AMOLED小尺寸應(yīng)用廣 柔性AMOLED挑戰(zhàn)LCD
文章來源:恒光電器
發(fā)布時(shí)間:2014-04-02
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2009年以前，oled產(chǎn)業(yè)發(fā)展一直側(cè)重在被動(dòng)式矩陣有機(jī)發(fā)光二極體(PMOLED)的商用化進(jìn)程，商用化程度最快。直至2009年后，因智能手機(jī)崛起，可流暢表現(xiàn)動(dòng)畫的AMOLED技術(shù)有了極佳的切入點(diǎn)，而韓國業(yè)者因大量投資AMOLED面板，遂趁勢在市場上崛起，恒光，特別是三星旗下自有品牌手機(jī)熱銷，LED照明工程，更大幅提高AMOLED面板的出貨與營收表現(xiàn)，為整個(gè)OLED產(chǎn)業(yè)帶來新契機(jī)。
近年來，受惠于智能手機(jī)在全球市場大放異彩，高階手機(jī)面板的需求大幅攀升，已帶動(dòng)整體OLED面板產(chǎn)值節(jié)節(jié)攀升，特別是韓國三星與樂金不斷擴(kuò)大手機(jī)產(chǎn)品線導(dǎo)入AMOLED面板的比例，使全球OLED產(chǎn)值因AMOLED的爆炸性成長。 2013年臺灣業(yè)者也已開始加入AMOLED出貨行列，帶動(dòng)全球OLED總體產(chǎn)值進(jìn)一步翻倍。
由于市場前景可期，廠商正不斷強(qiáng)化AMOLED面板生產(chǎn)與販?zhǔn)郏磥韺⒁灾行〕叽鐟?yīng)用為主，刺激營收成長；預(yù)計(jì)2010?2016年，全球AMOLED面板主力應(yīng)用將是手機(jī)，其次為數(shù)位相機(jī)。原因在于AMOLED可藉由自發(fā)光、省電、高對比/反應(yīng)速度和強(qiáng)光下可視等眾多優(yōu)勢，大舉擴(kuò)張?jiān)谑謾C(jī)市場的滲透率；受惠于高階智能手機(jī)的大力採用，AMOLED在市場上已更加活絡(luò)。
事實(shí)上，AMOLED技術(shù)還有另一項(xiàng)優(yōu)勢，就是具備可在軟性(Flexible)基板上加工的能力。基于面板技術(shù)原理，LCD需在TFT基板和彩色濾光片(Color Filter)之間的液晶層預(yù)留Cell Gap，若將LCD基板改為軟性方桉，當(dāng)面板撓曲時(shí)，將造成各處的Cell Gap因應(yīng)力關(guān)係而產(chǎn)生不均的情形，使畫面無法顯示。相較之下，AMOLED為自發(fā)光技術(shù)，不須預(yù)留Cell Gap，若能搭配低溫背板製程，更能在塑膠基板上進(jìn)行加工，在可撓型態(tài)的產(chǎn)品開發(fā)上極具優(yōu)勢。
軟性AMOLED漸出頭
以整體AMOLED面板需求數(shù)量來看，至2020年，Glass-based仍是發(fā)展重點(diǎn)，大功率led照明，但隨著市場不斷對手持式裝置要求至更輕、更薄且更耐沖擊的規(guī)格，軟性AMOLED將有機(jī)會(huì)竄起。
現(xiàn)階段，LED照明工程，三星及LGD正積極投入軟性AMOLED研發(fā)；2013年時(shí)，市場上已開始出現(xiàn)相關(guān)面板產(chǎn)品，預(yù)估至2017年時(shí)，全球軟性AMOLED將進(jìn)一步達(dá)到兩億四千六百萬片出貨規(guī)模。
不過，軟性AMOLED也面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，最主要是製程技術(shù)和材料尚未完全成熟，因此初期主要側(cè)重于“不易破碎(Unbreakable)”的特性，期在基板與封裝方式達(dá)成可撓化的目標(biāo)之前，先以此特性突顯在外觀特徵上與TFT LCD的區(qū)隔；下一步則開始強(qiáng)調(diào)可彎曲(Bendable)的特性，促進(jìn)絕大部分零部件轉(zhuǎn)向軟性設(shè)計(jì)。
再來第三階段更希望搭配捲對捲(Roll to Roll)製程，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，同時(shí)加快生產(chǎn)速度與提高面板本身的可靠度。2015年之后，面板廠更計(jì)畫朝「可折疊(Foldable)」方向發(fā)展，LED-T5一體化燈管，以在更容易攜帶的前提下，不損及面板表現(xiàn)。
除了每一步技術(shù)演進(jìn)外，還有一個(gè)非常重要的部分在于裝置人機(jī)介面的重新設(shè)計(jì)，相關(guān)硬體廠在戮力開發(fā)軟性面板之馀，也須協(xié)同平臺軟體業(yè)者共同開發(fā)適合新面板型態(tài)的應(yīng)用程式與操作介面，才能突顯其應(yīng)用價(jià)值。
軟性背板制程加速演進(jìn)
未來，面板廠要順利推動(dòng)軟性AMOLED量產(chǎn)，印刷式電子製程中的有機(jī)薄膜電晶體(OTFT)技術(shù)將扮演一大關(guān)鍵。該技術(shù)最早由索尼(Sony)在2007年導(dǎo)入塑膠基板的OTFT研發(fā)，同時(shí)也是首度實(shí)現(xiàn)以O(shè)TFT為基礎(chǔ)的全彩OLED面板，解析度達(dá)到160×120(80ppi)，其OTFT使用的半導(dǎo)體層材料為并五苯/駢苯衍生物(Pentacene)，製程溫度可降至130℃，達(dá)到塑膠基板所需的低溫製程。
目前OTFT的電子遷移率(Mobility)雖已達(dá)到傳統(tǒng)非晶硅(a-Si)的水準(zhǔn)，但是元件穩(wěn)定性仍有待突破，其中，小分子系OTFT層一般使用真空熱蒸鍍方式形成OTFT，而高分子系OTFT層常使用噴墨印刷(Inkjet Printing)或光阻旋轉(zhuǎn)涂布(Spin Coating)法形成有機(jī)薄膜，其製程溫度都可控制在80℃以下，適合塑膠基板的低溫製程。
就現(xiàn)行技術(shù)而言，小分子系OTFT的元件特性較佳，但是除了元件穩(wěn)定性外，目前OTFT還有驅(qū)動(dòng)電壓較高、元件漏電流較高，產(chǎn)品均勻性有待加強(qiáng)等缺點(diǎn)，工程照明，LED天花燈，亟待業(yè)者改善。
另一種氧化物薄膜電晶體(Oxide TFT)技術(shù)則結(jié)合a-Si與低溫多晶硅(LTPS)製程優(yōu)點(diǎn)，且具備能利用濺鍍(Sputtering)方式製造，無須對現(xiàn)有的生產(chǎn)線做太多變動(dòng)等優(yōu)勢。除濺鍍法外，Oxide TFT還可採用氧化銦鎵鋅(IGZO)材料，以低溫涂布方式製造，這對軟性AMOLED生產(chǎn)將帶來更多可能性；不過，低溫沉積薄膜的膜內(nèi)缺陷較高溫沉積方式高，將影響元件的電性與可靠度表現(xiàn)，因此製程溫度亦須兼顧薄膜電氣特性，不能無限制降低。
軟性封裝材料、鍍膜技術(shù)挑戰(zhàn)艱巨
與TFT LCD顯示技術(shù)相較，AMOLED不需背光源、擴(kuò)散板、配向膜、微粒支點(diǎn)(Spacer)等零組件，因此在軟性設(shè)計(jì)的可能性優(yōu)于TFT LCD。不過當(dāng)AMOLED技術(shù)跨入軟性領(lǐng)域時(shí)，店鋪照明，除須克服TFT元件在軟性基板形成的挑戰(zhàn)外，還要採用能與玻璃材料相匹敵的高度阻絕水氣與氧氣的封裝材料，以延長有機(jī)元件的壽命，店鋪照明，此即成為該製程的發(fā)展重點(diǎn)，現(xiàn)行目標(biāo)均以薄膜(Film)封裝為主。
采用薄膜封裝的方式，表面須製作一層阻絕層來阻隔水氣與氧氣，一般阻絕層多採用無機(jī)材料，如以硅酸鹽(SixOy)材料利用濺鍍或電子束鍍膜方式，將其沉積于元件上。但在製作無機(jī)阻絕層的過程中，LED-T5一體化燈管，由于阻絕層材料膨脹或收縮能力受限，將產(chǎn)生材料的內(nèi)應(yīng)力，過于嚴(yán)重時(shí)將產(chǎn)生阻絕層剝離的情況。
另外，為避免沉積阻絕層時(shí)因能量太高導(dǎo)致元件膜層受損，在無機(jī)阻絕層與元件間，業(yè)者多會(huì)採用有機(jī)材料以蒸鍍方式形成緩沖層(Buffer Layer)，以保護(hù)有機(jī)發(fā)光元件；然而，此一緩沖層除須具備高透明度特性外，也須確保在未硬化前不會(huì)侵蝕元件，且硬化后不會(huì)有放氣(Outgassing)的現(xiàn)象，這些都是在材料發(fā)展上必須注意的部分。
在AMOLED技術(shù)發(fā)展上，從背板到封裝，工程照明，都是整體良率決定的關(guān)鍵，深入分析Glass-based AMOLED和軟性AMOLED的發(fā)展重點(diǎn)，這兩者的技術(shù)不論是從背板製造、有機(jī)元件成膜工程，一直到后段封裝技術(shù)，每個(gè)步驟環(huán)環(huán)相扣，只要有一段良率過低，都會(huì)對整體生產(chǎn)時(shí)程與成功率帶來極大影響。
側(cè)重小尺寸軟性應(yīng)用 AMOLED挑戰(zhàn)LCD地位
對一般消費(fèi)者來說，TFT LCD和AMOLED的技術(shù)差異，單用肉眼其實(shí)無法區(qū)分出重大的不同，消費(fèi)者是否要購買搭載AMOLED面板的製品，最重要還是取決于「價(jià)格」因素。由于市場上已有TFT LCD技術(shù)盤據(jù)，AMOLED必須加速提升製程良率與產(chǎn)出，強(qiáng)化成本競爭力，才能持續(xù)擴(kuò)張市場滲透率。
目前AMOLED的主力仍以中小型裝置為重，8.5代技術(shù)仍處于發(fā)展初期。2011年由于三星顯示的5.5代AMOLED生產(chǎn)線投片量產(chǎn)，加上三星持續(xù)以機(jī)海戰(zhàn)術(shù)搭配AMOLED面板搶占高階智能手機(jī)市場，也因此加快AMOLED滲透速度。一旦其5.5代線整體良率達(dá)八成以上，更將協(xié)助三星加速AMOLED製品在高階智能手機(jī)的競爭力。