關于OLED屏幕普及，這些技術難關必須攻克

比起傳統(tǒng)的液晶顯示（LCD）屏幕，被業(yè)界公認為下一代顯示技術的有機發(fā)光二極管（OLED，又被稱為有機電激光顯示）屏幕不僅具有全固態(tài)、輕薄、主動發(fā)光、高畫質、低耗電等優(yōu)點，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)共同關注的未來顯示技術方向，但相對于應用低溫多晶硅技術的中小尺寸OLED屏幕，應用氧化物技術的大尺寸OLED屏幕在普及中遇到了眾多技術難點，目前受制于一些關鍵技術、成本及良品率偏低等因素影響，OLED面板規(guī)模性應用及大尺寸產(chǎn)業(yè)化尚有較長一段進程。

面板、有機材料鍍膜及封裝為OLED大屏幕產(chǎn)品量產(chǎn)化的三大指標，由于開發(fā)大尺寸設備的瓶頸難以突破，低溫多晶矽（LTPS）面板制程難以跨越5.5代OLED面板生產(chǎn)線，因為這種技術是把紅、綠、藍有機發(fā)光體在玻璃面板上水平蒸鍍，由于在蒸鍍時必須要使用金屬遮罩，在做大面板時由于重力會造成金屬遮罩下沉及混色等問題，因此不適合實現(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）面板成為技術研發(fā)的選擇。不過，前者的電子移動速度太慢，會降低OLED面板的動態(tài)顯示反應速度。因此，后者已成為技術研發(fā)的首選，但是一直以來，這項技術進展緩慢。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備可被氧化物薄膜晶體管所沿用。

面板技術比較表

常見的氧化物半導體如氧化銦鎵鋅（InGaZnO），是一種電子移動率可達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）結構可以在大尺寸獲得良好的均勻度，適合應用在大尺寸面板，達到高清晰度、低能耗、低漏電的優(yōu)點，但其可靠度不 佳以及PMOS制造工藝困難一直是亟待改善的技術，前者是量產(chǎn)商品化必須克服的重要關鍵，后者可用補償電路（CompensaTIon Circuit）加以克服。

常見的氧化物薄膜晶體管元件結構主要有共平面（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。共平面結構制程簡單，但因為氧化物半導體層要攀爬源汲極金屬，容易導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構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構相容于標準非晶矽結構，極具競爭力。但若考量可靠度，則以蝕刻阻障層結構最為理想，原因主要在于蝕刻阻擋層可保護元件的背通道，不受制程影響產(chǎn)生特性 差異，但缺點是復雜的制程導致成品與良品率問題。

常見的氧化物薄膜晶體管元件結構比較表

氧化物薄膜晶體管技術的重要性在于其量產(chǎn)機型相容于現(xiàn)有主流技術非晶硅的設備，由于氧化物薄膜晶體管材料特性對光與熱會導致電特性的改變，即臨界電壓偏移（Threshold Voltage Shift，Vth Shift），甚至可以運用在光感應器（Photo Sensor）上，所以如何改善均勻度與可靠度將是一大難題，制程的調校相當困難與敏感，制程穩(wěn)定度要求也相對高。通過與試驗室的持續(xù)分析與改進，研究人員在氧化物技術上，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)使用壽命預估可超過10年，已經(jīng)超越傳統(tǒng)非晶硅技術，相當接近于低溫多晶矽技術。

LCD與OLED特性比較表

OLED屏幕采用紅、綠、藍（R、G、B）像素組成，其使用主流的有機材料鍍膜技術——真空蒸鍍注，這種制作方式要平衡每個像素內紅、綠、藍有機發(fā)光體的放置量，維持亮度的均勻性，隨著OLED屏幕尺寸加大，會導致生產(chǎn)良品率下降，由于藍色有機發(fā)光體的壽命短，為了修復其缺陷，會稍微多蒸鍍一點藍色OLED有機發(fā)光體，但導致的結果是紅、綠、藍像素構造中的色彩歪曲現(xiàn)象。除因蒸鍍槽設計緣故，致使蒸鍍技術的生產(chǎn)效率欠佳之外，也面臨適使用8代OLED面板生產(chǎn)線的蒸鍍設備的難產(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進行有機材料鍍膜，或采用氧化物面板和白光OLED搭配彩色濾光片濾出紅、藍、綠三原色，較接近現(xiàn)行的液晶顯示屏幕制程，即將紅、綠、藍有機發(fā)光體在整片白光OLED面板上垂直蒸鍍，通過色彩提純技術來表現(xiàn)色彩信息，鍍膜后再透過擴散膜達成均勻的面光源，這種方式在蒸鍍有機物時由于不使用金屬遮罩，所以不受面板尺寸限制，可以均勻蒸鍍有機物，并且是通過垂直蒸鍍紅、綠、藍有機發(fā)光體進行色彩提升的構造，所以藍色有機發(fā)光體的壽命問題得到了很好的解決，雖然其色彩表現(xiàn)相對較差且耗電，但良品率相對較高，易于量產(chǎn)。

常見全彩OLED技術比較表

常見全彩OLED技術主要包含紅、綠、藍像素并置法（RGB-SBS，Side-By-Side）以及白光OLED+彩色濾光片（White OLED+Color Filter）技術。紅、綠、藍像素并置法由紅、綠、藍像素分別發(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)。

雖然制程相對較難的精細金屬遮罩（Fine Metal Mask，F(xiàn)MM，也叫精細金屬掩膜板）像素技術的色彩表現(xiàn)較佳、省電，但立刻就會遇到大尺寸化的挑戰(zhàn)，包括挑戰(zhàn)精細金屬遮罩與無混色（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)，并且搭配精細分片（Fine Divided Sheet，F(xiàn)DS）技術后，終于成功開發(fā)出不混色技術，達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。

自從串級式（Tandem）OLED結構被發(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演進，白光OLED技術已到達照明領域與顯示器領域上可被接受的水準。然而，相較于采用紅、綠、藍像素并置法的OLED的廣色域與高色純度，白光OLED元件卻難以望其項背。除此之外，組成白光元件至少需要10層膜以上，在長時間下，每一片OLED元件上的膜的厚度均一性也是金屬蒸鍍設備上亟待解決的一大問題。

近幾年來，除材料演進外，OLED元件技術的提升是整個OLED產(chǎn)業(yè)成功的一大關鍵。元件首重光學厚度設計，最佳化后的光學厚度能讓有機發(fā)光材料所發(fā)出的顏色與發(fā)光效率達到最佳化，同時根據(jù)產(chǎn)品的屬性規(guī)劃出上或下發(fā)光元件與強或弱共振腔（Cavity）。OLED元件在設計上使用多層傳輸層與新型藍色發(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色色度表現(xiàn)，在CIE1931色座標下會呈現(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像素補償電路專利技術（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致的亮度不均勻。

為實現(xiàn)更輕薄與低成本的OLED屏幕，要用可量產(chǎn)型的薄膜封裝技術取代傳統(tǒng)的玻璃封裝技術。OLED屏幕是結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、可實現(xiàn)薄型化及低成本的薄膜封裝技術是大勢所趨。由于低溫多晶矽面板的制程溫度高達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、高平坦度及耐熱穩(wěn)定性的特點，以供應部分現(xiàn)有的4.5、5.5代OLED面板生產(chǎn)線制造。

目前，有機光電子學在材料、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、技術和工藝問題亟待解決，這些環(huán)節(jié)上存在的不足都相當程度地制約了有機光電功能材料與技術在產(chǎn)業(yè)化方向的發(fā)展。其中，OLED技術要達到大規(guī)模的應用，取決于材料、設計和制備工藝等的全面進步，還需要對材料和器件結構進行創(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，是目前最成熟，也是目前被量產(chǎn)的小尺寸有源驅動（AMOLED）產(chǎn)品基本都采用的有機成膜技術，但精細金屬遮罩像素技術存在掩膜板與玻璃基板的對位精度要求高、掩膜板因重力及熱膨脹容易變形、材料利用率低等問題。

蘋果公司表示今年將在iPhone 8上使用OLED屏幕，其在智能手機等電子產(chǎn)品領域的示范效應將是OLED的一重要推動力。隨著VR（虛擬現(xiàn)實）、可穿戴設備等新電子產(chǎn)品的爆發(fā)趨勢，OLED 將帶來新的切入點。 OLED 終端產(chǎn)品市場爆發(fā)迅速，帶動 OLED 增長前景可期，綜合來看，今年很有可能成為“OLED元年”。