【產業科普】LCD、OLED、QLED、QD-OLED、Mini LED、Micro LED 傻傻分不清楚,帶你看懂面板後的技術差異(中)

當然顯示技術也不只 LCD 一種,近年來有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode,OLED)顯示技術,雖然互有優缺點,但被認為是新主流。

基本上 LCD 與 OLED 的工作原理就已完全不同,OLED 擁有自發光的特性,不需要背光板及彩色濾光片,結構更加輕薄,所以受到業界青睞。OLED 跟 LED 一樣,同樣是利用傳導帶以及價電帶之間電子電洞的復合,將能量以光的形式激發出來,只不過在使用的材料上,是用高分子有機薄膜,不需要複雜的磊晶製程,且發光更有效率。

以上諸多特性使 OLED 在業界深受期望,且目前也已被廣泛應用。自 2018 年,蘋果公司的 iPhone 產品開始採用後,OLED 螢幕逐漸興起。與 LCD 相較,OLED 在可視角、對比、色域及亮度上都有相當大的優勢,但由於成本及技術問題,在大尺寸產品上,OLED 仍難以與 LCD 競爭。

OLED 與 LCD 的差別

OLED 的基本結構是在銦錫氧化物(ITO)玻璃上製作一層有機材料發光層,並在發光層上再覆蓋一層低功函數的金屬電極。透過外界電壓的驅動下,正極電洞與陰極電子便會在發光層中結合並釋放出光子,因材料特性不同而產生紅、綠和藍三原色,來構成基本色彩。


OLED 與 LCD 最大的差異在於自發光。(圖片來源:科技新報)

且為增強電子和空穴的注入和傳輸能力,通常還會在 ITO 與發光層之間再增加一層空穴傳輸層,在發光層與金屬電極之間增加一層電子傳輸層,從而提高發光性能。事實上,現在常被提及的主動式矩陣 OLED(AM-OLED)背後也同樣是薄膜電晶體,與 TFT-LCD 一樣,依電晶體接到的指令來發光。還有一點差別在於 AM-OLED 常用圓偏光片,來降低顯示干擾,而非線性偏光片。

當然也有被動式矩陣 OLED(PM-OLED),但有明顯的缺點。OLED 螢幕最令人詬病的就是其像素點受限於材料,有明顯的壽命限制,用久了就會產生色衰、烙印等問題。而 PM-OLED 在高脈衝電流下操作,使像素壽命更短,且解析度也有限,只適合用在小尺寸產品上,所以雖然成本更低廉,但不受青睞,基本上市場對於 AM-OLED 接受度更高。

OLED 在製程流程一樣分前中後段,與 LCD 最大的差異在於 Cell 製程,主要是採用真空蒸鍍法。在高度真空的條件下,以加熱昇華的方式,將有機材料氣化並透過精密金屬遮罩(Fine Metal Mask,FMM)使其碰撞在基板表面,並凝結成 RGB 像素點。由於用此法生成的材料純度高,令器件壽命更長,所以成為主流。但也因這樣講求高精密度的製程,令原本構造簡單的 OLED 面板,成本反而降不下來。


OLED 面板主要製程。(圖片來源:科技新報)

半導體與面板業

先回過頭來講,面板業與半導體業的相似性。無論是製程或是大規模資本支出,都令人想把面板業貼上半導體業的標籤。然而實際上,兩者還是有很大的差別,重點在於產品「標準化」的程度,因應不同功能,半導體晶片設計有成千上萬種,但對於面板而言,相對就沒有那麼多的差異性,在這樣的情境下,產能跟成本控制就會變成主要追求。就像前文所述,面板業走向 Open Cell 就是如此。

先不論好壞,亦即若要有競爭力,垂直整合(IDM)或許會是更適合面板業的模式,且可能將走向大者恆大。因為所謂的產能要建構出來也並沒有那麼容易,如 OLED 蒸鍍機等關鍵設備難以取得,也成為了門檻。導致目前 OLED 主要是被韓廠壟斷,光三星就占有近 9 成的市場。

所以目前業界新進正積極追求成本更低的噴墨印刷製程。近期,中國大廠如京東方開始被認為有挑戰三星的潛力,重點就在於有望實現噴墨印刷 OLED 的量產。OLED 螢幕目前是小型智慧行動裝置的首選,在性能表現上更勝 LCD 一籌,尤其柔性基板在新興摺疊應用上不可或缺。不過要等實現噴墨印刷製程後,OLED 才有可能在大尺寸上也徹底打敗 LCD 成為真正的市場主流。

噴墨印刷難點

若用蒸鍍製程,大尺寸面板的曲翹及精密金屬遮罩等問題容易造成不良,但噴墨印刷就可克服這些困難,且成本更低,其生產不需要真空環境,也不用 FMM,材料利用率也更高,更適合大面積生產。但這並不代表就更容易,噴墨印刷主要是使用溶劑將 OLED 有機材料融化,並直接噴印在基板表面形成像素,但要製成可用的陰極墨水及大面積均勻成膜,都是技術難點。


RGB 有機噴墨印刷技術。(圖片來源:科技新報)

還有為了生產足以媲美蒸鍍法的高解析度面板,其噴墨頭的定位及噴墨液滴體積等精準控制都是挑戰,尤其同時還要兼顧印刷錯誤及生產速度。這不只是需要能進行非常精密操作的機械平台,還要優化墨水的化學組成,才能更好的控制蒸發及成膜的過程,甚至對基板的結構設計都有要求,才能讓墨水在其表面的鋪展潤濕有完美表現,這些都需要設備及工藝等達到一定門檻。

但無論如何,噴墨印刷製程會是中國業者實現彎道超車的機會,以繞過韓廠在設備和材料上提前設下的壁壘,由中國業者如華星及天馬微等,合作成立的廣東聚華,就是為了更好的實現這項技術。當然三星也不會眼睜睜的看著競爭者後來追上,近年來也積極的投入噴墨印刷製程及專利布局,若真能搶先一步應用在其 QD-OLED 面板上,三星在市場上的地位恐怕會更加不可動搖。

(文章轉載自科技新報;作者:黃敬哲)

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