一文詳解OLED屏幕制造中的蒸鍍環(huán)節(jié)

據(jù)韓媒報(bào)道，三星電子今年第二季度的營(yíng)業(yè)利潤(rùn)可能會(huì)再創(chuàng)新高，達(dá)116億美元，這一數(shù)字將幫助三星超越蘋(píng)果登頂全球第一。更為恐怖的是，三星Q2營(yíng)業(yè)利潤(rùn)甚至比Facebook、亞馬遜、Netflix和谷歌四家巨頭營(yíng)業(yè)利潤(rùn)之和還要高，這四家公司今年第一季營(yíng)業(yè)利潤(rùn)總和只有111.5億美元。

這次我們?yōu)槠谕私?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/OLED">OLED更多技術(shù)細(xì)節(jié)的同學(xué)，準(zhǔn)備了長(zhǎng)篇的內(nèi)容，簡(jiǎn)單談?wù)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/OLED">OLED制造工藝中的一個(gè)組成部分：蒸鍍。以及如松下這樣的廠商如何在這部分工藝中做出進(jìn)一步節(jié)省成本的努力，還有索尼是如何改良這個(gè)步驟的。

你知道嗎?OLED屏幕每個(gè)像素“燈泡”都是蒸上去的

那么究竟什么是蒸鍍?這得從OLED的結(jié)構(gòu)講起。如上圖所示，典型結(jié)構(gòu)是在ITO玻璃上制作一層幾十納米厚的發(fā)光材料——也就是人們通常所說(shuō)OLED屏幕像素自發(fā)光材料，發(fā)光層上方有一層金屬電極，電極加電壓，發(fā)光層產(chǎn)生光輻射;從陰陽(yáng)兩級(jí)分別注入電子和空穴，被注入的電子和空穴在有機(jī)層傳輸，并在發(fā)光層復(fù)合，激發(fā)發(fā)光層分子產(chǎn)生單態(tài)激子，單態(tài)激子輻射衰減發(fā)光。

這解釋得有些復(fù)雜了，不過(guò)大致上就是你看到的紅綠藍(lán)三個(gè)次像素會(huì)自己發(fā)光就對(duì)了。當(dāng)然了，具體到整塊面板，結(jié)構(gòu)也就復(fù)雜很多，包括次像素間需要隔離柱、絕緣層之類。AMOLED則還有TFT backplane這種控制每個(gè)像素開(kāi)關(guān)的東西。

這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，靠人手用小刀去微雕是不可能的。如果將這些結(jié)構(gòu)付諸實(shí)現(xiàn)，就是制造工藝的問(wèn)題了。OLED的制造工藝涉及到ITO玻璃洗凈、光刻處理之類的東西，都需要很高科技、我們一般人沒(méi)見(jiàn)過(guò)的技術(shù)去搞定，總之就是通過(guò)光刻就能在基板上形成電極圖案、ITO圖案、隔離柱圖案等等——你可以假想成是有小人用小刀刻上去的……

隨后的工藝部分，在OLED面板的制造上才顯得至關(guān)重要，即蒸鍍。真空腔室內(nèi)，把ITO玻璃基板放置在可加熱的旋轉(zhuǎn)樣品托架上，然后放把火在下面燒坩堝(當(dāng)然不是真的放把火)，你看到的發(fā)光材料就這么蒸上去了。是的，紅綠藍(lán)三色燈泡(當(dāng)然不是真的燈泡)就這么蒸上去了。

說(shuō)得高大上一點(diǎn)，蒸鍍就是真空中通過(guò)電流加熱，電子束轟擊加熱和激光加熱等方法，使被蒸材料蒸發(fā)成原子或分子，它們隨即以較大的自由程作直線運(yùn)動(dòng)，碰撞基片表面而凝結(jié)，形成薄膜。

可以說(shuō)，蒸鍍是OLED制造工藝的精華部分，而且不僅是發(fā)光材料，金屬電極等等之類也是這么蒸上去的。雖然我們把蒸鍍說(shuō)得跟蒸饅頭一樣，但實(shí)際操作還是非常復(fù)雜的，比如如何控制像素區(qū)域，像素要怎么對(duì)齊，還有控制蒸上去的薄膜厚度，什么前處理、蒸鍍室的真空度等，都不是我們一般人可以參透的。除了蒸鍍之外，隨后還有點(diǎn)膠、封裝、老化、切割、測(cè)試等等過(guò)程。

實(shí)際上，蒸鍍也的確是OLED屏幕成本高的一個(gè)重要原因，于是LG買不到太多蒸鍍機(jī)，自然就搞不定iPhone 8的訂單。而即便是Canon Tokki，要消化三星那么多訂單，本身也就不是很容易的事情。

(這是PMOLED的典型工藝流程，PMOLED也屬于OLED，但結(jié)構(gòu)比AMOLED簡(jiǎn)單，沒(méi)有TFT)

然而除了把燈泡“蒸”出來(lái) 還可以選擇“印”出來(lái)

上面提到的這種高端大氣上檔次的“蒸鍍”法，主要應(yīng)用于RGB三色排列的典型OLED屏幕。三星的諸多OLED電視產(chǎn)品都是基于這種方法蒸出來(lái)的，效果很不錯(cuò)，三原色都非常純粹，但成本非常高昂。這類蒸鍍所用的技術(shù)叫FMM，精細(xì)金屬掩模板，就是蒸鍍的時(shí)候?yàn)榱藚^(qū)分像素，蓋個(gè)掩膜，所以怎么對(duì)齊，以及掩膜材料本身都會(huì)成為技術(shù)難點(diǎn)。

實(shí)際上，人類為了控制成本，OLED電視不止上述一種，有一類藍(lán)光+色變換層：這種方案只需要蒸鍍藍(lán)光OLED元件，經(jīng)過(guò)變換層將光轉(zhuǎn)為RGB三色，這類技術(shù)受到色彩轉(zhuǎn)換器開(kāi)發(fā)難度的限制，并未被大規(guī)模采用。

還有一類OLED電視是白光+三種彩色濾光片，原理上和LCD液晶面板有些類似，以白色為背光，再加彩色濾光片——這種方式在成本上顯然就低了很多，LG就曾以這種方案生產(chǎn)OLED電視，白光OLED+彩色濾光片也一度被認(rèn)為是OLED進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低成本的方案。只不過(guò)加上濾光片，透光率光色純度都更成問(wèn)題，所以亮度、對(duì)比度、色彩、節(jié)能表現(xiàn)理論上都不及RGB OLED。至于還有像是LG的WRGB OLED(四個(gè)子像素)之類，這里就不再做細(xì)致的討論了。

松下認(rèn)為，最后這一種方法存在畫(huà)質(zhì)上的縮水，成本也不見(jiàn)得多低，還是RGB OLED靠譜。但是FMM蒸鍍成本又很高，那該怎么辦呢?所以他們?cè)?013年的CES展會(huì)上，展示了一種采用自主研發(fā)“印刷”工藝的、而且據(jù)他們自己說(shuō)是當(dāng)時(shí)全球最大4K OLED電視(56寸)。

其實(shí)“印刷”技術(shù)不算新鮮，LCD液晶屏廣泛應(yīng)用這種技術(shù)，像LCD所用的彩色濾光片，RGB三種顏色色塊就是猶如噴墨打印機(jī)一樣印刷上去的。只需要確定RGB三個(gè)次像素之間的點(diǎn)距，就可以開(kāi)始印刷啦：松下針對(duì)OLED的印刷技術(shù)是直接在大尺寸的玻璃基板上涂色，相比FMM蒸鍍，不需要高溫真空環(huán)境，制造工藝要求低不少，成本也自然就更低了。

這種工藝實(shí)際上也并非盡善盡美，尤其藍(lán)色材料效率與壽命是個(gè)大問(wèn)題。這也是在很多人看來(lái)，為什么松下的這類電視會(huì)有偏黃的原因所在。當(dāng)年的CES展會(huì)上，就有人提出過(guò)這個(gè)問(wèn)題。

日本的許多企業(yè)似乎有意這種技術(shù)。三菱化學(xué)就在開(kāi)發(fā)“印刷方式”生產(chǎn)OLED面板的新材料，雖然最早也要等到2017才會(huì)進(jìn)入量產(chǎn)，當(dāng)前三菱化學(xué)已經(jīng)向日本國(guó)內(nèi)外的面板廠商提供樣品。據(jù)說(shuō)他們的“印刷”方式相比“蒸鍍”，可將材料費(fèi)控制在1/10，這無(wú)疑是生產(chǎn)成品的大幅降低——而且此前并沒(méi)有微米單位的細(xì)微分涂技術(shù)，三菱化學(xué)開(kāi)發(fā)出了能被薄薄地準(zhǔn)確涂在狹小面積上的新材料。

想想OLED電視的成本真正能降下來(lái)，還有點(diǎn)小激動(dòng)呢。

索尼的改良：把蒸鍍與印刷結(jié)合起來(lái)

其實(shí)FMM蒸鍍和印刷(或者叫濕法制備)并非這道工序中的唯二解決方案，還有激光轉(zhuǎn)印這樣的方案(雖然也需要蒸鍍)。不過(guò)印刷是當(dāng)前最具誘惑力的一種技術(shù)，因?yàn)槌杀镜?、效率高，也是未?lái)生產(chǎn)柔性O(shè)LED最理想的技術(shù)。

索尼瞅準(zhǔn)了這一點(diǎn)，不過(guò)顯然也已經(jīng)發(fā)覺(jué)了藍(lán)色發(fā)光材料的問(wèn)題。所以索尼想到了將蒸鍍和印刷結(jié)合起來(lái)的方案，紅綠藍(lán)三色發(fā)光材料也就有了上圖這種比較奇特的立體排列造型。

簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，就是先將藍(lán)色涂料涂上形成通用層，再將紅綠兩種顏色先印刷、再蒸鍍連接，按照上面這樣的設(shè)計(jì)制造能夠保證藍(lán)色材料的壽命和發(fā)光效率。所以同在CES 2013展上，索尼同樣也發(fā)布了全球最大OLED電視(貌似相比松下還在前面多加了個(gè)first的單詞)。

據(jù)說(shuō)采用這種工藝達(dá)成的索尼電視，完全不存在偏色的問(wèn)題，甚至在觀感上，能夠超過(guò)成本更高、只采用蒸鍍的三星、LG一類韓系電視廠商。松下和索尼早在2012年時(shí)就在TFT部分有合作，所以兩者同推印刷OLED電視，而且同是全球最大尺寸，看起來(lái)也就不奇怪了。

隨我們上述提到三菱化學(xué)這類日系廠商的努力，單有機(jī)成膜技術(shù)這一塊，或許能隨著印刷技術(shù)在墨水材料、印刷設(shè)備和工藝控制等方面的進(jìn)一步改善而隨之降低成本。即便當(dāng)前OLED電視產(chǎn)品的價(jià)格還是頗高，畢竟有機(jī)成膜并非OLED制造中的唯一部分，比如封裝也在其中起著至關(guān)重要的作用，這就是另外的篇章了。

人類設(shè)想中，已經(jīng)放到原型產(chǎn)品層面的OLED產(chǎn)品，起碼已經(jīng)在展臺(tái)上出現(xiàn)了可卷曲、如紙一樣輕薄的屏幕產(chǎn)品，這便是可觀的屏幕技術(shù)未來(lái)。值得一提的是，本文提到的有機(jī)成膜技術(shù)，只不過(guò)是OLED工藝改良發(fā)展中的一部分罷了。未來(lái)我們有機(jī)會(huì)還可詳解更多技術(shù)細(xì)節(jié)，比如松下將OLED結(jié)構(gòu)中的陰極改用透明材料，研制出了稱為“頂部發(fā)光”的技術(shù)，這自然就提高了發(fā)光效率;索尼則將TFT部分移至OLED底部，再添加了微腔結(jié)構(gòu)，RGB三色之間有不同的波長(zhǎng)，利用陰極/陽(yáng)極上的反射膜加強(qiáng)每種顏色的光，隨后通過(guò)彩色濾光片進(jìn)一步提高色彩純度等等，這就是索尼的“超級(jí)頂部發(fā)光結(jié)構(gòu)”。

雖然OLED被廣泛認(rèn)為是下一代顯示技術(shù)，但就目前來(lái)講其并非完美無(wú)缺，技術(shù)成熟度與LCD相比還有太多太多需要改善的問(wèn)題。OLED電視之所以那么貴，也就不難理解了。