柔性显示材料及其应用

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1、柔性显示材料及其应用王文瀚12S0110291引言柔性显示可定义为用很薄的柔性衬底制作成的平面显示，它能弯曲到曲率半径只有几厘米或更小而不会损害其功能。柔性电子技术与作为平板显示的LCDs和等离子体显示相比，具有超薄、质量轻、耐用、储存量大、设计自由、可收卷等优点。近年来柔性显示技术取得了巨大进步，已经广泛应用于显示产品上，特别是在移动通信设备方面。目前对于柔性显示器的研究主要有柔性有机电致发光显示器(FlexibleOrganicLightEmittingDiode,FOLED)、柔性电子墨水显示器又叫柔性电泳显示器(FlexibleElectrophor

2、eticDisplay,FEPD)和柔性液晶显示器(FlexibleLiquidCrystalDisplay,FLCD)。塑料衬底的显示器质量轻、超薄，以扩展的形式展现，具备真正的柔性显示。2柔性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。2.1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

3、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

4、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，-5-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。目前常用聚合物柔性衬底的性能对比如表1所示。表1常用聚合物柔性衬底的性能比较聚合物透光率/%尺寸稳定性耐溶剂性水分子吸收性表面粗糙度热膨胀系数/(10-6·℃-1)PET90.

5、4良好良好良好差33PEN87.0良好良好良好差20PC92.0一般差一般良好75PES89.0一般差一般良好54PAR92.0一般差差良好70PI30~60良好良好差良好8~202.2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2所示。

6、表2不锈钢衬底与其他衬底的性能比较性质厚度/μm渗透性R2R加工热膨胀系数(10-6/℃)弹性模量/GPa导电性热导性/(W·m-1·℃-1)最高加工温度/℃不锈钢100良好可以10200高161000塑料(PI)100较差可以165无0.1~0.2350玻璃100良好不行570无1600由表2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

7、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。2.3超薄玻璃衬底-5-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50μm，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比较容易产生微裂痕缺陷。Andre

8、as等研究了薄玻璃-聚合物系统衬底，具有良好的热稳定