什么是AMOLED

AMOLED（英語：Active-matrix organic light-emitting diode，中譯：有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極體或主動(dòng)矩陣有機(jī)發(fā)光二極體）是一種顯示屏技術(shù)。其中OLED（有機(jī)發(fā)光二極體）是描述薄膜顯示技術(shù)的具體類型：有機(jī)電激發(fā)光顯示；AM（有源矩陣體或稱主動(dòng)式矩陣體）是指背后的像素尋址技術(shù)。目前AMOLED技術(shù)主要用于智能手機(jī)，并繼續(xù)朝低功耗、低成本、大尺寸方向發(fā)展。

可用于AMOLED的柔性襯底

可用于柔性 AMOLED 顯示的柔性襯底主要包含以下幾類：塑料襯底、不銹鋼箔片、柔性玻璃、紙。其中不銹鋼箔片表面粗糙度大，不透明；柔性玻璃彎曲效果欠佳且價(jià)格較貴；而紙耐溫性差，這些限制了其在該領(lǐng)域的發(fā)展。而塑料襯底綜合性能較好，已成為重點(diǎn)發(fā)展的襯底材料。而目前發(fā)展較快的是PI，即聚酰亞胺薄膜。

   為什么聚酰亞胺薄膜可以用于AMOLED

PI 是現(xiàn)有材料中耐溫性最好的一類聚合物材料，同時(shí)還擁有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)良的力學(xué)性能。通過在化學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、形貌等六個(gè)方面的綜合調(diào)控，可以滿足其在AMOLED的使用要求。

聚酰亞胺透明膜

這六個(gè)方面的性能可進(jìn)一步細(xì)化為 23 個(gè)物理指標(biāo)

01

化學(xué)方面

PI 必須具有良好的耐藥性。AMOLED 顯示屏工藝對(duì) PI 耐藥性的要求，體現(xiàn)在 PI 應(yīng)不溶解于常規(guī)的酸、堿和有機(jī)溶劑中，且其在溶劑中不能出現(xiàn)溶脹、開裂、皺縮以及其他物理性能顯著劣化的現(xiàn)象。其次，要求顯示用的 PI 材料純度必須非常高。一般而言，AMOLED 工藝對(duì)聚酰胺酸的 Cu、Fe、Cr 和 Mn 等金屬雜質(zhì)含量的要求是小于 0.1  ppm，對(duì)移動(dòng)性較強(qiáng)的 Na 和 K 含量要求小于 0.3 ppm。另外不能出現(xiàn)有團(tuán)聚的有機(jī)雜質(zhì)。因?yàn)镻I 材料中的雜質(zhì)往往會(huì)導(dǎo)致其周邊的顯示單元不受控，形成顯示缺陷，影響顯示屏的顯示效果。

02

力學(xué)方面

AMOLED 顯示屏要求 PI 具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和具有較小的殘余應(yīng)力，AMOLED 制程要求復(fù)合基板的翹曲度不能過大。復(fù)合基板翹曲度過大會(huì)導(dǎo)致 PI 表面所沉積的功能層均勻性下降，也會(huì)導(dǎo)致光刻精度下降。同時(shí)意味著柔性 PI 襯底從載體基板上分離后將出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力釋放現(xiàn)象，器件將會(huì)出現(xiàn)不受控卷曲的問題。在調(diào)控 PI 襯底的殘余應(yīng)力方面，具有較少柔性基團(tuán)的棕色 PI 材料可通過環(huán)化工藝的優(yōu)化對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行有效調(diào)控，而對(duì)于透明或無色 PI 材料而言，通過固化溫度調(diào)控殘余應(yīng)力的空間十分有限。通過優(yōu)化 PI 分子結(jié)構(gòu)、開發(fā)低熱膨脹系數(shù)的透明 PI 襯底材料是一個(gè)更為可行的辦法。 

03

光學(xué)方面

對(duì)于底發(fā)射型的 OLED 器件，要求 PI 襯底在可見光區(qū)的光學(xué)透過率大于 90%。對(duì)于頂發(fā)射型的 OLED 器件，由于其發(fā)出的光不需要經(jīng)過 PI 襯底，因此這類器件對(duì) PI 光學(xué)性能的要求就大大降低，用傳統(tǒng)的棕色耐高溫 PI材料即可。 

04

熱學(xué)方面

對(duì)于采用金屬氧化物 TFT 背板技術(shù)的AMOLED 工藝而言，工藝的最高溫度一般不超過 350℃，而基于低溫多晶硅技術(shù)的AMOLED 工藝制程則需要 400℃-450℃，針對(duì)不同的工藝需要選用不同的 PI 以確保 PI的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度比工藝最高溫高 30℃以上。因?yàn)椴ＡB(tài)轉(zhuǎn)變溫度是材料可長時(shí)間穩(wěn)定工作的一個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)。在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度以下，PI 具有較穩(wěn)定的物理性能，而超過這一溫度之后，PI 的鏈段開始運(yùn)動(dòng)，宏觀上材料體現(xiàn)出粘彈特性，物理性能急劇變化，且PI 在高溫下的形變有一部分是不可恢復(fù)的。其次，PI 在 AMOLED 工藝制程中需要經(jīng)歷多個(gè)冷/熱循環(huán)，一般而言，由于顯示屏工藝要求達(dá)到微米或亞微米量級(jí)的對(duì)位精度，因此要求 PI 襯底在工藝過程中的熱膨脹系數(shù)小。

05

襯底形貌方面

要求 PI 具有適中且均勻的厚度，平坦且光滑的表面，均一、無缺陷的膜質(zhì)。聚酰亞胺膜的制備一般方法是通過溶液法進(jìn)行聚酰胺酸的涂覆，例如采用旋涂或刮涂等形式。為了達(dá)到較好的 PI 襯底形貌，應(yīng)仔細(xì)優(yōu)化聚酰胺酸的粘度以及固含量、還有涂覆以及固化工藝。 

06

其他方面

還應(yīng)該考慮PI的可加工性以及嚴(yán)格控制PI 的吸水率以及水、氧透過率。聚酰亞胺水汽滲透率較高，可以通過沉積水氧阻隔層來彌補(bǔ)這一缺陷，因此目前聚酰亞胺勉強(qiáng)可以滿足 AMOLED 的使用需求。

我的思考

柔性 AMOLED 工藝對(duì) PI 襯底的要求是綜合性的。一個(gè) AMOLED顯示屏包含三十多個(gè)功能層，需要經(jīng)歷上百道工序。AMOLED每一個(gè)功能層所經(jīng)歷的工藝，聚酰亞胺都必須一同經(jīng)歷，并且在相應(yīng)的工藝過程中 PI性能不能有災(zāi)難性的退化。這要求聚酰亞胺膜的性能必須達(dá)到完美才能夠?qū)崿F(xiàn)。這讓我再一次了解到一件精密的高科技產(chǎn)品的研發(fā)不是輕松的，而是需要千百個(gè)方面綜合考慮。比如實(shí)現(xiàn)高光學(xué)透過率和實(shí)現(xiàn)高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是一對(duì)矛盾，因?yàn)闉榱藢?shí)現(xiàn)高光學(xué)透過率就必須引入一些柔性或體積較大的基團(tuán)，從而減小分子鏈的晶化程度，降低轉(zhuǎn)移電荷絡(luò)合作用，而這會(huì)導(dǎo)致聚酰亞胺材料中分子鏈的相互作用減弱，分子鏈在高溫下更容易移動(dòng)，使玻璃化轉(zhuǎn)變溫度變低。所以要實(shí)現(xiàn)一種優(yōu)異的性能還要走很遠(yuǎn)的路。這也提醒我在今后科研的道路上要想有所成就就必須精益求精，不能囫圇吞棗。

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