OLED柔性屏，又是一場顯示技術的革命，一場新材料的盛宴

　　一、OLED柔性屏的制造難點與解決方案

　　由于OLED與TFT-LCD器件在結構、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。當前柔性屏還被廣泛稱為曲面屏，因為其只是呈現(xiàn)出一個固定的曲面，看上去還不算“柔性”，這是因為由于屏幕還需要玻璃來維護，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）”兩個方向發(fā)展，但最終的終極目標都是為了達到“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階段的“曲面”O(jiān)LED屏幕也隨之帶來幾項設計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升級到3D、觸控技術有所變化和封裝工藝的改變。其中最后一項，也是最關鍵的一項，因為其直接關系到柔性屏幕的良率繼而影響量產(chǎn)化的進程。

　　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顯示基礎及產(chǎn)業(yè)化）

　　OLED有一個致命的弱點，怕氧怕水，一旦有氧氣或者水汽進入到器件里，就會引起器件壽命的衰減。所以，對于柔性OLED器件，其壽命問題取決于柔性基板及封裝技術對于氧氣和水汽的隔阻?；谶@一原則，柔性OLED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保護玻璃表面，使得玻璃不受外力的損害以及化學試劑的腐蝕。

　　金屬箔片在薄膜封裝中表現(xiàn)出優(yōu)秀的特性。當金屬材料的厚度在0.1 mm以下時，其就具有優(yōu)越的可彎曲性，可用于柔性OLED基板。而且其耐高溫性優(yōu)秀，可承受超過1000攝氏度的高溫；熱膨脹系數(shù)比玻璃和聚合物更加匹配，期間制作過程中可能發(fā)生的問題較少；對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OLED基板也存在兩個問題：一、金屬箔片對光的透過率幾乎為0，所以以金屬箔片為基板的OLED器件只能采用頂部發(fā)光結構；二、金屬箔片的表面粗糙度較差，需要增加機械拋光和電化學拋光工藝組合來解決問題，并且之后需要加入SiOx介質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。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問題：1.在可見光范圍內(nèi)應該具有95%以上的透射率；2.聚合物所具有的物理化學性質，如熱UV穩(wěn)定性和楊氏模量等；3.提高聚合物對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封裝質量的好壞和基底材料的平整度有很大的關系，柔性OLED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（聚對苯二甲酸乙二醇酯）、fluorinated-polymers（氟化聚合物）、PEN（聚對萘二甲酸乙二醇酯）、parylenes（聚對二甲苯）、PC（聚碳酸酯）等，這些材料對水汽、氧氣的滲透率如下表所列示。

　　表1 聚合物基板材料對水汽與氧氣的滲透率

　　其實，表格中的聚合物材料都不能滿足目前應用的要求，水汽滲透率高是所有聚合物基板的致命缺陷。根據(jù)柔性OLED器件的封裝要求，需要對聚合物表面制備一層或者多層高阻隔性的保護層。為了減少水汽和氧氣通過聚合物基板滲透到器件內(nèi)部，通常的做法是通過在柔性基板表面沉積多層堆疊結構的無機薄膜來實現(xiàn)，也可以通過粘貼阻隔膜來實現(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，在其上通過磁控濺射法、電子束蒸鍍法或等離子體增強化學氣相沉積法將無機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

　　二、OLED柔性屏的市場發(fā)展趨勢

　　OLED目前主要應用于智能手機、家用電器及電視和包括智能手表、VR設備等產(chǎn)品，其中在智能手機中的應用占比最高，以達到70.6%。OLED的關鍵性優(yōu)勢是在于其的可撓性上，實現(xiàn)“柔性”顯示，增加了傳統(tǒng)顯示屏的應用場景和想象空間。特別是在三星量產(chǎn)Edge手機系列實現(xiàn)了曲面屏幕的顯示之后。目前對于智能手機LCD屏幕的迭代是OLED屏幕增長的主要驅動力。

　　圖6 OLED應用分布（來源：中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)）

　　圖7 三星Edge曲面手機

　　從產(chǎn)品形態(tài)而言，2015年全球83%的AMOLED屏幕為硬式AMOLED，但基于柔性屏幕對于顯示屏帶來的革命性創(chuàng)新，市場咨詢機構TrendForce預測到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)能則會反超硬式屏，達到61%。群智咨詢也預計，基于目前已確定的柔性 OLED 投資生產(chǎn)線來計算，到2019 年，柔性AMOLED 的滲透率會穩(wěn)定在 65%左右，而剛性 OLED 則將不再有新的增長。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)來源：IHS

　　咨詢機構IHS對于未來兩年OLED柔性屏銷售額的增長趨勢做了更樂觀的預測，其認為在2017年第三季度，OLED柔性屏的銷售額就將反超硬式屏，達到總銷售額的52%，而且其滲透率在此之后將一直維持在50%以上，并保持總體增長的趨勢，該比重在2018年第四季度將達到63%。

　　三、OLED柔性屏相關材料上市公司

　　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也逐漸擴大。其中國際上較著名的隔阻膜的商業(yè)化量產(chǎn)公司有美國Vitex System、3M、GE等，Vitex System公司開發(fā)出了Barix技術，該阻擋層是由有機材料和無機材料交替成膜形成的，并可以通過改變聚合物和無機薄膜的層數(shù)與成分加以調控Barix阻擋層的性能。國內(nèi)上市公司中有康得新和萬順股份。聚合物基材目前主流應用的是耐高溫的聚酰亞胺 （PI），國際上主要是由杜邦（美國）、宇部興產(chǎn)（日本）、鐘淵化學（日本）、東麗-杜邦（日本）和SKC（韓國）等五家公司壟斷，國內(nèi)上市公司中有時代新材和丹邦科技。我國高端 PI 膜需求量約 5000 噸，市場空間超過 50億元，主要被外資企業(yè)壟斷。國內(nèi)企業(yè)目前主要做較為低端的電工級產(chǎn)品，且產(chǎn)品質量與杜邦等國外產(chǎn)品差距較大。

　　表2 國內(nèi)主要阻隔膜材料與聚酰亞胺A股上市公司