OLED工藝基礎及未來的發展方向

ITO面板[Array製造工藝]→ITO面板(形成有機膜)→OLED模塊封裝測試→OLED成品因OLED構造簡單，所以生產流程不似TFT-LCD製造工藝複雜，生產過程為有機材料、ITO面板(Array制 造工藝)、ITO面板(形成有機模)、 OLED模塊封裝測試。

在Array製造工藝上，ITO面板清潔程度為OLED品質的關鍵因素的一，至此面板的清洗方式也成為各家廠商的商業機密，而 OLED分子結構會影響成膜的完整性，若成膜不平整，將造成發光不均勻，適當的有機材料的選擇，理所當然成為廠商研究發展與未來競爭利基所在。

另外，在薄膜形成過程中化合物生成反應將產生副產品的雜質，會影響發光效率與產品壽命，因此製造工藝中適度的純化是必要的。再者OLED器件的材料易受水氣與氧氣的影響，而使得器件劣化影響使用壽命，因此鍍膜后的封裝過程中需隔除空氣中水分，封裝技術的成敗直接影響器件的成敗，封裝技術可說是在整個製造工藝中相當重要的一環，目前尚未出現最佳的封裝方式，雖然OLED生產流程較為簡單，但在各個製造工藝階段仍然面臨不同的困難有待克服，因此OLED目前並無標準量產 技術，廠商在製造工藝上仍有頗大的發展空間。

OLED也有複雜的身世

說起OLED，我們不得不提起EL這個名詞，EL是指電激發光，是最常見的發光方式之一。OLED則是屬於「有機EL」，相對的還有「無機 EL」，像在日本就更習慣稱OLED為「有機EL」，從分類上講也沒有什麼問題。有機EL也有不同的類型，最為常見的除了小分子的OLED以外，還有高分 子的PLED這一發光技術。

EL（Electro-Luminescence 電激發光）顯示器是指施加電流在可發光物質上以達到發光效果的顯示器，其發光原理和發光二極體（LED）的發光原理相似。

其中，OLED（Organic LightEmitting Diode有機發光二極體）與PLED（PolymerLight Emitting Diode高分子發光二級管）有著相似的化學結構與發光效率，區別是兩者的分子量的差距，其中OLED是小分子材料，容易彩色化、採用蒸鍍法的全自動生產 方式已經成熟，製程式控制制較容易且穩定、材料的合成與純化、精製較為容易等。但缺點則是設備較為昂貴、對於水分的耐受性不佳、蒸鍍率低，以及容易造成材料的浪費等。

而PLED則是高分子材料，與OLED相比高分子的PLED採用了更簡單的印刷工藝，而不是蒸鍍多層有機膜材，同時也更為耐熱耐冷。不過由於PLED每個顏色的衰減常數不同，必須進行補償，因此較難朝向彩色化發展，因此我們很難能見到彩色的PLED屏幕。

一、氧化銦錫(ITO)基板前處理

1、ITO表面平整度：ITO目前已廣泛應用在商業化的顯示器面板製造，其具有高透射率、低電阻率及高功函數等優點。一般而言，利用射頻濺鍍法(RF sputtering)所製造的ITO，易受工藝控制因素不良而導致表面不平整，進而產生表面的尖端物質或突起物。另外高溫鍛燒及再結晶的過程亦會產生表面約10 ~ 30nm的突起層。這些不平整層的細粒之間所形成的路徑會提供空穴直接射向陰極的機會，而這些錯綜複雜的路徑會使漏電流增加。一般有三個方法可以解決這表面層的影響?U一是增加空穴注入層及空穴傳輸層的厚度以降低漏電流，此方法多用於PLED及空穴層較厚的OLED(~200nm)。二是將ITO玻璃再處理，使表面光滑。三是使用其它鍍膜方法使表面平整度更好。

2、ITO功函數的增加：當空穴由ITO注入HIL時，過大的位能差會產生蕭基能障，使得空穴不易注入，因此如何降低ITO / HIL介面的位能差則成為ITO前處理的重點。一般我們使用O2-Plasma方式增加ITO中氧原子的飽和度，以達到增加功函數之目的。ITO經O2-Plasma處理后功函數可由原先之4.8eV提升至5.2eV，與HIL的功函數已非常接近。加入輔助電極，由於OLED為電流驅動組件，當外部線路過長或過細時，於外部電路將會造成嚴重之電壓梯度，使真正落於OLED組件之電壓下降，導致面板發光強度減少。由於ITO電阻過大(10 ohm / square)，易造成不必要之外部功率消耗，增加一輔助電極以降低電壓梯度成了增加發光效率、減少驅動電壓的快捷方式。鉻(Cr：Chromium)金屬是最常被用作輔助電極的材料，它具有對環境因子穩定性佳及對蝕刻液有較大的選擇性等優點。然而它的電阻值在膜層為100nm時為2 ohm / square，在某些應用時仍屬過大，因此在相同厚度時擁有較低電阻值的鋁(Al：Aluminum)金屬(0.2ohm / square)則成為輔助電極另一較佳選擇。但是，鋁金屬的高活性也使其有信賴性方面之問題因此，多疊層之輔助金屬則被提出，如：Cr / Al / Cr或Mo / Al / Mo，然而此類工藝增加複雜度及成本，故輔助電極材料的選擇成為OLED工藝中的重點之一。

二、陰極工藝

在高解析的OLED面板中，將細微的陰極與陰極之間隔離，一般所用的方法為蘑菇構型法(Mushroom structure approach)，此工藝類似印刷技術的負光阻顯影技術。在負光阻顯影過程中，許多工藝上的變異因子會影響陰極的品質及良率。例如，體電阻、介電常數、高解析度、高Tg、低臨界維度(CD)的損失以及與ITO或其它有機層適當的黏著介面等。

三、封裝

1、吸水材料：一般OLED的生命周期易受周圍水氣與氧氣所影響而降低。水氣來源主要分為兩種：一是經由外在環境滲透進入組件內，另一種是在OLED工藝中被每一層物質所吸收的水氣。為了減少水氣進入組件或排除由工藝中所吸附的水氣，一般最常使用的物質為吸水材(Desiccant)。Desiccant可以利用化學吸附或物理吸附的方式捕捉自由移動的水分子，以達到去除組件內水氣的目的。

2、工藝及設備開發：封裝工藝之流程如圖四所示，為了將Desiccant置於蓋板及順利將蓋板與基板黏合，需在真空環境或將腔體充入不活潑氣體下進行，例如氮氣。值得注意的是，如何讓蓋板與基板這兩部分工藝銜接更有效率、減少封裝工藝成本以及減少封裝時間以達最佳量產速率，已儼然成為封裝工藝及設備技術發展的3大主要目標。

提升OLED生產效率的努力使玻璃底板上的有機材料形成均勻薄膜層的工藝，是生產oled電視的關鍵要素。目前，真空熱蒸鍍（vte）是應用最為廣泛的一種技術。採用該技術的工藝流程必須在真空室中進行，要求緊鄰玻璃底板放置一塊遮光板，用以確定底板上沉積材料的圖樣。然而，真空熱蒸鍍技術在生產大屏幕oled電視方面存在一些缺陷。比如，遮光板極易受工藝流程中的高溫環境影響而發生偏移，導致很難在大尺寸底板上保持均勻的沉積率。

噴墨印刷技術可以通過液態有機材料的均勻沉積形成薄膜層。因此，這種技術在理論上能夠更好地解決大顯示屏的尺寸問題。愛普生採用了與噴墨印表機相同的按需噴墨工藝，可以精確地按所需量將有機材料沉積在適當位置。由於噴墨系統對材料的利用率非常高，所以製造商可以降低生產成本。此外，當應用於oled電視生產流程時，由於無需使用遮光板，其工藝步驟將少於真空熱蒸鍍技術，因此噴墨技術將有望大幅提高產量。

OLED顯示技術是集多領域、多學科的綜合性技術，涵蓋了半導體、有機化學、無機化學、薄膜電子、真空物理、光學等，涉及的關鍵技術主要有TFT技術、彩色化技術、有機成膜技術、器件封裝技術等，而每一種關鍵技術又有多種不同的技術路線之分，且每種技術路線各有優劣，這既是OLED技術的難點所在，也是OLED技術的魅力所在，同時也是OLED業者談不完、論不清又很想議的熱點話題。

四大技術路線各異

AMOLED對TFT技術的要求比LCD要高，造成這種差異的原因在於AMOLED屬於電流驅動型器件。TFT技術，從名稱來看，早已在LCD行業成熟應用了很多年，且已發展到10代線，但正如同樣是發動機，飛機發動機不等同於汽車發動機一樣，AMOLED對TFT技術的要求比LCD要高，二者並不完全相同。造成這種差異的本質原因在於AMOLED屬於電流驅動型器件，且要求TFT工作在線性放大狀態，而LCD屬於電壓驅動型器件，TFT只需工作在開關狀態。因此，在LCD行業應用最為廣泛的a-SiTFT技術，雖然有均勻性好、工藝簡單、技術成熟、成本較低的優點，但由於其載流子遷移率低，驅動OLED能力不足，且有閾值電壓漂移的問題，用於OLED存在器件性能穩定性差的致命缺點，因而被業界一致認為不適用於AMOLED;LTPSTFT具有載流子遷移率高且閾值電壓穩定的優點，近年已成功用於中小尺寸LCD;IGZO是MOTFT（金屬氧化物TFT）中的一種，TFT特性介於a-Si和LTPS之間，LGD公司的55英寸AMOLED就是採用的IGZO;OTFT（有機TFT）是用於柔性顯示具有優勢的TFT技術，用有機材料（如並五苯）代替硅作為半導體材料，但目前該技術還處於基礎研究階段。

OLED彩色化技術主要有RGB-SBS（RGB像素並置法，Side-By-Side）、W+CF（彩色濾光片法，也叫『白光+濾色膜』法）及CCM（colorconversion method，色轉換法）三種。其中RGB-SBS是採用紅綠藍三基色有機發光材料並置於基板上，RGB像素獨立發光，這種方法是目前最成熟且量產應用最多的技術，發光效率高，但由於三色發光效率及壽命不同而存在色彩可能失真的問題;W+CF技術沿用了LCD全彩化的原理，使用彩色濾光片濾出三基色，但是利用了發白光的OLED發光，這種方法可以改善RGB-SBS的兩個問題，但由於彩色濾光片對光的衰減，開發高效率且穩定的白光OLED是先決條件;CCM技術將發藍光的OLED通過改變顏色的介質（CCMs），形成紅光和綠光的像素，和藍光像素一起形成三基色，這種方法的優點與彩色濾光片法相同，但效率很低，色純度也較差，目前尚無量產案例。

有機成膜技術是OLED特有的核心技術，由於OLED器件中有機薄膜的厚度非常薄，一般相當於頭髮直徑的百分之一左右，電子注入層的厚度甚至不到20埃（1埃=0.1nm），而且子像素薄膜極其精細，長寬約數十微米，因此要非常均勻地製作多層如此薄且不能有針孔的精細有機薄膜，是行業面臨的共性技術難題之一。

有機成膜技術可分為真空蒸鍍、激光轉印和濕法製備三類，其中真空蒸鍍以FMM（Fine-Metal-MASK，精細金屬掩膜板）技術為主，是在真空環境下將有機材料放在坩鍋中加熱使之蒸發並在覆蓋有掩膜板（MASK）的玻璃基板上沉積成膜的技術，是目前最為成熟，也是目前量產的小尺寸AMOLED產品基本上都採用的有機成膜技術，但FMM技術存在MASK與玻璃基板的對位精度要求高、MASK因重力及熱膨脹容易變形、材料利用率低等問題;激光轉印技術則是為了解決FMM技術所存在的不足而發展起來的，但目前還存在熱損傷、工藝穩定性和產率等主要問題，尚未量產使用，其中LITI（Laser Induced Thermal Image）技術為SMD所擁有、LIPS（LaserInduced Pattern wise Sublimation）技術為索尼所擁有，RIST（Radiation-induced sublimation transfer）技術為柯達所擁有，這些技術在原理上非常相似，都是預先將有機材料通過真空蒸鍍、旋塗或絲網塗敷等方式沉積在一種稱之為供體的薄膜上，然後將供體薄膜覆蓋在玻璃基板（稱之為受體）上並用激光束對供體的成像模板進行照射，結果供體上被激光照射部分的有機材料就被轉印到玻璃基板上，最後將使用過的供體剝離，這樣在玻璃基板上就得到了高解析度的有機材料條紋。三者的不同之處在於所使用的供體材料不同及供體與受體是否緊密接觸。

濕法製備技術是最具誘惑力的有機成膜技術，具有適於大面積成膜、材料利用率高、生產成本低、生產效率高等優勢，尤其R2R（卷對卷印刷）技術是未來生產柔性OLED最理想的技術，但包括噴嘴印刷（Nozzle Printing）和噴墨印刷（InkJet Printing）技術在內，目前濕法製備技術在墨水材料、印刷設備及工藝控制等方面均有待改善，技術還不成熟。

器件封裝技術是OLED有別於其他顯示技術的又一關鍵技術。由於有機材料在有水汽和氧存在的條件下，都會發生不可逆的光氧化反應，水、氧對鋁或鎂銀等電極材料也有很強的侵蝕作用，因此OLED器件封裝對水、氧滲透率有非常高的要求。OLED器件傳統的封裝技術是『UV+玻璃蓋板』方式，該技術首先在玻璃蓋板上粘貼用於吸收水汽的乾燥劑，然後在每個顯示屏周邊塗敷UV粘合劑，最後將玻璃蓋板與沉積有機薄膜后的玻璃基板對位貼合併用紫外線固化UV膠，該技術雖然具有技術成熟、設備成本低等優點，但也存在水氧易滲透、不適於頂部發光器件、柔性顯示器件、大尺寸器件等缺點;為了應用到頂部發光AMOLED並提高封裝氣密性，同時使OLED器件薄型化，近年來研發了薄膜封裝技術（Thin FilmEncapsulation，TFE）、激光燒結玻璃粉封裝技術（Frit）及『環氧樹脂+吸氣填充劑』（Dam-Filler）的新型封裝技術。

大尺寸、高性能是方向

特種顯示產品是OLED獨特的魅力，也是第三代顯示技術的特徵，將人們的生活帶入神奇的科幻世界。

具體地說，OLED產品將向三個大方向發展：一是大眾化顯示產品，二是特種顯示產品，三是照明產品。大眾化顯示產品，也就是我們日常生活中常見的顯示屏類型，比如手機、平板電腦、電腦顯示器、電視機所用的傳統顯示屏，相對柔性顯示屏，也可以稱之為『剛性顯示屏』。特種顯示產品，是OLED獨特的魅力，也是第三代顯示技術的特徵，將人們的日常生活帶入神奇的科幻世界，發展方向有三個：一是柔性顯示屏，如紙張一樣輕薄、可捲曲摺疊，OLED目前僅能做到曲面顯示;二是透明顯示屏、雙面顯示屏，其中透明顯示屏在觀看屏幕顯示圖像的同時可以透過屏幕觀察外部環境，雙面顯示屏可以同時在屏幕正反兩面顯示不同的圖像;三是利用OLED耐衝擊、抗震動的固體器件特點和-40～85℃工作溫度範圍的特點，開發用於航空、航天、軍用顯示屏產品。照明產品是OLED另一重大應用領域，由於具有面光源、高效、環保、安全的特點，尤其結合可以製作柔性面板的特點，OLED照明的前景將勝過LED照明，但OLED照明產品還需解決高效率、長壽命、低成本三個問題。

總之，從OLED各項關鍵技術目前還存在的種種不足，我們可以看到OLED的技術發展趨勢就是要解決目前產業化所面臨的技術問題和突破與產品發展相適應的技術瓶頸，歸納起來，有以下幾方面：一是改善生產工藝，提高製程良率，降低成本;二是突破低溫多晶硅、金屬氧化物等TFT技術及有機成膜技術的現有瓶頸，實現高解析度和大尺寸顯示屏的產業化;三是結合新型高效有機材料，改進器件結構，提高發光效率，降低功耗;四是改進封裝技術，改善器件的壽命和穩定性;五是研究柔性顯示技術及OLED照明技術，實現終極產品及其應用。

在中小尺寸領域，重點研究LTPS TFT、真空蒸鍍FMM或激光轉印有機成膜技術和Frit封裝技術;在大尺寸領域重點研究金屬氧化物TFT（IGZO）和『白光+濾色膜』技術;在柔性顯示領域，比較理想的是突破有機TFT、卷對卷印刷成膜技術和薄膜封裝技術。