Oled顯示屏的蒸鍍技術工藝介紹，Oled顯示屏是目前市場上主流顯示產品那么關鍵技術由led顯示屏廠家迷你光電為您解讀。
雖然就現階段而言, 韓系面板廠利用其較好的成本控制和生產技術優勢在中小尺寸和大尺寸Oled屏幕的市場上都占有接近壟斷的地位。但是隨著中國面板廠商對AMOLED技術上投資的逐漸加碼, 以及中國政府補貼的增強, 中國面板廠商和韓系生產廠之間的技術和成本差距也會逐漸的減小, 從而使得未來在AMOLED面板產業呈現百家爭鳴的現象。
現有主流的AMOLED生產技術還是以蒸鍍技術為主, 并依托于蒸鍍機、蒸發源和掩模板(FMM or OPM)等設備完成器件的制作。以下將對現有蒸鍍技術進行簡要討論。
蒸鍍技術簡介
無論是用于中小尺寸運用場景的RGB分色 AMOled顯示屏或者是用于大尺寸運用場景的WOled顯示屏, 其制作工藝還是真空蒸鍍技術。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腔體內蒸鍍, 同時在蒸鍍完成后通過機械手將基板在不同的腔體之間進行轉移。
在顯示器面板生產中, 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化學氣象沉積方法(Chemical Vapor Deposition)。而蒸鍍技術是物理氣象沉積方法的一種。
和CVD技術不同, 作為PVD技術之一的真空蒸鍍在成膜的過程中具有以下幾個特點:
1-需要使用固態的或者熔化態的物質作為沉積過程的蒸發源。
2-薄膜沉積時, 蒸發源物質要經過物理蒸發過程進入氣相。
3-在蒸發成膜時, 氣相分子的運動路徑近似為一條直線。
4-在沉底和基板上成膜時, 蒸發源的氣相物質在沉積時不發生化學反應。
和同屬于PVD方式的濺射成膜法相比, 蒸鍍技術還需要更高的真空度來增加其氣態分子的平均自由程。但是蒸鍍技術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化為材料受熱升華, 其后再在較冷的基板上再沉積的一個過程。當材料被加熱分離時,每單位蒸餾面積單位時間(m2s)內蒸發的分子數J和為蒸汽壓強、材料的分子質量M和溫度T呈現一定的正比關系。 由此可見, 隨著蒸汽壓的增加, 沉積速度也在增加。同時溫度T亦是決定蒸發速率大小的一個重要因素。
蒸鍍腔內有蒸鍍源、張網機、玻璃基板和冷卻板等設備。在進行有機薄膜蒸鍍時, 需要先將帶有TFT的基板進行反轉, 其后通過張網機將Mask和基板對齊, 再將蒸鍍源打開對基板進行蒸鍍。
在整個蒸鍍系統中, 蒸鍍機、掩模板和蒸鍍源都由不同的設備供應廠商來進行供應。在中小尺寸AMOLED面板產線中采用最多蒸鍍機是日本Cannon Tokki, 而FMM的主要供應商為DNP和Darwin等。在蒸鍍機市場而言, 雖然Cannon Tokki還是面板廠首選蒸鍍機供應商, 其他蒸鍍機設備廠如Ulvac等也在積極嘗試進入這一市場。與此同時, FMM技術為AMOLED蒸鍍技術的核心技術之一, 近年來一些中國廠商也在FMM技術上增大了投資和布局。比如上海和輝光電在上海Gen 4.5廠區已經建立了自己的FMM研究生產產線。
蒸發源簡介
蒸發源是另一個蒸鍍技術的核心部件。根據蒸發的材料蒸發時物質相態的不同, 可以大致將蒸發材料分為:
熔化型材料( melting - type material): 一般熔化型材料都為金屬。該類型材料在蒸發時會先熔化, 即當溫度達到熔點時, 其平衡蒸氣壓也低于10-1 Pa。
升華型材料(sublimation - type material): 對于升華型材料而言, 其材料的蒸發不必經歷熔化過程而時直接升華。該種物質在加熱低于熔點時, 平衡蒸氣壓已經相對較高。常見的集中材料為Cr、Ti、Mo、Fe、Si。對于OLED而言, 其大部分所采用的材料都是小分子有機物, 則都為升華型材料。
從純學術的角度來看, 理論上的蒸發源有三種:
自由蒸發源: 其蒸發速率不僅僅取決于物質的平衡蒸汽壓Pe, 還和蒸發物質的實際分壓Ph有關。
克努森蒸發源(Knudsen Cell) : 該類型蒸發源特點是蒸發面積小、蒸發速率低、蒸發束流方向性好, 且溫度、蒸發速率等可以準確控制。
坩堝蒸發源: 該類型蒸發速率可控性介于上面兩種蒸發源之間。一般小型實驗室會采用該類型的蒸發源。
假設蒸發源和基板的距離為r。則簡單的來說, 普通自由蒸發源在蒸發的過程中薄膜沉積速率和蒸發源到基板的距離r2成反比, 且受到襯底和蒸發源之間方向夾角θ的影響。當θ =0且r較小時, 沉底與蒸發源距離較近, 沉積速率大。而在克努森蒸發源中, 材料的蒸發遵從Knudsen 余弦定律, 即在Φ角上的材料質量和cosΦ 成正比, 由此通過該類型蒸發源蒸發出來的物質束流具有較強的方向性和可控制性。
得利于良好的物質束流方向性和蒸發的可控制性, 克努森蒸發源被大量的運用的高精度的蒸鍍生產中。如果為了得到更好的材料厚度和均勻性, 裝配了克努森蒸發源的蒸鍍裝置也還可以進一步通過增大靶材-源距離(Target Source Distance. T/S)、轉動基板和將蒸發源和基板表面置于同一個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蒸發源的分類。但是從顯示行業生產來看, 蒸發源根據其宏觀形狀的不同可以分為:
點源(Point Source): 主要為單個Knudsen Cell。其設備設計時, 需要在蒸鍍均勻性、Source和基板距離、off-axis location、材料利用率、沉積速率等參數之間尋找最理想的工藝窗口。
線源(Line Source): 主要為并聯的Knudsen Cell, 其技術特點是蒸發源或基板在蒸鍍是進行移動。與Point Source相比, 因為有更小的Source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。根據加熱裝置Heater的位置不同, Line Source 又可以進一步分為Top Heater 和Side Heater型。
面源(Planar/Area Source)以及其延伸技術: 和Line Source和Point Source 不同, 該技術特點是先將OLED材料蒸發到一個平面Substrate, 其后再將面上的OLED材料蒸發到目標基板上。與其他蒸發結構相比, 該結構的設備設計更加簡單, 且理論上其制作AMOLED器件時Dead Zone/Shadow Area的區域會更小。但是因為其需要先將材料蒸發到一中介平面, 所以工藝步驟會更加的復雜。該技術暫時還未能進入產線進行運用。
未來OLED生產技術發展
雖然通過用蒸鍍的方式來制作AMOLED技術成熟, 且已經得到大規模的應用。但是該AMOLED技術依然有其局限性, 且Oled顯示屏生產技術還擁有廣闊的革新空間。其中一個OLED生產技術革新的發展方向是印刷OLED制程。
印刷OLED技術和傳統的AMOLED蒸鍍技術相比, 印刷OLED技術存在以下幾個優點:
不遜于統的AMOLED蒸鍍技術的顯示效果: 現階段通過加入隔斷層的方式, 印刷OLED已經實現了400 PPI AMOLED 的demo。隨著技術的進一步進步, 印刷OLED理論上可以實現500 PPI 左右AMOLED 器件的制作。該分辨率已經達到現有中小尺寸顯示屏幕運用場景的需要。和現有蒸鍍的AMOLED Pentile像素排列不同, 加入隔斷層的印刷OLED器件中每個像素內都擁有獨立的RGB三色子像素。這代表了在同樣的白光顯示場景下, 用印刷OLED制作的器件其能耗更低的同時使用壽命會略長于蒸鍍的器件。于此同時, 通過將同像素內切同顏色像素進一步切割并獨立點亮, 使得在低亮度條件下采取PWM調光時分割后各單色子像素可以獨立交叉點亮和插黑實現灰度顯示。通過該方法理論上可以減少現有小尺寸AMOLED面板在低亮度條件下采用PWM插黑導致人眼不舒服問題。
更低的生產成本: 和傳統的AMOLED蒸鍍技術相比, 印刷OLED技術在于對于設備和耗材上面的成本控制更優。理論上印刷打印機的價格低于Cannon Tokki蒸鍍機的價格。同時打印時只需要Photo mask制作一個儲墨Bank層, 而不需要大量的FMM, 同時材料利用率可以提高的90% - 95%。如果印刷OLED能達到傳統AMOLED蒸鍍技術的良率的話, 印刷AMOLED的產品更有成本優勢。
更低的技術壁壘和彎道超車的機會: 雖然在政策的支持下, 各個面板廠商在AMOLED行業內展開了積極的布局且取得了不錯的成績。但是和行業領頭者相比, 國內面板廠商在技術實力和上下游原材料控制等方面還存在不少的差距。對于行業領導者在設備和材料上提前布局并設下壁壘, 無疑增加了中國廠商在AMOLED市場競爭的難度。相對于韓國廠商在傳統AMOLED蒸鍍技術長期的浸染不同, 印刷OLED相對而言還是一個新興的領域。其上下游原材料供應、器件結構和像素布局等方面都存在很大的機會空間和較低的進入壁壘。隨著印刷OLED技術的進一步發展, 其無疑會成為中國面板廠商在顯示技術上進行追趕和超越的一個機遇。
雖然印刷顯示擁有眾多潛在的優點, 但是該技術還在研發階段。全球來看, 在印刷顯示技術上投入研發力量的單位主要有韓國三星和LG、日本JOLED、中國大陸的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上進行了大量的投入, 但是該技術略長的工藝流程、較低的器件壽命和復雜的干燥工藝暫時制約了其在大規模量產中的使用。 但隨著印刷顯示技術的發展和這些技術難點的逐一克服, 印刷OLED有望部分替代蒸鍍技術, 從而進一步加大AMOLED對傳統LCD顯示市場的滲透。
信息來源 3qled 顯示之家
