AMOLED 未來(lái)的軟性顯示技術(shù)

繼薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)之后，主動(dòng)有機(jī)發(fā)光二極管(AMOLED)被視為下一世代面板的最佳技術(shù)，其中有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)為固態(tài)自發(fā)光顯示器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自發(fā)光無(wú)需背光源、視角廣、影像色澤佳以及省電等優(yōu)勢(shì)，在中小面板市場(chǎng)可望得到廣泛應(yīng)用。

目前AMOLED技術(shù)不易做太大尺寸面板，且背光源的藍(lán)光部分壽命偏短，不過(guò)它通常用在智能手機(jī)上，而這類(lèi)手機(jī)的替換率相當(dāng)高，因此正好可以回避藍(lán)光壽命短的技術(shù)問(wèn)題，只要在使用期間色澤優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮到極致即可，而且手機(jī)面板也不用太大。AMOLED現(xiàn)階段已開(kāi)始應(yīng)用于手機(jī)、MP3、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼相框等中小尺寸顯示器產(chǎn)品。根據(jù)DisplaySearch數(shù)據(jù)顯示(圖1)，全球OLED面板產(chǎn)值將從2008年的6億美元增長(zhǎng)到2016年的71億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)36%，這樣高的增長(zhǎng)趨勢(shì)主要來(lái)自AMOLED的成長(zhǎng)，其在2009年一季度面板產(chǎn)值已首度超越PMOLED，預(yù)期在2010年亦將超越PMOLED，成為推動(dòng)OLED市場(chǎng)發(fā)光發(fā)熱的主要力量。

雖然AMOLED面板價(jià)格仍高于TFT LCD約50~100%，但未來(lái)2~3年內(nèi)可望降至10%，成為替代性技術(shù)。未來(lái)AMOLED面板尺寸以及亮度都會(huì)有不同程度的提升，預(yù)計(jì)尺寸將由現(xiàn)行的2.2~2.8寸放大到3寸以上，亮度則由目前的200nits進(jìn)一步提升至300nits，以彰顯OLED在色彩鮮艷度、高對(duì)比度以及自發(fā)光方面的優(yōu)勢(shì)。這些特性提高了AMOLED應(yīng)用于高端智能手機(jī)面板的機(jī)會(huì)。

AMOLED制造廠商目前以韓國(guó)三星移動(dòng)顯示(SMD)為主，出貨量約為每月200萬(wàn)片，該公司于2010年4月20日宣布將投資次世代生產(chǎn)線，規(guī)劃在韓國(guó)忠清南道天安市的工廠投資建設(shè)可生產(chǎn)較大尺寸電視以及較大尺寸主動(dòng)矩陣OLED基板的5.5代規(guī)格生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)于2011年1月正式進(jìn)入量產(chǎn)階段;同一時(shí)間負(fù)責(zé)生產(chǎn)玻璃基板的三星康寧預(yù)定2010年在韓國(guó)投資OLED用玻璃基板生產(chǎn)線。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，三星集團(tuán)已經(jīng)作好了迎接主動(dòng)矩陣OLED市場(chǎng)來(lái)臨的準(zhǔn)備。樂(lè)金顯示(LGD)在今年預(yù)期會(huì)擴(kuò)大AMOLED生產(chǎn)，并于下半年拉升整體出貨量至每月500~1,000萬(wàn)片。

根據(jù)OLED Association評(píng)估，AMOLED面板將從中小尺寸面板出發(fā)，待生產(chǎn)規(guī)模放大后，才可能生產(chǎn)具價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的大尺寸TV，而大尺寸TV的畫(huà)質(zhì)表現(xiàn)將會(huì)是AMOLED的殺手級(jí)應(yīng)用。中小尺寸的產(chǎn)值預(yù)期可在2015年達(dá)到30~40億美元，未來(lái)若加上大尺寸則可進(jìn)一步成長(zhǎng)至120億美元。繼SMD與LGD大舉擴(kuò)張AMOLED顯示面板制造產(chǎn)能后，友達(dá)也宣布于2010年底開(kāi)始量產(chǎn)小尺寸AMOLED面板，迎接2011年手機(jī)市場(chǎng)對(duì)該面板的強(qiáng)勁需求，以期能夠趕上智能手機(jī)大量采用OLED面板的風(fēng)潮。

目前除了許多智能手機(jī)開(kāi)始采用主動(dòng)矩陣OLED面板之外，以iPad為首的平板電腦也將從2011年開(kāi)始進(jìn)入OLED時(shí)代，右表為國(guó)際即將量產(chǎn)的不同廠商布局主動(dòng)矩陣OLED情況，他們未來(lái)在中小尺寸的市場(chǎng)表現(xiàn)令人期待。

軟性AMOLED發(fā)展現(xiàn)況

目前大多數(shù)顯示器都是采用TFT LCD，若想做到輕薄短小、方便隨身攜帶，屏幕顯示的信息量就不夠;若想一次顯示足夠信息量，體積又會(huì)太大而不易攜帶，而且可能耗電太大。對(duì)于未來(lái)的顯示器，消費(fèi)者希望其能夠具有信息量大、收藏方便、耗電低、摔不破、可彎曲折迭或收卷容易等特性。

除了優(yōu)異的畫(huà)質(zhì)表現(xiàn)，由晶體管驅(qū)動(dòng)的AMOLED具備了以上消費(fèi)者所希望的所有特質(zhì)，完全符合未來(lái)信息社會(huì)對(duì)于移動(dòng)裝置顯示器的需求。若與TFT-LCD技術(shù)比較，AMOLED結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需背光、擴(kuò)散板、配向膜、間隙子等繁復(fù)零組件，同時(shí)有機(jī)發(fā)光層的機(jī)械特性較接近軟性基板，因此更適合用于制作可彎可卷的軟性顯示器。

目前許多研究單位正致力于開(kāi)發(fā)軟性AMOLED面板，并在專(zhuān)業(yè)期刊及國(guó)際研討會(huì)上展示了相關(guān)技術(shù)。例如日本索尼于2010 SID展示了4.1寸QVGA的軟性AMOLED顯示器，該顯示器在PES基板上制作有機(jī)晶體管(OTFT)背板，并搭配頂部發(fā)光OLED結(jié)構(gòu)，像素為432×240，分辨率121ppi，厚度80μm，曲率半徑為4mm。

另外，韓國(guó)廠商三星在2010 SID展出6.5寸與2.8寸的WQVGA軟性AMOLED顯示器，主動(dòng)背板分別是金屬氧化物晶體管(Metal-oxide TFT;MOx TFT)與LTPS-TFTs。其中6.5寸AMOLED是在塑料基板上以250~300℃的制程溫度制作的金屬氧化物晶體管背板，搭配發(fā)光OLED結(jié)構(gòu)。Oxide TFT(17.8cm2/vs)組件是繼LTPS-TFT之后具有較a-Si TFT與OTFT更高載流子遷移率與驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性的主動(dòng)組件，因而適合驅(qū)動(dòng)OLED這樣的電流組件。

Oxide TFT應(yīng)用范圍非常廣泛，包括可撓式顯示器、透明顯示器等應(yīng)用。以可撓式顯示器為例，因Oxide TFT可采用低溫制程制作，故搭配塑料基板可形成可撓性顯示器。因此，三星在可撓式顯示器發(fā)展中亦將導(dǎo)入該技術(shù)，其樣品像素為160×272，分辨率52ppi，彎曲的曲率半徑可達(dá)10mm。

另一家韓國(guó)廠商LGD亦對(duì)投入AMOLED十分積極，除了在2009橫濱光電展展出即將商品化的15寸AMOLED TV產(chǎn)品外，還在2010 SID展示了4.3寸HVGA軟性AMOLED面板。該面板采用不透明的不銹鋼金屬基板，在基板上制作低溫非晶硅晶體管(a-Si TFT)背板，并搭配倒置式頂部發(fā)光OLED結(jié)構(gòu)，其像素為480×320，分辨率134ppi，厚度0.3mm，彎曲曲率半徑小于50mm。

軟性AMOLED關(guān)鍵技術(shù)

軟性AMOLED的關(guān)鍵開(kāi)發(fā)技術(shù)包括軟性基板、軟性TFT背板、軟性O(shè)LED發(fā)光層與封裝及保護(hù)層等，以下即針對(duì)這幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入探討。

軟性基板包括金屬箔、薄化玻璃、塑料基板。金屬箔因不透光因而使用上較具限制;薄化玻璃最大的問(wèn)題在于易碎裂;以軟性的塑料基板來(lái)取代傳統(tǒng)如玻璃與金屬基板將面臨兩個(gè)重大技術(shù)問(wèn)題，首先是基板本身的耐熱、光學(xué)、機(jī)械以及阻水氧等特性能否滿足組件應(yīng)用需求，其次是與TFT及OLED制程的兼容性。

塑料基板的耐熱特性包括熱裂解溫度、玻璃轉(zhuǎn)移溫度、熱膨脹系數(shù)等，在TFT制程中，塑料基板必須歷經(jīng)多次至少200℃以上的溫度考驗(yàn)以及在真空鍍膜時(shí)的電漿轟擊，具備耐熱穩(wěn)定性與本質(zhì)化特性表現(xiàn)是成功的關(guān)鍵;光學(xué)特性則包括光穿透度、光色澤、折射系數(shù)等，作為顯示器的顯示面基板，優(yōu)異的光學(xué)特性是成像質(zhì)量的重要因素;機(jī)械特性包括表面平坦性與粗糙度、表面硬度、機(jī)械強(qiáng)度等，因?yàn)轱@示器必須能承受人為的使用觸碰、收納攜帶等嚴(yán)苛環(huán)境考驗(yàn)，所以使用過(guò)程中能夠不受損傷而有良好壽命也是重要的一環(huán);至于阻水氧穿透特性，則包括水氣穿透率(WVTR)及氧氣穿透率(OTR)，此二參數(shù)最常被用來(lái)說(shuō)明基板與薄膜封裝阻水能力的好壞，有研究指出OLED壽命要達(dá)到10,000小時(shí)以上，薄膜封裝WVTR須小于1×10-6g/m2/天，而OTR則須小于1×10-5g/m2/天。