OLED构造、优势、分类及制备工艺流程介绍

OLED 技术优势明显，PMOLED/AMOLED 各擅胜场。

OLED 全称为有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode），它是指通过在一层薄而 透明且具备半导体特性的铟锡氧化物（ITO）玻璃上制作一层有机材料发光层，然后在 其上再覆盖一层低功函数金属电极的半导体发光器件。一个完整的 OLED 核心构造通常 包含发光层、电子/空穴注入层、电子/空穴传输层以及作为阳极层的 ITO 透明电极和作 为阴极层的金属电极。OLED 属于电流驱动型发光器件，其发光原理为在电场驱动下， 电子和空穴分别从阴极和阳极注入，经由注入层和传输层迁移至发光层中相遇复合产生 激子，然后通过扩散经过辐射弛豫而发出可见光。

OLED 作为新一代平板显示技术，拥有众多优良特性，是目前智能手机端主流显示技术。 目前面板行业主流显示技术主要包括 LCD 和 OLED 两类，其中 LCD 显示凭借其轻薄、成 本低、技术成熟稳定等优点，被广泛应用于各下游显示终端，是目前最主流的显示技术。 相较于 LCD，OLED 具备以下众多优良特性。1）OLED 具有高亮度、高对比度、宽色域 等特性，在显示效果上具备更高的显示画质；2）OLED 由于自发光，因而无需背光源， 模组整体厚度较小，响应速度更快；3）由于自发光、无需背光源特性，OLED 无视角限 制，显示视角可达 160 度以上；4）OLED 有机材料层天然具有柔性，同时在基板选取上 可使用柔性材料，使得其柔性化较易实现；5）OLED 为全固态模组结构，无液晶等液态 材料使用的特性，其温度范围广，尤其是低温特性良好，不存在低温状态下液体材料易 凝固的问题。凭借轻薄、低功耗、高对比度、可弯曲等众多优良特性，OLED 逐渐成为 目前智能手机终端主流显示技术。

OLED 按驱动方式可划分为被动式驱动（PMOLED）和主动式驱动（AMOLED）两种。 PMOLED（Passive-matrix organic light emitting diode）又称为无源驱动，由阴极带、阳 极带以及位于二者重叠部分的像素构成，其中阴极带与阳极带相互垂直形成矩阵形状， 水平一组显示像素共用同一性质的电极，纵向一组显示像素共用相同性质的另一电极， 其发光机制为通过借助邦定的外接驱动 IC，以扫描方式逐行或逐列点亮阵列中的像素， 每个像素均在短脉冲模式下瞬间高亮度发光。PMOLED 每个像素由分立的阴极阳极控制， 不需要额外的驱动电路，因而结构较为简单；且生产工艺成熟，可以有效降低制造成本。 但因为需要保证每个像素在显示时的亮度和效率，因而驱动电压较高；同时，过多的控 制线路也制约了其在大尺寸、高分辨率产品中的应用。PMOLED 目前主要适用于低分辨 率、5 英寸以内小尺寸面板上，如手环、智能手表等应用领域。

AMOLED(Active-matrix organic light emitting diode)又称为有源驱动，不同于 PMOLED 条状的阳极，阴极带结构，其构造包括整层完整的阴极层、有机分子层以及阳极层，并 在阳极层上覆盖有一层薄膜晶体管(TFT)阵列。工作时，通过独立的薄膜晶体管电路对每 个像素进行控制，以实现像素连续、独立发光。相较于 PMOLED， AMOLED 通过薄膜 晶体管阵列驱动二极管发光，不需要外加电路，可大幅减少控制线路数量，具备驱动电 压低、功耗低、快速响应等光电性能优势；且 AMOLED 无占空比问题，不受扫描电极数 的限制，易于实现高分辨率、宽色域及柔性显示；此外 AMOLED 发光元件也具备更长的 使用寿命。凭借低功耗、高分辨率、快速响应、长寿命等优良特性，AMOLED 逐渐成为 OLED 显示主流技术。

OLED 的主要制作流程包含像素驱动电路（TFT 背板）和器件制作两大部分。AMOLED 像素驱动电路制作对应 AMOLED 显示面板制造的阵列工程（Array）环节，通过在基板 上成膜，曝光，蚀刻等工艺，叠加不同图形不同材质的膜层形成 TFT 驱动电路，为发光 器件提供稳定的电源输入和信号点亮。具体的工艺流程为 1）镀膜：将所需材质通过镀 膜设备沉积到玻璃基板上；2）曝光：通过光学照射，将光罩上的图案通过光阻转印到镀 膜后的基板上；3）蚀刻：运用物理或化学方法，蚀刻掉基板上未被光阻覆盖的图形下方 的膜，然后将覆盖膜上的光阻洗掉，留下具有所需图形的膜层。

制作 TFT 背板中沟道层的半导体材料主要有非晶硅（a-Si）、微晶硅（μ-Si）、低温多 晶硅（LTPS）、单晶硅、有机物和氧化物（OXIDE）等。其中 LTPS 技术是目前应用于 AMOLED 中最成熟的 TFT 背板技术，相较于非晶硅，LTPS 因具备较高的电子迁移率和 阈值电压可靠性，可以满足 OLED 作为电流驱动型器件对于电流稳定性以及确保 TFT 长 时间处于开启状态的性能需求，以实现更好的发光特性。但 LTPS 的形成涉及准分子激 光退火（ELA）等工艺制程，制作过程中需确保 TFT 一致性，若各像素间 TFT 特性不一， 则会影响 OLED 发光的均匀性，进而导致面板成品率无法保障，因此 LTPS 技术对激光设 备和一致性要求较高，目前主要应用于 G6 世代线以内中小尺寸。与 LTPS 技术相比，oxide 技术成膜则主要通过化学气相沉积和物理气相沉积实现（CVD/PVD），因其无需经历 ELA 等工艺制程，因此基本不受世代线限制，适用于 G8.5 代线以上。

OLED 发光器件制作按工艺则可以分为蒸镀法和印刷法（喷墨打印）。蒸镀法主要是指 在超高真空环境中，利用蒸镀机将有机发光材料以及阴极等材料通过高精度金属掩膜板 （FMM）蒸镀在背板上，再与驱动电路结合形成发光器件的过程，其主要工艺流程为 1）： 高精度金属掩膜板（FMM）张网：将清洗好的 TFT 基板通过金属框架固定，再使用张网 机将制作好的 FMM 精确地定位在金属框架上；2）蒸镀；在超高真空下，蒸镀机将有机 材料透过 FMM 蒸镀到 TFT 基板的限定区域内。蒸镀法是目前中小尺寸 OLED 面板量产 使用的主要技术，其中蒸镀机和高精度金属掩膜板是蒸镀法工艺中最核心的设备和材料。 精度、设备蒸镀宽度以及均匀度是蒸镀机关键核心要义，直接影响到产品的良率和质量， 目前仅日本佳能 Tokki、日本爱发科、韩国 Sunic System 等少数几家公司具备规模化供 应能力，供应量也相对有限。高精度金属掩膜板主要采用具有极低热变形系数的材料制 作，是定义像素精密度的关键，在制作过程中开孔的尺寸在微米级别，对位精度要求极 高。随着世代线增加，一方面，蒸镀设备真空腔体尺寸需相应扩大，对精度控制和稳定性方面提出更高技术要求；同时大幅蒸镀机还面临投资成本高、设备保养维护费用高、 目前市场需求相对有限等挑战；另一方面，高精度金属掩膜板平置时在重力作用下也会 发生形变，且尺寸越大形变问题越严重，高世代线下会因为“重心下垂”出现“平整度 问题”，进而影响对位精度和蒸镀区域最终沉积厚度和性状表现，所以蒸镀法在大世代线 应用难度极高。

OLED 喷墨印刷法是指将有机材料配置成溶液，通过喷墨印刷设备的高精度喷头，在精 准控制墨滴体积和喷墨位置后，将其打印在预先制备好的基板像素坑内，再经历真空干 燥后形成 OLED 器件的有机膜层。相较于蒸镀法将有机材料气体无差别沉积在玻璃基板 上，OLED 印刷法只需在基板上特定位置喷涂，因而具备更高的材料利用率；同时，由 于材料利用率的提高，可有效减少有机发光材料用量，且无需真空蒸镀机台和精密金属 掩模板等昂贵的设备材料成本及设备维护费用，OLED 印刷法成本优势显著；此外，由 于不受设备与大尺寸精细金属掩模板性能上的限制，印刷工艺制程只需通过增加打印头 的数量，即可灵活应对不同尺寸面板的生产需求，因而可以实现大尺寸显示面板制备。 OLED 喷墨印刷法难点在于油墨材料的稳定性和喷墨工艺，目前主要有华星的聚华印刷 和日本 JOLED 两家仍在进行技术和产品开发，尚未达到蒸镀法的成熟度和稳定度。