3.4.3 弯曲应力管理
面向柔性显示的实际应用，LTPS TFT 背板需要能够承受超过 10 万次的动态弯曲，并且保持各项性能稳定。为了提高LTPS TFT背板的弯曲稳定性，一方面需要优化背板结构，减小弯曲在背板关键膜层（包括半导体层、介电层和金属互连线层）产生的机械应力；另一方面需要通过工艺的调控优化膜层的力学特性和 TFT 的界面结构，以提高膜层和器件的耐应力应变性能。通过优化膜层的材料组分和工艺参数，可以提高 SiOx、SiNx及金属互连线等关键膜层的抗应力能力。对于LTPS TFT器件，其多晶硅薄膜晶粒间存在晶界，在机械应力作用下会降低晶粒间的连接强度，破坏晶界区的Si-H键和Si悬挂键状态，引起深能级与带尾能级的缺陷态密度的增加，进而影响LTPS TFT的偏置稳定性。而且缺陷态密度的增加会增强漏极区的热电子激发，导致漏电流增大。下面主要讨论如何通过中性面的结构设计减小 TFT膜层的弯曲应力，以及通过结构设计提高器件在机械应力下的稳定性。
1）中性面的结构设计减小TFT膜层的弯曲应力
根据前面的讨论，将关键的TFT膜层设计在整个显示屏结构的中性面上，将有效地降低弯曲带来的应力，以实现具有良好弯曲特性的柔性AMOLED显示屏。ITRI在气体阻挡层和OLED层间添加了应力缓冲层，在LTPS TFT上方的钝化层和像素定义层（Pixel Define Layer，PDL）间添加了有机软性材料，将 TFT 膜层最大限度地集中在中性面上，制备了在曲率半径为 7mm 的情况下，可承受10万次弯折的6inch柔性AMOLED显示屏。AUO设计了一种对称面板堆栈（Symmetrical Panel Stack，SPS）的结构，通过对各层板的厚度和材料进行优化和设计，将器件层定位在中性面，制备了曲率半径为 3mm、分辨率为 295PPI 的 5inch 的全彩 AMOLED 显示屏。昆山工研院建立了柔性AMOLED显示的机械应力引起失效的分析模型，通过4.6inch的、曲率半径为3mm 的 AMOLED 显示屏设计，验证了将器件区域加工在面板中性面对背板柔韧性的提升。2019年，ITRI报道了一种阻尼结构的柔性背板设计，将关键膜层集中在中性面，有效地减小了在弯折过程中关键膜层产生的应力，制备的7.1inch全彩柔性AMOLED显示屏，可以以3mm的曲率半径连续弯折超过20万次。天马微电子通过优化OCA黏结层的厚度和杨氏模量，将关键膜层定位在中性面，制备的5.99inch 537PPI的全彩柔性AMOLED显示屏，可以承受超过10万次的弯折（曲率半径为3mm）。
2）工艺与结构提高器件稳定性
在长时间循环动态弯曲所产生的应力作用下，LTPS TFT的性能会产生明显的变化，具体表现为迁移率的变化、阈值电压的漂移、亚阈值区域的驼峰现象、漏电流的增加及偏置稳定性的恶化等。仿真分析表明，在弯曲作用下，沟道两侧承受最大的应力，会导致相应区域的介电层界面产生大量的缺陷态，形成局部的载流子俘获。因此，优化介电层的制备工艺，减小由局部应力产生的界面缺陷态是实现可弯折柔性显示的一个关键。此外，可以通过有源层的形状结构设计来减小载流子输运沟道两侧的应力。如图3-5（a）所示，通过沿着垂直沟道的方向引入翼状结构，可以有效消除沟道两侧的应力尖峰，使器件在弯曲应力下的稳定性得到明显改善。Samsung设计了如图3-5（b）所示的曲线形状的有源层沟道，对比传统的直线形状的有源层沟道，所制备的LTPS器件能够更好地耐受弯曲带来的应力而保持性能的稳定，该设计被用于 Galaxy S8柔性AMOLED显示屏。
如图3-5（c）所示，ITRI在LTPS TFT器件两侧集成有机应力吸收层（Stress-Absorbing，SA）结构用于吸收弯曲引起的应力，能够有效地提高器件在弯曲应力下的稳定性。仿真分析表明，在该结构中，弯曲过程中产生的应力会经过有机应力吸收层结构直接传导到底层的缓冲层，避免了对器件区域介电层的破坏；所制备的器件在曲率半径为 2mm 的情况下弯折 10 万次后，其性能没有明显衰退。该有机应力吸收层与器件区域的距离需要优化设计，距离太小会导致沟道边缘区域所受弯曲应力增大，距离过大会导致应力吸收的效果减弱。
图3-5 柔性LTPS TFT背板中通过结构设计减小弯曲情况下沟道区域所产生应力的示例