比起傳統(tǒng)的液晶顯示（LCD）屏幕，被業(yè)界公認(rèn)為下一代顯示技術(shù)的有機(jī)發(fā)光二極管（OLED，又被稱(chēng)為有機(jī)電激光顯示）屏幕不僅具有全固態(tài)、輕薄、主動(dòng)發(fā)光、高畫(huà)質(zhì)、低耗電等優(yōu)點(diǎn)，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(guān)注的未來(lái)顯示技術(shù)方向，但相對(duì)于應(yīng)用低溫多晶硅技術(shù)的中小尺寸OLED屏幕，應(yīng)用氧化物技術(shù)的大尺寸OLED屏幕在普及中遇到了眾多技術(shù)難點(diǎn)，目前受制于一些關(guān)鍵技術(shù)、成本及良品率偏低等因素影響，OLED面板規(guī)模性應(yīng)用及大尺寸產(chǎn)業(yè)化尚有較長(zhǎng)一段進(jìn)程。

 

 

面板、有機(jī)材料鍍膜及封裝為OLED大屏幕產(chǎn)品量產(chǎn)化的三大指標(biāo)，由于開(kāi)發(fā)大尺寸設(shè)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?yàn)檫@種技術(shù)是把紅、綠、藍(lán)有機(jī)發(fā)光體在玻璃面板上水平蒸鍍，由于在蒸鍍時(shí)必須要使用金屬遮罩，在做大面板時(shí)由于重力會(huì)造成金屬遮罩下沉及混色等問(wèn)題，因此不適合實(shí)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(shù)研發(fā)的選擇。不過(guò)，前者的電子移動(dòng)速度太慢，會(huì)降低OLED面板的動(dòng)態(tài)顯示反應(yīng)速度。因此，后者已成為技術(shù)研發(fā)的首選，但是一直以來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)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(shè)備可被氧化物薄膜晶體管所沿用。

面板技術(shù)比較表

 

常見(jiàn)的氧化物半導(dǎo)體如氧化銦鎵鋅（InGaZnO），是一種電子移動(dòng)率可達(dá)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(jié)構(gòu)可以在大尺寸獲得良好的均勻度，適合應(yīng)用在大尺寸面板，達(dá)到高清晰度、低能耗、低漏電的優(yōu)點(diǎn)，但其可靠度不 佳以及PMOS制造工藝?yán)щy一直是亟待改善的技術(shù)，前者是量產(chǎn)商品化必須克服的重要關(guān)鍵，后者可用補(bǔ)償電路（CompensaTIon Circuit）加以克服。

 

 

常見(jiàn)的氧化物薄膜晶體管元件結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)制程簡(jiǎn)單，但因?yàn)檠趸锇雽?dǎo)體層要攀爬源汲極金屬，容易導(dǎo)致電特性與接觸問(wèn)題，且可靠度不 佳。至于背通道蝕刻和蝕刻阻障層結(jié)構(gòu)在元件特性及制程良品率上則較具優(yōu)勢(shì)，尤其是背通道蝕刻結(jié)構(gòu)相容于標(biāo)準(zhǔn)非晶矽結(jié)構(gòu)，極具競(jìng)爭(zhēng)力。但若考量可靠度，則以蝕刻阻障層結(jié)構(gòu)最為理想，原因主要在于蝕刻阻擋層可保護(hù)元件的背通道，不受制程影響產(chǎn)生特性 差異，但缺點(diǎn)是復(fù)雜的制程導(dǎo)致成品與良品率問(wèn)題。

常見(jiàn)的氧化物薄膜晶體管元件結(jié)構(gòu)比較表

 

氧化物薄膜晶體管技術(shù)的重要性在于其量產(chǎn)機(jī)型相容于現(xiàn)有主流技術(shù)非晶硅的設(shè)備，由于氧化物薄膜晶體管材料特性對(duì)光與熱會(huì)導(dǎo)致電特性的改變，即臨界電壓偏移（Threshold Voltage Shift，Vth Shift），甚至可以運(yùn)用在光感應(yīng)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(diào)校相當(dāng)困難與敏感，制程穩(wěn)定度要求也相對(duì)高。通過(guò)與試驗(yàn)室的持續(xù)分析與改進(jìn)，研究人員在氧化物技術(shù)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(guò)面板可靠度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)使用壽命預(yù)估可超過(guò)10年，已經(jīng)超越傳統(tǒng)非晶硅技術(shù)，相當(dāng)接近于低溫多晶矽技術(shù)。

LCD與OLED特性比較表

 

OLED屏幕采用紅、綠、藍(lán)（R、G、B）像素組成，其使用主流的有機(jī)材料鍍膜技術(shù)——真空蒸鍍注，這種制作方式要平衡每個(gè)像素內(nèi)紅、綠、藍(lán)有機(jī)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(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)良品率下降，由于藍(lán)色有機(jī)發(fā)光體的壽命短，為了修復(fù)其缺陷，會(huì)稍微多蒸鍍一點(diǎn)藍(lán)色OLED有機(jī)發(fā)光體，但導(dǎo)致的結(jié)果是紅、綠、藍(lán)像素構(gòu)造中的色彩歪曲現(xiàn)象。除因蒸鍍槽設(shè)計(jì)緣故，致使蒸鍍技術(shù)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?cè)O(shè)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(shù)進(jìn)行有機(jī)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(lán)、綠三原色，較接近現(xiàn)行的液晶顯示屏幕制程，即將紅、綠、藍(lán)有機(jī)發(fā)光體在整片白光OLED面板上垂直蒸鍍，通過(guò)色彩提純技術(shù)來(lái)表現(xiàn)色彩信息，鍍膜后再透過(guò)擴(kuò)散膜達(dá)成均勻的面光源，這種方式在蒸鍍有機(jī)物時(shí)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(jī)物，并且是通過(guò)垂直蒸鍍紅、綠、藍(lán)有機(jī)發(fā)光體進(jìn)行色彩提升的構(gòu)造，所以藍(lán)色有機(jī)發(fā)光體的壽命問(wèn)題得到了很好的解決，雖然其色彩表現(xiàn)相對(duì)較差且耗電，但良品率相對(duì)較高，易于量產(chǎn)。

常見(jiàn)全彩OLED技術(shù)比較表

 

常見(jiàn)全彩OLED技術(shù)主要包含紅、綠、藍(lán)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(shù)。紅、綠、藍(lán)像素并置法由紅、綠、藍(lán)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(kāi)發(fā)。

 

雖然制程相對(duì)較難的精細(xì)金屬遮罩（Fine Metal Mask，F(xiàn)MM，也叫精細(xì)金屬掩膜板）像素技術(shù)的色彩表現(xiàn)較佳、省電，但立刻就會(huì)遇到大尺寸化的挑戰(zhàn)，包括挑戰(zhàn)精細(xì)金屬遮罩與無(wú)混色（Color Mixing）需求，以及挑戰(zhàn)溫度超過(guò)1000℃以上的金屬蒸鍍制程。研究人員嚴(yán)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(xì)分片（Fine Divided Sheet，F(xiàn)DS）技術(shù)后，終于成功開(kāi)發(fā)出不混色技術(shù)，達(dá)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(jí)式（Tandem）OLED結(jié)構(gòu)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(shù)演進(jìn)，白光OLED技術(shù)已到達(dá)照明領(lǐng)域與顯示器領(lǐng)域上可被接受的水準(zhǔn)。然而，相較于采用紅、綠、藍(lán)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(xiàng)背。除此之外，組成白光元件至少需要10層膜以上，在長(zhǎng)時(shí)間下，每一片OLED元件上的膜的厚度均一性也是金屬蒸鍍?cè)O(shè)備上亟待解決的一大問(wèn)題。

 

 

近幾年來(lái)，除材料演進(jìn)外，OLED元件技術(shù)的提升是整個(gè)OLED產(chǎn)業(yè)成功的一大關(guān)鍵。元件首重光學(xué)厚度設(shè)計(jì)，最佳化后的光學(xué)厚度能讓有機(jī)發(fā)光材料所發(fā)出的顏色與發(fā)光效率達(dá)到最佳化，同時(shí)根據(jù)產(chǎn)品的屬性規(guī)劃出上或下發(fā)光元件與強(qiáng)或弱共振腔（Cavity）。OLED元件在設(shè)計(jì)上使用多層傳輸層與新型藍(lán)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(lán)色色度表現(xiàn)，在CIE1931色座標(biāo)下會(huì)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(yīng)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(bǔ)償電路專(zhuān)利技術(shù)（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(dǎo)致的亮度不均勻。

 

為實(shí)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(shù)取代傳統(tǒng)的玻璃封裝技術(shù)。OLED屏幕是結(jié)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(shí)現(xiàn)薄型化及低成本的薄膜封裝技術(shù)是大勢(shì)所趨。由于低溫多晶矽面板的制程溫度高達(dá)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(shù)束縛。為提高低溫多晶矽面板制程的良品率，縮短O(píng)LED屏幕的量產(chǎn)時(shí)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(zhì)、高平坦度及耐熱穩(wěn)定性的特點(diǎn)，以供應(yīng)部分現(xiàn)有的4.5、5.5代OLED面板生產(chǎn)線制造。

 

目前，有機(jī)光電子學(xué)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(shù)和工藝問(wèn)題亟待解決，這些環(huán)節(jié)上存在的不足都相當(dāng)程度地制約了有機(jī)光電功能材料與技術(shù)在產(chǎn)業(yè)化方向的發(fā)展。其中，OLED技術(shù)要達(dá)到大規(guī)模的應(yīng)用，取決于材料、設(shè)計(jì)和制備工藝等的全面進(jìn)步，還需要對(duì)材料和器件結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jī)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(shù)，是目前最成熟，也是目前被量產(chǎn)的小尺寸有源驅(qū)動(dòng)（AMOLED）產(chǎn)品基本都采用的有機(jī)成膜技術(shù)，但精細(xì)金屬遮罩像素技術(shù)存在掩膜板與玻璃基板的對(duì)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(wèn)題。