解決OLED量產各種問題 玻璃屬性/面板製程扮要角。產業預料於未來五年內，行動裝置顯示器市場仍朝向更高解析度、更明亮及更低耗電量的發展趨勢，這些顯示器的屬性將成為絕大多數行動裝置的共同基礎。 行動裝置品牌廠為圖自家產品在市場上脫穎而出，將力求創造出與眾不同的屬性及效能。
顯示器可藉由二種方式來滿足這些需求，一是藉由工業設計，二是透過VR（虛擬實境）功能。 工業設計推動面板製造商生產邊緣可彎折或可撓曲的顯示器。 至於針對VR進行優化的裝置需要具備最高解析度及最短的反應時間。 當前的LTPS-OLED（低溫多晶矽–有機發光二極體）顯示器面板能滿足這些需求，尤其是用於手持式裝置和小型應用裝置的面板。
LTPS-OLED以異軍突起之姿滿足市場上這些趨勢的需求。 本文將討論LTPS-LCD與LTPS-OLED之間的主要差異，以及LTPS-OLED在製程方面的特殊難處；並介紹康寧第三代高性能顯示玻璃基板Lotus NXT Glass得天獨厚又面面俱到的玻璃屬性，來幫助面板廠商克服當前 LTPS-OLED製程的挑戰。 Lotus NXT Glass是設計為最適合用於生產OLED面板的玻璃基板，使其具備最高解析度、最明亮、最低耗電量、最長使用壽命的顯示面板，以及降低已實現的玻璃成本。
製程不同於LCD OLED顯示器厚度大縮減
傳統LTPS-LCD面板的發光須要用到不斷開啟的背光組件，發出的光由液晶層進行過濾，再通過CF（彩色濾色片）創造出肉眼可見的像素。
而LTPS-OLED面板則是由電流切換自發光二極體的開關，創造出顯示器的光線。 LTPS-LCD顯示器由兩片玻璃組成：一片用於高溫TFT（薄膜電晶體）基板，另一片用於CF（彩色濾光片）。
至於LTPS-OLED則是會根據顯示器為硬式或可撓式來決定玻璃基板的不同用途。 硬式LTPS-OLED面板相似於傳統LTPS-LCD面板，其中也須要將一片高性能顯示玻璃用於高溫TFT基板，不過OLED是使用輕薄透明的封裝材料而非CF，而此封裝材料通常也是玻璃。
可撓式TPS-OLED 則是使用高效能顯示玻璃作為在塑料基板上製作TFT用的載板，再使用薄膜封裝OLED。 在本文將這兩種LTPS-OLED面板稱為「硬式」及「可撓式」。
OLED顯示器的厚度可較LCD顯示器薄 45%。 OLED面板無須使用背光片，也減少使用一片偏光片，此外，OLED顯示器的保護玻璃也較薄。 OLED顯示器雖須另外加上散熱片，硬式OLED顯示器模塊的厚度可較LCD模塊顯示器薄25%，可撓式OLED顯示器的厚度更能薄到45%。 圖1為以橫切面的方式比較LTPS-LCD顯示器模塊、硬式及可撓式LTPS-OLED顯示器模塊的厚度。
圖1 顯示器模塊橫切面比較
現今OLED顯示器在色彩、反應時間、延遲等優異的表現，加上能提出不凡的工業設計（表1），皆是吸引手持式裝置品牌廠的價值主張。
工業設計方面的優點包括更輕薄的面板，且在設計可撓式OLED時，使用邊緣可彎折的可撓式面板。 一般認為相較於LTPS-LCD，LTPS-OLED顯示器的使用壽命為其缺點，然而在手持式裝置市場，OLED的使用壽命超過尋常裝置的使用壽命，因此這方面不再視為缺失。
圖2及圖3介紹硬式和可撓式OLED面板的製程。 兩種製程都需採用高溫來製作低溫多晶矽電晶體（LTPS TFT），不過其中玻璃扮演著截然不同的角色。
圖2 硬式LTPS-OLED製程圖
圖3 可撓式LTPS-OLED製程圖
在硬式OLED顯示器中玻璃是作為背板和封裝材料並存在於終端產品中。 可撓式OLED顯示器雖然採用塑料材質，卻仍須使用高效能顯示器質量等級的玻璃作為載板，再製作TFT於塑料基板上。 以下更深入介紹這兩種製程的差異性。
一，如前所述，可撓式OLED的製程始於在玻璃載板上塗布聚醯亞胺等耐高溫塑料材料並固化；二，使用多層薄膜（而非玻璃）封裝可撓式顯示器；三，將塑料基板從玻璃載板上剝離；最後，在完成製程的過程中， 可撓式OLED面板維持原本的厚度，而硬式OLED面板則須再以酸蝕方式減薄才能達到期望的最終面板厚度。
這些製程中玻璃雖扮演著截然不同的角色，卻都是要角。 高效能顯示玻璃為硬式OLED顯示器的一部分；而對於可撓式OLED顯示器而言，高性能顯示玻璃則是作為面板製程中的載板，在OLED沉積製程前會被裁切成基板原尺寸的一半或四分之一，最後使用紫外線光將塑料基板從玻璃載板上剝離。 玻璃載板必須使用有純淨表面、絕佳尺寸穩定性和光學特性的高效能顯示玻璃基板，方能展開這兩種製程。
攻克OLED製程挑戰 玻璃功不可沒
硬式OLED製程始於高溫TFT製程，此點與LTPS-LCD背板製程相似。 硬式OLED面板未使用背光片或彩色濾光片，而是使用原生紅綠藍有機發光材料來產生光線和顏色。
在硬式OLED的製程中，玻璃可協助面板製造商解決五大製程難關：絕緣保護及沉積層、TFT光蝕刻製程、有機材料沉積、封裝和面板薄化。
絕緣保護層及第一道沉積層的形成，需要無顆粒和刮痕的純淨玻璃表面，如果有顆粒和刮痕，會造成絕緣保護及沉積層的斷裂。
TFT光蝕刻步驟需要低的Total Pitch變異量（TPV），來達到精確地圖案對位，與在LTPS-LCD製程的需求相同；不過在硬式LTPS-OLED顯示器的製程中，低 TPV也有利於需要將背板和FMM（精細金屬光罩） 謹慎對位的有機沉積步驟。 以下方程序描述此步驟中的變異量：
影響FMM製程變異V的元素有TPV（基板的Total Pitch變異量）、P（FMM Pitch變異量）、CD（FMM圖案尺寸偏差）、A（對位精度）、S（陰影效應）及T（熱不匹配效應）。 降低其中任一個或每一個因素，皆能降低整體FMM變異量，意指較低的TPV有助於減少對位誤差。
圖4 硬式LTPS-OLD製程要求和玻璃需求
再者，較高的楊氏模數E能減少FMM製程變異裡的陰影效應S，減少基板的下垂量。
使用Lotus NXT Glass等較低TPV的玻璃，也能延長OLED的使用壽命。 較低 TPV有助於降低FMM製程變異量，進而設計出較大的發光面積。 以下方程序說明開口面積與電流密度間的關係：
面板亮度目標為常數，較大的發光面積能降低電流密度，而延長OLED材料的使用壽命。
圖5 可撓式LTPS-OLD製程要求和玻璃需求
部分面板製造商對高解析度裝置採用更嚴格的設計規定（Design Rule）曝光設備。 新的設備有著更嚴格的聚焦深度（DOF）要求，因此，更少厚度公差（Total Thickness Variation, TTV）的玻璃，能幫助使用嚴格DR曝光設備時，無失焦的問題。
OLED顯示器需阻水阻氣的封裝技術。 如果未採取氣密式的封裝，溼氣和氧氣的滲入會破壞有機發光層材料。 一片薄薄的玻璃用於封裝，通常硬式OLED是使用玻璃膏將封裝玻璃和背板以熔接的方式密合。
多層薄膜或氣密式的封裝薄膜也可用於封裝，不過通常玻璃的成本較低廉。 加上玻璃這種封裝材料有著較低的玻璃轉移溫度（Tg）和熱膨脹係數（CTE），可降低密封區的殘留應力和加大密封操作範圍，提升面板的機械穩定性。
最後在薄化製程中使用有著均衡刻蝕速度與汙泥產生表現的玻璃，可提高產出率及降低總製造成本。
玻璃板UV穿透性保持一致 可撓式OLED顯示器質量提升
可撓式OLED的製程跟硬式OLED 的製程相似，都是從使用高溫製程製作LTPS 電晶體開始，不過可撓式OLED的基板為塑料材質，玻璃作為載板，並在最後的雷射剝離步驟中，從玻璃載板取下已形成可撓式OLED的塑料基板。
由於可撓式OLED製程都是從高溫製程製作LTPS電晶體開始，與硬式OLED製程相似，玻璃發揮著與在前述介紹過的相同優點。 必須使用有著純淨表面的高性能顯示玻璃載板，確保聚醯亞胺層底下無任何雜粒。
較低的TPV及更佳的玻璃厚度公差（TTV）有利於高溫沉積和曝光步驟。 可撓式OLED的有機沉積步驟與硬式 OLED相同，有著相同影響FMM變異量的因素，使用較低TPV和較高楊氏係數的載板，可降低FMM對位的變異量，且較低的TPV亦有利於OLED的使用壽命。 雷射剝離步驟是可撓式OLED製程獨有的步驟，雷射發出的能量穿過玻璃載板，從載板剝離塑料基板。 此步驟需使用有著高UV穿透率且均勻的載板玻璃，來提升良率和顯示器質量，如圖6所示。
圖6 雷射剝離製程的挑戰
若每一片玻璃的UV穿透性參差不齊，就得為穿透變異量調整雷射功率，還會產生額外的良率下降或製程成本增加的情況。 各玻璃板的UV穿透性必須保持一致，避免出現無法剝離或顯示器亮度不均所造成的各種雲紋（Mura）。 圖7說明了Lotus NXT Glass及兩款次佳競品玻璃的穿透率曲線，並指出進行雷射剝離製程步驟時，Lotus NXT Glass在波長為308nm 時有較高的UV穿透率。
圖7 載板玻璃穿透率曲線比較
此外，玻璃載板表面潔淨度也會影響局部穿透性和顯示器剝離的製程，因為這些瑕疵有可能會擋住或分散了UV光的能量路徑。
新世代玻璃穩定性高 滿足LTPS高溫製程需求
Lotus NXT Glass是設計來解決 OLED面板製程方面的挑戰。 Lotus NXT Glass的屬性包括在高溫製程中尺寸的穩定性，適用於LTPS的高溫製程。 這項得天獨厚的優點也能用於硬式OLED製程的背板玻璃，以及作為可撓式OLED製程中的載板玻璃。 以下列出Lotus NXT Glass用於這兩項OLED技術的特定優點。
Lotus NXT Glass用於硬式OLED的優點包括，優秀的玻璃表面清潔度提供用於TFT層迭結構的純淨表面；Total Pitch變異量（TPV）較兩款次佳的顯示玻璃高出45%， 對於OLED背板在高溫製程的尺寸穩定性及有機沉積的FMM對位尤為關鍵；玻璃總厚度變異量（TTV）較浮式玻璃優秀兩倍（亦即數值是浮制玻璃的一半），讓面板製造商能使用更高解析度的曝光設備；較高的楊氏係數保證其剛性， 也能進行較佳的FMM對位；原生厚度差異減少；或無須蝕刻封裝玻璃；均衡的酸蝕刻速度和汙泥產生速度，幫助面板薄化製程有更佳的產出率。 康寧亦提供低Tg和低CTE之玻璃封裝材料的玻璃膏解決方案（Vita Hermetic Sealing Solution for OLEDs）。
Lotus NXT Glass用於可撓式OLED的優點，包括高楊氏係數有助於減少基板在製程中的下垂量；優異的玻璃清潔度為塑料沉積製程提供純淨表面；較低並更接近塑料基板的熱膨脹係數，有助於維持塑料層和玻璃載板間的尺寸穩定性 ；TPV值較次佳顯示玻璃高出45%，在高溫製程中有著優秀的尺寸穩定性；TTV較浮式玻璃優秀兩倍（亦即數值是浮式玻璃的一半），可在幫助形成均勻又薄的塑料層；308nm波長的UV穿透率較次佳顯示器玻璃高出25%， 且在最終製程步驟中，能高效率且有效地使用雷射剝離塑料基板；玻璃板內和每片玻璃板皆有著一致的UV穿透率，使得雷射設定值可維持不變以及達到較高的剝離良率。
在表2內比較Lotus NXT Glass與兩款次佳浮式玻璃，列出前述所謂有利於OLED製程的玻璃屬性。 康寧投入無比的時間與面板製造商合作了解其需求，且在用於LCD和硬式OLED面板的新興LTPS及氧化物薄膜電晶體（Oxide TFT）背板領域中推動創新。 我們了解硬式及可撓式OLED顯示器的製程還有面板製造商在製程中所面對的難處，以及將玻璃用於解決這些難處時所扮演的重要角色。
Lotus NXT Glass在TPV、TTV、楊氏係數及UV穿透性等方面都有著優異表現；運用康寧獨有的熔融製程製成，使得這些屬性有著不凡的一致性。
在硬式OLED製程方面，有著五項玻璃相關挑戰，在可撓式OLED製程方面則有著四項，從表3的八項領域可一窺這些難處，還有Lotus NXT Glass能協助面板製造商克服難題的屬性。
任何一片玻璃基板的目標是優化面板製造商的製程及提高顯示器的效能，這需要有所取捨，才能在各種效能項目中取得平衡。 康寧深知玻璃在OLED製程中所扮演的要角，運用面板製造商的意見，提出得天獨厚又面面俱到玻璃基板及載板供這些製程使用。
來源：新電子