OLED改善生产工艺降低制造成本

四川虹视显示技术有限公司研发部部长 田朝勇

OLED显示技术是集多领域、多学科的综合性技术，涵盖了半导体、有机化学、无机化学、薄膜电子、真空物理、光学等，涉及的关键技术主要有TFT技术、彩色化技术、有机成膜技术、器件封装技术等，而每一种关键技术又有多种不同的技术路线之分，且每种技术路线各有优劣，这既是OLED技术的难点所在，也是OLED技术的魅力所在，同时也是OLED业者谈不完、论不清又很想议的热点话题。

四大技术路线各异

AMOLED对TFT技术的要求比LCD要高，造成这种差异的原因在于AMOLED属于电流驱动型器件。

TFT技术，从名称来看，早已在LCD行业成熟应用了很多年，且已发展到10代线，但正如同样是发动机，飞机发动机不等同于汽车发动机一样，AMOLED对TFT技术的要求比LCD要高，二者并不完全相同。造成这种差异的本质原因在于AMOLED属于电流驱动型器件，且要求TFT工作在线性放大状态，而LCD属于电压驱动型器件，TFT只需工作在开关状态。因此，在LCD行业应用最为广泛的a-Si TFT技术，虽然有均匀性好、工艺简单、技术成熟、成本较低的优点，但由于其载流子迁移率低，驱动OLED能力不足，且有阈值电压漂移的问题，用于OLED存在器件性能稳定性差的致命缺点，因而被业界一致认为不适用于AMOLED;LTPS TFT具有载流子迁移率高且阈值电压稳定的优点，近年已成功用于中小尺寸LCD;IGZO是MOTFT(金属氧化物TFT)中的一种，TFT特性介于a-Si和LTPS之间，LGD公司的55英寸AMOLED就是采用的IGZO;OTFT(有机TFT)是用于柔性显示具有优势的TFT技术，用有机材料(如并五苯)代替硅作为半导体材料，但目前该技术还处于基础研究阶段。

OLED彩色化技术主要有RGB-SBS(RGB像素并置法，Side-By-Side)、W+CF(彩色滤光片法，也叫“白光+滤色膜”法)及CCM(color conversion method，色转换法)三种。其中RGB-SBS是采用红绿蓝三基色有机发光材料并置于基板上，RGB像素独立发光，这种方法是目前最成熟且量产应用最多的技术，发光效率高，但由于三色发光效率及寿命不同而存在色彩可能失真的问题;W+CF技术沿用了LCD全彩化的原理，使用彩色滤光片滤出三基色，但是利用了发白光的OLED发光，这种方法可以改善RGB-SBS的两个问题，但由于彩色滤光片对光的衰减，开发高效率且稳定的白光OLED是先决条件;CCM技术将发蓝光的OLED通过改变颜色的介质(CCMs)，形成红光和绿光的像素，和蓝光像素一起形成三基色，这种方法的优点与彩色滤光片法相同，但效率很低，色纯度也较差，目前尚无量产案例。

有机成膜技术是OLED特有的核心技术，由于OLED器件中有机薄膜的厚度非常薄，一般相当于头发直径的百分之一左右，电子注入层的厚度甚至不到20埃(1埃=0.1nm)，而且子像素薄膜极其精细，长宽约数十微米，因此要非常均匀地制作多层如此薄且不能有针孔的精细有机薄膜，是行业面临的共性技术难题之一。

有机成膜技术可分为真空蒸镀、激光转印和湿法制备三类，其中真空蒸镀以FMM(Fine-Metal-MASK，精细金属掩膜板)技术为主，是在真空环境下将有机材料放在坩锅中加热使之蒸发并在覆盖有掩膜板(MASK)的玻璃基板上沉积成膜的技术，是目前最为成熟，也是目前量产的小尺寸AMOLED产品基本上都采用的有机成膜技术，但FMM技术存在MASK与玻璃基板的对位精度要求高、MASK因重力及热膨胀容易变形、材料利用率低等问题;激光转印技术则是为了解决FMM技术所存在的不足而发展起来的，但目前还存在热损伤、工艺稳定性和产率等主要问题，尚未量产使用，其中LITI(Laser Induced Thermal Image)技术为SMD所拥有、LIPS(Laser Induced Pattern wise Sublimation)技术为索尼所拥有，RIST(Radiation-induced sublimation transfer)技术为柯达所拥有，这些技术在原理上非常相似，都是预先将有机材料通过真空蒸镀、旋涂或丝网涂敷等方式沉积在一种称之为供体的薄膜上，然后将供体薄膜覆盖在玻璃基板(称之为受体)上并用激光束对供体的成像模板进行照射，结果供体上被激光照射部分的有机材料就被转印到玻璃基板上，最后将使用过的供体剥离，这样在玻璃基板上就得到了高分辨率的有机材料条纹。三者的不同之处在于所使用的供体材料不同及供体与受体是否紧密接触。湿法制备技术是最具诱惑力的有机成膜技术，具有适于大面积成膜、材料利用率高、生产成本低、生产效率高等优势，尤其R2R(卷对卷印刷)技术是未来生产柔性OLED最理想的技术，但包括喷嘴印刷(Nozzle Printing)和喷墨印刷(InkJet Printing)技术在内，目前湿法制备技术在墨水材料、印刷设备及工艺控制等方面均有待改善，技术还不成熟。

器件封装技术是OLED有别于其他显示技术的又一关键技术。由于有机材料在有水汽和氧存在的条件下，都会发生不可逆的光氧化反应，水、氧对铝或镁银等电极材料也有很强的侵蚀作用，因此OLED器件封装对水、氧渗透率有非常高的要求。OLED器件传统的封装技术是“UV+玻璃盖板”方式，该技术首先在玻璃盖板上粘贴用于吸收水汽的干燥剂，然后在每个显示屏周边涂敷UV粘合剂，最后将玻璃盖板与沉积有机薄膜后的玻璃基板对位贴合并用紫外线固化UV胶，该技术虽然具有技术成熟、设备成本低等优点，但也存在水氧易渗透、不适于顶部发光器件、柔性显示器件、大尺寸器件等缺点;为了应用到顶部发光AMOLED并提高封装气密性，同时使OLED器件薄型化，近年来研发了薄膜封装技术(Thin Film Encapsulation，TFE)、激光烧结玻璃粉封装技术(Frit)及“环氧树脂+吸气填充剂”(Dam-Filler)的新型封装技术。

大尺寸、高性能是方向

特种显示产品是OLED独特的魅力，也是第三代显示技术的特征，将人们的生活带入神奇的科幻世界。

具体地说，OLED产品将向三个大方向发展：一是大众化显示产品，二是特种显示产品，三是照明产品。大众化显示产品，也就是我们日常生活中常见的显示屏类型，比如手机、平板电脑、电脑显示器、电视机所用的传统显示屏，相对柔性显示屏，也可以称之为“刚性显示屏”。特种显示产品，是OLED独特的魅力，也是第三代显示技术的特征，将人们的日常生活带入神奇的科幻世界，发展方向有三个：一是柔性显示屏，如纸张一样轻薄、可卷曲折叠，OLED目前仅能做到曲面显示;二是透明显示屏、双面显示屏，其中透明显示屏在观看屏幕显示图像的同时可以透过屏幕观察外部环境，双面显示屏可以同时在屏幕正反两面显示不同的图像;三是利用OLED耐冲击、抗震动的固体器件特点和-40～85℃工作温度范围的特点，开发用于航空、航天、军用显示屏产品。照明产品是OLED另一重大应用领域，由于具有面光源、高效、环保、安全的特点，尤其结合可以制作柔性面板的特点，OLED照明的前景将胜过LED照明，但OLED照明产品还需解决高效率、长寿命、低成本三个问题。

总之，从OLED各项关键技术目前还存在的种种不足，我们可以看到OLED的技术发展趋势就是要解决目前产业化所面临的技术问题和突破与产品发展相适应的技术瓶颈，归纳起来，有以下几方面：一是改善生产工艺，提高制程良率，降低成本;二是突破低温多晶硅、金属氧化物等TFT技术及有机成膜技术的现有瓶颈，实现高解析度和大尺寸显示屏的产业化;三是结合新型高效有机材料，改进器件结构，提高发光效率，降低功耗;四是改进封装技术，改善器件的寿命和稳定性;五是研究柔性显示技术及OLED照明技术，实现终极产品及其应用。

在中小尺寸领域，重点研究LTPS TFT、真空蒸镀FMM或激光转印有机成膜技术和Frit封装技术;在大尺寸领域重点研究金属氧化物TFT(IGZO)和“白光+滤色膜”技术;在柔性显示领域，比较理想的是突破有机TFT、卷对卷印刷成膜技术和薄膜封装技术。