一文了解OLED生產(chǎn)技術(shù)

OLED主流生產(chǎn)技術(shù)——蒸鍍技術(shù)

首先，要了解蒸鍍技術(shù)，這得從OLED的結(jié)構(gòu)講起。如下圖所示，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，ITO透明電極和金屬電極分別作為器件的陽極和陰極電極加電壓，在一定電壓驅(qū)動(dòng)下，電子和空穴分別從陰極和陽極注入到電子和空穴傳輸層，電子和空穴分別經(jīng)過電子和空穴傳輸層遷移到發(fā)光層，并在發(fā)光層中相遇復(fù)合，形成激子并使發(fā)光分子激發(fā)，后者經(jīng)過輻射弛豫而發(fā)出可見光。輻射光可從ITO一側(cè)觀察到，金屬電極膜同時(shí)也起了反射層的作用。

OLED結(jié)構(gòu)原理圖

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)像素開關(guān)的東西。

OLED像素結(jié)構(gòu)示意圖

簡單來說，蒸鍍就是真空中通過電流加熱，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。

蒸鍍技術(shù)制造OLED面板的核心設(shè)備是蒸鍍機(jī)，而這個(gè)設(shè)備在面板制造企業(yè)的上游，主要供應(yīng)商是佳能旗下一間名為Canon Tokki的企業(yè)。隨著全球 OLED市場(chǎng)的風(fēng)起云涌，Tokki公司不斷投入開發(fā)產(chǎn)能，但是仍然難以滿足客戶的需要。據(jù)說，Tokki一年的蒸鍍機(jī)產(chǎn)能也就區(qū)區(qū)幾臺(tái)而已，如LG Display這樣的大客戶也不得不因?yàn)檎翦儥C(jī)數(shù)量有限而無奈的失去蘋果訂單。

PMOLED的典型工藝流程

(備注：PMOLED也屬于OLED，但結(jié)構(gòu)比AMOLED簡單，沒有TFT。)

印刷技術(shù)

OLED屏幕每個(gè)像素“燈泡”除了是蒸上去的，還可以選擇“印”出來。用噴墨打印機(jī)來舉個(gè)例子，噴墨打印機(jī)是把墨水噴到紙上，從而呈現(xiàn)出文稿或圖片。而印刷顯示是使用印刷方式制作顯示器的有機(jī)材料膜層，是一種工藝方法。實(shí)現(xiàn)了印刷顯示后，可以印刷不同面板，如果“噴”的是OLED材料，那就是OLED面板;“噴”的是量子點(diǎn)材料，那就是量子點(diǎn)顯示面板。印刷OLED，簡單說，就是通過噴墨印刷設(shè)備上的多個(gè)印刷噴頭，將不同顏色的聚合物發(fā)光材料溶液精確的沉積在ITO玻璃基板的隔離柱槽中，溶劑揮發(fā)后會(huì)形成100納米左右厚度的薄層，構(gòu)成可發(fā)光的像素。

為什么說印刷顯示技術(shù)是下一代顯示革命?真空蒸鍍工藝，受限于設(shè)備與技術(shù)，很難制作大尺寸精細(xì)金屬掩模板，導(dǎo)致該工藝無法應(yīng)用在大尺寸面板的制造上。蒸鍍過程中， 有機(jī)材料氣體無差別沉積在玻璃基板上，導(dǎo)致材料利用率低。也許由于不需要真空蒸鍍腔體、不需要精密金屬掩模板、不需要彩色濾光片等等，松下在2013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)他們自己說是當(dāng)時(shí)全球最大4K OLED電視(56寸)。

印刷OLED有哪些優(yōu)勢(shì)足以挑戰(zhàn)相對(duì)成熟的蒸鍍技術(shù)呢?首先就是成本低廉，在OLED面板的原材料使用上，印刷OLED就比蒸鍍技術(shù)節(jié)省90%;印刷OLED技術(shù)可以有效提升成品的壽命;噴墨打印的制程要比蒸鍍制程更容易適應(yīng)大基板的切割的需要，這更利于高代線處理大尺寸基板的趨勢(shì)。

印刷OLED實(shí)現(xiàn)技術(shù)示意圖

據(jù)業(yè)界人士的介紹稱，印刷OLED最大的瓶頸在于每一個(gè)微小印刷點(diǎn)之間的差異性控制(減小像素間的差異)，以及對(duì)于極小亞像素單位印刷的設(shè)備研發(fā)(提升設(shè)備精度)。前者是整個(gè)印刷顯示行業(yè)的關(guān)鍵瓶頸，后者則主要是對(duì)于中小尺寸顯示產(chǎn)品而言的問題?；蛘哒f，對(duì)于印刷OLED，油墨穩(wěn)定性不是最終的大問題，設(shè)備精度和穩(wěn)定性才是真正的考驗(yàn)。這個(gè)問題恰恰必須在建立示范性生產(chǎn)線后才能真正從工程上解決。

OLED屏幕顏色三種實(shí)現(xiàn)方案

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鍍出來的，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，所以對(duì)齊的問題，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。只不過加上濾光片，透光率光色純度都更成問題，所以亮度、對(duì)比度、色彩、節(jié)能表現(xiàn)理論上都不及RGB OLED。