【科普贴】你了解OLED照明用柔性基板技术吗?
自1987年柯达公司将OLED发光元件技术实用化以来,有机发光技术的研究领域,不论学术或业者都开始投入大量的研究人力与资源,在短短二十几年间, OLED元件的发展成效迅速,各业者无不积极寻找其创新应用与发展商机。
由于OLED具备了许多目前照明设备所无法实现的特性及应用,如高演色性(Color Rendering Index; CRI):由于有机材料本质具有宽广的放光范围(半波峰宽>60 nm),又能透过多种颜色的有机发光材料组成,可轻易调配出涵盖整个可见光区域的光源;超薄厚度:OLED由有机材料自体发光,厚度可以减少至2 mm以下,整体体积不但缩小,产品重量也大幅减少,材料的减少也使成本有效地降低;消耗功率低:OLED元件不需外来光源,发光功率极高(16~100 lm/W),采用低电压(3~9 VDC),却有高亮度(100 ~14,000 cd/m 2 )、高对比(>100:1)、高解析度,图像的表现较以往更细腻且具高品质;可挠曲性:OLED可制作于具挠曲特性的塑胶、不锈钢或薄型玻璃基板上,使其可应用于任何型式的表面,而且塑胶不像玻璃有容易碎裂的问题,可提升灯具的安全性;透明性:将OLED元件中原本的反射 属阴极,改由较薄的金属或以透明电极(例如ITO)取代,可制作成具有光可穿透性的OLED元件;环境友善:由于OLED不具有紫外光的波长,也无需使用含汞原料,所以对于人体及环境皆不具有伤害性,符合现在企业追求的绿色科技发展方向。
照明用OLED基板技术需求
传统的灯泡属于点光源的照明,发展至今普遍采用的萤光灯管则属于线光源的照明,若为全面性的照明时,将需要布置许多灯泡或萤光灯管,而且会有亮度分布不均的问题,所以未来新的照明装置将属于面光源的照明,让每一处所接受到的亮度是相同的,且安装更为方便,应用将不再局限于平面的环境,任何曲面上都可以成为光源的位置。
--软性塑胶基板技术--
由于塑胶材料制成的薄膜基板具高挠曲度性质,可以随意变形,再加上质轻、体积薄及不易碎裂的特性,能应用在许多产品中,并且可根据各种不同的需求而选择不同类型的高分子。日常生活中,许多地方都可看到这些产品的出现,像是保存食物所用的保鲜膜,以至科技产品中需要的水氧隔离层,都是高分子薄膜的产品。除了可根据不同的要求选择高分子种类之外,还可在高分子基板上镀上不同材料,使其符合需求,达到防腐蚀、耐高热、隔离水氧等不同功能。不过一般的塑胶基板难以承受高温制程,加上塑胶材质的CTE大、阻水阻氧效果较差,且较不耐化学药品。一般要求塑胶基板在550 nm波长下,其光学穿透度(Light Transmittance)须达到90%以上,以确保塑胶基板能在完成后续制程时,如硬化层(Hard Coat)、氧化铟(Indium Tin Oxide ; ITO)、阻气层(Gas Barrier)等,其整体光学穿透度还能达到85%以上。
由表一可知,单纯利用高分子材料仍存在着一些瓶颈,由于对高温的承受度低(<300°C),而后续制程上又必须在基板上镀制多层各式薄膜,在此制程中往往需在高达200°C 以上的温度下进行,此时基板内容易产生卷曲,甚至是破坏的情形。因此现今已致力于低温制程的开发,利用奈米压印技术取代传统的蒸镀制程,避免高温对产品之影响。又高分子材料对水分与氧气的阻隔性相当低,此缺点恰巧是OLED 元件内,对水气和氧气敏感之有机材料的一大致命伤,水氧的入侵将造成元件电极的氧化,降低其可靠度及使用寿命。为补强塑胶基板对水分及氧气的阻隔性,常见在高分子基板上涂覆致密的材料,以防止水氧的渗透及扩散,此材料被称作阻隔层(Barrier Layer)。
部分厂商现况
1. BarixTM Barrier Film
BarixTM Barrier Film是由美国Vitex System公司开发的一种独特薄膜隔离层,能够在塑胶基板上或OLED元件上直接镀制。此保护层又称BarixTM ,主要是以聚合物膜及无机陶瓷膜在真空下交替叠加而成,其保护层厚度大约为3微米,如下图所示。
OLED 多层膜封装流程示意
2. GE Plastics-(UHB
美国GE公司推出新的基板技术,能够承受制作OLED时较高的温度,该系统将高温Lexan聚碳酸酯(Polycarbonate; PC)薄膜与透明、具阻隔性的有机/无机涂层组合在一起,达到阻水氧的效果,形成125微米厚的基板材料,采用低温电浆辅助化学气相沉积(Plasma-Enhance Chemical Vapor Deposition;PECVD)制作无机层,且批次式生产,称之为Graded Ultra High Barrier Plastic Film(UHB),如下图所示,成功地在PC基板上整合水氧吸收层,其阻水气效果可达到10-5~10-6 g/m 2 /day (23°C, 50%RH),可见光穿透度达82% 。