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        一文詳解OLED生產技術

        相比早期就發展十分成熟的LCD(液晶)相比,OLED技術作為具有全固態、主動發光、超輕薄、色彩鮮艷、高對比度、耐高低溫性能好、可實現柔性顯示等優點的新一代顯示技術,被譽為“全球下一代顯示技術”,對全球顯示產業的發展有重要意義,被業內廣泛看好。


        OLED的發光過程

        具體過程如下:

        1、OLED設備的電池或電源會在OLED兩端施加一個電壓。

        2、電流從陰極流向陽極,并經過有機層(電流指電子的流動)。

        3、陰極向有機分子發射層輸出電子。

        4、陽極吸收從有機分子傳導層傳來的電子。(這可以視為陽極向傳導層輸出空穴,兩者效果相等。

        5、 在發射層和傳導層的交界處,電子會與空穴結合。

        6、電子遇到空穴時,會填充空穴(它會落入缺失電子的原子中的某個能級)。

        7、這一過程發生時,電子會以光子的形式釋放能量。

        8、OLED發光。

        9、光的顏色取決于發射層有機物分子的類型。生產商會在同一片OLED上放置幾種有機薄膜,這樣就能構成彩色顯示器。
        10、光的亮度或強度取決于施加電流的大小。電流越大,光的亮度就越高。

        OLED的分類

        以下是幾種OLED:被動矩陣OLED、 主動矩陣OLED、透明OLED、頂部發光OLED、可折疊OLED、白光OLED等。

        每一種OLED都有其獨特的用途。接下來,我們會逐一討論這幾種OLED。首先是被動矩陣和主動矩陣OLED。

        頂部發光OLED

           

        頂部發光OLED具有不透明或反射性的基層。它們最適于采用主動矩陣設計。生產商可以利用頂部發光OLED顯示器制作智能卡。


        OLED的制造

        OLED生產過程中最重要的一環是將有機層敷涂到基層上。完成這一工作,有三種方法:
           

        1、真空沉積或真空熱蒸發(VTE)

            位于真空腔體內的有機物分子會被輕微加熱(蒸發),然后這些分子以薄膜的形式凝聚在溫度較低的基層上。這一方法成本很高,但效率較低。
           

         2、有機氣相沉積(OVPD)

            在一個低壓熱壁反應腔內,載氣將蒸發的有機物分子運送到低溫基層上,然后有機物分子會凝聚成薄膜狀。使用載氣能提高效率,并降低OLED的造價。
           

        3、噴墨打印

            利用噴墨技術可將OLED噴灑到基層上,就像打印時墨水被噴灑到紙張上那樣。噴墨技術大大降低了OLED的生產成本,還能將OLED打印到表面積非常大的薄膜上,用以生產大型顯示器,例如80英寸大屏幕電視或電子看板。

        OLED主流生產技術

        蒸鍍技術

        首先,要了解蒸鍍技術,這得從OLED的結構講起。典型結構是在ITO玻璃上制作一層幾十納米厚的發光材料,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,在一定電壓驅動下,電子和空穴分別從陰極和陽極注入到電子和空穴傳輸層,電子和空穴分別經過電子和空穴傳輸層遷移到發光層,并在發光層中相遇復合,形成激子并使發光分子激發,后者經過輻射弛豫而發出可見光。輻射光可從ITO一側觀察到,金屬電極膜同時也起了反射層的作用。

        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,使被蒸材料蒸發成原子或分子,它們隨即以較大的自由程作直線運動,碰撞基片表面而凝結,形成薄膜。

        蒸鍍技術制造OLED面板的核心設備是蒸鍍機,而這個設備在面板制造企業的上游,主要供應商是佳能旗下一間名為Canon   Tokki的企業。隨著全球   OLED市場的風起云涌,Tokki公司不斷投入開發產能,但是仍然難以滿足客戶的需要。據說,Tokki一年的蒸鍍機產能也就區區幾臺而已,如LG   Display這樣的大客戶也不得不因為蒸鍍機數量有限而無奈的失去蘋果訂單。

        印刷技術

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

        為什么說印刷顯示技術是下一代顯示革命?真空蒸鍍工藝,受限于設備與技術,很難制作大尺寸精細金屬掩模板,導致該工藝無法應用在大尺寸面板的制造上。蒸鍍過程中,     有機材料氣體無差別沉積在玻璃基板上,導致材料利用率低。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展會上,展示了一種采用自主研發“印刷”工藝的、而且據他們自己說是當時全球最大4K   OLED電視(56寸)。

        印刷OLED有哪些優勢足以挑戰相對成熟的蒸鍍技術呢?首先就是成本低廉,在OLED面板的原材料使用上,印刷OLED就比蒸鍍技術節省90%;印刷OLED技術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。

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


        國內華星光電聯合國內多家印刷顯示骨干單位,共同建立全國第一個“印刷顯示技術和材料技術創新聯盟”,搭建印刷及柔性顯示公共技術服務平臺,并以廣東聚華印刷顯示技術有限公司作為平臺運營實體

        AMOLED平板顯示研發過程和技術難點

        AMOLED技術的開發主要涉及到TFT背板和OLED器件兩個方面。在技術路線的選擇上,目前國際上尚未統一,有多種技術方案在開發中。
        發光器件即OLED的性能決定了AMOLED顯示屏的色彩表現力、功耗等品質,因此OLED器件技術的開發對產品競爭力的提高具有非常重要的意義。    OLED器件制備技術主要有兩個關鍵點,一個是開發高遷移率的傳輸材料和高效率、長壽命發光材料,另一個是開發新型器件結構,提高器件性能。因此,開發新型有機材料、設計新型器件結構和改進真空蒸鍍技術將是研究的重點。
        目前,TFT背板中的溝道層半導體材料主要有非晶硅(a-Si)、微晶硅(μ-Si)、低溫多晶硅(LTPS)、單晶硅、有機物和氧化物等。

        由于OLED是電流驅動型器件,需要穩定的電流來控制發光特性。為了達到足夠的亮度,AMOLED需要TFT的溝道材料具有較高的遷移率,以提供較高的電流密度,因此目前普遍應用于TFT-LCD中的非晶硅TFT由于遷移率較低很難滿足要求。另外,與TFT-LCD所不同的是,AMOLED需要TFT長時間處于開啟狀態,非晶硅TFT的閾值電壓漂移問題也使其很難應用在AMOLED中。從技術發展現狀來看,較有希望的是LTPS   TFT和氧化物TFT等技術,但也存在很多難點。

        目前,應用在AMOLED中最成熟的TFT背板技術是低溫多晶硅(LTPS)技術。

        在LTPS技術中,最重要的工藝難點即為多晶硅溝道層的制備。工藝流程中首先使用PECVD等方法在不含堿離子的玻璃基板上淀積一層非晶硅,而后采用激光或者非激光的方式使非晶硅薄膜吸收能量,原子重新排列以形成多晶硅結構,從而減少缺陷并得到較高的電子遷移率。

        對LTPS結晶化技術而言,激光結晶化技術尤其是準分子激光退火(ELA)技術目前在小尺寸應用方面已經較為成熟,全球已經量產的AMOLED產品基本都使用了ELA技術。ELA技術的難點在于TFT的一致性問題,各像素間TFT特性的不同導致OLED的發光強度出現不均勻,進而導致面板成品率無法保障,因此提高ELA技術制備的TFT一致性一直是國內外各單位研發的重點。

        另外,ELA技術在大尺寸基板的量產方面也存在較大的問題。

        另一方面,非激光結晶化技術在實現大尺寸基板量產并降低成本,以及在TFT均勻性方面具有很大優勢。但非激光結晶化技術在現階段也同樣存在著技術難題。其中金屬誘導晶化(MIC)技術因為金屬污染導致的漏電流等問題,使得缺陷和壽命問題很難解決;固相結晶化(SPC)技術在大尺寸AMOLED的制備上具有較大的綜合性優勢,但其載流子遷移率與激光結晶化技術相比較低,而且在量產技術方面仍然需要進一步完善。

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