簡析OLED制造工藝 松下/索尼降低成本有何不同？

　　臺灣DigiTimes消息稱，按照蘋果在臺灣供應鏈的消息源所述，蘋果1-2年后推出的iPhone，可能會采用5.8寸的OLED屏幕。也就是2017年或者2018年的iPhone可能就會用上OLED屏幕了。

　　如果你對顯示屏還有那么點了解的話，一定知道iPhone從問世至今一直在用LCD液晶屏。而OLED屏幕在手機產品上的明星化，實際是從2010年三星的Galaxy S一代開始的。OLED屏幕相比LCD屏，色域更廣，對比度更是不知比LCD高到哪里去了。

　　但同時OLED屏幕在手機產品中的應用，起初一直有過于艷麗、亮度低、偏色，甚至顆粒感強的惡名。不過從去年Galaxy S6開始，三星的OLED屏幕，在色準、亮度等方面，完全有了與主流LCD一較高下的能力，同時色域、對比度仍保持絕對優(yōu)勢。加上從結構上來看，OLED屏幕更利于做薄和做成柔性、曲面結構，也就不難理解蘋果未來著眼OLED屏幕的決定。

　　然而在大屏的電視、顯示器領域，采用OLED面板的產品價格仍舊居高不下，這與OLED面板的技術難度、良率低，導致成本更高有莫大關聯(lián)。OLED屏幕在手機行業(yè)取代LCD屏幕似乎是個趨勢，但在大屏幕市場，似乎還得費老大一番功夫。

　　好在為OLED做努力的企業(yè)還是不少的，從工藝上下功夫，是OLED未來殺出重圍的出路。這次我們?yōu)槠谕私釵LED更多技術細節(jié)的同學，準備了長篇的內容，簡單談談OLED制造工藝中的一個組成部分：蒸鍍。以及如松下這樣的廠商如何在這部分工藝中做出進一步節(jié)省成本的努力，還有索尼是如何改良這個步驟的。

　　你知道嗎？OLED屏幕每個像素“燈泡”都是蒸上去的

　　延續(xù)我們文首提到的那則相關iPhone 8可能采用OLED屏幕的傳言。韓國媒體ET News上個月月末提到，在新款iPhone上，三星可能會成為蘋果第一大OLED面板供應商，隨后是LG、夏普等等，三星在這其中可能占到5-8成的訂單份額。

　　這則消息還提到，LG可能無緣成為第二大供應商，原因是LG的蒸鍍裝置數量不足，所以OLED面板產量無法滿足蘋果需要。意思大致也就是，三星的蒸鍍機很足量——三星的蒸鍍機當然不是他們自己造的，其再上一級供應商乃是Canon Tokki——沒錯，這是佳能旗下的子公司。所以或許在未來的iPhone 8中，Canon Tokki的蒸鍍機將扮演至關重要的角色。

　　那么究竟什么是蒸鍍？這得從OLED的結構講起。如上圖所示，典型結構是在ITO玻璃上制作一層幾十納米厚的發(fā)光材料——也就是人們通常所說OLED屏幕像素自發(fā)光材料，發(fā)光層上方有一層金屬電極，電極加電壓，發(fā)光層產生光輻射；從陰陽兩級分別注入電子和空穴，被注入的電子和空穴在有機層傳輸，并在發(fā)光層復合，激發(fā)發(fā)光層分子產生單態(tài)激子，單態(tài)激子輻射衰減發(fā)光。

　　這解釋得有些復雜了，不過大致上就是你看到的紅綠藍三個次像素會自己發(fā)光就對了。當然了，具體到整塊面板，結構也就復雜很多，包括次像素間需要隔離柱、絕緣層之類。AMOLED則還有TFT backplane這種控制每個像素開關的東西。

　　這種復雜的結構，靠人手用小刀去微雕是不可能的。如果將這些結構付諸實現，就是制造工藝的問題了。OLED的制造工藝涉及到ITO玻璃洗凈、光刻處理之類的東西，都需要很高科技、我們一般人沒見過的技術去搞定，總之就是通過光刻就能在基板上形成電極圖案、ITO圖案、隔離柱圖案等等——你可以假想成是有小人用小刀刻上去的……

　　隨后的工藝部分，在OLED面板的制造上才顯得至關重要，即蒸鍍。真空腔室內，把ITO玻璃基板放置在可加熱的旋轉樣品托架上，然后放把火在下面燒坩堝（當然不是真的放把火），你看到的發(fā)光材料就這么蒸上去了。是的，紅綠藍三色燈泡（當然不是真的燈泡）就這么蒸上去了。

　　說得高大上一點，蒸鍍就是真空中通過電流加熱，電子束轟擊加熱和激光加熱等方法，使被蒸材料蒸發(fā)成原子或分子，它們隨即以較大的自由程作直線運動，碰撞基片表面而凝結，形成薄膜。

　　可以說，蒸鍍是OLED制造工藝的精華部分，而且不僅是發(fā)光材料，金屬電極等等之類也是這么蒸上去的。雖然我們把蒸鍍說得跟蒸饅頭一樣，但實際操作還是非常復雜的，比如如何控制像素區(qū)域，像素要怎么對齊，還有控制蒸上去的薄膜厚度，什么前處理、蒸鍍室的真空度等，都不是我們一般人可以參透的。除了蒸鍍之外，隨后還有點膠、封裝、老化、切割、測試等等過程。

　　實際上，蒸鍍也的確是OLED屏幕成本高的一個重要原因，于是LG買不到太多蒸鍍機，自然就搞不定iPhone 8的訂單。而即便是Canon Tokki，要消化三星那么多訂單，本身也就不是很容易的事情。

　?。ㄟ@是PMOLED的典型工藝流程，PMOLED也屬于OLED，但結構比AMOLED簡單，沒有TFT）

　　然而除了把燈泡“蒸”出來 還可以選擇“印”出來

　　上面提到的這種高端大氣上檔次的“蒸鍍”法，主要應用于RGB三色排列的典型OLED屏幕。三星的諸多OLED電視產品都是基于這種方法蒸出來的，效果很不錯，三原色都非常純粹，但成本非常高昂。這類蒸鍍所用的技術叫FMM，精細金屬掩模板，就是蒸鍍的時候為了區(qū)分像素，蓋個掩膜，所以怎么對齊，以及掩膜材料本身都會成為技術難點。

　　實際上，人類為了控制成本，OLED電視不止上述一種，有一類藍光+色變換層：這種方案只需要蒸鍍藍光OLED元件，經過變換層將光轉為RGB三色，這類技術受到色彩轉換器開發(fā)難度的限制，并未被大規(guī)模采用。

　　還有一類OLED電視是白光+三種彩色濾光片，原理上和LCD液晶面板有些類似，以白色為背光，再加彩色濾光片——這種方式在成本上顯然就低了很多，LG就以這種方案生產OLED電視，白光OLED+彩色濾光片也一度被認為是OLED進一步實現低成本的方案。只不過加上濾光片，透光率光色純度都更成問題，所以亮度、對比度、色彩、節(jié)能表現理論上都不及RGB OLED。至于還有像是LG的WRGB OLED（四個子像素）之類，這里就不再做細致的討論了。

　　松下認為，最后這一種方法存在畫質上的縮水，成本也不見得多低，還是RGB OLED靠譜。但是FMM蒸鍍成本又很高，那該怎么辦呢？所以他們在2013年的CES展會上，展示了一種采用自主研發(fā)“印刷”工藝的、而且據他們自己說是當時全球最大4K OLED電視（56寸）。

　　其實“印刷”技術不算新鮮，LCD液晶屏廣泛應用這種技術，像LCD所用的彩色濾光片，RGB三種顏色色塊就是猶如噴墨打印機一樣印刷上去的。只需要確定RGB三個次像素之間的點距，就可以開始印刷啦：松下針對OLED的印刷技術是直接在大尺寸的玻璃基板上涂色，相比FMM蒸鍍，不需要高溫真空環(huán)境，制造工藝要求低不少，成本也自然就更低了。

　　這種工藝實際上也并非盡善盡美，尤其藍色材料效率與壽命是個大問題。這也是在很多人看來，為什么松下的這類電視會有偏黃的原因所在。當年的CES展會上，就有人提出過這個問題。

　　不過上個月月底的最新消息，日本的許多企業(yè)似乎有意這種技術。三菱化學就在開發(fā)“印刷方式”生產OLED面板的新材料，雖然最早也要等到2017才會進入量產，當前三菱化學已經向日本國內外的面板廠商提供樣品。據說他們的“印刷”方式相比“蒸鍍”，可將材料費控制在1/10，這無疑是生產成品的大幅降低——而且此前并沒有微米單位的細微分涂技術，三菱化學開發(fā)出了能被薄薄地準確涂在狹小面積上的新材料。

　　想想OLED電視的成本真正能降下來，還有點小激動呢。

　　索尼的改良：把蒸鍍與印刷結合起來

　　其實FMM蒸鍍和印刷（或者叫濕法制備）并非這道工序中的唯二解決方案，還有激光轉印這樣的方案（雖然也需要蒸鍍）。不過印刷是當前最具誘惑力的一種技術，因為成本低、效率高，也是未來生產柔性OLED最理想的技術。

　　索尼瞅準了這一點，不過顯然也已經發(fā)覺了藍色發(fā)光材料的問題。所以索尼想到了將蒸鍍和印刷結合起來的方案，紅綠藍三色發(fā)光材料也就有了上圖這種比較奇特的立體排列造型。

　　簡單說來，就是先將藍色涂料涂上形成通用層，再將紅綠兩種顏色先印刷、再蒸鍍連接，按照上面這樣的設計制造能夠保證藍色材料的壽命和發(fā)光效率。所以同在CES 2013展上，索尼同樣也發(fā)布了全球最大OLED電視（貌似相比松下還在前面多加了個first的單詞）。

　　據說采用這種工藝達成的索尼電視，完全不存在偏色的問題，甚至在觀感上，能夠超過成本更高、只采用蒸鍍的三星、LG一類韓系電視廠商。松下和索尼早在2012年時就在TFT部分有合作，所以兩者同推印刷OLED電視，而且同是全球最大尺寸，看起來也就不奇怪了。

　　隨我們上述提到三菱化學這類日系廠商的努力，單有機成膜技術這一塊，或許能隨著印刷技術在墨水材料、印刷設備和工藝控制等方面的進一步改善而隨之降低成本。即便當前OLED電視產品的價格還是頗高，畢竟有機成膜并非OLED制造中的唯一部分，比如封裝也在其中起著至關重要的作用，這就是另外的篇章了。

　　人類設想中，已經放到原型產品層面的OLED產品，起碼已經在展臺上出現了可卷曲、如紙一樣輕薄的屏幕產品，這便是可觀的屏幕技術未來。值得一提的是，本文提到的有機成膜技術，只不過是OLED工藝改良發(fā)展中的一部分罷了。未來我們有機會還可詳解更多技術細節(jié)，比如松下將OLED結構中的陰極改用透明材料，研制出了稱為“頂部發(fā)光”的技術，這自然就提高了發(fā)光效率；索尼則將TFT部分移至OLED底部，再添加了微腔結構，RGB三色之間有不同的波長，利用陰極/陽極上的反射膜加強每種顏色的光，隨后通過彩色濾光片進一步提高色彩純度等等，這就是索尼的“超級頂部發(fā)光結構”。

　　雖然OLED被廣泛認為是下一代顯示技術，但就目前來講其并非完美無缺，技術成熟度與LCD相比還有太多太多需要改善的問題。OLED電視之所以那么貴，也就不難理解了。