一文深度探究柔性显示技术.doc
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1、一文深度探究柔性显示技术柔板显示是非常具有前景的显示技术,通过很多的研究者和工程师的努力开发,柔性显示技术发展迅速。在不久的将来,柔性显示技术的发展将使得信息的显示更加灵活多样。目前研究较多的实现柔性显示的主要技术包括:液晶显示(Liquid Crystal Display, LCD)、有机电致发光(Organiclight emitting devices, OLED)、电泳显示(ElectrophoreticDisplay,EPD)。柔性LCD 的发展较早,一直面临的一个问题是单元间隙的对LCD显示影响较大,随着柔性基板的弯曲,单元间隙发生变化从而影响LCD的显示效果。直到后来新的液晶材料
2、的发现(如:胆甾型的液晶),使得柔性LCD有了较快的发展。与柔性LCD不同,柔性EPD显示是利用发光的电子墨水薄层来实现显示,电子墨水液体中有几百万个细小的微胶囊。每个胶囊内部是染料和颜料芯片的混合物,这些细小的芯片可以受电荷作用。柔性EPD显示主要应用于电子阅读领域。E-ink公司的电子墨水受到各大面板厂商的青睐,面板厂商很多都推出过EPD显示阳极。OLED在柔性显示方面的应用具有独特的优势。超薄、全固态以及OLED所用材料的特性非常适合于柔性显示。同时,OLED的制备工艺以蒸发、旋涂、打印为主,这些工艺均能够实现在柔性衬底上沉积薄膜。特别是溶液方法制备OLED的发展使得其能够很好的与卷对卷
3、(roll-to-roll)工艺结合,能够制备低成本的大尺寸OLED显示器件。柔性显示技术的发展1974年,施乐帕洛阿尔托研究中心Gyricon电子纸20032005 施乐准备商业化Gyricon20052008 HP的柔性显示屏2007年,索尼柔性OLED出世2008年,诺基亚变形屏幕出现 Nokia 8882011年,首个用户级可弯曲屏幕的手机亮相,手机名为“bendyphone”2012年,NanoLumens介绍了首个 NanoFlex 112英寸的超大可弯曲屏幕2013年,三星在 CES (ConsumerElectronics Show)上亮相YOUM2013年,LG发布第一款真正
4、量产的曲面柔性屏幕手机LG G-Flex2014年,LG在CES上展出一款77英寸曲面OLED UHD电视从目前三种柔性显示技术来看,柔性LCD面临的主要问题体现在柔性衬底的背光设计、显示视角显示均匀性等方面。柔性EPD显示的彩色化显示是关注的问题之一,另外EPD显示的相应速度较慢,因此在动画、视频方面的应用具有一定的局限性。柔性OLED目前面临的关键问题是OLED器件本身对水氧敏感,有效的封装是研发的热点。同时,对于柔性显示来说,共性的问题是柔性基板上的TFT器件的制备。柔性显示衬底材料在柔性显示器件中,柔性衬底是研发柔性显示的基础。依据目前国内外柔性显示衬底的研究进展,柔性显示衬底主要分为
5、五类:塑料、金属箔片、超薄玻璃和最近引起研究者广泛关注的纸质衬底、生物复合薄膜衬底。这些衬底提供的装置性能与传统玻璃衬底接近,对于大多应用使用极低成本的柔性衬底发展柔性显示是非常重要的。塑料衬底塑料作为柔性衬底被认为具有广阔的前景,因为塑料衬底具备透明性、柔性、质量轻、耐用、价格便宜等优点。融入现代精密技术的塑料衬底有助于有机发光聚合物和有源矩阵薄膜晶体管阵列的生长和印刷,为大规模整合柔性电子装置提供了成本效益、卷-卷高容量加工的可能性。塑料衬底一般分为三类:1、半结晶热塑性聚合物,如聚酯(PET)、聚苯二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)。PET和PEN作为柔性衬底展现了一些重要的
6、特性,包括固有的良好透明性,简单的加工过程,良好的力学性能,较高的阻隔氧气和水汽渗透性能,但是其不耐高温,低温沉积ITO时,器件性能降低。温度升高时,这类聚合物衬底收缩,ITO膜容易从衬底脱落;其表面粗糙度也比较大,沉积在聚合物衬底上的薄膜容易产生缺陷。2、非结晶聚合物,如聚醚砜(PES)。PES为非结晶热塑性塑料,可熔融挤压或溶剂注造。 它有良好的透明度和较高的工作上限温度,但是价格昂贵,耐溶剂性差。3、非结晶高玻璃化转变温度(Tg)聚合物,如PAR、PCO、PNB和PI,PI具有良好的热稳定性,较好的力学性能和化学性能,但是透明度低,价格也比较贵。织物材料也可以用来作为柔性衬底。目前常用聚
7、合物柔性衬底的性能对比如表所示。不锈钢衬底不锈钢衬底一般应用于透过率要求不是很高的柔性发光显示。如果应用于大型显示器,其是一种很贵的材料,而应用于小型柔性显示中,则有着较大的前景。不锈钢衬底的耐高温性能(至少在1000以上)要远远高于塑料与玻璃,在制作柔性显示过程中使用金属箔片衬底不会存在耐热方面的问题。所以不锈钢衬底也是一种常见的选择,甚至包括化学惰性的钛箔片。不锈钢衬底与其他衬底性能的比较如表所示。由表中可以看出,不锈钢衬底相对塑料衬底具有良好的导电性、优秀的水汽和氧气阻隔性,更高的弹性模量较低的热膨胀系数,并能够R2R大规模生产。然而表面粗糙的箔片无法作为柔性衬底直接使用,否则会影响柔性
8、显示的性能 降低其寿命。因此粗糙度是不锈钢取代聚合物或者玻璃衬底成为未来柔性显示器的关键因素。为了提高箔片表面光滑度通常采用的方法有两种:加一层平坦化层或者加一层钝化层。OLEDs要求表面粗糙度小于5nm。一般用有机物无机物或者有机无机混合物作为平坦化层。超薄玻璃衬底玻璃是硬质材料,用来作为柔性衬底需要实现将其薄化,才可能具有可挠曲性。目前已做成的超薄玻璃厚度小于50m, 表现出较好的热稳定性和化学性,良好的可弯曲性,可见光透过性,水汽和氧气的阻隔性,较高的表面光滑度,而且绝缘,是理想的柔性显示衬底材料。但是超薄的玻璃韧性较差,经过周期性弯曲后容易出现裂缝。另外超薄玻璃的边缘部位在切割操作时也
9、比较容易产生微裂痕缺陷。Andreas等研究了薄玻璃-聚合物系统衬底,具有良好的热稳定性,力学 性能和化学性能。能够达到柔性显示器要求的柔性度和渗透性的标准,可以实现流水线生产柔性弯曲的OLED显示器。纸质衬底在过去几年中,柔性纸质衬底的电子制备开始引起了人们的关注。因为其便宜轻薄可以弯曲折叠、能够循环使用,所以作为柔性显示衬底,纸质也是一种不错的选择。与塑料衬底相比较,纸质衬底在加热后,热膨胀性比较小。考虑到纸质是纤维素结构,表面比较粗糙,化学性和机械阻隔性比较差,容易吸附一些小分子物质进入多孔结构。为了制备柔性显示,改善纸质衬底接触面的光滑性是非常重要的。当印刷电子元件对衬底表面平滑性和吸
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