显示器国际学会暨展会“SID 2009(2009 International Symposium, Seminar, and Exhibition)”于2009年6月5日在美国圣安东尼奥(San Antonio)拉上了帷幕。今年的SID展会在新型流感以及经济萧条的影响下,到场人数只有往年的一半左右,此次展会也将因此而留在后世的记忆中。但同时它又是一种发展趋势得以明确呈现出来的会议。如果用一个关键词来表示,那就是“柔性”。尤其是通过采用有机TFT(薄膜晶体管)及氧化物TFT等新一代元器件的有源式有机EL显示器来实际演示全彩影像的成果发布,获得了很高的评价。
其中,最受关注的是索尼的柔性有机EL成果发布,该成果荣获了“最优秀论文奖(Distinguished Paper)”。
不易破裂,形状独特
索尼致力于采用有机TFT的柔性显示器开发的动机是什么?该公司列举了以下几点,“如果是有机TFT,则可采用塑料底板,因此,产品可以造得更薄更轻,也能解决以往采用玻璃底板的显示器存在的易破裂问题。而且,前所未有的柔性显示设备、以及利用曲面效果的形状独特的显示设备都将因此变成可能”。
索尼开发的有机TFT的结构为底栅极底接触(Bottom Gate Bottom Contact)式。其核心的有机半导体采用并五苯。栅极采用金,源-漏极采用白金/金,栅极绝缘膜及钝化膜采用聚合物材料,当除钝化膜之外的所有层都形成之后,再通过蒸镀形成并五苯膜。因此,各层形成时所使用的溶媒不会给并五苯带来损害,从而可形成高性能的并五苯膜。
另外,据索尼介绍,提升有机TFT的性能,控制并五苯与有机栅极绝缘膜及电极之间的界面至关重要。为此,该公司通过在有机绝缘膜中添加硅烷偶联剂、使其具有防水性,借此提高迁移率。为了降低源-漏极与并五苯之间的接触电阻还采用了堆叠结构的电极等。另外,该公司还开发出了将通过上述方法制成的有机TFT、与顶部发光(Top Emission)型有机EL进行高精密集成的方法,借助这种结构,在全球首次成功地实现了全彩色有机TFT驱动有机EL显示器。
此次试制的面板尺寸为2.5英寸,像素数为160×RGB×120,即使用手指将其折弯仍可显示影像。这是因为,绝缘膜全部采用有机膜,因而面板即便被折弯,像素内也不会产生断裂,具有极佳的柔软性。
以印刷方式制作有机半导体
另外,索尼还在探讨不采用真空工艺、而通过使有机半导体可溶于溶媒的方法,用印刷及涂覆工艺制作有机TFT。如果能够成为现实,在工艺方面将带来巨大好处。
例如,该公司在并五苯的侧链中导入某种官能团,使其可溶于有机溶媒,从而可进行喷墨印刷。并五苯以外的构成层方面,栅-源-漏极通过基于银纳米粒子胶版印刷的高解像度印刷法制作,栅极绝缘膜上以旋涂方式涂覆聚合物,钝化膜通过聚合物丝网印刷法制作,整个制造流程都是通过印刷工艺形成。该公司将这种有机TFT作为底板,并堆叠电泳显示元件,从而试制出了有源矩阵驱动的电泳显示器。
在柔性有机EL显示器方面,索尼今后将致力于提高可靠性等各种问题的解决,因此,笔者期待着迁移率更高的有机半导体面世。另外,在全工序采用印刷工艺的有机TFT方面,为了今后将图案精细度的控制及成品率提高到与目前光刻工艺相当的水平,索尼表示将继续进行研究。
可涂覆的氧化物材料有5种
目前对柔性元器件的研究正热火朝天,但作为其核心的可印刷半导体材料,却并非只有有机半导体。除有机半导体以外,对硫系玻璃(Chalcogenide)半导体、氧化物半导体、碳纳米管、硅等的研究正在各研究机构展开。负责对此进行横向比较,评估其现阶段潜在性能的机构,是日本产业技术综合研究所光技术研究部门的镰田俊英等人领导的小组。
在对比了迁移率、开/关比等性能以及成膜工艺之后,作为当前的结论,镰田表示“如果从工艺与功能的两方面进行梳理,那么可以将有机半导体视为最有发展前途的材料族群”。镰田指出,今后在兼顾工艺与功能(必要的性能指标)的总体设计之下的材料发掘将变得至关重要。