可彎曲AMOLED面板量產挑戰已逐步獲得解決。近期各大顯示器制造商已陸續發布可彎曲AMOLED面板原型，且在基板材料、TFT技術、封裝與制程技術等關鍵量產挑戰上，也已掌握可行的解決方向，可望加快可彎曲AMOLED面板商用。

　　主動式有機發光二極體顯示器（Active Matrix Organic Light-Emitting Diode Display， AMOLED）屬于自發光的顯示技術，結構較使用背光源的液晶顯示器（LCD）簡單，且能達到輕、薄、高亮度以及反應速度快等優點，因此非常適合軟性顯示器應用。

　　然而，在可彎曲（Flexible）AMOLED的商品化過程中，仍有數個關鍵問題尚待克服，包括基板材料、薄膜電晶體（TFT）技術、封裝技術，以及制程技術等，本文將分析這些關鍵問題的現況以及可能的解決方法。

　　可彎曲AMOLED原型陸續出籠

　　近幾年來，可彎曲AMOLED技術快速發展，各大顯示器廠商陸續推出驗證可行的雛型品（Prototype）。以樂金顯示（LGD）為例，在2007年該公司采用不銹鋼薄板為基板，并以金屬氧化物薄膜電晶體（MOTFT）技術來制造該公司的AM背板，開發出3.5寸可彎曲AMOLED的雛型品。

　　2010年索尼（Sony）采用PES或PEN的塑膠基板，搭配有機薄膜電晶體（OTFT）所構成的AM背板，制造出可彎曲AMOLED顯示器，其卷曲半徑可達4毫米（mm），且于十萬次卷曲后，仍能保持影像品質。

　　在***方面，工研院亦驗證出6寸的可彎曲AMOLED顯示器，基板為改質的透明且可耐高溫的PI塑膠基板，控制陣列采用非晶硅薄膜電晶體，制程方面則是將PI基板貼合于玻璃板上，再采用硬式元件的加工程序。

　　三星（Samsung）同樣使用PI基板，但是制程上系將液態PI軟性涂料涂布于玻璃上，然后再于玻璃上制作低溫多晶硅（Low Temperature Poly-silicon， LTPS）的薄膜電晶體，完成4.5寸全彩（800×480）的可彎曲AMOLED。

　　商品化面臨四大挑戰

　　雖然目前可彎曲AMOLED技術已蓬勃發展，然而，實際商品化仍面臨許多障礙，其中可歸納出以下四個關鍵問題。

　　軟性基板材質要求高

　　可彎曲AMOLED應用對軟性基板性質的要求，包括高阻水氧能力（避免顯示器與水氧反應而劣化）、高光穿透度（可適用于下發光式顯示器）、高耐化性（避免基板受AMOLED制程的溶劑與反應氣體影響）、高耐溫性（避免基板受AMOLED的加溫制程破壞）、高機械強度（耐沖擊性與耐撓曲性）、低熱膨脹系數（避免基板于AMOLED的加溫制程中受熱變形）及輕量化等。

　　目前主要有三種軟性基板可供可彎曲AMOLED使用，分別為玻璃、金屬箔及塑膠基板，主要性質的比較如表1所示，三種基板的現況與挑戰分別詳述如下。

　　易碎、不易變薄　玻璃基板應用居劣勢

　　玻璃具有高阻水氧能力、高光穿透性、高耐化性及高耐溫性等優點，但若欲達到可撓曲性，則厚度必須在100微米（μm）上下。

　　玻璃基板的問題在于機械性質與成本。在超薄厚度下，玻璃基板極易受外力撞擊而碎裂；且因玻璃的剛脆本質，即使厚度超薄，可撓曲程度仍屬有限。另外，超薄玻璃基板的制造需精密加工技術，成本難以壓低。因此，若與其他軟性基板材質相較，玻璃基板于可彎曲AMOLED的應用較居劣勢，目前超薄軟性玻璃基板供應商有旭硝子玻璃（Asahi Glass）及康寧（Corning）等廠商。


　　制程復雜、成本高　金屬箔基板適用性降低

　　金屬箔基板具有高耐溫性、高抗化性、高機械強度及高阻水氧能力等優點，金屬材料中以不銹鋼為目前使用最廣的軟性基板材料。不銹鋼基板的缺點包括不透光（不適用于下發光式AMOLED）、重量大（不適于可攜式顯示器）、撓曲度尚可（不及塑膠基板）及成本略高等。

　　此外，因受機械加工程序影響，不銹鋼基板表面的粗糙度，遠大于顯示器應用的所需，因此必須研磨拋光或于表面涂布一層平坦層后，才能進行后續制程。并且，不銹鋼基板為導體，無法絕緣其上的AMOLED元件，因此必須于其上添加一絕緣層。此等基板前處理程序使制程復雜度與制造成本大幅增加，降低金屬箔基板于可彎曲AMOLED的適用性。

　　兼具多元優勢　塑膠基板采用度最高

　　塑膠基板具有前兩類基板難以抗衡的幾種優點組合，包括低成本、高撓曲性、輕量化和高透光性等，因此為目前最廣為使用的可彎曲AMOLED基板，也是可彎曲AMOLED未來商品化發展中，最具優勢的基板材料。然而，塑膠基板仍有數項關鍵問題須克服，包括較差的熱性質與較低的抗化性等。

　　熱性質的問題可分為兩方面，分別為熱膨脹與耐熱性。塑膠基板的熱膨脹系數約60？70ppm/℃，遠大于一般無機材料約5ppm/℃，而面板制程中含有多道無機材料薄膜的沉積制程，例如前段制程中的TFT元件制程，因此極易因熱膨脹系數差異過大，導致塑膠基板的變形或彎曲，甚至造成無機薄膜剝落等問題。

　　此外，面板制程中通常包含高溫制程，例如TFT制程約250？300℃，而多數塑膠基板的軟化溫度在該溫度之下，因此造成基板材料選用的限制。在抗化性方面，塑膠基板易受面板制程中所使用的有機或腐蝕溶劑侵蝕，影響后續制程設計的彈性。

　　表2為數種主要塑膠基板材料熱性質、光穿透度與抗化性的比較。由表中資料可知，主要塑膠基板材料中，以PET與PEN的綜合性質較佳；此二種基板系于成膜過程中，施以雙軸應力而大幅提高結晶度，使其軟化溫度提高、熱膨脹系數下降且抗化性增強。

　　若欲更進一步改善塑膠基板的熱性質與抗化性，除持續開發性質較佳的高分子材料外，亦可利用現有高玻璃轉化溫度（Tg）的塑膠基板材料，經由化學改質調控表面性質或機械加工調控結晶度，使熱膨脹系數降低，耐熱性提高。

　　薄膜電晶體四大技術各具優缺點

　　AMOLED控制陣列所使用的薄膜電晶體，主要可分為四個技術（表3）。首先是非晶硅薄膜電晶體（Amorphous Silicon TFT），非晶硅TFT具備均勻度佳、可大面積生產和制程成本低等優點，且其制程溫度低，僅約為200？370℃，因此是目前液晶顯示器的主要技術。但非晶硅薄膜的載子遷移率（Mobility）多小于0.5cm2/Vs，且元件在Bias-Stress的情況下穩定度差，難以符合AMOLED所需的高更新速度，以及驅動電流的穩定度，因此于AMOLED應用上較不利。

　　其次是低溫多晶硅TFT，由非晶硅薄膜經雷射熔融結晶后制成，晶粒大小約為0.3？0.7微米（μm）。低溫多晶硅TFT的載子遷移率，可高達100cm2/Vs，且元件穩定度高，足以符合AMOLED所需。

　　但是其缺點在于大面積成膜的均勻性不佳、制程設備成本高和制程溫度高（400℃以上）等，其中尤以高制程溫度限制LTPS TFT于可彎曲AMOLED的應用，因此開發可于400℃以下的技術，將是低溫多晶硅TFT主要的挑戰。目前在這方面的進展，包括例如三星所驗證的技術，其以鎳金屬微粒誘導硅薄膜側向結晶，并搭配快速煺火制程技術，使制程溫度大幅下降。

　　第三為有機TFT（Organic TFT），系利用具共軛結構的小分子有機化合物或高分子制作的薄膜電晶體，優點為撓曲性佳、低溫制程，以及可溶液涂布如Roll-to-Roll（R2R）制程等優點，被視為未來軟性顯示器的主要技術。有機TFT技術的挑戰在于技術成熟度低、載子遷移率低（小于5cm2/Vs）、元件穩定性及可靠度不足等。

　　第四為金屬氧化物TFT（Metal Oxide TFT），金屬氧化物半導體系利用金屬離子的S軌域互相重疊，形成載子傳遞路徑，因此在非晶相即可達到高載子遷移率，也因此制程溫度可遠低于多晶硅TFT，但仍可達到類似的高載子遷移率；由于非晶質結構，因此金屬氧化物TFT的制程均勻性佳，有利于大面積生產。

　　此外，金屬氧化物亦可溶液涂布成膜，更增加制程的吸引力。目前最成熟的金屬氧化物材料為銦鎵鋅氧化物（IGZO），載子遷移率約為30cm2/Vs、可低溫制程，以及透光度極佳，可提高顯示器元件的開口率，因此，非常適合可彎曲AMOLED的應用。

　　金屬氧化物TFT的挑戰，在于元件穩定度與載子遷移率難以兼顧以及缺乏可行的P-Type材料等；目前兩方面的持續研發，包括藉由Ar電漿處理增加TFT元件載子遷移率、摻雜Zr原子改善TFT元件穩定性及開發SnOx為P-Type TFT等。

　　封裝技術助攻　OLED元件使用壽命大增

　　OLED中的有機半導體材料及低功函數電極極易受氧氣與水氣劣化，因此OLED元件的使用壽命一直是商品化過程中的一大挑戰，必須利用有效的封裝技術來阻絕水氣與氧氣的侵入，才能達到足夠的元件穩定性。

　　傳統的封裝方法，是使用玻璃蓋板加上UV膠與吸濕劑來封裝OLED元件，此方法雖能有效延長元件壽命，但制作成本高，且玻璃蓋板不具有可撓曲性，因此無法滿足可彎曲AMOLED顯示器的要求。

　　為使封裝后的可彎曲元件仍保用可撓性，采用阻氣薄膜包覆元件的薄膜封裝技術為必行途徑。除封裝外，可彎曲AMOLED若是使用塑膠基板，因為塑膠基板的阻水氧能力極差，因此在基板表面也須鍍上阻氣薄膜。

　　在高阻氣性、可撓性薄膜的開發上，2003年Vitex提出利用有機薄膜/無機薄膜多層反覆堆疊而成的阻氣薄膜，其中無機薄膜為主要阻氣層，有機薄膜則提供分離（Decouple）相鄰兩層無機薄膜中的缺陷及應力緩沖的功能。

　　此多層結構薄膜可達到水氣穿透率（Water Vapor Transmission Rate， WVTR）至1×10-6g/m2/day范圍，已達OLED元件商品化的需求；此技術于AMOLED的實際應用，已由三星驗證成功。

　　有機/無機多層阻氣薄膜技術雖有效，但缺點在于制程復雜繁瑣，實用性較低。為解決此問題，阻氣薄膜技術的新趨勢為零缺陷單層無機薄膜，透過消除薄膜缺陷，使單層無機薄膜在超薄厚度之下，即可符合OLED封裝的需求，且因薄膜厚度超薄，亦能達到相當的可撓性。

　　零缺陷單層無機阻氣膜，可利用原子層沉積技術（Atomic Layer Deposition， ALD）來實現，例如Park等人以100奈米（nm）的PECVD SiNx薄膜，加上30奈米的ALD Al2O3薄膜封裝OLED，封裝后經260小時于室溫大氣下以1300cd/m2的亮度操作，可使元件維持原有91%的亮度。Groner等人亦利用ALD于PI及PET基板上制備Al2O3阻氣薄膜，發現26奈米的ALD薄膜則可達到10-6g/m2/day范圍的WVTR值，并可承受曲率半徑為2公分的撓曲，仍保持WVTR值不變。

　　筆者團隊也成功開發利用ALD奈米復合薄膜的可彎曲有機太陽能電池之封裝技術。ALD制程溫度低（《100℃）、具有極佳的大面積鍍膜均勻性、可于低真空或大氣之下操作，且目前已有非真空Roll-to-Roll連續制程Prototype機臺，因此是極有潛力的可彎曲AMOLED封裝技術。

　　可彎曲AMOLED拼商用　長、短期制程發展重心不同

　　可彎曲AMOLED的制程技術發展，可分為短程與長程兩種規畫。

　　短程規畫系套用目前硬式AMOLED面板的Sheet-to-Sheet（S2S）量產制程，藉由硬式面板制程的成熟度，加快可彎曲面板商品化步伐。長程規畫則是以Roll-to-Roll且全溶液、非真空制程為目標，以實現低成本制造可彎曲AMOLED的理想。

　　在短程規畫方面，圖1為硬式AMOLED面板的制造流程，其中TFT陣列背板乃是采用化學與物理氣相沉積法，于玻璃基板上沉積半導體與導體薄膜，再利用微影技術搭配蝕刻方式制備元件各部的細微圖樣。

　　有機發光材料則以蒸鍍方式沉積，搭配金屬遮罩，達到RGB三色畫素的定位，其中金屬遮罩對位精準度需達±5微米；元件封裝則是采用玻璃蓋板，加上封裝膠的傳統封裝方式。

　　上述制程若欲直接套用于軟性面板上仍有兩項困難；其一，塑膠基板的耐溫性遠低于玻璃基板，因此在沉積TFT半導體薄膜時，必須開發低溫沉積卻仍可達到高載子遷移率的技術，如雷射快速煺火技術、金屬氧化物半導體薄膜和有機半導體薄膜等。

　　其次，塑膠基板的尺寸易于高溫制程中，或是制程溶劑膨潤下產生大幅改變，導致元件各層的對位精準度不足。若將塑膠基板貼附于玻璃上進行制程，則可減少基板尺寸的改變，但其根本的解決之道仍是在于基板性質的改良。

　　在長程規畫方面，目前可彎曲AMOLED制程各主要步驟皆已有Roll-to-Roll的驗證，包括Roll-to-Roll濺鍍與蒸鍍（導電層、介電層及有機層沉積）、Roll-to-Roll化學沉積（半導體薄膜沉積）、Roll-to-Roll微影（元件各部圖樣化）、Roll-to-Roll涂布與噴涂（各層材料的溶液涂布與圖樣化）、Roll-to-Roll薄膜封裝等。

　　然而，多數Roll-to-Roll步驟的效果，距離商品化所需水準仍有一段差距，且其加工面積仍遠小于硬式面板制程的能力，尤以溶液制程為著。原因除Roll-to-Roll設備的技術尚未成熟外，亦受到材料性質尚未最佳化，以及噴涂（噴墨、網印和壓印等）圖樣化精準度不佳的兩大限制。

　　因此，在Roll-to-Roll制程開發上，除了設備之持續開發，各種新穎材料與圖樣化技術包括可涂布式金屬氧化物半導體、可涂布式有機半導體、可涂布式導電薄膜、可涂布式有機發光材料、非真空式薄膜封裝技術和自組裝技術等，將是決定性的關鍵。