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技術(shù)分享

技術(shù)控看好,關(guān)于OLED技術(shù)的知識(shí)都在這兒了
發(fā)布時(shí)間:2023-07-10 00:00:00    瀏覽:996次
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(yáng)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(yáng)極注入到電子和空穴傳輸層,電子和空穴分別經(jīng)過(guò)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(guò)輻射弛豫而發(fā)出可見(jiàn)光。輻射光可從ITO一側(cè)觀(guān)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(lèi)。AMOLED則還有TFT backplane這種控制每個(gè)像素開(kāi)關(guān)的東西。
OLED像素結(jié)構(gòu)示意圖
    簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),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(xiàn)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(kāi)發(fā)產(chǎn)能,但是仍然難以滿(mǎn)足客戶(hù)的需要。據(jù)說(shuō),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(hù)也不得不因?yàn)檎翦儥C(jī)數(shù)量有限而無(wú)奈的失去蘋(píng)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(jiǎn)單,沒(méi)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(lái)。用噴墨打印機(jī)來(lái)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(jiǎn)單說(shuō),就是通過(guò)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(shuō)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(wú)法應(yīng)用在大尺寸面板的制造上。蒸鍍過(guò)程中, 有機(jī)材料氣體無(wú)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(shuō)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(xiàn)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(chēng),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(wèn)題。或者說(shuō),對(duì)于印刷OLED,油墨穩(wěn)定性不是最終的大問(wèn)題,設(shè)備精度和穩(wěn)定性才是真正的考驗(yàn)。這個(gè)問(wèn)題恰恰必須在建立示范性生產(chǎn)線(xiàn)后才能真正從工程上解決。
    國(guó)內(nèi)華星光電聯(lián)合國(guó)內(nèi)多家印刷顯示骨干單位,共同建立全國(guó)第一個(gè)“印刷顯示技術(shù)和材料技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟”,搭建印刷及柔性顯示公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái),并以廣東聚華印刷顯示技術(shù)有限公司作為平臺(tái)運(yùn)營(yíng)實(shí)體。
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(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(lèi)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(wèn)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(lèi)為了控制成本,OLED電視不止上述一種,有一類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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。

AMOLED平板顯示研發(fā)過(guò)程和技術(shù)難點(diǎn)
    AMOLED技術(shù)的開(kāi)發(fā)主要涉及到TFT背板和OLED器件兩個(gè)方面。在技術(shù)路線(xiàn)的選擇上,目前國(guó)際上尚未統(tǒng)一,有多種技術(shù)方案在開(kāi)發(fā)中。
    發(fā)光器件即OLED的性能決定了AMOLED顯示屏的色彩表現(xiàn)力、功耗等品質(zhì),因此OLED器件技術(shù)的開(kāi)發(fā)對(duì)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的提高具有非常重要的意義。 OLED器件制備技術(shù)主要有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),一個(gè)是開(kāi)發(fā)高遷移率的傳輸材料和高效率、長(zhǎng)壽命發(fā)光材料,另一個(gè)是開(kāi)發(fā)新型器件結(jié)構(gòu),提高器件性能。因此,開(kāi)發(fā)新型有機(jī)材料、設(shè)計(jì)新型器件結(jié)構(gòu)和改進(jìn)真空蒸鍍技術(shù)將是研究的重點(diǎn)。
    目前,TFT背板中的溝道層半導(dǎo)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(jī)物和氧化物等。由于 OLED是電流驅(qū)動(dòng)型器件,需要穩(wěn)定的電流來(lái)控制發(fā)光特性。為了達(dá)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(yīng)用于TFT-LCD中的非晶硅TFT由于遷移率較低很難滿(mǎn)足要求。另外,與TFT-LCD所不同的是,AMOLED需要TFT長(zhǎng)時(shí)間處于開(kāi)啟狀態(tài),非晶硅TFT的閾值電壓漂移問(wèn)題也使其很難應(yīng)用在A(yíng)MOLED中。從技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看,較有希望的是LTPS TFT和氧化物TFT等技術(shù),但也存在很多難點(diǎn)。
    目前,應(yīng)用在A(yíng)MOLED中最成熟的TFT背板技術(shù)是低溫多晶硅(LTPS)技術(shù)。在LTPS技術(shù)中,最重要的工藝難點(diǎn)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(jié)構(gòu),從而減少缺陷并得到較高的電子遷移率。
    對(duì)LTPS結(jié)晶化技術(shù)而言,激光結(jié)晶化技術(shù)尤其是準(zhǔn)分子激光退火(ELA)技術(shù)目前在小尺寸應(yīng)用方面已經(jīng)較為成熟,全球已經(jīng)量產(chǎn)的AMOLED產(chǎn)品基本都使用了ELA技術(shù)。ELA技術(shù)的難點(diǎn)在于TFT的一致性問(wèn)題,各像素間TFT特性的不同導(dǎo)致OLED的發(fā)光強(qiáng)度出現(xiàn)不均勻,進(jìn)而導(dǎo)致面板成品率無(wú)法保障,因此提高ELA技術(shù)制備的TFT一致性一直是國(guó)內(nèi)外各單位研發(fā)的重點(diǎn)。另外,ELA技術(shù)在大尺寸基板的量產(chǎn)方面也存在較大的問(wèn)題。
    另一方面,非激光結(jié)晶化技術(shù)在實(shí)現(xiàn)大尺寸基板量產(chǎn)并降低成本,以及在TFT均勻性方面具有很大優(yōu)勢(shì)。但非激光結(jié)晶化技術(shù)在現(xiàn)階段也同樣存在著技術(shù)難題。其中金屬誘導(dǎo)晶化(MIC)技術(shù)因?yàn)榻饘傥廴緦?dǎo)致的漏電流等問(wèn)題,使得缺陷和壽命問(wèn)題很難解決;固相結(jié)晶化(SPC)技術(shù)在大尺寸AMOLED的制備上具有較大的綜合性?xún)?yōu)勢(shì),但其載流子遷移率與激光結(jié)晶化技術(shù)相比較低,而且在量產(chǎn)技術(shù)方面仍然需要進(jìn)一步完善。
AMOLED制作工藝
    LTPS-AMOLED的制作工藝囊括了顯示面板行業(yè)的諸多尖端技術(shù),其主要分為背板段,前板段以及模組段三道工藝。 背板段工藝通過(guò)成膜,曝光,蝕刻疊加不同圖形不同材質(zhì)的膜層以形成LTPS(低溫多晶硅)驅(qū)動(dòng)電路,其為發(fā)光器件提供點(diǎn)亮信號(hào)以及穩(wěn)定的電源輸入。其技術(shù)難點(diǎn)在于微米級(jí)的工藝精細(xì)度以及對(duì)于電性指標(biāo)的極高均一度要求。
    鍍膜工藝是使用鍍膜設(shè)備,用物理或化學(xué)的方式將所需材質(zhì)沉積到玻璃基板上(2);
    曝光工藝是采用光學(xué)照射的方式,將光罩上的圖案通過(guò)光阻轉(zhuǎn)印到鍍膜后的基板上(3、4、5);
    蝕刻工藝是使用化學(xué)或者物理的方式,將基板上未被光阻覆蓋的圖形下方的膜蝕刻掉,最后將覆蓋膜上的光阻洗掉,留下具有所需圖形的膜層(7、8)。
驅(qū)動(dòng)背板工藝流程圖
    前板段工藝通過(guò)高精度金屬掩膜板(FMM)將有機(jī)發(fā)光材料以及陰極等材料蒸鍍?cè)诒嘲迳希c驅(qū)動(dòng)電路結(jié)合形成發(fā)光器件,再在無(wú)氧環(huán)境中進(jìn)行封裝以起到保護(hù)作用。蒸鍍的對(duì)位精度與封裝的氣密性都是前板段工藝的挑戰(zhàn)所在。
    高精度屬掩膜板(FMM):其主要采用具有極低熱變形系數(shù)的材料制作,是定義像素精密度的關(guān)鍵。制作完成后的FMM由張網(wǎng)機(jī)將其精確地定位在金屬框架上并送至蒸鍍段(2);
    蒸鍍機(jī)在超高真空下,將有機(jī)材料透過(guò)FMM蒸鍍到LTPS基板限定區(qū)域上(3);
    
    蒸鍍完成后將LTPS基板送至封裝段,在真空環(huán)境下,用高效能阻絕水汽的玻璃膠將其與保護(hù)板進(jìn)行貼合。玻璃膠的選用及其在制作工藝上的應(yīng)用,將直接影響OLED的壽命(5、6)。
有機(jī)鍍膜段工藝流程圖
    模組段工藝將封裝完畢的面板切割成實(shí)際產(chǎn)品大小,之后再進(jìn)行偏光片貼附、控制線(xiàn)路與芯片貼合等各項(xiàng)工藝,并進(jìn)行老化測(cè)試以及產(chǎn)品包裝,最終呈現(xiàn)為客戶(hù)手中的產(chǎn)品。
    切割:封裝好的AMOLED基板切割為面板(pannel)(1);
    面板測(cè)試:進(jìn)行面板點(diǎn)亮檢查(2);  
    偏貼:將AMOLED面板貼附上偏光板(3);
    IC+FPC綁定:將驅(qū)動(dòng)IC和柔性印刷線(xiàn)路板(FPC)與AMOLED面板的鏈接(4);
    TP貼附:將AMOLED面板與含觸控感應(yīng)器的強(qiáng)化蓋板玻璃(cover Lens)貼合(5);
    模組測(cè)試:模組的老化測(cè)試與點(diǎn)亮檢查(6)。
模組段工藝流程圖






























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