資訊科技

我的螢幕能彎曲

現在,柔軟的塑膠板不但可以發光,而且顏色也更豐富了。

撰文/翁千婷

資訊科技

我的螢幕能彎曲

現在,柔軟的塑膠板不但可以發光,而且顏色也更豐富了。

撰文/翁千婷

如果螢幕像紙一樣輕薄柔軟,可以捲起來帶著走,不是很方便嗎?為了達成這個夢想,美國柯達公司的鄧青雲與范斯萊克(Steven A. Van Slyke)在1987年共同發明了第一個小分子有機發光二極體(OLED);英國劍橋大學的弗葉德(Richard Friend)與伯勒斯(Jeremy Burroughes)團隊,則在1990年以旋轉塗佈法製造出高分子發光二極體(PLED)。(參見《科學人》2004年3月號〈捲起來帶著走的顯示器〉)最近,台灣交通大學「有機發光二極體研究實驗室」的陳金鑫等人,更將傳統的玻璃基板以具有彈性的塑膠基板取代,開發出「可撓曲式有機發光二極體」(Flexible OLED, FOLED),讓螢幕更有彈性。


與傳統的玻璃基板相比,塑膠基板有便宜、易加工、質地輕且可任意扭曲等優點,以此製成的面板,重量是玻璃基板面板的一半。但是,一般的塑膠基板在室溫25度下對水的穿透度為每平方公尺每天0.1~100公克,無法完全阻隔水汽及氧氣的穿透,會加速內部顯示元件的老化,導致製成的元件其連續操作時間達不到一萬個小時的商業標準。為了達到阻隔水氧的目地,必需在塑膠基板和無機導電層之間塗覆緻密的特殊材料以防止水氧的滲透及擴散。目前使用的水氧阻隔膜材料有二氧化矽(SiO2)、四氮化三矽(Si3N4)和氮氧矽化合物(SiOxNy),採用的成膜方式是RF濺鍍法。


除了基板改用塑膠之外,在元件的封裝方面,為了要讓元件具有撓曲性,也不能使用傳統OLED用的玻璃或金屬封裝方式,否則一扭曲就會碎裂。陳金鑫團隊採用濺鍍四氮化三矽無機層及旋轉塗佈紫外線硬化樹脂有機層的方式製作多層交替封裝膜,來解決這個問題。無機層可以阻止水及氧氣的快速穿透,有機層則能吸收元件在撓曲時所造成的應力,降低元件的機械損壞程度。以此封裝方式製造出來的元件,經大氣下測試過後,在每平方公尺100燭光的亮度下,半衰期為2070小時,而使用玻璃封裝蓋的OLED半衰期為1960小時,兩者的操作時間已在同一等級。目前研發團隊已經試做出紅、藍、綠三種FOLED元件的原型。


至於顯示面板捲區的程度,要怎麼判斷呢?陳金鑫說:「顯示面板的捲曲度是以折起後兩端的直線距離來計算,數字越小表示捲曲度越高。」他們所做的原型,捲曲度可達到1.5公分,但是只能顯示綠光,而且壽命只有300小時。世界各國都已有廠商投入FOLED的研發,如美國的寰宇顯示、日本的先鋒公司與荷蘭飛利浦的子公司Polymer Vision。以先鋒公司為例,它們展示的FOLED製品,雖然捲曲度是三公分,但是已可做到全彩,而且壽命較長,可達3000小時。


因為早期OLED發光材料的專利大多已經掌握在國外公司手裡,所以陳金鑫等人在研發過程中,為了突破專利的限制,亦發明出新的紅、綠光摻雜材料。在發光元件的部份,則改良了現行小分子OLED紅色螢光的顏色、發光效率與操作壽命。目前使用的紅色螢光,主發光體材料為三(8-羥基??)化鋁(AlQ3),其放射光為綠光,必須加入其他色光,才能產生出紅色光,但是多有顏色偏橘的狀況;而且發光效率會因電流增加而降低。


除了要夠捲,顏色也是個問題。比起其他廠商所研發出的紅光FOLED(右),交大研發團隊目前所研發出的紅色螢光(左),是全世界效能最佳的。


交大研發團隊組合縮合多環式芳香族化合物與三(8-羥基??)化鋁兩種主發光體,再摻雜有機材料DCJTB,創造出「雙主發光體系統」(Co-Host Emitter System, CHE)。利用這個系統做出來的紅光螢光元件,發光效率可達到每安培4.5燭光,每瓦特2.5流明,而且元件的使用半衰期可延長至三萬個小時以上。這是目前已發表過的文獻中,效能表現最佳的紅色螢光OLED,此項成果並且刊載於2003年12月的《應用物理通訊》上。


FOLED的製作,不是單一技術就可解決,從發光材料、基板、成膜、封裝、圖案化到驅動發光技術,都需要重新研發。交大團隊主要的研究領域在有機發光材料的開發,做膜的機器及技術由富臨科技支援,驅動發光部份的程式則跟友達光電合作。在開發出紅光螢光發光系統後,該實驗室將繼續開發新的藍光發光材料,並持續改善封裝材料跟成品效率。FOLED的出現,或許終將改變顯示器在我們心目中的笨重形象,甚至帶來電子紙、筆捲式電子地圖等新工具。


【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2004年第26期4月號】