制程步驟時(shí)，Lotus NXT Glass在波長(zhǎng)為308nm 時(shí)有較高的UV穿透率。

　　圖7 載板玻璃穿透率曲線比較

　　此外，玻璃載板表面潔凈度也會(huì)影響局部穿透性和顯示器剝離的制程，因?yàn)檫@些瑕疵有可能會(huì)擋住或分散了UV光的能量路徑。

　　新世代玻璃穩(wěn)定性高滿足LTPS高溫制程需求

　　Lotus NXT Glass是設(shè)計(jì)來解決 OLED面板制程方面的挑戰(zhàn)。 Lotus NXT Glass的屬性包括在高溫制程中尺寸的穩(wěn)定性，適用于LTPS的高溫制程。這項(xiàng)得天獨(dú)厚的優(yōu)點(diǎn)也能用于硬式OLED制程的背板玻璃，以及作為可撓式OLED制程中的載板玻璃。以下列出Lotus NXT Glass用于這兩項(xiàng)OLED技術(shù)的特定優(yōu)點(diǎn)。

　　Lotus NXT Glass用于硬式OLED的優(yōu)點(diǎn)包括，優(yōu)秀的玻璃表面清潔度提供用于TFT層迭結(jié)構(gòu)的純凈表面；Total Pitch變異量（TPV）較兩款次佳的顯示玻璃高出45%，對(duì)于OLED背板在高溫制程的尺寸穩(wěn)定性及有機(jī)沉積的FMM對(duì)位尤為關(guān)鍵；玻璃總厚度變異量（TTV）較浮式玻璃優(yōu)秀兩倍（亦即數(shù)值是浮制玻璃的一半），讓面板制造商能使用更高分辨率的曝光設(shè)備；較高的楊氏系數(shù)保證其剛性，也能進(jìn)行較佳的FMM對(duì)位；原生厚度差異減少；或無須蝕刻封裝玻璃；均衡的酸蝕刻速度和污泥產(chǎn)生速度，幫助面板薄化制程有更佳的產(chǎn)出率。康寧亦提供低Tg和低CTE之玻璃封裝材料的玻璃膏解決方案（Vita Hermetic Sealing Solution for OLEDs）。

　　Lotus NXT Glass用于可撓式OLED的優(yōu)點(diǎn)，包括高楊氏系數(shù)有助于減少基板在制程中的下垂量；優(yōu)異的玻璃清潔度為塑料沉積制程提供純凈表面；較低并更接近塑料基板的熱膨脹系數(shù)，有助于維持塑料層和玻璃載板間的尺寸穩(wěn)定性；TPV值較次佳顯示玻璃高出45%，在高溫制程中有著優(yōu)秀的尺寸穩(wěn)定性；TTV較浮式玻璃優(yōu)秀兩倍（亦即數(shù)值是浮式玻璃的一半），可在幫助形成均勻又薄的塑料層；308nm波長(zhǎng)的UV穿透率較次佳顯示器玻璃高出25%，且在最終制程步驟中，能高效率且有效地使用雷射剝離塑料基板；玻璃板內(nèi)和每片玻璃板皆有著一致的UV穿透率，使得雷射設(shè)定值可維持不變以及達(dá)到較高的剝離良率。

　　在表2內(nèi)比較Lotus NXT Glass與兩款次佳浮式玻璃，列出前述所謂有利于OLED制程的玻璃屬性。康寧投入無比的時(shí)間與面板制造商合作了解其需求，且在用于LCD和硬式OLED面板的新興LTPS及氧化物薄膜晶體管（Oxide TFT）背板領(lǐng)域中推動(dòng)創(chuàng)新。我們了解硬式及可撓式OLED顯示器的制程還有面板制造商在制程中所面對(duì)的難處，以及將玻璃用于解決這些難處時(shí)所扮演的重要角色。