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Tecnología clave y tendencias del mercado de films y encapsulación

  • Publicado el 23 de Septiembre de 2019
  • www.IDTechEx.com

La tecnología de barrera o encapsulación de alto rendimiento flexible y plegable había representado durante mucho tiempo un desafío tecnológico. La industria pasó una década y media optimizando los enfoques y los procesos para lograr buenos resultados de producción en áreas extensas. Sin embargo, el desarrollo no ha terminado. De hecho, el viaje comercial hacia dispositivos flexibles y plegables apenas está comenzando. Como tal, el desarrollo de tecnologías de barrera flexible todavía tiene mucho camino por recorrer.

En este artículo, proporcionamos una breve descripción de la evolución de la tecnología a su estado actual y consideramos algunas de las últimas tendencias tecnológicas que buscan reemplazar las técnicas actuales. Este resumen se extrajo de nuestro informe "Películas de barrera y encapsulación de película delgada para electrónica flexible y / u orgánica 2019-2029" (Barrier Films and Thin Film Encapsulation for Flexible and/or Organic Electronics 2019-2029). Este informe de IDTechEx proporciona un estudio detallado de este espacio tecnológico, examinando las necesidades, analizando las opciones tecnológicas existentes y emergentes, evaluando los requisitos de la aplicación y los potenciales del mercado, evaluando diferentes actores en todo el mundo y ofreciendo pronósticos de mercado segmentados por aplicación (OLED rígido, OLED flexible, plástico rígido OLED, iluminación OLED, OPV, CIGS, QD, etc.) y tecnología de barrera (TFE, MLB, ALD de una sola capa, vidrio delgado, etc.).

Tecnología clave y tendencias del mercado de films y encapsulación

Producción de película barrera de rollo a rollo

Los requisitos de rendimiento para las capas de barrera flexibles han sido y son difíciles de cumplir. Los requisitos de barrera a menudo se expresan en términos de WVTR (velocidad de transición del vapor de agua) y varían de 1e-3 a 1e-6 g / m2 / día, dependiendo de la aplicación. Esto son muchos órdenes de magnitud más allá de la capacidad de los sustratos de plástico para reunirse. Así que se requerían barreras en capas y de alta ingeniería.

Además, la capa de encapsulación debe exhibir poca tensión para evitar el agrietamiento y la delaminación durante la flexión repetida, ofrecer una alta transparencia óptica y beneficiarse de las altas tasas de deposición en grandes áreas para reducir la TACT. Idealmente, la estructura general también puede hacerse extremadamente delgada para permitir una hoja de ruta de desarrollo hacia y más allá de un radio de curvatura de 1 mm y puede fabricarse con alto rendimiento con pocas máquinas de deposición y pasos. Claramente, satisfacer simultáneamente todos estos requisitos ha sido, y sigue siendo, un desafío tecnológico y de ingeniería.

Como tal, a lo largo de los años, se han propuesto y desarrollado numerosas tecnologías para cumplir con este WVTR. En general, hasta ahora, se ha utilizado principalmente una estructura multicapa. Esta estructura consiste en colorantes alternativos de materiales orgánicos e inorgánicos. La estructura alternativa desacopla la posición de los defectos, creando un camino tortuoso. La capa orgánica generalmente mucho más gruesa sirve para aplanar la superficie, cubriendo partículas más grandes y taponando agujeros pequeños, al tiempo que también actúa como una estructura de liberación de tensión para promover la flexibilidad.

Al principio, muchos se centraron en la producción de rollo a rollo (R2R) de películas de barrera multicapa. La idea era que las altas velocidades de la banda y los anchos de banda ancha junto con una lista de materiales intrínsecamente baja permitirían reducir el coste de las barreras, lo que ayudaría a desbloquear el potencial de muchas aplicaciones, incluida la fotovoltaica orgánica (OPV), la iluminación OLED y la flexibilidad Pantallas OLED. Sin embargo, este enfoque hasta ahora ha resultado demasiado difícil. La mayoría de las implementaciones se realizaron en máquinas de bobina estrechas y lograron resultados campeones reportados solo a velocidades de bobina muy bajas.

Además, toda la ingeniería de la máquina tuvo que adaptarse para minimizar la acumulación electrostática, para lograr una distribución uniforme del calor y, lo más difícil, para evitar o al menos minimizar el contacto con el lado recubierto de la película durante el enrollado de la película. Se propusieron y desarrollaron muchos enfoques innovadores. Sin embargo, pocos cruzaron el abismo hacia el formato de bobina grande. Además, la necesidad de un adhesivo altamente impermeable y flexible era una desventaja adicional de este enfoque. Críticamente, la variable principal en el coste de producción aquí fue el rendimiento, que también afecta la velocidad de la banda (debido a la calidad de la película). Dada la falta de mercados existentes sustanciales, los productores tuvieron dificultades para encontrar suficientes oportunidades de aprendizaje de producción para evaluar y mejorar su rendimiento. Como tal, la validación real no se demostró.

En displays, el tipo de película hasta ahora ha dado paso a la encapsulación directa de película delgada (TFE). A pesar de esto, los desarrollos en el tipo de película aún están en curso. Existe un compromiso con otros mercados emergentes que requieren películas de barrera. También hay mejoras en la tecnología de adhesivo de sellado facial (por ejemplo, tipo de fusión en caliente con partículas incrustadas u otras que pueden relajar drásticamente el WVTR de la barrera con consecuencias beneficiosas potencialmente significativas) y procesos de producción que incluyen técnicas procesadas con solución completa.

Incluso en términos de mercados de visualización, las empresas están adoptando una visión más amplia, con la esperanza de que puedan ofrecer una ventaja de costes (por ejemplo, altas velocidades de banda, menores requisitos de rendimiento, etc.) a largo plazo para el vidrio madre de próxima generación ( tamaños de sustrato), y / o ofrecen una tecnología más accesible a los nuevos productores de pantallas que no tienen los conocimientos internos y / o el costoso equipo configurado para producir TFE en línea. Para obtener más información, consulte nuestro informe "Películas de barrera y encapsulación de película delgada para electrónica flexible y / u orgánica 2019-2029", este informe proporcionará una visión integral de las tecnologías, aplicaciones, jugadores y mercados existentes y futuros.

Encapsulación de película delgada (TFE)

Este enfoque también se basa en un principio de estructura multicapa. De hecho, es esencialmente una evolución del enfoque original de Vitex. Este enfoque ahora se comercializa en las líneas de producción Gen6. En su estado actual, la capa inorgánica de SiNx se deposita en PECVD a baja temperatura y la capa orgánica se imprime por inyección de tinta y luego se cura. En generaciones anteriores, se utilizó PVD y evaporación a través de la máscara para las capas inorgánicas y orgánicas, respectivamente. Estas transiciones en los procesos de producción, así como la optimización extensiva, han reducido drásticamente el número de capas de 11 a 3, reduciendo así el recuento de equipos, los pasos de producción y el TACT general, al tiempo que aumentan la flexibilidad y la transparencia.

Esto no es tarea fácil, especialmente porque se deben mantener altos rendimientos sobre un sustrato madre Gen6. Esto es crítico porque los defectos son caros ya que desperdiciarán todo el dispositivo, incluida la estructura TFT y OLED. Las noticias recientes sobre un fabricante de pantallas coreano que tiene que suspender la producción en una de sus líneas Gen6 debido a la calidad de TFE demuestran aún más la magnitud de este desafío.

Tendencias futuras de la tecnología TFE

También hay tendencias para evolucionar aún más la tecnología TFE. La deposición de capa atómica (ALD) se propone como una tecnología de deposición superior sobre PECVD. ALD produce películas de alta calidad con un menor espesor, aunque el bajo espesor puede limitar el rendimiento extrínseco a pesar de los altos valores de barrera intrínseca. Sin embargo, la ALD temporal no es adecuada para la deposición de grandes áreas debido a sus bajas tasas de deposición. La ALD espacial mejora la productividad, sin embargo, sigue siendo una tecnología inmadura que se ha demostrado principalmente en películas de banda estrecha o en obleas de silicio de pequeño tamaño. Las empresas también habían intentado implementar s-ALD en sustratos de vidrio de gran tamaño, sin embargo, ninguno estaba calificado para la producción. Sin embargo, los desarrollos en ALD continuarán, especialmente como reemplazo de PECVD, ya que un factor clave es reducir continuamente la estructura de TFE sin comprometer el rendimiento.

También se está desarrollando un proceso completo de PECVD con el potencial de una deposición de una sola cámara. Aquí, la estructura se compone de una capa inorgánica (por ejemplo, SiNx), una capa de adhesión de tampón (por ejemplo, SiONx), una capa orgánica y una capa de reducción de tensión (por ejemplo, SiONx). La capa orgánica es hexametildisiloxano polimerizado con plasma fluorado (pp-HMDSO: F) que se deposita en plasma a través de una máscara. Existe un conocimiento significativo en el procesamiento de pp-HMDSO: F sin causar pulverización, reacciones prematuras y otros problemas técnicos. Sin embargo, hay problemas que resolver, tales como: limpiar la máscara, aumentar la utilización del material, ajustar la química, etc. Tenga en cuenta que el papel de la capa de reducción de estrés es tener una capa con una resistencia a la tracción incorporada para contrarrestar la compresión tensión de la capa subyacente, lo que ayuda a la fiabilidad y la transparencia óptica. El enfoque se ha demostrado utilizando herramientas Gen-4.5, logrando resultados prometedores que incluyen una prueba de ciclo de 200k en un radio de 2.5R. Además, este enfoque reduce el grosor de la capa orgánica a 1-2um, una mejora significativa en los niveles de grosor logrados por los productos orgánicos impresos por inyección de tinta.

Otro desarrollo es una capa procesada de solución especial. Esta capa puede ser moldeada en solución para reemplazar la capa inorgánica depositada al vacío, lo que aumenta el tiempo de proceso y reduce las inversiones de CapEx para hacer que la tecnología sea más accesible para una gama más amplia de productores. La capa se puede curar a temperaturas de alrededor de 120 ° C (2 min) y requerirá un paso de tratamiento con plasma de argón para mejorar la calidad de la película. Esta película puede soportar altas temperaturas, por lo que es una buena opción para la barrera inferior en tecnologías de placa posterior como LTPS. También se puede usar como la barrera superior. Aquí, podría ser una solución recubierta en una capa orgánica plana sobre la estructura OLED. Este método se ha demostrado en sustratos Gen2.5, logrando 5E-6 g / m2 / día y pasando la prueba de flexión de 200k en un radio de 3 mm. Esta técnica ya ha sido autorizada por dos o más empresas, que buscan aprovechar la capacidad de procesamiento de la solución para producir películas de barrera de alto rendimiento y bajo costo.

Muchos ya han reportado resultados de barrera de una sola capa usando ALD o PECVD. Al usar este último, la química de la capa inorgánica se puede calificar para mejorar el rendimiento. De hecho, a menudo se informan resultados prometedores que exceden el WVTR requerido. Sin embargo, es dudoso que el WVTR extrínseco también se pueda mantener en áreas extensas y que las pruebas de capacidad de flexión pasen sin la capa orgánica adicional. Esta es un área de investigación en curso. Muchos también están trabajando en mejoras incrementales pero importantes, como mejorar la adhesión de orgánico a inorgánico, mejorar el rendimiento, reducir pequeñas cantidades del grosor, etc. En general, con el tiempo, la pila de TFE se simplificará y adelgazará aún más, el tiempo de TACT y el paso de producción se acortarán, y el rendimiento mejorará incluso con tamaños de sustrato madre mayores.

Las tecnologías emergentes y desafiantes deben desbancar al titular para entrar. El proceso actual ha demostrado ser adecuado para las pantallas OLED de plástico rígido Gen6. Tiene el beneficio de mayor madurez, aprendizaje acumulado e inversión hundida en activos de producción. También se adoptará en la primera generación de pantallas flexibles. ¿Pero mantendrá su posición de liderazgo a medida que la tecnología transite hacia ángulos de flexión más ajustados? ¿Se convertirá también en la tecnología elegida por los productores emergentes que buscan una opción tecnológica más accesible? ¿Proporcionará los medios para escalar más allá de Gen6?

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