科普丨LCD、OLED、Mini/Micro LED傻傻分不清?带你看懂面板后的技术差异(中)

当然显示技术也不只LCD一种,近年来有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)显示技术,虽然互有优缺点,但被认为是新主流。

基本上LCD与OLED的工作原理就已完全不同,OLED拥有自发光的特性,不需要背光板及彩色滤光片,结构更加轻薄,所以受到业界青睐。OLED跟LED一样,同样是利用传导带以及价电带之间电子电洞的复合,将能量以光的形式激发出来,只不过在使用的材料上,是用高分子有机薄膜,不需要复杂的磊晶制程,且发光更有效率。

以上诸多特性使OLED在业界深受期望,且目前也已被广泛应用。自2018年,苹果公司的iPhone产品开始采用后,OLED屏幕逐渐兴起。与LCD相较,OLED在可视角、对比、色域及亮度上都有相当大的优势,但由于成本及技术问题,在大尺寸产品上,OLED仍难以与LCD竞争。

OLED与LCD的差别

OLED的基本结构是在铟锡氧化物(ITO)玻璃上制作一层有机材料发光层,并在发光层上再覆盖一层低功函数的金属电极。透过外界电压的驱动下,正极电洞与阴极电子便会在发光层中结合并释放出光子,因材料特性不同而产生红、绿和蓝三原色,来构成基本色彩。

OLED与LCD最大的差异在于自发光。(Source:科技新报)

且为增强电子和空穴的注入和传输能力,通常还会在ITO与发光层之间再增加一层空穴传输层,在发光层与金属电极之间增加一层电子传输层,从而提高发光性能。事实上,现在常被提及的主动式矩阵OLED(AM-OLED)背后也同样是薄膜晶体管,与TFT-LCD一样,依晶体管接到的指令来发光。还有一点差别在于AM-OLED常用圆偏光片,来降低显示干扰,而非线性偏光片。

当然也有被动式矩阵OLED(PM-OLED),但有明显的缺点。OLED屏幕最令人诟病的就是其像素点受限于材料,有明显的寿命限制,用久了就会产生色衰、烙印等问题。而PM-OLED在高脉冲电流下操作,使像素寿命更短,且分辨率也有限,只适合用在小尺寸产品上,所以虽然成本更低廉,但不受青睐,基本上市场对于AM-OLED接受度更高。

OLED在制程流程一样分前中后段,与LCD最大的差异在于Cell制程,主要是采用真空蒸镀法。在高度真空的条件下,以加热升华的方式,将有机材料气化并透过精密金属屏蔽(Fine Metal Mask,FMM)使其碰撞在基板表面,并凝结成RGB像素点。由于用此法生成的材料纯度高,令器件寿命更长,所以成为主流。但也因这样讲求高精密度的制程,令原本构造简单的OLED面板,成本反而降不下来。

OLED面板主要制程。 (Source:科技新报)

半导体与面板业

先回过头来讲,面板业与半导体业的相似性。无论是制程或是大规模资本支出,都令人想把面板业贴上半导体业的标签。然而实际上,两者还是有很大的差别,重点在于产品「标准化」的程度,因应不同功能,半导体芯片设计有成千上万种,但对于面板而言,相对就没有那么多的差异性,在这样的情境下,产能跟成本控制就会变成主要追求。就像前文所述,面板业走向Open Cell就是如此。

先不论好坏,亦即若要有竞争力,垂直整合(IDM)或许会是更适合面板业的模式,且可能将走向大者恒大。因为所谓的产能要建构出来也并没有那么容易,如OLED蒸镀机等关键设备难以取得,也成为了门槛。导致目前OLED主要是被韩厂垄断,光三星就占有近9成的市场。

所以目前业界新进正积极追求成本更低的喷墨印刷制程。近期,国内大厂如京东方开始被认为有挑战三星的潜力,重点就在于有望实现喷墨印刷OLED的量产。OLED屏幕目前是小型智能移动装置的首选,在性能表现上更胜LCD一筹,尤其柔性基板在新兴折叠应用上不可或缺。不过要等实现喷墨印刷制程后,OLED才有可能在大尺寸上也彻底打败LCD成为真正的市场主流。

喷墨印刷难点

若用蒸镀制程,大尺寸面板的曲翘及精密金属屏蔽等问题容易造成不良,但喷墨印刷就可克服这些困难,且成本更低,其生产不需要真空环境,也不用FMM,材料利用率也更高,更适合大面积生产。但这并不代表就更容易,喷墨印刷主要是使用溶剂将OLED有机材料融化,并直接喷印在基板表面形成像素,但要制成可用的阴极墨水及大面积均匀成膜,都是技术难点。

RGB有机喷墨印刷技术。 (Source:科技新报)

还有为了生产足以媲美蒸镀法的高分辨率面板,其喷墨头的定位及喷墨液滴体积等精准控制都是挑战,尤其同时还要兼顾印刷错误及生产速度。这不只是需要能进行非常精密操作的机械平台,还要优化墨水的化学组成,才能更好的控制蒸发及成膜的过程,甚至对基板的结构设计都有要求,才能让墨水在其表面的铺展润湿有完美表现,这些都需要设备及工艺等达到一定门槛。

但无论如何,喷墨印刷制程会是国内业者实现弯道超车的机会,以绕过韩厂在设备和材料上提前设下的壁垒,由国内业者如华星及天马微等,合作成立的广东聚华,就是为了更好的实现这项技术。当然三星也不会眼睁睁的看着竞争者后来追上,近年来也积极的投入喷墨印刷制程及专利布局,若真能抢先一步应用在其QD-OLED面板上,三星在市场上的地位恐怕会更加不可动摇。(来源:TechNews)

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