手機(jī)擴(kuò)大導(dǎo)入:小尺寸領(lǐng)域AMOLED與LCD之戰(zhàn)
2009年以前,OLED產(chǎn)業(yè)發(fā)展一直側(cè)重在被動式矩陣有機(jī)發(fā)光二極體(PMOLED)的商用化進(jìn)程,商用化程度最快。直至2009年后,因智能手機(jī)崛起,可流暢表現(xiàn)動畫的AMOLED技術(shù)有了極佳的切入點,而韓國業(yè)者因大量投資AMOLED面板,遂趁勢在市場上崛起,特別是三星旗下自有品牌手機(jī)熱銷,更大幅提高AMOLED面板的出貨與營收表現(xiàn),為整個OLED產(chǎn)業(yè)帶來新契機(jī)。
近年來,受惠于智能手機(jī)在全球市場大放異彩,高階手機(jī)面板的需求大幅攀升,已帶動整體OLED面板產(chǎn)值節(jié)節(jié)攀升,特別是韓國三星與樂金不斷擴(kuò)大手機(jī)產(chǎn)品線導(dǎo)入AMOLED面板的比例,使全球OLED產(chǎn)值因AMOLED的爆炸性成長。 2013年臺灣業(yè)者也已開始加入AMOLED出貨行列,帶動全球OLED總體產(chǎn)值進(jìn)一步翻倍。
由于市場前景可期,廠商正不斷強(qiáng)化AMOLED面板生產(chǎn)與販?zhǔn)?,未來將以中小尺寸?yīng)用為主,刺激營收成長;預(yù)計2010-2016年,全球AMOLED面板主力應(yīng)用將是手機(jī),其次為數(shù)位相機(jī)。原因在于AMOLED可藉由自發(fā)光、省電、高對比/反應(yīng)速度和強(qiáng)光下可視等眾多優(yōu)勢,大舉擴(kuò)張在手機(jī)市場的滲透率;受惠于高階智能手機(jī)的大力採用,AMOLED在市場上已更加活絡(luò)。
事實上,AMOLED技術(shù)還有另一項優(yōu)勢,就是具備可在軟性(Flexible)基板上加工的能力?;诿姘寮夹g(shù)原理,LCD需在TFT基板和彩色濾光片(Color Filter)之間的液晶層預(yù)留Cell Gap,若將LCD基板改為軟性方桉,當(dāng)面板撓曲時,將造成各處的Cell Gap因應(yīng)力關(guān)係而產(chǎn)生不均的情形,使畫面無法顯示。相較之下,AMOLED為自發(fā)光技術(shù),不須預(yù)留Cell Gap,若能搭配低溫背板製程,更能在塑膠基板上進(jìn)行加工,在可撓型態(tài)的產(chǎn)品開發(fā)上極具優(yōu)勢。
軟性AMOLED漸出頭
以整體AMOLED面板需求數(shù)量來看,至2020年,Glass-based仍是發(fā)展重點,但隨著市場不斷對手持式裝置要求至更輕、更薄且更耐沖擊的規(guī)格,軟性AMOLED將有機(jī)會竄起。
現(xiàn)階段,三星及LGD正積極投入軟性AMOLED研發(fā);2013年時,市場上已開始出現(xiàn)相關(guān)面板產(chǎn)品,預(yù)估至2017年時,全球軟性AMOLED將進(jìn)一步達(dá)到兩億四千六百萬片出貨規(guī)模。
不過,軟性AMOLED也面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn),最主要是製程技術(shù)和材料尚未完全成熟,因此初期主要側(cè)重于“不易破碎(Unbreakable)”的特性,期在基板與封裝方式達(dá)成可撓化的目標(biāo)之前,先以此特性突顯在外觀特徵上與TFT LCD的區(qū)隔;下一步則開始強(qiáng)調(diào)可彎曲(Bendable)的特性,促進(jìn)絕大部分零部件轉(zhuǎn)向軟性設(shè)計。
再來第三階段更希望搭配捲對捲(Roll to Roll)製程,進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本,同時加快生產(chǎn)速度與提高面板本身的可靠度。2015年之后,面板廠更計畫朝「可折疊(Foldable)」方向發(fā)展,以在更容易攜帶的前提下,不損及面板表現(xiàn)。
除了每一步技術(shù)演進(jìn)外,還有一個非常重要的部分在于裝置人機(jī)介面的重新設(shè)計,相關(guān)硬體廠在戮力開發(fā)軟性面板之馀,也須協(xié)同平臺軟體業(yè)者共同開發(fā)適合新面板型態(tài)的應(yīng)用程式與操作介面,才能突顯其應(yīng)用價值。
軟性背板制程加速演進(jìn)
未來,面板廠要順利推動軟性AMOLED量產(chǎn),印刷式電子製程中的有機(jī)薄膜電晶體(OTFT)技術(shù)將扮演一大關(guān)鍵。該技術(shù)最早由索尼(Sony)在2007年導(dǎo)入塑膠基板的OTFT研發(fā),同時也是首度實現(xiàn)以O(shè)TFT為基礎(chǔ)的全彩OLED面板,解析度達(dá)到160×120(80ppi),其OTFT使用的半導(dǎo)體層材料為并五苯/駢苯衍生物(Pentacene),製程溫度可降至130℃,達(dá)到塑膠基板所需的低溫製程。
目前OTFT的電子遷移率(Mobility)雖已達(dá)到傳統(tǒng)非晶硅(a-Si)的水準(zhǔn),但是元件穩(wěn)定性仍有待突破,其中,小分子系OTFT層一般使用真空熱蒸鍍方式形成OTFT,而高分子系OTFT層常使用噴墨印刷(Inkjet Printing)或光阻旋轉(zhuǎn)涂布(Spin Coating)法形成有機(jī)薄膜,其製程溫度都可控制在80℃以下,適合塑膠基板的低溫製程。
123就現(xiàn)行技術(shù)而言,小分子系OTFT的元件特性較佳,但是除了元件穩(wěn)定性外,目前OTFT還有驅(qū)動電壓較高、元件漏電流較高,產(chǎn)品均勻性有待加強(qiáng)等缺點,亟待業(yè)者改善。
另一種氧化物薄膜電晶體(Oxide TFT)技術(shù)則結(jié)合a-Si與低溫多晶硅(LTPS)製程優(yōu)點,且具備能利用濺鍍(Sputtering)方式製造,無須對現(xiàn)有的生產(chǎn)線做太多變動等優(yōu)勢。除濺鍍法外,Oxide TFT還可採用氧化銦鎵鋅(IGZO)材料,以低溫涂布方式製造,這對軟性AMOLED生產(chǎn)將帶來更多可能性;不過,低溫沉積薄膜的膜內(nèi)缺陷較高溫沉積方式高,將影響元件的電性與可靠度表現(xiàn),因此製程溫度亦須兼顧薄膜電氣特性,不能無限制降低。
軟性封裝材料、鍍膜技術(shù)挑戰(zhàn)艱巨
與TFT LCD顯示技術(shù)相較,AMOLED不需背光源、擴(kuò)散板、配向膜、微粒支點(Spacer)等零組件,因此在軟性設(shè)計的可能性優(yōu)于TFT LCD。不過當(dāng)AMOLED技術(shù)跨入軟性領(lǐng)域時,除須克服TFT元件在軟性基板形成的挑戰(zhàn)外,還要採用能與玻璃材料相匹敵的高度阻絕水氣與氧氣的封裝材料,以延長有機(jī)元件的壽命,此即成為該製程的發(fā)展重點,現(xiàn)行目標(biāo)均以薄膜(Film)封裝為主。
采用薄膜封裝的方式,表面須製作一層阻絕層來阻隔水氣與氧氣,一般阻絕層多採用無機(jī)材料,如以硅酸鹽(SixOy)材料利用濺鍍或電子束鍍膜方式,將其沉積于元件上。但在製作無機(jī)阻絕層的過程中,由于阻絕層材料膨脹或收縮能力受限,將產(chǎn)生材料的內(nèi)應(yīng)力,過于嚴(yán)重時將產(chǎn)生阻絕層剝離的情況。
另外,為避免沉積阻絕層時因能量太高導(dǎo)致元件膜層受損,在無機(jī)阻絕層與元件間,業(yè)者多會採用有機(jī)材料以蒸鍍方式形成緩沖層(Buffer Layer),以保護(hù)有機(jī)發(fā)光元件;然而,此一緩沖層除須具備高透明度特性外,也須確保在未硬化前不會侵蝕元件,且硬化后不會有放氣(Outgassing)的現(xiàn)象,這些都是在材料發(fā)展上必須注意的部分。
在AMOLED技術(shù)發(fā)展上,從背板到封裝,都是整體良率決定的關(guān)鍵,深入分析Glass-based AMOLED和軟性AMOLED的發(fā)展重點,這兩者的技術(shù)不論是從背板製造、有機(jī)元件成膜工程,一直到后段封裝技術(shù),每個步驟環(huán)環(huán)相扣,只要有一段良率過低,都會對整體生產(chǎn)時程與成功率帶來極大影響。
側(cè)重小尺寸軟性應(yīng)用 AMOLED挑戰(zhàn)LCD地位
對一般消費(fèi)者來說,TFT LCD和AMOLED的技術(shù)差異,單用肉眼其實無法區(qū)分出重大的不同,消費(fèi)者是否要購買搭載AMOLED面板的製品,最重要還是取決于「價格」因素。由于市場上已有TFT LCD技術(shù)盤據(jù),AMOLED必須加速提升製程良率與產(chǎn)出,強(qiáng)化成本競爭力,才能持續(xù)擴(kuò)張市場滲透率。
目前AMOLED的主力仍以中小型裝置為重,8.5代技術(shù)仍處于發(fā)展初期。2011年由于三星顯示的5.5代AMOLED生產(chǎn)線投片量產(chǎn),加上三星持續(xù)以機(jī)海戰(zhàn)術(shù)搭配AMOLED面板搶占高階智能手機(jī)市場,也因此加快AMOLED滲透速度。一旦其5.5代線整體良率達(dá)八成以上,更將協(xié)助三星加速AMOLED製品在高階智能手機(jī)的競爭力。
另外,AMOLED能在軟性基板上加工的特性,亦有利于提升與TFT LCD的差異性。近來,三星正積極發(fā)展軟性AMOLED技術(shù),企圖以有別于過去手機(jī)設(shè)計型態(tài)的破壞性創(chuàng)新手法,強(qiáng)化該公司產(chǎn)品與蘋果(Apple)iPhone正面對決的實力,由此可見屬于中小型裝置的手機(jī)仍是AMOLED面板商未來布局重點。
123當(dāng)然,隨著三星、樂金(LG)等業(yè)者已陸續(xù)發(fā)表OLED TV,許多人都會把焦點關(guān)注在大型化AMOLED面板技術(shù)上;然而,目前兩家業(yè)者在AMOLED TV面板技術(shù)解決方桉方面,仍有諸多挑戰(zhàn)待克服,顯見擴(kuò)大量產(chǎn)還需要一段時間。
即便將AMOLED基板推進(jìn)至8.5代,但此一高世代生產(chǎn)技術(shù)仍在發(fā)展中,短時間內(nèi)成本完全不能和現(xiàn)行的LCD TV抗衡,因此未來不論是Glass-based AMOLED或軟性AMOLED技術(shù),都將以中小型的面板產(chǎn)出為主,相關(guān)廠商亦已將此類應(yīng)用視為能否有效拓展市場的風(fēng)向球。
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