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智慧生活設計事務所


2017年3月20日 星期一

Flexible display Technology

來源: OFweek 显示网 邵阳 

來源: OFweek 顯示網 邵阳

我們正處在一個不斷進步和突破的時代,眼下人們習慣使用的手機、筆記型電腦、電視等,大多採用基於薄膜晶體管驅動的液晶顯示器(TFT-LCD)。

針對TFT技術,金屬氧化物TFT已經等離子了全球眾多面板製造商的關注,並有望「走出」實驗室「邁向」市場。金屬氧化物 TFT具有遷移率高,亞閾值陡,關態洩漏電流低,以及制備工藝靈活等優點。

傳統TFT鍍膜技術,通常採用以濺射為代表的物理氣相澱積(PVD)法和等離子體化學氣相澱積(PECVD)法,這些技術需要在高真空下進行,具有高成本、高污染、高能耗的缺點。


另一方面,基於光刻技術的傳統微加工技術,雖能提供非常精細的圖形加工能力,但是,設備成本非常高,耗材嚴重,且套刻偏差不利於實現柔性TFT的制備。因此,無掩膜和非真空技術,已成為人們積極開展的研究方向。

 
圖1 (a)印刷技術和(b)傳統光刻技術的比較


那麼是否存在這樣的加工技術,它能夠結合非真空技術實現低成本,用材少的目標。隨著人們對TFT製造技術的不斷探索,印刷電子技術應運而生。


顧名思義,印刷電子技術是將電子材料,配成流動性的墨水,像印刷報紙那樣,採用印刷的方法,大批量地制備各種電子元器件,這無疑要比傳統的方法經濟得多。圖1將印刷技術與傳統光刻技術進行了比較。

從圖中可以看到,印刷技術採用按需滴液的方式,直接形成圖形化的薄膜,這種加成法的技術,與減成法的光刻技術相比,在節省材料的同時,能夠大大簡化製程步驟,減少污染,降低成本。

其中,針對金屬氧化物TFT而言,用於在襯底上形成氧化物半導體薄膜的墨水,可分為兩大類,分別是溶膠-凝膠(sol-gel)型墨水,和奈米顆粒型墨水。前者通常是將金屬鹽作為前體溶解在溶劑中得到,後者通常是金屬氧化物奈米顆粒,在一定條件下均勻分散於溶劑中形成。

採用溶膠-凝膠型墨水形成薄膜時,金屬鹽溶液需要進行縮合化學反應,並經過乾燥、燒結固化形成金屬氧化物半導體薄膜。奈米顆粒型墨水的成膜過程,也需要透過高溫,使有機溶劑等雜質充分揮發去除。

但與溶膠-凝膠相比,奈米顆粒可以在相對較低的溫度進行燒結,具有低溫製備的潛力,且奈米顆粒型墨水比較穩定。但是其弊端在於形成的薄膜比較粗糙,奈米顆粒間的孔隙和有機殘留物,會阻礙電子傳輸,導致薄膜具有較低的遷移率,和較高的電阻。

需要說明的是,墨水就是可印刷的溶液,而這種由溶液經過固化成膜的方法,通常被稱為溶液法。與濺射的氧化物半導體薄膜相比,採用非真空溶液法製備氧化物半導體薄膜,除了低成本的優勢,還能簡單方便地,調整各個溶液的配比,從而更加靈活地改變金屬氧化物中各元素,所佔的百分比。但是,溶液法製備氧化物TFT尚不成熟,器件的性能有待進一步提高。

 
圖2(a)柔性顯示螢幕(b)可穿戴手套示意圖

此外,隨著顯示技術的蓬勃發展,消費者對於有創造力的產品設計元素越來越看重,柔性顯示能夠打破目前顯示螢幕,平整單一的外觀,如圖2(a)所示,其可彎曲的特性,將給生產商帶來更多設計的靈感,從而出現更多的新產品。比如更加貼合手腕的智能手環,更加輕薄的可穿戴設備,如圖2(b)所示,給人們的佩戴,帶來更加輕便的體驗,外觀更加時尚的智慧手機等。

與卷對卷技術(Roll to Roll)無縫對接的印刷技術,在柔性顯示方面具有得天獨厚的優勢,因此,印刷技術的應用前景廣闊,有望在製造柔性電子器件方面大放異彩,促進柔性顯示的發展。圖3給出了採用柔性襯底的卷對卷技術示意圖。

 
圖3 卷對卷工藝示意圖[3]


雖然基於溶液法的印刷技術具有直接圖形化,節省材料,和非真空等許多優點,很有希望取代傳統的鍍膜技術(PVD、PECVD等)和光刻技術,擺脫昂貴複雜的真空技術。

但相較於光刻技術,當前的印刷技術所能做到的,最小線寬在微米量級,暫無法實現亞微米級的精細圖形加工能力。需要克服的技術難點包括:墨滴成膜形態的控制,墨水的選擇,套印精度和圖案的均勻性等。

此外,在未來研究工作中需要關注的重點,還包括:開發更加先進的印刷設備,從而保證墨滴在大面積襯底上,能夠穩定噴塗;針對採用柔性襯底的連續卷,對卷印刷技術研製出更加合適的噴頭。相較於在高真空下沈積的薄膜,溶液法制備的薄膜通常不夠致密均勻,且製備過程需要經過高溫,或者長時間的降溫。

目前,溶液法制備氧化物TFT尚處於實驗室研究階段,人們致力於降低處理溫度、縮短降溫時間,尋找P型溝道材料等。因此,印刷技術在未來顯示中,得到廣泛應用還有很長一段時間,在此期間,該技術仍須面臨諸多挑戰。


                                                                                                                                                                                                                 


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