Rainbow phenomenon in the punch-hole area of OLED displays caused by SiON thin films changes in TFE

CAI Hankun; YANG Jinjin; LI Zuobin; TU Qiumei; ZHANG Guofeng

doi:10.37188/CJLCD.2025-0240

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Rainbow phenomenon in the punch-hole area of OLED displays caused by SiON thin films changes in TFE

Device Physics and Device Preparation | 更新时间：2026-09-20

- Rainbow phenomenon in the punch-hole area of OLED displays caused by SiON thin films changes in TFE
- Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays Vol. 41, Issue 3, Pages: 353-362(2026)
- 作者机构：
  
  1.天马微电子股份有限公司厦门天马显示科技有限公司，福建厦门 361105
  2.天马微电子股份有限公司武汉天马微电子有限公司，湖北武汉 430070
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key Research and Development Program of China(2023YFB3612002);Xiamen Science and Technology Plan Program(3502Z20231052)
- DOI：10.37188/CJLCD.2025-0240
  CLC： TN27;TN383⁺.1
- CSTR：32172.14.CJLCD.2025-0240
- Received：27 November 2025，
  
  Revised：2026-02-10，
  
  Published：05 March 2026
- 稿件说明：
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CAI Hankun, YANG Jinjin, LI Zuobin, et al. Rainbow phenomenon in the punch-hole area of OLED displays caused by SiON thin films changes in TFE[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2026, 41(3): 353-362.
DOI：

CAI Hankun, YANG Jinjin, LI Zuobin, et al. Rainbow phenomenon in the punch-hole area of OLED displays caused by SiON thin films changes in TFE[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2026, 41(3): 353-362. DOI： 10.37188/CJLCD.2025-0240. CSTR： 32172.14.CJLCD.2025-0240.

摘要

近年来随着手机薄型化趋势的发展以及对可靠性要求的提高，OLED（Organic Light-Emitting Diode）屏幕孔区出现彩虹纹现象的比例有一定的上升。本文定性、定量地分析了OLED屏幕孔区出现彩虹纹现象的原因，并基于此，建立了一套相对完备的可以相互交叉印证结果的多维度分析测试方法。对薄膜封装（Thin Film Encapsulation， TFE）膜层结构成分的进一步优化，可以最大限度地降低可靠性测试后出现与孔区彩虹纹相关的暗斑风险。通过裂片，分析了高温高湿实验条件下孔区发生彩虹纹的区域和位置；并以透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）、飞行时间二次离子质谱（Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry，TOF-SIMS）和X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS）系统分析了孔区产生现象的原因。实验结果表明，CVD1 （Chemical Vapor Deposition 1）中SiON在高温高湿条件下，会逐步向SiO膜层转化。TEM和TOF-SIMS的结果表明，被氧化后膜层的含氮量小于2%；XPS分峰结果显示，CVD1-2表面的SiON几乎全部转化为SiO膜层。通过将TFE中CVD1-1的SiON膜层折光率从1.72提升为1.76，CVD1-1的SiON膜层被氧化的深度下降了70%。该分析方法的建立不仅解释了孔区CVD膜层被氧化后生成的SiO是造成出现彩虹纹现象的原因，而且提出了彩虹纹区域对OLED面板孔区可靠性的影响。该方案策略为OLED显示未来在车载、IT（Information Technology）、广告牌等具有更高可靠性要求领域的应用提供了相应的解决思路。

Abstract

In recent years， with the development of tendency toward thinner smartphones and higher reliability （RA） requirements， the proportion of OLED panels exhibiting rainbow phenomenon around the punch-hole area has increased. In response to this phenomenon， we established qualitative and quantitative analyses methods to identify the reasons of this phenomenon and conducted a comprehensive， mutually corroborative set of multi-dimensional analytical testing methods. Furthermore， with optimization of the TFE film-stack composition， the risk of dark spots could be minimized after RA tests， which is associated with rainbow-mura formation in OLED punch-hole displays. Through the cleavage of panel module， rainbow-mura around the punch-hole area was exactly located. Cross-sectional TEM， TOF-SIMS and XPS were then used to elucidate the formation mechanism. The data show that the SiON layer in CVD1 can be gradually converted to SiO under high temperature and high humidity conditions； TEM and TOF-SIMS results reveal that nitrogen content in SiON is below 2% after RA tests， while XPS peaks indicate that the SiON on the CVD1-2 surface has been almost completely transformed into SiO. By increasing the refractive index of the SiON layer from 1.72 to 1.76 in CVD1-1 of the TFE， the oxidation depth of the SiON film was reduced by 70%. The above-mentioned establishment of analytical method not only clarifies that the rainbow-mura phenomenon around the punch-hole is caused by the formation of SiO due to film oxidation， but also quantifies the influences of the punch-hole regions under long-term RA test. This strategic approach provides a viable solution path for OLED’s future deployments in automotive， IT signage， and other applications with more stringent reliability requirements.

关键词

Keywords

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于军胜，黄维 . OLED显示技术［M］. 北京：电子工业出版社， 2021 ．

YU J S ， HUANG W . OLED Display Technology ［M］. Beijing ： Publishing House of Electronics Industry ， 2021 . （in Chinese）

TANG C W ， VANSLYKE S A . Organic electroluminescent diodes ［J］. Applied Physics Letters ， 1987 ， 51 （ 12 ）： 913 - 915 . doi: 10.1063/1.98799 http://dx.doi.org/10.1063/1.98799

GONG J Y ， BIABANIFARD M ， YOSHIDA K ， et al . OLED illuminated metasurfaces for holographic image projection ［J］. Light： Science & Applications ， 2025 ， 14 （ 1 ）： 294 . doi: 10.1038/s41377-025-01912-z http://dx.doi.org/10.1038/s41377-025-01912-z

马群刚 . TFT-LCD原理与设计［M］. 2版 . 北京：电子工业出版社， 2020 ．

MA Q G . Principle and Design of TFT - LCD ［M］. 2nd ed . Beijing ： Publishing House of Electronics Industry ， 2020 . （in Chinese）

李继军，聂晓梦，甄威，等 . 显示技术比较及新进展［J］. 液晶与显示， 2018 ， 33 （ 1 ）： 74 - 84 ． doi: 10.3788/YJYXS20183301.0074 http://dx.doi.org/10.3788/YJYXS20183301.0074

LI J J ， NIE X M ， ZHEN W ， et al . New developments and comparisons in display technology ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2018 ， 33 （ 1 ）： 74 - 84 . （in Chinese） . doi: 10.3788/YJYXS20183301.0074 http://dx.doi.org/10.3788/YJYXS20183301.0074

刘迪萱，钟锦耀，唐彪，等 . 柔性与印刷OLED研究进展［J］. 液晶与显示， 2021 ， 36 （ 2 ）： 217 - 228 ． doi: 10.37188/CJLCD.2020-0232 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2020-0232

LIU D X ， ZHONG J Y ， TANG B ， et al . Research progress of flexible and printed OLED ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2021 ， 36 （ 2 ）： 217 - 228 . （in Chinese） . doi: 10.37188/CJLCD.2020-0232 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2020-0232

WANG D ， LI Y L ， CHU F ， et al . Color liquid crystal grating based color holographic 3D display system with large viewing angle ［J］. Light： Science & Applications ， 2024 ， 13 （ 1 ）： 16 . doi: 10.1038/s41377-023-01375-0 http://dx.doi.org/10.1038/s41377-023-01375-0

WANG Z Y ， ZHOU Z ， ZHANG H ， et al . Vectorial liquid-crystal holography ［J］. eLight ， 2024 ， 4 （ 1 ）： 5 . doi: 10.1186/s43593-024-00061-x http://dx.doi.org/10.1186/s43593-024-00061-x

SHAO J ， KANG J . OLED & flexible display technology tracker ［EB/OL］. （ 2026-02-24 ）. https：//omdia.tech.informa.com/collections/afccd061/oled--flexible-display-technology-tracker https://omdia.tech.informa.com/collections/afccd061/oled--flexible-display-technology-tracker .

LEE S ， HAN J H ， LEE S H ， et al . Review of organic/inorganic thin film encapsulation by atomic layer deposition for a flexible OLED display ［J］. JOM ， 2019 ， 71 （ 1 ）： 197 - 211 . doi: 10.1007/s11837-018-3150-3 http://dx.doi.org/10.1007/s11837-018-3150-3

YANG H I ， MUDE N N ， KIM J Y ， et al . High light extraction performance using evanescent waves for top emission OLED applications with thin film encapsulation ［J］. Optics Express ， 2023 ， 31 （ 11 ）： 18407 - 18419 . doi: 10.1364/oe.487301 http://dx.doi.org/10.1364/oe.487301

JUNG E ， HUH M S ， KEY S H ， et al . Formation of silicon-based thin-film encapsulation for fabrication of highly flexible OLED devices ［J］. SID Symposium Digest of Technical Papers ， 2020 ， 51 （ 1 ）： 305 - 308 . doi: 10.1002/sdtp.13864 http://dx.doi.org/10.1002/sdtp.13864

LEE H I ， PARK J B ， XIANYU W X ， et al . Degradation by water vapor of hydrogenated amorphous silicon oxynitride films grown at low temperature ［J］. Scientific Reports ， 2017 ， 7 （ 1 ）： 14146 . doi: 10.1038/s41598-017-14291-2 http://dx.doi.org/10.1038/s41598-017-14291-2

薛正群 . 光通信用高速半导体激光器的研制及可靠性研究［D］. 福州：中国科学院福建物质结构研究所， 2017 ．

XUE Z Q . Fabrication of InP high speed laser and the study on reliability of the laser devices ［D］. Fuzhou ： Fujian Institute of Research on the Structure of Matter， Chinese Academy of Sciences ， 2017 . （in Chinese）

陈伟强 . InAs/GaSb超晶格红外探测器工艺与性能研究［D］. 北京：中国科学院半导体研究所， 2023 ．

CHEN W Q . Process and performance study of InAs/GaSb superlattice infrared detectors ［D］. Beijing ： Institute of Semiconductors， Chinese Academy of Sciences ， 2023 . （in Chinese）

QUIRK M ， SERDA J . 半导体制造技术［M］. 韩郑生，译. 北京：电子工业出版社， 2015 ．

QUIRK M ， SERDA J . Semiconductor Manufacturing Technology ［M］. HAN Z S， trans. Beijing ： Publishing House of Electronics Industry ， 2015 . （in Chinese）

狄佳钰，崔艳，吴瑞祥，等 . 高性能零维非铅钙钛矿薄膜光电探测器［J］. 中国光学（中英文）， 2025 ， 18 （ 4 ）： 748 - 755 ． doi: 10.37188/co.2024-0214 http://dx.doi.org/10.37188/co.2024-0214

DI J Y ， CUI Y ， WU R X ， et al . High-performance photodetectors based on zero-dimensional lead-free perovskite thin films ［J］. Chinese Optics ， 2025 ， 18 （ 4 ）： 748 - 755 . （in Chinese） . doi: 10.37188/co.2024-0214 http://dx.doi.org/10.37188/co.2024-0214

DUPUIS J ， FOURMOND E ， LELIÈVRE J F ， et al . Impact of PECVD SiON stoichiometry and post-annealing on the silicon surface passivation ［J］. Thin Solid Films ， 2008 ， 516 （ 20 ）： 6954 - 6958 . doi: 10.1016/j.tsf.2007.12.026 http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2007.12.026

DUPUIS J ， FOURMOND E ， BALLUTAUD D ， et al . Optical and structural properties of silicon oxynitride deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition ［J］. Thin Solid Films ， 2010 ， 519 （ 4 ）： 1325 - 1333 . doi: 10.1016/j.tsf.2010.09.036 http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2010.09.036

邬洋，衣立新，王申伟，等 . 磁控溅射法沉积SiN x 非晶薄膜的生长机制及结构分析［J］. 光谱学与光谱分析， 2009 ， 29 （ 5 ）： 1260 - 1263 ． doi: 10.3964/j.issn.1000-0593(2009)05-1260-04 http://dx.doi.org/10.3964/j.issn.1000-0593(2009)05-1260-04

WU Y ， YI L X ， WANG S W ， et al . Deposition and structures analysis of amorphous SiN x films prepared by magnetron sputtering ［J］. Spectroscopy and Spectral Analysis ， 2009 ， 29 （ 5 ）： 1260 - 1263 . （in Chinese） . doi: 10.3964/j.issn.1000-0593(2009)05-1260-04 http://dx.doi.org/10.3964/j.issn.1000-0593(2009)05-1260-04

王陈文，张海宝，陈强 . 螺旋波等离子体研究进展［J］. 真空科学与技术学报， 2021 ， 41 （ 8 ）： 710 - 720 ． doi: 10.13922/j.cnki.cjvst.202009019 http://dx.doi.org/10.13922/j.cnki.cjvst.202009019

WANG C W ， ZHANG H B ， CHEN Q . Recent progress on helicon plasma ［J］. Chinese Journal of Vacuum Science and Technology ， 2021 ， 41 （ 8 ）： 710 - 720 . （in Chinese） . doi: 10.13922/j.cnki.cjvst.202009019 http://dx.doi.org/10.13922/j.cnki.cjvst.202009019

COVA P ， POULIN S ， GRENIER O ， et al . A method for the analysis of multiphase bonding structures in amorphous SiO x N y films ［J］. Journal of Applied Physics ， 2005 ， 97 （ 7 ）： 073518 . doi: 10.1063/1.1881774 http://dx.doi.org/10.1063/1.1881774

VOGT M ， HAUPTMANN R . Plasma-deposited passivation layers for moisture and water protection ［J］. Surface and Coatings Technology ， 1995 ， 74-75 ： 676 - 681 . doi: 10.1016/0257-8972(95)08268-9 http://dx.doi.org/10.1016/0257-8972(95)08268-9

SHIN S M ， YOON H W ， JANG Y S ， et al . Stoichiometric silicon nitride thin films for gas barrier， with applications to flexible and stretchable OLED encapsulation ［J］. Applied Physics Letters ， 2021 ， 118 （ 18 ）： 181901 . doi: 10.1063/5.0050836 http://dx.doi.org/10.1063/5.0050836

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