2.3.2 耐热透明的塑料衬底
在柔性显示的制作过程中，有些工艺需要在较高的温度环境下完成，因此塑料衬底在高温下的材料或尺寸稳定性成为极重要的参考条件。
1.耐热性对塑料衬底的影响
一般塑料的耐热性不好，不能满足温度要求较高的显示器件（显示材料）的加工温度，所以需要开发高性能高分子材料，提高耐热性，满足材料工艺中所使用的温度。塑料衬底的耐热性包括热裂解温度、玻璃化转变温度、热膨胀系数等。
塑料衬底的耐热性决定了其所能承受的工艺温度，进而影响柔性显示的特性。反映塑料衬底耐热性的直观参数是材料的玻璃化转变温度（Tg）。塑料衬底的玻璃化转变温度可视为制造工艺中材料稳定性所能容忍的最高温度。许多塑料衬底的玻璃化转变温度大于200℃。柔性OLED用PI制作衬底，可耐450℃的加工温度，热膨胀系数与玻璃相近。
塑料衬底的尺寸容易受到温度和湿度变化带来的影响，这是因为塑料衬底的热收缩率、线膨胀系数、吸湿膨胀系数都比玻璃衬底要大。塑料衬底的热膨胀系数一般大于50ppm/℃，但PI衬底材料的热膨胀系数小于10ppm/℃。在柔性显示的制作过程中，如果塑料衬底的尺寸变化过大，将使MASK对位变得极为困难，限制了 TFT 设计的大小，同时容易在有机与无机材料层界面间产生内应力，导致在弯曲时层与层间的剥离。即使在温度较低的环境中，塑料衬底的尺寸也不稳定，这给多层结构的 OLED 制作在精确的整齐排列上带来了很大的困难。所以，耐热性带来的尺寸稳定性成为塑料衬底柔性显示工艺中的极大挑战。作为对策，应对塑料衬底进行热处理：在工艺开始前，塑料衬底经过数次热周期使其在冷却后尺寸收缩率降至数个 ppm 后再进行后续工艺。运用200℃低温及低应力制程，解决在加温时因不同材质造成塑料衬底伸缩拉扯及上下层对准不易的问题，才能使柔性显示屏的像素达到刚性显示的水平。
耐热性影响塑料衬底上的成膜质量。由于塑料衬底不耐高温，因此必须在较低的衬底温度下生长透明电极和金属电极。当衬底温度太低时，淀积上的原子团没有足够的能量迁徙结晶就会增加薄膜中的缺陷，从而使获得的薄膜晶粒尺寸较小、电阻率偏大、可见光透光率不高。此外，塑料衬底与透明导电膜的晶格匹配不如玻璃衬底，金属薄膜和 ITO 薄膜不易附着。当塑料衬底温度较低时，后续淀积的薄膜与塑料衬底键合很弱，薄膜容易脱落或根本无法成膜。另外，由于塑料衬底的表面平整度较差，必然造成淀积的薄膜厚度不均匀。塑料衬底的上述缺点使得在其上制作的透明电极的电阻率一般比在刚性衬底上制作的透明电极的电阻率大。
在低温下淀积ITO薄膜，制成的ITO薄膜电阻率高、透明度差，与柔性衬底之间的黏附性不好，在弯曲时易折裂，造成器件失效。由于常用的柔性衬底PET与ITO的热膨胀系数相差较大，在温度变化时，一个收缩，另一个则膨胀，因此 ITO 薄膜比较容易脱落。另外，在工作过程中，器件发热会导致ITO薄膜脱落。
2.耐热塑料的技术动态
目前，投入耐热塑料（耐高温的聚合物材料）开发的厂家多为传统塑料生产厂家。表2-6列出了几家薄膜制造企业的耐热透明塑料特性。其中，玻璃化转变温度较高的是三菱瓦斯化学的NEOPULIM和新日铁化学的SILPLUS。
表2-6 几家薄膜制造企业的耐热透明塑料特性
续表
三菱瓦斯化学的PI衬底材料Neopulim具有耐300℃以上高温的特性，并且具有89%～90%的透光率。图2-17右侧纵坐标是Neopulim L-3430示差扫描量热测定的结果，表明玻璃化转变温度为 300℃。图 2-17 左侧纵坐标是热解质量分析的结果，表明从室温至300℃时，质量几乎没有变化；当超过300℃时，质量逐渐减小；当超过玻璃化转变温度时，聚合物链可以很容易地移动，抑制溶剂分子从聚合物链中释放出来。当温度为500℃时，质量减少5%；当温度为508℃时，质量减少10%。当温度超过500℃后，质量损失由聚合物的分解引起。
图2-17 Neopulim L-3430的热解质量分析
新日铁化学开发了具有反应性官能基团的倍半硅氧烷，通过优化与有机基质的组合，制成有机-无机混合材料Silplus。与一般的无机玻璃相比，Silplus的刚性和尺寸稳定性（线膨胀系数）较差，光学特性和耐刮伤性比较接近。与PMMA、PC等典型的有机玻璃相比，Silplus的耐热性、光学各向同性、耐刮伤性较好。如图2-18所示，倍半硅氧烷（Silsesquioxane）是具有（RSiO1.5）n构造的网络型聚合物或多面体簇，通过水解三官能硅烷缩合制得。在这些结构中，赋予柔性硅氧烷类材料一定刚性的笼状骨架结构，很容易引入有机官能基团，并且作为构成有机-无机混合材料的单元。
此外，中国台湾工研院采用高含量（＞60%）无机纳米 SiO2混成技术开发的高耐热柔性PI-silica塑料衬底，可以达到玻璃化转变温度大于350℃且热膨胀系数小于30ppm/℃，透光率大于90%。
图2-18 Silsesquioxane的构造