比起傳統(tǒng)的液晶顯示(LCD)屏幕，被業(yè)界公認(rèn)為下一代顯示技術(shù)的有機(jī)發(fā)光二極管(OLED，又被稱為有機(jī)電激光顯示)屏幕不僅具有全固態(tài)、輕薄、主動(dòng)發(fā)光、高畫質(zhì)、低耗電等優(yōu)點(diǎn)，還可以用于嘗試透明、卷軸、折疊、曲面等突破傳統(tǒng)的屏幕形式，OLED是行業(yè)共同關(guān)注的未來顯示技術(shù)方向，但相對(duì)于應(yīng)用低溫多晶硅技術(shù)的中小尺寸OLED屏幕，應(yīng)用氧化物技術(shù)的大尺寸OLED屏幕在普及中遇到了眾多技術(shù)難點(diǎn)，目前受制于一些關(guān)鍵技術(shù)、成本及良品率偏低等因素影響，OLED面板規(guī)模性應(yīng)用及大尺寸產(chǎn)業(yè)化尚有較長一段進(jìn)程。
采用OLED大屏幕的產(chǎn)品
面板、有機(jī)材料鍍膜及封裝為OLED大屏幕產(chǎn)品量產(chǎn)化的三大指標(biāo)，由于開發(fā)大尺寸設(shè)備的瓶頸難以突破，低溫多晶矽(LTPS)面板制程難以跨越5.5代OLED面板生產(chǎn)線，因?yàn)檫@種技術(shù)是把紅、綠、藍(lán)有機(jī)發(fā)光體在玻璃面板上水平蒸鍍，由于在蒸鍍時(shí)必須要使用金屬遮罩，在做大面板時(shí)由于重力會(huì)造成金屬遮罩下沉及混色等問題，因此不適合實(shí)現(xiàn)大尺寸和高分辨率。鑒于此，非晶矽(a-Si)與氧化物薄膜晶體管(Oxide TFT)面板成為技術(shù)研發(fā)的選擇。不過，前者的電子移動(dòng)速度太慢，會(huì)降低OLED面板的動(dòng)態(tài)顯示反應(yīng)速度。因此，后者已成為技術(shù)研發(fā)的首選，但是一直以來，這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)展緩慢。好在氧化物薄膜晶體管面板材料與制程與非晶矽相近，所以，部分非晶矽既有制程設(shè)備可被氧化物薄膜晶體管所沿用?！ ?/p>
面板技術(shù)比較表
常見的氧化物半導(dǎo)體如氧化銦鎵鋅(InGaZnO)，是一種電子移動(dòng)率可達(dá)10平方厘米(cm2)/VS的新材料，為傳統(tǒng)非晶矽(《1cm2/VS)的數(shù)十倍以上。加上非晶(Amorphous)結(jié)構(gòu)可以在大尺寸獲得良好的均勻度，適合應(yīng)用在大尺寸面板，達(dá)到高清晰度、低能耗、低漏電的優(yōu)點(diǎn)，但其可靠度不 佳以及PMOS制造工藝?yán)щy一直是亟待改善的技術(shù)，前者是量產(chǎn)商品化必須克服的重要關(guān)鍵，后者可用補(bǔ)償電路(CompensaTIon Circuit)加以克服。
采用OLED透明屏幕的產(chǎn)品
常見的氧化物薄膜晶體管元件結(jié)構(gòu)主要有共平面(Coplanar)、蝕刻阻障層(Island Stop/Etch Stop Layer，IS/ESL)和背通道蝕刻(Back Channel Etch，BCE)這三種。共平面結(jié)構(gòu)制程簡單，但因?yàn)檠趸锇雽?dǎo)體層要攀爬源汲極金屬，容易導(dǎo)致電特性與接觸問題，且可靠度不 佳。至于背通道蝕刻和蝕刻阻障層結(jié)構(gòu)在元件特性及制程良品率上則較具優(yōu)勢，尤其是背通道蝕刻結(jié)構(gòu)相容于標(biāo)準(zhǔn)非晶矽結(jié)構(gòu)，極具競爭力。但若考量可靠度，則以蝕刻阻障層結(jié)構(gòu)最為理想，原因主要在于蝕刻阻擋層可保護(hù)元件的背通道，不受制程影響產(chǎn)生特性 差異，但缺點(diǎn)是復(fù)雜的制程導(dǎo)致成品與良品率問題?！ ?/p>
常見的氧化物薄膜晶體管元件結(jié)構(gòu)比較表
氧化物薄膜晶體管技術(shù)的重要性在于其量產(chǎn)機(jī)型相容于現(xiàn)有主流技術(shù)非晶硅的設(shè)備，由于氧化物薄膜晶體管材料特性對(duì)光與熱會(huì)導(dǎo)致電特性的改變，即臨界電壓偏移(Threshold Voltage Shift，Vth Shift)，甚至可以運(yùn)用在光感應(yīng)器(Photo Sensor)上，所以如何改善均勻度與可靠度將是一大難題，制程的調(diào)校相當(dāng)困難與敏感，制程穩(wěn)定度要求也相對(duì)高。通過與試驗(yàn)室的持續(xù)分析與改進(jìn)，研究人員在氧化物技術(shù)上，研發(fā)試制線的整面OLED的臨界電壓偏移值已經(jīng)小于0.8伏特。經(jīng)過面板可靠度測試，發(fā)現(xiàn)使用壽命預(yù)估可超過10年，已經(jīng)超越傳統(tǒng)非晶硅技術(shù)，相當(dāng)接近于低溫多晶矽技術(shù)?！ ?/p>
LCD與OLED特性比較表
OLED屏幕采用紅、綠、藍(lán)(R、G、B)像素組成，其使用主流的有機(jī)材料鍍膜技術(shù)——真空蒸鍍注，這種制作方式要平衡每個(gè)像素內(nèi)紅、綠、藍(lán)有機(jī)發(fā)光體的放置量，維持亮度的均勻性，隨著OLED屏幕尺寸加大，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)良品率下降，由于藍(lán)色有機(jī)發(fā)光體的壽命短，為了修復(fù)其缺陷，會(huì)稍微多蒸鍍一點(diǎn)藍(lán)色OLED有機(jī)發(fā)光體，但導(dǎo)致的結(jié)果是紅、綠、藍(lán)像素構(gòu)造中的色彩歪曲現(xiàn)象。除因蒸鍍槽設(shè)計(jì)緣故，致使蒸鍍技術(shù)的生產(chǎn)效率欠佳之外，也面臨適使用8代OLED面板生產(chǎn)線的蒸鍍?cè)O(shè)備的難產(chǎn)窘境。除繼續(xù)采用5.5代線生產(chǎn)OLED面板之外，也可以改用雷射技術(shù)進(jìn)行有機(jī)材料鍍膜，或采用氧化物面板和白光OLED搭配彩色濾光片濾出紅、藍(lán)、綠三原色，較接近現(xiàn)行的液晶顯示屏幕制程，即將紅、綠、藍(lán)有機(jī)發(fā)光體在整片白光OLED面板上垂直蒸鍍，通過色彩提純技術(shù)來表現(xiàn)色彩信息，鍍膜后再透過擴(kuò)散膜達(dá)成均勻的面光源，這種方式在蒸鍍有機(jī)物時(shí)由于不使用金屬遮罩，所以不受面板尺寸限制，可以均勻蒸鍍有機(jī)物，并且是通過垂直蒸鍍紅、綠、藍(lán)有機(jī)發(fā)光體進(jìn)行色彩提升的構(gòu)造，所以藍(lán)色有機(jī)發(fā)光體的壽命問題得到了很好的解決，雖然其色彩表現(xiàn)相對(duì)較差且耗電，但良品率相對(duì)較高，易于量產(chǎn)?！ ?/p>
常見全彩OLED技術(shù)比較表
常見全彩OLED技術(shù)主要包含紅、綠、藍(lán)像素并置法(RGB-SBS，Side-By-Side)以及白光OLED+彩色濾光片(White OLED+Color Filter)技術(shù)。紅、綠、藍(lán)像素并置法由紅、綠、藍(lán)像素分別發(fā)光所組成，不僅能獲得較佳的色彩飽和度，還能省電，但大尺寸蒸鍍(EvaporaTIon)不易，需要持續(xù)開發(fā)。
雖然制程相對(duì)較難的精細(xì)金屬遮罩(Fine Metal Mask，F(xiàn)MM，也叫精細(xì)金屬掩膜板)像素技術(shù)的色彩表現(xiàn)較佳、省電，但立刻就會(huì)遇到大尺寸化的挑戰(zhàn)，包括挑戰(zhàn)精細(xì)金屬遮罩與無混色(Color Mixing)需求，以及挑戰(zhàn)溫度超過1000℃以上的金屬蒸鍍制程。研究人員嚴(yán)格地執(zhí)行制程控制，有效率地回饋制程參數(shù)，并且搭配精細(xì)分片(Fine Divided Sheet，F(xiàn)DS)技術(shù)后，終于成功開發(fā)出不混色技術(shù)，達(dá)成前端氧化物薄膜晶體管與后端OLED皆可全板(Full Sheet)制作的里程碑。
采用OLED曲面屏幕的產(chǎn)品
自從串級(jí)式(Tandem)OLED結(jié)構(gòu)被發(fā)表后，高效率白光OLED已經(jīng)逐步成真，并且隨著材料與元件的技術(shù)演進(jìn)，白光OLED技術(shù)已到達(dá)照明領(lǐng)域與顯示器領(lǐng)域上可被接受的水準(zhǔn)。然而，相較于采用紅、綠、藍(lán)像素并置法的OLED的廣色域與高色純度，白光OLED元件卻難以望其項(xiàng)背。除此之外，組成白光元件至少需要10層膜以上，在長時(shí)間下，每一片OLED元件上的膜的厚度均一性也是金屬蒸鍍?cè)O(shè)備上亟待解決的一大問題。
采用OLED大屏幕的產(chǎn)品
近幾年來，除材料演進(jìn)外，OLED元件技術(shù)的提升是整個(gè)OLED產(chǎn)業(yè)成功的一大關(guān)鍵。元件首重光學(xué)厚度設(shè)計(jì)，最佳化后的光學(xué)厚度能讓有機(jī)發(fā)光材料所發(fā)出的顏色與發(fā)光效率達(dá)到最佳化，同時(shí)根據(jù)產(chǎn)品的屬性規(guī)劃出上或下發(fā)光元件與強(qiáng)或弱共振腔(Cavity)。OLED元件在設(shè)計(jì)上使用多層傳輸層與新型藍(lán)色發(fā)光材料，因此，在弱共振腔的下發(fā)光元件上獲得高效率與好的藍(lán)色色度表現(xiàn)，在CIE1931色座標(biāo)下會(huì)呈現(xiàn)出83%色域的表現(xiàn)，并且在元件發(fā)光效率上由于多傳輸層的應(yīng)用，顯著提升熒光發(fā)光層材料三重態(tài)能階(Triplet State)上的能量回收，因此提升了元件的效能。另外，OLED元件搭載OLED像素補(bǔ)償電路專利技術(shù)(OLED Engine)，可有效改善氧化物薄膜晶體管及OLED的臨界電壓偏移所導(dǎo)致的亮度不均勻。
為實(shí)現(xiàn)更輕薄與低成本的OLED屏幕，要用可量產(chǎn)型的薄膜封裝技術(shù)取代傳統(tǒng)的玻璃封裝技術(shù)。OLED屏幕是結(jié)合上下面板組合而成的，在傳統(tǒng)工藝方面，上面板普遍采用玻璃封裝，然而兼具重量輕、可實(shí)現(xiàn)薄型化及低成本的薄膜封裝技術(shù)是大勢所趨。由于低溫多晶矽面板的制程溫度高達(dá)600℃，玻璃面板的耐高溫性不佳，因此，OLED玻璃面板耐熱性受技術(shù)束縛。為提高低溫多晶矽面板制程的良品率，縮短OLED屏幕的量產(chǎn)時(shí)間，OLED玻璃面板企業(yè)生產(chǎn)出適用于低溫多晶矽高溫制程的荷花玻璃(Lotus Glass)，這種玻璃面板具有零雜質(zhì)、高平坦度及耐熱穩(wěn)定性的特點(diǎn)，以供應(yīng)部分現(xiàn)有的4.5、5.5代OLED面板生產(chǎn)線制造。
目前，有機(jī)光電子學(xué)在材料、功效、壽命、彩色化、大尺寸、柔性化、封裝和生產(chǎn)工藝等方面尚有一系列理論、技術(shù)和工藝問題亟待解決，這些環(huán)節(jié)上存在的不足都相當(dāng)程度地制約了有機(jī)光電功能材料與技術(shù)在產(chǎn)業(yè)化方向的發(fā)展。其中，OLED技術(shù)要達(dá)到大規(guī)模的應(yīng)用，取決于材料、設(shè)計(jì)和制備工藝等的全面進(jìn)步，還需要對(duì)材料和器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新，以提高功效、增加穩(wěn)定性和降低成本。
注：真空蒸鍍——在真空環(huán)境下將有機(jī)材料放在坩鍋中加熱，使之蒸發(fā)并在覆蓋有掩膜板(MASK)的玻璃基板上沉積成膜的技術(shù)，是目前最成熟，也是目前被量產(chǎn)的小尺寸有源驅(qū)動(dòng)(AMOLED)產(chǎn)品基本都采用的有機(jī)成膜技術(shù)，但精細(xì)金屬遮罩像素技術(shù)存在掩膜板與玻璃基板的對(duì)位精度要求高、掩膜板因重力及熱膨脹容易變形、材料利用率低等問題。
編者結(jié)語
蘋果公司表示今年將在iPhone 8上使用OLED屏幕，其在智能手機(jī)等電子產(chǎn)品領(lǐng)域的示范效應(yīng)將是OLED的一重要推動(dòng)力。隨著VR(虛擬現(xiàn)實(shí))、可穿戴設(shè)備等新電子產(chǎn)品的爆發(fā)趨勢，OLED 將帶來新的切入點(diǎn)。 OLED 終端產(chǎn)品市場爆發(fā)迅速，帶動(dòng) OLED 增長前景可期，綜合來看，今年很有可能成為“OLED元年”。
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