I øjeblikket er mange high-end smartphones udstyret med AMOLED-skærme. Selvom udtrykket AMOLED ofte nævnes, forstår du så virkelig dets forhold til OLED? Hvorfor kappes smartphoneproducenter om at sikre OLED-paneler? Kan smartphones og VR-enheder presse OLED til at blive mainstream-skærmteknologi?

Med disse spørgsmål i tankerne, lad os tage et grundigt kig på OLED-teknologi.

OLED-struktur og lysudstrålende princip

Organisk lysdiode (OLED) er en displayteknologi, der oprindeligt blev udviklet og patenteret af Kodak. Denne teknologi bruger organiske polymermaterialer som halvledermaterialer i lysdioder. Disse polymerer kan være naturlige eller syntetisk fremstillede, store eller små i molekylstørrelse. Proteiner og DNA er eksempler på organiske polymerer.

Den grundlæggende OLED-struktur ligner en sandwich, der består af et ITO-lag (indiumtinoxid) forbundet til den positive elektrode kombineret med en metalkatode. Den lagdelte struktur omfatter et hultransportlag, et emissivt lag og et elektrontransportlag.

Under påvirkning af et elektrisk felt bevæger huller genereret af anoden og elektroner genereret af katoden sig mod henholdsvis hultransportlaget og elektrontransportlaget og injiceres i det emitterende lag. Når elektroner og huller mødes i det emitterende lag, dannes excitoner, som exciterer de lysudstrålende molekyler for at producere synligt lys.

Når den påførte spænding når et passende niveau, kombineres huller fra anoden med elektroner fra katoden i det emitterende lag og producerer lys. Afhængigt af materialets sammensætning udsendes rødt, grønt eller blåt lys, som derefter danner fuldfarvebilleder baseret på RGB-farveblandingsprincippet.

OLED vs. LCD

OLED-skærme er selvemitterende, hvilket betyder, at hver pixel udsender sit eget lys. I modsætning hertil udsender LCD-skærme ikke lys og kræver en baggrundsbelysningskilde under panelet.

Et LCD-modul (LCM) består af LCD-panelet og baggrundsbelysningsenheden. LCD-panelet indeholder typisk polarisatorer, glassubstrater, farvefiltre, transparente elektroder, TFT'er og flydende krystaller. Baggrundsbelysningsenheden indeholder lyskilder, lyslederplader, optiske film og strukturelle komponenter.

OLED-klassificering og -karakteristika

Baseret på drivmetoder kan OLED-skærme opdeles i:

• PMOLED (Passiv Matrix OLED)
• AMOLED (aktiv matrix OLED)

PMOLED

PMOLED bruger en matrix dannet af katoder og anoder, der belyser pixels via en scanningsmetode. Hver pixel fungerer i pulstilstand og udsender kortvarigt høj lysstyrke.
fordele: Enkel fremstillingsproces, lavere omkostninger
Ulemper: Ikke egnet til store skærme eller skærme med høj opløsning

AMOLED

AMOLED bruger uafhængige TFT'er til at styre hver pixel. Hver pixel kan udsende lys kontinuerligt og uafhængigt.
fordele: Lav drivspænding, længere levetid for lysende komponenter
Ulemper: Kompleks fremstillingsproces, vanskelig omkostningskontrol

AMOLED udgør langt størstedelen af ​​OLED-markedet og repræsenterer den mainstream-udviklingsretning. På dagens marked mener folk generelt AMOLED, når de taler om "OLED-skærme".

Vigtigste fordele ved OLED-teknologi

• Ultratynd struktur, cirka en tredjedel af tykkelsen af ​​LCD-skærme
• Solid-state-komponenter med stærk stødmodstand
• Brede betragtningsvinkler med minimal farveforskydning
• Hurtigere responstider sammenlignet med LCD-skærme (op til 1000 gange hurtigere i tidlige OLED-tv'er som Sonys 11-tommer XEL-1, der blev udgivet i 2007)
• Fremragende ydeevne ved lave temperaturer (funktionsdygtig selv under -75 °C, hvis kredsløbet er intakt)
• Højere energieffektivitet sammenlignet med LCD-skærme
• Kan fremstilles på forskellige underlag, herunder fleksible materialer

Selvom tidlige OLED-skærme led af begrænset levetid, har betydelige forbedringer i de senere år muliggjort udbredt anvendelse i mobiltelefoner. OLED-paneler er dog fortsat dyrere end LCD-skærme, og yderligere gennembrud inden for masseproduktion er stadig nødvendige.

AMOLED-fremstillingsproces

Da AMOLED dominerer OLED-markedet, fokuserer vi på produktionsprocessen:

Bagplanproces → Frontplanproces → Modulsamling

Bagplanproces

Det første trin i både AMOLED- og TFT-LCD-produktion er fremstillingen af ​​TFT-bagpanelet.

OLED er en strømdrevet enhed og kræver en meget stabil strøm, som afhænger af bærermobilitet. Derfor er LTPS (lavtemperatur polykrystallinsk silicium) den mest egnede halvledertyndfilm til OLED TFT'er. De fleste AMOLED-paneler bruger LTPS-substrater, mens LCD'er ofte bruger a-Si på grund af omkostnings- og proceshensyn.

Vigtigste forskelle mellem TFT-brug i LCD og OLED:

1. LCD-pixels kræver kun én TFT, mens OLED-pixels kræver mindst fire TFT'er.
2. OLED TFT'er kræver meget højere fremstillingspræcision, hvilket resulterer i lavere udbytte.

Bagplanprocessen involverer filmaflejring, fotolitografi og ætsning for at danne LTPS-strukturer med præcision på mikronniveau og ekstremt høje krav til ensartethed.

Nøgleudstyr omfatter:

• Fotolitografi systemer
• Våd- og tørætsemaskiner
• ICP-ætsere
• PVD- og CVD-systemer
• Laserkrystallisationssystemer
• Ionimplantationsmaskiner
• Udstyr til hurtig termisk udglødning

Frontplanproces

Frontplane-processen er den mest kritiske fase i AMOLED-produktion.

Efter rengøring og tørring overføres LTPS-TFT-substratet til et nitrogenmiljø for afkøling og vendes, så filmsiden vender nedad. Substratet placeres derefter i et højvakuumkammer (ca. 5×10⁻⁵ MPa) for fordampning af funktionelle lag og emitterende lag.

Efter aflejring gennemgår panelet en funktionel og visuel inspektion, polarisatormontering og fortsætter derefter med modulets samling.

Nøgleudstyr omfatter:

• Substratoverføringssystemer
• Rengøringsudstyr
• Fordampningsmaskiner
• Spændemaskiner
• Ældnings- og hærdningssystemer

Kernen i AMOLED-produktion ligger i vakuumfordampning , hvor organiske materialer og metalelektroder aflejres på LTPS-substratet. Denne proces kræver ekstremt specialiseret udstyr.

I øjeblikket er Canon Tokki (et datterselskab af Canon) bredt anerkendt som den globale leder inden for OLED-fordampningsudstyr og har et næsten monopol på masseproduktion af værktøj i stor skala.

Modulmonteringsproces

Den sidste fase involverer samling af AMOLED-panelet til et brugbart modul.

Sammenlignet med LCD-moduler er AMOLED-moduler enklere, fordi de ikke kræver baggrundsbelysning eller farvefiltre.

De grundlæggende trin omfatter:

• Panelskæring, rengøring og tørring
• ACF vedhæftning
• COG-, FOG- og TAB-binding
• Elektrisk test
• Beskyttende belægning og hærdning
• Endelig montering og pakning

Nøgleudstyr omfatter:

• Rengøringsmaskiner
• Skæremaskiner
• ACF-bindingsmaskiner
• COG/FOG/OLB-bindingsudstyr
• Aldringstestsystemer
• AOI-inspektionssystemer

Tekniske og anvendelsesmæssige udfordringer ved OLED

OLED betragtes bredt som fremtiden inden for displayteknologi. Store OLED-paneler – især dem, der bruger oxid-TFT-teknologi – står dog over for betydelige udfordringer i forbindelse med udbytte, omkostninger og skalerbarhed.

De vigtigste hindringer omfatter:

• Fremstilling af store paneler
• Ensartethed i aflejring af organisk materiale
• Indkapslingspålidelighed

Udfordringer med store OLED-paneler

LTPS-processer kæmper ud over Gen 5.5-produktionslinjer på grund af begrænsninger ved RGB-horisontal fordampning ved hjælp af fine metalmasker (FMM). Efterhånden som panelstørrelserne stiger, forårsager tyngdekraften, at masken hænger, hvilket fører til farveblanding og reduceret opløsning.

Overvejelser vedrørende Oxide TFT-teknologi

Almindelige oxid-TFT-strukturer inkluderer:

• coplanar
• Ætsestoplag (ESL)
• Bagkanalætsning (BCE)

Selvom koplanære strukturer er enklere, lider de af pålidelighedsproblemer. BCE- og ESL-strukturer tilbyder bedre ydeevne og udbytte, hvor ESL giver den højeste pålidelighed på bekostning af proceskompleksitet.

Oxid-TFT'er er følsomme over for lys og varme, hvilket forårsager tærskelspændingsforskydninger, hvilket komplicerer processtabilitet og ensartethed.

OLED-farve- og aflejringsudfordringer

OLED-skærme bruger RGB-subpixels, der er aflejret via vakuumfordampning. Det bliver stadig vanskeligere at opretholde ensartet lysstyrke og farvebalance, efterhånden som panelstørrelsen stiger. Blå OLED-materialer har kortere levetider, hvilket kræver kompensation, der kan forvrænge farvenøjagtigheden.

Buede og hvide OLED-skærme

Tandem OLED-strukturer har muliggjort højeffektive hvide OLED'er, der er egnede til belysning og skærme. Hvide OLED'er halter dog bagefter RGB OLED'er i farveskala og renhed og kræver over ti tyndfilmslag, hvilket kræver ekstremt høj tykkelsesensartethed.

Fremtidsudsigter og konkurrerende displayteknologier

OLED, MicroLED og QLED betragtes som næste generations displayteknologier. Alle tre bruger selvemitterende RGB-subpixels og kan teoretisk set opnå op til 95% lyseffektivitet.

Fra et produktionsperspektiv deler disse teknologier cirka 70 % af deres udstyr og processer, hvilket gør konkurrencen mindre præget af "vinderen tager det hele" end tidligere LCD- vs. plasma-kampe.

Teknologi sammenligning

• OLED: Modent økosystem, fleksibelt, men begrænset levetid og stabilitet
• QLED: Uorganiske materialer med fremragende levetid, men vanskelig storskalaproduktion
• MicroLED: Højeste effektivitets- og lysstyrkepotentiale, men ekstremt udfordrende masseoverførings- og monteringsprocesser

MicroLED tilbyder overlegen energieffektivitet og lysstyrketæthed og kræver kun ~10% af det emitterende areal sammenlignet med OLED for den samme lysstyrke.

I sidste ende vil den fremtidige vinder blandt OLED, MicroLED og QLED ikke udelukkende blive bestemt af ydeevnemålinger, men af ​​teknisk gennemførlighed, produktionsudbytte, omkostningseffektivitet og langsigtet pålidelighed under storskalaproduktion.

OLED opfylder, på trods af sine begrænsninger, allerede de praktiske krav inden for forbrugerelektronik og er fortsat en dominerende kraft i dagens displayindustri.