目前，許多高階智慧型手機都配備了AMOLED顯示器。雖然AMOLED這個詞經常被提及，但你真的了解它與OLED的關係嗎？為什麼智慧型手機廠商競相採用OLED面板？智慧型手機和VR設備能否推動OLED成為主流顯示技術？

帶著這些問題，讓我們全面了解OLED技術。

OLED結構與發光原理

有機發光二極體（OLED）是一種顯示技術，最初由柯達公司開發並獲得專利。該技術使用有機聚合物材料作為發光二極體中的半導體材料。這些聚合物可以是天然的，也可以是人工合成的，分子大小不一。蛋白質和DNA就是有機聚合物的例子。

OLED的基本結構類似於三明治，由連接到正極的ITO（氧化銦錫）層和金屬陰極組成。這種層狀結構包括電洞傳輸層、發光層和電子傳輸層。

在電場的作用下，陽極產生的電洞和陰極產生的電子分別向電洞傳輸層和電子傳輸層移動，並注入到發光層中。當電子和電洞在發光層中相遇時，會形成激子，激子激發發光分子產生可見光。

當施加的電壓達到適當水平時，陽極的電洞與陰極的電子在發光層中復合，產生光。根據材質配方，會發出紅光、綠光或藍光，這些光基於RGB混色原理形成全彩影像。

OLED 與 LCD

OLED 顯示器是自發光的，這意味著每個像素都能獨立發光。相較之下，LCD 顯示器本身不會發光，需要在面板下方配備背光源。

液晶顯示模組（LCM）由液晶面板和背光單元組成。液晶面板通常包括偏光片、玻璃基板、彩色濾光片、透明電極、薄膜電晶體（TFT）和液晶。背光單元包括光源、導光板、光學薄膜和結構組件。

OLED分類及特點

依驅動方式，OLED顯示器可分為：

• PMOLED（被動矩陣OLED）
• AMOLED（主動矩陣OLED）

有機發光二極管

PMOLED採用由陰極和陽極組成的矩陣，透過掃描方式點亮像素。每個像素以脈衝模式工作​​，瞬間發出高亮度光。
優點： 製造流程簡單，成本較低
缺點： 不適用於大尺寸或高解析度顯示器。

AMOLED

AMOLED採用獨立的TFT來控制每個像素。每個像素都可以連續且獨立地發光。
優點： 低驅動電壓，延長發光元件壽命
缺點： 製造流程複雜，成本控制困難。

AMOLED佔據了OLED市場的大部分份額，代表了主流發展方向。如今，人們提到「OLED顯示器」時，通常指的就是AMOLED。

OLED技術的關鍵優勢

• 超薄結構，厚度約為液晶顯示器的三分之一
• 具有強抗衝擊性的固態元件
• 寬視角，色偏最小
• 與液晶電視相比，OLED 的反應速度更快（早期 OLED 電視，例如Sony 2007 年發布的 11 吋 XEL-1，反應速度最高可達 1000 倍）。
• 優異的低溫性能（電路完好的情況下，即使在-75°C以下也能正常工作）
• 與液晶顯示器相比，能源效率更高
• 可在包括柔性材料在內的各種基材上進行製造

儘管早期OLED顯示器壽命有限，但近年來技術的顯著進步使其在手機領域廣泛應用。然而，OLED面板的價格仍高於LCD面板，且大規模生產方面仍需進一步突破。

AMOLED製造工藝

由於AMOLED在OLED市場佔據主導地位，我們將重點放在其生產流程：

背板製程 → 前板製程 → 模組組裝

背板工藝

AMOLED 和 TFT-LCD 生產的第一步都是製造 TFT 背板。

OLED是一種電流驅動元件，需要高度穩定的電流，而電流穩定性取決於載子遷移率。因此，低溫多晶矽（LTPS）是OLED薄膜電晶體（TFT）最適合的半導體薄膜材料。大多數AMOLED面板採用LTPS基板，而LCD通常由於成本和製程的考量而使用非晶矽（a-Si）。

LCD和OLED中TFT技術的主要區別：

1. LCD 像素只需要一個 TFT，而 OLED 像素至少需要四個 TFT。
2. OLED TFT需要更高的製造精度，導致良率較低。

背板製程包括薄膜沉積、光刻和蝕刻，以形成LTPS結構，具有微米級精度和極高的均勻性要求。

主要設備包括：

• 光刻系統
• 濕式和乾式蝕刻機
• ICP蝕刻機
• PVD 和 CVD 系統
• 雷射結晶系統
• 離子注入機
• 快速熱退火設備

前平面工藝

前平面製程是 AMOLED 製造過程中最關鍵的階段。

清洗乾燥後，將LTPS-TFT基板轉移至氮氣環境中冷卻，並翻轉使薄膜面朝下。然後將基板置於高真空腔室（約5×10⁻⁵ MPa）中，用於蒸鍍功能層和發光層。

沉積完成後，面板將進行功能和外觀檢查、偏光片安裝，然後進行模組組裝。

主要設備包括：

• 底物轉移系統
• 清潔工具
• 蒸發機
• 張力機
• 老化和治療系統

AMOLED製造的核心在於真空蒸發，即將有機材料和金屬電極沉積到LTPS基板上。這一過程需要極其專業的設備。

目前，佳能特機（佳能子公司）被公認為OLED蒸發設備的全球領導者，並在大規模量產工具領域佔據近乎壟斷的地位。

模組組裝過程

最後階段是將 AMOLED 面板組裝成可用的模組。

與 LCD 模組相比，AMOLED 模組結構更簡單，因為它們不需要背光單元或彩色濾光片。

基本步驟包括：

• 板材切割、清潔和乾燥
• ACF附件
• COG、FOG 和 TAB 鍵合
• 電氣測試
• 保護塗層和固化
• 最終組裝和包裝

主要設備包括：

• 清潔機器
• 切割機
• ACF黏合機
• COG/FOG/OLB 黏合設備
• 老化測試系統
• AOI檢測系統

OLED的技術與應用挑戰

OLED被廣泛認為是顯示技術的未來。然而，大尺寸OLED面板——尤其是採用氧化物TFT技術的面板——在良率、成本和可擴展性方面面臨巨大的挑戰。

主要障礙包括：

• 大型面板製造
• 有機物沉積均勻性
• 封裝可靠性

大尺寸OLED面板面臨的挑戰

由於採用精細金屬掩模（FMM）的RGB水平蒸發製程有其局限性，LTPS製程在5.5代以上的生產線上難以繼續發展。隨著面板尺寸的增大，重力會導致光罩下垂，進而造成顏色混合和解析度下降。

氧化物薄膜電晶體技術考量

常見的氧化物薄膜電晶體結構包括：

• 共面
• 蝕刻停止層（ESL）
• 背槽蝕刻（公元前）

共面結構雖然結構較簡單，但可靠性較差。 BCE 和 ESL 結構性能和良率較高，其中 ESL 結構可靠性最高，但製程複雜度也較高。

氧化物薄膜電晶體對光和熱敏感，會導致閾值電壓漂移，進而影響製程穩定性和均勻性。

OLED顏色和沈積挑戰

OLED 顯示器採用真空蒸發法沉積 RGB 子像素。隨著面板尺寸的增加，保持均勻的亮度和色彩平衡變得越來越困難。藍色 OLED 材質的壽命較短，需要進行補償，但這可能會影響色彩準確度。

曲面白色OLED顯示屏

串聯OLED結構實現了適用於照明和顯示器的高效白色OLED。然而，白色OLED在色域和色純度方面落後於RGB OLED，並且需要十層以上的薄膜，對厚度均勻性要求極高。

未來展望及競爭顯示技術

OLED、MicroLED 和 QLED 被認為是下一代顯示器技術。這三種技術都採用自發光 RGB 子像素，理論上可達到高達 95% 的光轉換效率。

從製造角度來看，這些技術大約有 70% 的設備和工藝是通用的，因此與以往液晶顯示器與等離子顯示器之間的競爭相比，競爭不再是「贏家通吃」。

技術比較

• 有機發光二極管： 成熟的生態系統，具有靈活性，但壽命和穩定性有限。
• QLED： 具有優異耐久性的無機材料，但難以大規模生產。
• 微發光二極管： 具有最高的效率和亮度潛力，但傳質和組裝過程極具挑戰性。

MicroLED 具有卓越的能源效率和亮度密度，與 OLED 相比，在達到相同亮度時，所需的發光面積僅為 OLED 的約 10%。

最終，OLED、MicroLED 和 QLED 之間的未來贏家將不僅取決於性能指標，還取決於工程可行性、製造良率、成本效益以及大規模生產的長期可靠性。

儘管OLED存在一些局限性，但它已經滿足了消費電子產品的實際需求，並且仍然是當今顯示器行業的主導力量。