OLED面板是如何煉成的

 以iPhone為代表的智能手機(jī)帶來的革新難以給大部分消費(fèi)者帶來眼前一亮的感覺，因此每一項(xiàng)相關(guān)的新技術(shù)都受到了更多的關(guān)注，其中OLED技術(shù)就是代表。在OLED面板領(lǐng)域，三星目前有較大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于這項(xiàng)越來越成熟的技術(shù)，你首先需要了解的可能是OLED面板是如何煉成的。

三星自2007年起便開始量產(chǎn)OLED，并在其3C產(chǎn)品中搭載OLED面板。據(jù)IHS統(tǒng)計(jì)，截止至2016年第一季度，全球OLED面板出貨量達(dá)到9081萬片，其中三星出貨量8735萬片，市場(chǎng)份額97.7%，而排在第二、三位置的LG和友達(dá)光電與三星差距懸殊，兩者的市占率分別為0.9%和0.7%。三星在OLED面板的產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)據(jù)估計(jì)至少會(huì)持續(xù)3年。

三星手機(jī)搭載OLED面板的十年歷史

OLED面板的基本架構(gòu)及分類

OLED基本架構(gòu)是由ITO(氧化銦錫)與電力的正極相連，再加上一個(gè)金屬陰極，包成如三明治的結(jié)構(gòu)。整個(gè)架構(gòu)層中包括了：空穴傳輸層、發(fā)光層和電子傳輸層。OLED具備自發(fā)光功能，而LCD自身不發(fā)光，需要背光源支持，即光源來自顯示面板下方。LCD與背光源共同構(gòu)成LCM，其中LCD一般采用多層級(jí)結(jié)構(gòu)，主要由偏光片、玻璃基板、彩色濾光片、透明電極、TFT、液晶等面板材料組成，而背光源主要由光源、導(dǎo)光板、光學(xué)用模片、結(jié)構(gòu)件等組成。

按照驅(qū)動(dòng)方式分類，OLED可以分為AMOLED(AcTIveMatrixOLED，主動(dòng)矩陣OLED，或稱有源矩陣OLED)和PMOLED(PassiveMatrixOLED，被動(dòng)矩陣OLED，或稱無源矩陣OLED)。其中PMOLED單純的以陰陽極構(gòu)成矩陣狀，以掃描方式點(diǎn)亮陣列中的像素，每個(gè)像素都是操作在脈沖模式下，為瞬間高亮度發(fā)光，優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、成本較低，缺點(diǎn)是不適合應(yīng)用在大尺寸與高分辨率面板上，不符合發(fā)展趨勢(shì);AMOLED則是采用獨(dú)立的TFT去控制每個(gè)像素，每個(gè)像素皆可以連續(xù)且獨(dú)立發(fā)光，優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電壓低，發(fā)光組件壽命長，缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，成本不易控制。AMOLED占據(jù)了OLED市場(chǎng)的絕大部分份額，代表著主流的發(fā)展方向，目前市場(chǎng)上所說的OLED產(chǎn)品一般默認(rèn)是AMOLED。

背板段：LTPS-TFT制作要求高于LCD

由于AMOLED占據(jù)了OLED絕大部分市場(chǎng)份額，因此我們主要闡述AMOLED的制作工藝。無論是AMOLED還是TFT-LCD，其制作過程的第一步是背板段工藝，即制作TFT基板。由于OLED屬于電流驅(qū)動(dòng)器件，對(duì)電流的穩(wěn)定性要求很高，而電流的穩(wěn)定性又與電子的遷移率有關(guān)，因此LTPS是適合做OLED用TFT的最佳半導(dǎo)體薄膜，一般來說AMOLED均采用LTPS基板搭載TFT。而LCD中由于成本及工藝的原因，采用a-Si的最多(參見圖14)。

值得注意的是，TFT指薄膜晶體管，在LCD中起驅(qū)動(dòng)開關(guān)的作用，通過TFT開關(guān)控制液晶的電壓大小，進(jìn)而控制液晶分子的旋轉(zhuǎn)角度，通過遮光和透光來達(dá)到顯示的目的;在OLED中同樣起開關(guān)的作用，通過TFT開關(guān)控制電流大小進(jìn)而控制發(fā)光亮度。LCD和OLED在制備TFT陣列中的不同點(diǎn)：1)OLED對(duì)TFT需求數(shù)量較多，LCD中一個(gè)像素只需要一個(gè)TFT，而OLED中至少需要4個(gè)TFT;2)OLED對(duì)TFT的制備工藝要求極高，同樣是TFT，OLED中的TFT良率要遠(yuǎn)低于LCD中的TFT。

背板段工藝主要通過成膜，曝光，蝕刻疊加不同圖形不同材質(zhì)的膜層以形成LTPS，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，具體流程見下圖。背板段流程中涉及的設(shè)備有：光刻機(jī)、濕刻機(jī)、干刻機(jī)、ICP-干刻機(jī)、PVD、CVD、TEOSCVD、HF清洗機(jī)、激光晶化機(jī)、離子注入機(jī)、快速熱退火機(jī)等。

前板段：蒸鍍機(jī)是核心設(shè)備

前板段制程是整個(gè)AMOLED工藝中的最重要的環(huán)節(jié)。具體流程為：對(duì)LTPS-TFT基板進(jìn)行不同方式的清洗、干燥之后，送入氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行降溫，并反轉(zhuǎn)基板，使膜面朝下。對(duì)于處理后的基板，送入5x10—5Mpa的真空室內(nèi)進(jìn)行各功能層、發(fā)光層的蒸鍍。蒸鍍之后對(duì)AMOLED進(jìn)行功能性和外觀性的檢測(cè)以及偏光片的貼附，最后進(jìn)入模組段制程。前板段涉及到的主要設(shè)備有：基板轉(zhuǎn)移設(shè)備、基板清洗設(shè)備、蒸鍍機(jī)、張緊機(jī)、老化機(jī)、固化機(jī)等設(shè)備。

與蓋板玻璃核心工藝在于“雕”字類似，AMOLED制備工藝的核心在于“蒸”字，也即AMOLED的像素點(diǎn)全部都是蒸鍍到LTPS上的。所謂蒸鍍，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(yùn)動(dòng)，碰撞基片表面而凝結(jié)，進(jìn)而形成薄膜。可以說，蒸鍍是OLED制造工藝的精華部分，而且不僅是發(fā)光材料，金屬電極等等之類也是蒸鍍上去的。

蒸鍍工藝難度極高，需要專用的蒸鍍機(jī)才能夠完成。目前業(yè)界公認(rèn)日本Canon旗下子公司Tokki的技術(shù)能力最佳，全球范圍內(nèi)擁有大規(guī)模量產(chǎn)實(shí)際業(yè)績(jī)的蒸鍍?cè)O(shè)備也僅有日本Tokki一家，實(shí)際上Tokki基本壟斷了全球蒸鍍機(jī)的供應(yīng)。Tokki公司于1986年由三家公司合并成立，于1993年研制出中小尺寸蒸鍍機(jī)，1996年研發(fā)出用于量產(chǎn)的蒸鍍機(jī)，2007年被Canon公司收購。

由于Tokki在研發(fā)蒸鍍機(jī)上已有約30年的積累，因此技術(shù)壁壘很高，一般企業(yè)很難在短時(shí)間內(nèi)趕上。市場(chǎng)調(diào)研公司iSuppli表示，由于害怕失去制造優(yōu)勢(shì)，日本OLED產(chǎn)業(yè)迄今為止一直不愿意共享制造技術(shù)，進(jìn)而導(dǎo)致：1)OLED工藝標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，沒有得到優(yōu)化，需要經(jīng)常改變;2)蒸鍍機(jī)價(jià)格極貴;3)蒸鍍機(jī)產(chǎn)能嚴(yán)重不足，供給遠(yuǎn)小于需求。據(jù)中國電子報(bào)報(bào)道：Tokki直到2017年產(chǎn)能的90%已經(jīng)被三星簽約，導(dǎo)致其余面板廠商一“機(jī)”難求，形成“僧多肉少”的局面。例如前有京東方與Tokki苦談許久而未獲得明確答復(fù)，后有信利斥資519億韓元采購SFA的蒸鍍?cè)O(shè)備，合作雙方均無大量的OLED生產(chǎn)實(shí)績(jī)，后續(xù)設(shè)備調(diào)試和良率爬坡期有多長均需觀望。

模組段

對(duì)制作好的AMOLED面板進(jìn)行模組裝配是產(chǎn)品面向應(yīng)用的最后一道工序，也是檢測(cè)面板品質(zhì)的最后一道環(huán)節(jié)。AMOLED模組段和LCM模組段相似，但由于LCD需要與背光源進(jìn)行組裝，且LCD需要貼合彩色濾光片而AMOLED不需要等，總體來看在模組段的工序上AMOLED要比LCM簡(jiǎn)單?；玖鞒虨椋菏紫葘?duì)面板進(jìn)行切割、裂片、清洗和干燥，然后再進(jìn)行面板的ACF貼附，接著做COG、FOG、TAB的綁定，經(jīng)模組電測(cè)之后，涂保護(hù)膠并固化，最后完成外引線和驅(qū)動(dòng)板裝配，進(jìn)行包裝入庫。其中涉及到的設(shè)備主要有：清洗機(jī)、板材切合機(jī)、粒子檢測(cè)機(jī)、偏光片貼合機(jī)、ACF貼附機(jī)(貼附異向?qū)щ娔z膜的機(jī)器)、COG邦定機(jī)(綁定控制IC的機(jī)器)、FOG邦定機(jī)(綁定FPC的機(jī)器)、OLB邦定機(jī)(綁定外引腳TAB的機(jī)器)、老化測(cè)試機(jī)、AOI自動(dòng)檢測(cè)機(jī)等等。

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