Oled顯示屏的蒸鍍技術(shù)工藝介紹，Oled顯示屏是目前市場(chǎng)上主流顯示產(chǎn)品那么關(guān)鍵技術(shù)由led顯示屏廠家迷你光電為您解讀。
雖然就現(xiàn)階段而言, 韓系面板廠利用其較好的成本控制和生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)在中小尺寸和大尺寸Oled屏幕的市場(chǎng)上都占有接近壟斷的地位。但是隨著中國(guó)面板廠商對(duì)AMOLED技術(shù)上投資的逐漸加碼, 以及中國(guó)政府補(bǔ)貼的增強(qiáng), 中國(guó)面板廠商和韓系生產(chǎn)廠之間的技術(shù)和成本差距也會(huì)逐漸的減小, 從而使得未來(lái)在AMOLED面板產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)百家爭(zhēng)鳴的現(xiàn)象。
現(xiàn)有主流的AMOLED生產(chǎn)技術(shù)還是以蒸鍍技術(shù)為主, 并依托于蒸鍍機(jī)、蒸發(fā)源和掩模板(FMM or OPM)等設(shè)備完成器件的制作。以下將對(duì)現(xiàn)有蒸鍍技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要討論。
蒸鍍技術(shù)簡(jiǎn)介
無(wú)論是用于中小尺寸運(yùn)用場(chǎng)景的RGB分色 AMOled顯示屏或者是用于大尺寸運(yùn)用場(chǎng)景的WOled顯示屏, 其制作工藝還是真空蒸鍍技術(shù)。所以在這些器件中, 如HIL、HTL、EML(R & G & B等顏色)、ETL、EIL、 Cathode和Charge Generation Layer等功能層還是采用真空蒸鍍方式、連續(xù)地沉積在TFT基板之上。
由于工藝參雜的需要和為了避免交叉污染, 不同的功能層需要在不同的蒸鍍機(jī)腔體內(nèi)蒸鍍, 同時(shí)在蒸鍍完成后通過機(jī)械手將基板在不同的腔體之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移。
在顯示器面板生產(chǎn)中, 材料成膜方式可以大致的分為PVD物理氣象沉積方法(Physical Vapor Deposition)和CVD化學(xué)氣象沉積方法(Chemical Vapor Deposition)。而蒸鍍技術(shù)是物理氣象沉積方法的一種。
和CVD技術(shù)不同, 作為PVD技術(shù)之一的真空蒸鍍?cè)诔赡さ倪^程中具有以下幾個(gè)特點(diǎn):
1-需要使用固態(tài)的或者熔化態(tài)的物質(zhì)作為沉積過程的蒸發(fā)源。
2-薄膜沉積時(shí), 蒸發(fā)源物質(zhì)要經(jīng)過物理蒸發(fā)過程進(jìn)入氣相。
3-在蒸發(fā)成膜時(shí), 氣相分子的運(yùn)動(dòng)路徑近似為一條直線。
4-在沉底和基板上成膜時(shí), 蒸發(fā)源的氣相物質(zhì)在沉積時(shí)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
和同屬于PVD方式的濺射成膜法相比, 蒸鍍技術(shù)還需要更高的真空度來(lái)增加其氣態(tài)分子的平均自由程。但是蒸鍍技術(shù)的薄膜沉積速度較高且薄膜純度較好。
蒸鍍的原理基本上可以簡(jiǎn)化為材料受熱升華, 其后再在較冷的基板上再沉積的一個(gè)過程。當(dāng)材料被加熱分離時(shí),每單位蒸餾面積單位時(shí)間(m2s)內(nèi)蒸發(fā)的分子數(shù)J和為蒸汽壓強(qiáng)、材料的分子質(zhì)量M和溫度T呈現(xiàn)一定的正比關(guān)系。 由此可見, 隨著蒸汽壓的增加, 沉積速度也在增加。同時(shí)溫度T亦是決定蒸發(fā)速率大小的一個(gè)重要因素。
蒸鍍腔內(nèi)有蒸鍍?cè)础埦W(wǎng)機(jī)、玻璃基板和冷卻板等設(shè)備。在進(jìn)行有機(jī)薄膜蒸鍍時(shí), 需要先將帶有TFT的基板進(jìn)行反轉(zhuǎn), 其后通過張網(wǎng)機(jī)將Mask和基板對(duì)齊, 再將蒸鍍?cè)创蜷_對(duì)基板進(jìn)行蒸鍍。
在整個(gè)蒸鍍系統(tǒng)中, 蒸鍍機(jī)、掩模板和蒸鍍?cè)炊加刹煌脑O(shè)備供應(yīng)廠商來(lái)進(jìn)行供應(yīng)。在中小尺寸AMOLED面板產(chǎn)線中采用最多蒸鍍機(jī)是日本Cannon Tokki, 而FMM的主要供應(yīng)商為DNP和Darwin等。在蒸鍍機(jī)市場(chǎng)而言, 雖然Cannon Tokki還是面板廠首選蒸鍍機(jī)供應(yīng)商, 其他蒸鍍機(jī)設(shè)備廠如Ulvac等也在積極嘗試進(jìn)入這一市場(chǎng)。與此同時(shí), FMM技術(shù)為AMOLED蒸鍍技術(shù)的核心技術(shù)之一, 近年來(lái)一些中國(guó)廠商也在FMM技術(shù)上增大了投資和布局。比如上海和輝光電在上海Gen 4.5廠區(qū)已經(jīng)建立了自己的FMM研究生產(chǎn)產(chǎn)線。
蒸發(fā)源簡(jiǎn)介
蒸發(fā)源是另一個(gè)蒸鍍技術(shù)的核心部件。根據(jù)蒸發(fā)的材料蒸發(fā)時(shí)物質(zhì)相態(tài)的不同, 可以大致將蒸發(fā)材料分為:
熔化型材料( melting - type material): 一般熔化型材料都為金屬。該類型材料在蒸發(fā)時(shí)會(huì)先熔化, 即當(dāng)溫度達(dá)到熔點(diǎn)時(shí), 其平衡蒸氣壓也低于10-1 Pa。
升華型材料(sublimation - type material): 對(duì)于升華型材料而言, 其材料的蒸發(fā)不必經(jīng)歷熔化過程而時(shí)直接升華。該種物質(zhì)在加熱低于熔點(diǎn)時(shí), 平衡蒸氣壓已經(jīng)相對(duì)較高。常見的集中材料為Cr、Ti、Mo、Fe、Si。對(duì)于OLED而言, 其大部分所采用的材料都是小分子有機(jī)物, 則都為升華型材料。
從純學(xué)術(shù)的角度來(lái)看, 理論上的蒸發(fā)源有三種:
自由蒸發(fā)源: 其蒸發(fā)速率不僅僅取決于物質(zhì)的平衡蒸汽壓Pe, 還和蒸發(fā)物質(zhì)的實(shí)際分壓Ph有關(guān)。
克努森蒸發(fā)源(Knudsen Cell) : 該類型蒸發(fā)源特點(diǎn)是蒸發(fā)面積小、蒸發(fā)速率低、蒸發(fā)束流方向性好, 且溫度、蒸發(fā)速率等可以準(zhǔn)確控制。
坩堝蒸發(fā)源: 該類型蒸發(fā)速率可控性介于上面兩種蒸發(fā)源之間。一般小型實(shí)驗(yàn)室會(huì)采用該類型的蒸發(fā)源。
假設(shè)蒸發(fā)源和基板的距離為r。則簡(jiǎn)單的來(lái)說, 普通自由蒸發(fā)源在蒸發(fā)的過程中薄膜沉積速率和蒸發(fā)源到基板的距離r2成反比, 且受到襯底和蒸發(fā)源之間方向夾角θ的影響。當(dāng)θ =0且r較小時(shí), 沉底與蒸發(fā)源距離較近, 沉積速率大。而在克努森蒸發(fā)源中, 材料的蒸發(fā)遵從Knudsen 余弦定律, 即在Φ角上的材料質(zhì)量和cosΦ 成正比, 由此通過該類型蒸發(fā)源蒸發(fā)出來(lái)的物質(zhì)束流具有較強(qiáng)的方向性和可控制性。
得利于良好的物質(zhì)束流方向性和蒸發(fā)的可控制性, 克努森蒸發(fā)源被大量的運(yùn)用的高精度的蒸鍍生產(chǎn)中。如果為了得到更好的材料厚度和均勻性, 裝配了克努森蒸發(fā)源的蒸鍍裝置也還可以進(jìn)一步通過增大靶材-源距離(Target Source Distance. T/S)、轉(zhuǎn)動(dòng)基板和將蒸發(fā)源和基板表面置于同一個(gè)圓周上等方式提高薄膜的沉積均勻性。
以上為從純理論角度對(duì)蒸發(fā)源的分類。但是從顯示行業(yè)生產(chǎn)來(lái)看, 蒸發(fā)源根據(jù)其宏觀形狀的不同可以分為:
點(diǎn)源(Point Source): 主要為單個(gè)Knudsen Cell。其設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí), 需要在蒸鍍均勻性、Source和基板距離、off-axis location、材料利用率、沉積速率等參數(shù)之間尋找最理想的工藝窗口。
線源(Line Source): 主要為并聯(lián)的Knudsen Cell, 其技術(shù)特點(diǎn)是蒸發(fā)源或基板在蒸鍍是進(jìn)行移動(dòng)。與Point Source相比, 因?yàn)橛懈〉腟ource與基板間距、更好的沉積均勻性和更好的材料利用率, 理論上線源有更好的沉積效果。根據(jù)加熱裝置Heater的位置不同, Line Source 又可以進(jìn)一步分為Top Heater 和Side Heater型。
面源(Planar/Area Source)以及其延伸技術(shù): 和Line Source和Point Source 不同, 該技術(shù)特點(diǎn)是先將OLED材料蒸發(fā)到一個(gè)平面Substrate, 其后再將面上的OLED材料蒸發(fā)到目標(biāo)基板上。與其他蒸發(fā)結(jié)構(gòu)相比, 該結(jié)構(gòu)的設(shè)備設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單, 且理論上其制作AMOLED器件時(shí)Dead Zone/Shadow Area的區(qū)域會(huì)更小。但是因?yàn)槠湫枰葘⒉牧险舭l(fā)到一中介平面, 所以工藝步驟會(huì)更加的復(fù)雜。該技術(shù)暫時(shí)還未能進(jìn)入產(chǎn)線進(jìn)行運(yùn)用。
未來(lái)OLED生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展
雖然通過用蒸鍍的方式來(lái)制作AMOLED技術(shù)成熟, 且已經(jīng)得到大規(guī)模的應(yīng)用。但是該AMOLED技術(shù)依然有其局限性, 且Oled顯示屏生產(chǎn)技術(shù)還擁有廣闊的革新空間。其中一個(gè)OLED生產(chǎn)技術(shù)革新的發(fā)展方向是印刷OLED制程。
印刷OLED技術(shù)和傳統(tǒng)的AMOLED蒸鍍技術(shù)相比, 印刷OLED技術(shù)存在以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
不遜于統(tǒng)的AMOLED蒸鍍技術(shù)的顯示效果: 現(xiàn)階段通過加入隔斷層的方式, 印刷OLED已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了400 PPI AMOLED 的demo。隨著技術(shù)的進(jìn)一步進(jìn)步, 印刷OLED理論上可以實(shí)現(xiàn)500 PPI 左右AMOLED 器件的制作。該分辨率已經(jīng)達(dá)到現(xiàn)有中小尺寸顯示屏幕運(yùn)用場(chǎng)景的需要。和現(xiàn)有蒸鍍的AMOLED Pentile像素排列不同, 加入隔斷層的印刷OLED器件中每個(gè)像素內(nèi)都擁有獨(dú)立的RGB三色子像素。這代表了在同樣的白光顯示場(chǎng)景下, 用印刷OLED制作的器件其能耗更低的同時(shí)使用壽命會(huì)略長(zhǎng)于蒸鍍的器件。于此同時(shí), 通過將同像素內(nèi)切同顏色像素進(jìn)一步切割并獨(dú)立點(diǎn)亮, 使得在低亮度條件下采取PWM調(diào)光時(shí)分割后各單色子像素可以獨(dú)立交叉點(diǎn)亮和插黑實(shí)現(xiàn)灰度顯示。通過該方法理論上可以減少現(xiàn)有小尺寸AMOLED面板在低亮度條件下采用PWM插黑導(dǎo)致人眼不舒服問題。
更低的生產(chǎn)成本: 和傳統(tǒng)的AMOLED蒸鍍技術(shù)相比, 印刷OLED技術(shù)在于對(duì)于設(shè)備和耗材上面的成本控制更優(yōu)。理論上印刷打印機(jī)的價(jià)格低于Cannon Tokki蒸鍍機(jī)的價(jià)格。同時(shí)打印時(shí)只需要Photo mask制作一個(gè)儲(chǔ)墨Bank層, 而不需要大量的FMM, 同時(shí)材料利用率可以提高的90% - 95%。如果印刷OLED能達(dá)到傳統(tǒng)AMOLED蒸鍍技術(shù)的良率的話, 印刷AMOLED的產(chǎn)品更有成本優(yōu)勢(shì)。
更低的技術(shù)壁壘和彎道超車的機(jī)會(huì): 雖然在政策的支持下, 各個(gè)面板廠商在AMOLED行業(yè)內(nèi)展開了積極的布局且取得了不錯(cuò)的成績(jī)。但是和行業(yè)領(lǐng)頭者相比, 國(guó)內(nèi)面板廠商在技術(shù)實(shí)力和上下游原材料控制等方面還存在不少的差距。對(duì)于行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者在設(shè)備和材料上提前布局并設(shè)下壁壘, 無(wú)疑增加了中國(guó)廠商在AMOLED市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的難度。相對(duì)于韓國(guó)廠商在傳統(tǒng)AMOLED蒸鍍技術(shù)長(zhǎng)期的浸染不同, 印刷OLED相對(duì)而言還是一個(gè)新興的領(lǐng)域。其上下游原材料供應(yīng)、器件結(jié)構(gòu)和像素布局等方面都存在很大的機(jī)會(huì)空間和較低的進(jìn)入壁壘。隨著印刷OLED技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展, 其無(wú)疑會(huì)成為中國(guó)面板廠商在顯示技術(shù)上進(jìn)行追趕和超越的一個(gè)機(jī)遇。
雖然印刷顯示擁有眾多潛在的優(yōu)點(diǎn), 但是該技術(shù)還在研發(fā)階段。全球來(lái)看, 在印刷顯示技術(shù)上投入研發(fā)力量的單位主要有韓國(guó)三星和LG、日本JOLED、中國(guó)大陸的BOE合肥卓印、華星光電和聚華印刷顯示等。雖然各家都在印刷顯示技術(shù)上進(jìn)行了大量的投入, 但是該技術(shù)略長(zhǎng)的工藝流程、較低的器件壽命和復(fù)雜的干燥工藝暫時(shí)制約了其在大規(guī)模量產(chǎn)中的使用。 但隨著印刷顯示技術(shù)的發(fā)展和這些技術(shù)難點(diǎn)的逐一克服, 印刷OLED有望部分替代蒸鍍技術(shù), 從而進(jìn)一步加大AMOLED對(duì)傳統(tǒng)LCD顯示市場(chǎng)的滲透。
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