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OLED的發(fā)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(jīng)過有機層(電流指電子的流動)。

    3、陰極向有機分子發(fā)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(fā)射層和傳導層的交界處，電子會與空穴結(jié)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(fā)生時，電子會以光子的形式釋放能量。

    8、OLED發(fā)光。

    9、光的顏色取決于發(fā)射層有機物分子的類型。生產(chǎn)商會在同一片OLED上放置幾種有機薄膜，這樣就能構(gòu)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(fā)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。

    被動矩陣OLED(PMOLED)

    被動矩陣OLED結(jié)構(gòu)

    PMOLED具有陰極帶、有機層以及陽極帶。陽極帶與陰極帶相互垂直。陰極與陽極的交叉點形成像素，也就是發(fā)光的部位。外部電路向選取的陰極帶與陽極帶施加電流，從而決定哪些像素發(fā)光，哪些不發(fā)光。此外，每個像素的亮度與施加電流的大小成正比。

    PMOLED易于制造，但其耗電量大于其他類型的OLED，這主要是因為它需要外部電路的緣故。PMOLED用來顯示文本和圖標時效率最高，適于制作小屏幕(對角線2-3英寸)，例如人們在移動電話、掌上型電腦 以及MP3播放器上經(jīng)常能見到的那種。即便存在一個外部電路，被動矩陣OLED的耗電量還是要小于這些設備當前采用的LCD。

    主動矩陣OLED(AMOLED)

    主動矩陣OLED結(jié)構(gòu)

    AMOLED具有完整的陰極層、有機分子層以及陽極層，但陽極層覆蓋著一個薄膜晶體管(TFT)陣列，形成一個矩陣。TFT陣列本身就是一個電路，能決定哪些像素發(fā)光，進而決定圖像的構(gòu)成。

    AMOLED的耗電量低于PMOLED，這是因為TFT陣列所需電量要少于外部電路，因而AMOLED適合用于大型顯示屏。AMOLED還具有更高的刷新率，適于顯示視頻。AMOLED的最佳用途是電腦顯示器、大屏幕電視以及電子告示牌或看板。

    透明OLED

    透明OLED結(jié)構(gòu)

    透明OLED只具有透明的組件(基層、陽極、陰極)，并且在不發(fā)光時的透明度最高可達基層透明度的85%。當透明OLED顯示器通電時，光線可以雙向通過。透明OLED顯示器既可采用被動矩陣，也可采用主動矩陣。這項技術(shù)可以用來制作多在飛機上使用的平視顯示器。

    頂部發(fā)光OLED

    頂部發(fā)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(chǎn)商可以利用頂部發(fā)光OLED顯示器制作智能卡。

OLED的制造

OLED生產(chǎn)過程中最重要的一環(huán)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(fā)(VTE)

    位于真空腔體內(nèi)的有機物分子會被輕微加熱(蒸發(fā))，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(nèi)，載氣將蒸發(fā)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(shù)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(shù)大大降低了OLED的生產(chǎn)成本，還能將OLED打印到表面積非常大的薄膜上，用以生產(chǎn)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(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極和陰極電極加電壓，在一定電壓驅(qū)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(jīng)過電子和空穴傳輸層遷移到發(fā)光層，并在發(fā)光層中相遇復合，形成激子并使發(fā)光分子激發(fā)，后者經(jīng)過輻射弛豫而發(fā)出可見光。輻射光可從ITO一側(cè)觀察到，金屬電極膜同時也起了反射層的作用。

OLED結(jié)構(gòu)原理圖

當然了，具體到整塊面板，結(jié)構(gòu)也就復雜很多，包括次像素間需要隔離柱、絕緣層之類。AMOLED則還有TFT backplane這種控制每個像素開關(guān)的東西。

OLED像素結(jié)構(gòu)示意圖

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(fā)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(jié)，形成薄膜。

蒸鍍技術(shù)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(yè)的上游，主要供應商是佳能旗下一間名為Canon   Tokki的企業(yè)。隨著全球   OLED市場的風起云涌，Tokki公司不斷投入開發(fā)產(chǎn)能，但是仍然難以滿足客戶的需要。據(jù)說，Tokki一年的蒸鍍機產(chǎn)能也就區(qū)區(qū)幾臺而已，如LG   Display這樣的大客戶也不得不因為蒸鍍機數(shù)量有限而無奈的失去蘋果訂單。

PMOLED的典型工藝流程

（備注：PMOLED也屬于OLED，但結(jié)構(gòu)比AMOLED簡單，沒有TFT。）

印刷技術(shù)

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(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材料膜層，是一種工藝方法。實現(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(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，受限于設備與技術(shù)，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(fā)“印刷”工藝的、而且據(jù)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(yōu)勢足以挑戰(zhàn)相對成熟的蒸鍍技術(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。

印刷OLED實現(xiàn)技術(shù)示意圖

據(jù)業(yè)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(fā)（提升設備精度）。前者是整個印刷顯示行業(yè)的關(guān)鍵瓶頸，后者則主要是對于中小尺寸顯示產(chǎn)品而言的問題?；蛘哒f，對于印刷OLED，油墨穩(wěn)定性不是最終的大問題，設備精度和穩(wěn)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(chǎn)線后才能真正從工程上解決。

國內(nèi)華星光電聯(lián)合國內(nèi)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(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)服務平臺，并以廣東聚華印刷顯示技術(shù)有限公司作為平臺運營實體。

OLED屏幕顏色三種實現(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的，效果很不錯，三原色都非常純粹，但成本非常高昂。這類蒸鍍所用的技術(shù)叫FMM，精細金屬掩模板，就是蒸鍍的時候為了區(qū)分像素，蓋個掩膜，所以對齊的問題，以及掩膜材料本身都會成為技術(shù)難點。

實際上，人類為了控制成本，OLED電視不止上述一種，有一類藍光+色變換層：這種方案只需要蒸鍍藍光OLED元件，經(jīng)過變換層將光轉(zhuǎn)為RGB三色，這類技術(shù)受到色彩轉(zhuǎn)換器開發(fā)難度的限制，并未被大規(guī)模采用。

還有一類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為是OLED進一步實現(xiàn)低成本的方案。只不過加上濾光片，透光率光色純度都更成問題，所以亮度、對比度、色彩、節(jié)能表現(xiàn)理論上都不及RGB+OLED。

AMOLED平板顯示研發(fā)過程和技術(shù)難點

AMOLED技術(shù)的開發(fā)主要涉及到TFT背板和OLED器件兩個方面。在技術(shù)路線的選擇上，目前國際上尚未統(tǒng)一，有多種技術(shù)方案在開發(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)的開發(fā)對產(chǎn)品競爭力的提高具有非常重要的意義。    OLED器件制備技術(shù)主要有兩個關(guān)鍵點，一個是開發(fā)高遷移率的傳輸材料和高效率、長壽命發(fā)光材料，另一個是開發(fā)新型器件結(jié)構(gòu)，提高器件性能。因此，開發(fā)新型有機材料、設計新型器件結(jié)構(gòu)和改進真空蒸鍍技術(shù)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(qū)動型器件，需要穩(wěn)定的電流來控制發(fā)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(tài)，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(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，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。

目前，應用在AMOLED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LTPS結(jié)晶化技術(shù)而言，激光結(jié)晶化技術(shù)尤其是準分子激光退火（ELA）技術(shù)目前在小尺寸應用方面已經(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)的難點在于TFT的一致性問題，各像素間TFT特性的不同導致OLED的發(fā)光強度出現(xiàn)不均勻，進而導致面板成品率無法保障，因此提高ELA技術(shù)制備的TFT一致性一直是國內(nèi)外各單位研發(fā)的重點。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題。

另一方面，非激光結(jié)晶化技術(shù)在實現(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。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。其中金屬誘導晶化（MIC）技術(shù)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(jié)晶化（SPC）技術(shù)在大尺寸AMOLED的制備上具有較大的綜合性優(yōu)勢，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)動電路，其為發(fā)光器件提供點亮信號以及穩(wěn)定的電源輸入。其技術(shù)難點在于微米級的工藝精細度以及對于電性指標的極高均一度要求。

鍍膜工藝是使用鍍膜設備，用物理或化學的方式將所需材質(zhì)沉積到玻璃基板上（2）；

曝光工藝是采用光學照射的方式，將光罩上的圖案通過光阻轉(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)動背板工藝流程圖

前板段工藝通過高精度金屬掩膜板（FMM）將有機發(fā)光材料以及陰極等材料蒸鍍在背板上，與驅(qū)動電路結(jié)合形成發(fā)光器件，再在無氧環(huán)境中進行封裝以起到保護作用。蒸鍍的對位精度與封裝的氣密性都是前板段工藝的挑戰(zhàn)所在。

高精度金屬掩膜板（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)機將其精確地定位在金屬框架上并送至蒸鍍段（2）；

蒸鍍機在超高真空下，將有機材料透過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板進行貼合。玻璃膠的選用及其在制作工藝上的應用，將直接影響OLED的壽命（5、6）。

有機鍍膜段工藝流程圖

模組段工藝將封裝完畢的面板切割成實際產(chǎn)品大小，之后再進行偏光片貼附、控制線路與芯片貼合等各項工藝，并進行老化測試以及產(chǎn)品包裝，最終呈現(xiàn)為客戶手中的產(chǎn)品。

切割：封裝好的AMOLED基板切割為面板（pannel）（1）;

面板測試：進行面板點亮檢查（2）;

偏貼：將AMOLED面板貼附上偏光板（3）;

IC+FPC綁定：將驅(qū)動IC和柔性印刷線路板（FPC）與AMOLED面板的鏈接（4）;

TP貼附：將AMOLED面板與含觸控感應器的強化蓋板玻璃（cover Lens）貼合（5）;

模組測試：模組的老化測試與點亮檢查（6）。

模組段工藝流程圖

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