AMOLED小尺寸應用廣 柔性AMOLED挑戰LCD

文章來源:恒光電器

發布時間:2014-04-02

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 2009年以前，oled產業發展一直側重在被動式矩陣有機發光二極體(PMOLED)的商用化進程，商用化程度最快。直至2009年后，因智能手機崛起，可流暢表現動畫的AMOLED技術有了極佳的切入點，而韓國業者因大量投資AMOLED面板，遂趁勢在市場上崛起，恒光，特別是三星旗下自有品牌手機熱銷，LED照明工程，更大幅提高AMOLED面板的出貨與營收表現，為整個OLED產業帶來新契機。

近年來，受惠于智能手機在全球市場大放異彩，高階手機面板的需求大幅攀升，已帶動整體OLED面板產值節節攀升，特別是韓國三星與樂金不斷擴大手機產品線導入AMOLED面板的比例，使全球OLED產值因AMOLED的爆炸性成長。 2013年臺灣業者也已開始加入AMOLED出貨行列，帶動全球OLED總體產值進一步翻倍。

由于市場前景可期，廠商正不斷強化AMOLED面板生產與販售，未來將以中小尺寸應用為主，刺激營收成長；預計2010?2016年，全球AMOLED面板主力應用將是手機，其次為數位相機。原因在于AMOLED可藉由自發光、省電、高對比/反應速度和強光下可視等眾多優勢，大舉擴張在手機市場的滲透率；受惠于高階智能手機的大力採用，AMOLED在市場上已更加活絡。

事實上，AMOLED技術還有另一項優勢，就是具備可在軟性(Flexible)基板上加工的能力。基于面板技術原理，LCD需在TFT基板和彩色濾光片(Color Filter)之間的液晶層預留Cell Gap，若將LCD基板改為軟性方桉，當面板撓曲時，將造成各處的Cell Gap因應力關係而產生不均的情形，使畫面無法顯示。相較之下，AMOLED為自發光技術，不須預留Cell Gap，若能搭配低溫背板製程，更能在塑膠基板上進行加工，在可撓型態的產品開發上極具優勢。

軟性AMOLED漸出頭

以整體AMOLED面板需求數量來看，至2020年，Glass-based仍是發展重點，大功率led照明，但隨著市場不斷對手持式裝置要求至更輕、更薄且更耐沖擊的規格，軟性AMOLED將有機會竄起。

現階段，LED照明工程，三星及LGD正積極投入軟性AMOLED研發；2013年時，市場上已開始出現相關面板產品，預估至2017年時，全球軟性AMOLED將進一步達到兩億四千六百萬片出貨規模。

不過，軟性AMOLED也面臨諸多技術挑戰，最主要是製程技術和材料尚未完全成熟，因此初期主要側重于“不易破碎(Unbreakable)”的特性，期在基板與封裝方式達成可撓化的目標之前，先以此特性突顯在外觀特徵上與TFT LCD的區隔；下一步則開始強調可彎曲(Bendable)的特性，促進絕大部分零部件轉向軟性設計。

再來第三階段更希望搭配捲對捲(Roll to Roll)製程，進一步降低生產成本，同時加快生產速度與提高面板本身的可靠度。2015年之后，面板廠更計畫朝「可折疊(Foldable)」方向發展，LED-T5一體化燈管，以在更容易攜帶的前提下，不損及面板表現。

除了每一步技術演進外，還有一個非常重要的部分在于裝置人機介面的重新設計，相關硬體廠在戮力開發軟性面板之馀，也須協同平臺軟體業者共同開發適合新面板型態的應用程式與操作介面，才能突顯其應用價值。

軟性背板制程加速演進

未來，面板廠要順利推動軟性AMOLED量產，印刷式電子製程中的有機薄膜電晶體(OTFT)技術將扮演一大關鍵。該技術最早由索尼(Sony)在2007年導入塑膠基板的OTFT研發，同時也是首度實現以OTFT為基礎的全彩OLED面板，解析度達到160×120(80ppi)，其OTFT使用的半導體層材料為并五苯/駢苯衍生物(Pentacene)，製程溫度可降至130℃，達到塑膠基板所需的低溫製程。

目前OTFT的電子遷移率(Mobility)雖已達到傳統非晶硅(a-Si)的水準，但是元件穩定性仍有待突破，其中，小分子系OTFT層一般使用真空熱蒸鍍方式形成OTFT，而高分子系OTFT層常使用噴墨印刷(Inkjet Printing)或光阻旋轉涂布(Spin Coating)法形成有機薄膜，其製程溫度都可控制在80℃以下，適合塑膠基板的低溫製程。

就現行技術而言，小分子系OTFT的元件特性較佳，但是除了元件穩定性外，目前OTFT還有驅動電壓較高、元件漏電流較高，產品均勻性有待加強等缺點，工程照明，LED天花燈，亟待業者改善。

另一種氧化物薄膜電晶體(Oxide TFT)技術則結合a-Si與低溫多晶硅(LTPS)製程優點，且具備能利用濺鍍(Sputtering)方式製造，無須對現有的生產線做太多變動等優勢。除濺鍍法外，Oxide TFT還可採用氧化銦鎵鋅(IGZO)材料，以低溫涂布方式製造，這對軟性AMOLED生產將帶來更多可能性；不過，低溫沉積薄膜的膜內缺陷較高溫沉積方式高，將影響元件的電性與可靠度表現，因此製程溫度亦須兼顧薄膜電氣特性，不能無限制降低。

軟性封裝材料、鍍膜技術挑戰艱巨

與TFT LCD顯示技術相較，AMOLED不需背光源、擴散板、配向膜、微粒支點(Spacer)等零組件，因此在軟性設計的可能性優于TFT LCD。不過當AMOLED技術跨入軟性領域時，店鋪照明，除須克服TFT元件在軟性基板形成的挑戰外，還要採用能與玻璃材料相匹敵的高度阻絕水氣與氧氣的封裝材料，以延長有機元件的壽命，店鋪照明，此即成為該製程的發展重點，現行目標均以薄膜(Film)封裝為主。

采用薄膜封裝的方式，表面須製作一層阻絕層來阻隔水氣與氧氣，一般阻絕層多採用無機材料，如以硅酸鹽(SixOy)材料利用濺鍍或電子束鍍膜方式，將其沉積于元件上。但在製作無機阻絕層的過程中，LED-T5一體化燈管，由于阻絕層材料膨脹或收縮能力受限，將產生材料的內應力，過于嚴重時將產生阻絕層剝離的情況。

另外，為避免沉積阻絕層時因能量太高導致元件膜層受損，在無機阻絕層與元件間，業者多會採用有機材料以蒸鍍方式形成緩沖層(Buffer Layer)，以保護有機發光元件；然而，此一緩沖層除須具備高透明度特性外，也須確保在未硬化前不會侵蝕元件，且硬化后不會有放氣(Outgassing)的現象，這些都是在材料發展上必須注意的部分。

在AMOLED技術發展上，從背板到封裝，工程照明，都是整體良率決定的關鍵，深入分析Glass-based AMOLED和軟性AMOLED的發展重點，這兩者的技術不論是從背板製造、有機元件成膜工程，一直到后段封裝技術，每個步驟環環相扣，只要有一段良率過低，都會對整體生產時程與成功率帶來極大影響。

側重小尺寸軟性應用　AMOLED挑戰LCD地位

對一般消費者來說，TFT LCD和AMOLED的技術差異，單用肉眼其實無法區分出重大的不同，消費者是否要購買搭載AMOLED面板的製品，最重要還是取決于「價格」因素。由于市場上已有TFT LCD技術盤據，AMOLED必須加速提升製程良率與產出，強化成本競爭力，才能持續擴張市場滲透率。

目前AMOLED的主力仍以中小型裝置為重，8.5代技術仍處于發展初期。2011年由于三星顯示的5.5代AMOLED生產線投片量產，加上三星持續以機海戰術搭配AMOLED面板搶占高階智能手機市場，也因此加快AMOLED滲透速度。一旦其5.5代線整體良率達八成以上，更將協助三星加速AMOLED製品在高階智能手機的競爭力。